美国C-FLEX轴承在试制车身车间的应用

美国C-FLEX轴承在试制车身车间的应用
Abstract： In this paper， the flexible positioning unit （C-FLEX） is introduced to replace the traditional positioning unit in the common laser welding station of the roof under the requirements of multi-platform and multi-project fast cycle conversion in the trial-production of the sample car. Through the rapid positioning switching to meet the different project welding needs， this paper is intended to solve the bottleneck problem caused by the low efficiency of tool switching.

Keywords： C-FLEX； trial production of prototype car； flexible positioning unit

1 概述

随着汽车工业的不断发展，汽车产量逐年上升。快速变化的**市场、“工业4.0”的来到和大众消费心理的转变，使得汽车的生命周期越来越短，车型越来越多。各汽车生产商要不断向市场提供新产品，不断满足客户对于性能、外形的追求，进而实现理想的市场占有率。因此，汽车产品更新迭代的步伐加快，产品研发周期不断缩短，成为生产厂家关注的重点，目前我国汽车车身焊装夹具开发周期长、投资大，是我国汽车产品自主开发能力提升中的重要问题[1]，也催生了高效多品种的柔性、敏捷工装定位方式。

日本丰田公司的“**车身生产系统”（Global Body Line）中，采用现场总线技术、传感控制技术、逻辑控制技术的三套高精度柔性焊装夹具，可用于三种不同的车型，与常规的传统生产线相比，投资降低了50%，年产量提高了46%，并且保证了白车身的焊装精度，大大提高了汽车生产制造的质量和效率。2013年上海通用汽车某厂的车身焊接生产线上采用的切换机构，仅能够满足3种车型的生产，即将引入的SⅢ车型后将无法实现地板定位切换，超出了企业规划的产品投放能力。为满足投资少、生产线改动小、多种产品的共线生产，并能迅速转产等要求，引入了全新的定位模式C-FLEX，形成复合产品生产结构，提高车间生产的柔性化，满足了至少6种车型的生产。焊接定位工装的柔性化直接影响着汽车生产线的柔性，柔性工装定位的引入具有重要的实际应用价值。

2 背景及要求

试制车身车间，具有多平台、多车型快速切换的特点，不同项目的白车身具有不同车身结构及车身尺寸，焊接过程中的工装定位需求不同，试制车身车间激光焊接工位为共用工位，在传统工装模式下，不同项目开始前须开发特制激光焊接定位工装，在项目开始时进行工装的调试，每个项目工装的切换时间约40Min，而车间**产能约7V/D，因此激光焊接工位的大部分时间浪费在了工装切换上，不符合精益制造的要求，也成为试制产能的瓶颈工位。

解决激光焊接工位瓶颈问题的关键就在于降低工装切换时间，提高工装切换效率，如能引用高柔性的工装切换单元，提高工装的通用性，实现多平台，多车型快速切换，无疑会给试制车身车间带来较大的经济效益，并能有效解决激光焊接工位的效率瓶颈问题。

3 C-FLEX定位单元的引入

3.1 C-FLEX定位单元介绍

C-FLEX是基于数字编程的车间工装系统，用来代替车身不同车型的特制工装设备，即C-FLEX可用一套工装和机器人编程焊接多种车身结构，不再需要新车型的特制工装。

C-FLEX柔性定位单元具有如下优势[1]：

（1）舍弃了以往传统的工装模式，使用联动夹具，电气机械配合C-FLEX定位单元，从而起到节省投资、节约空间、减少人力勞动和设计成本的作用。

（2）由于只有很少的电气机械部件和夹具需要安装，

故减少了工位转换的时间；并且程序编写在前期就可完成，这个优势在后续的项目实施中将得到更大的体现。

（3）通过建立一个电气机械一体化系统以满足各种要求，突破了柔性的瓶颈。与传统自动化系统不同，这种柔性度的提升仅需要很少的投资即可实现。

（4）C-FLEX有占用空间小、可靠性高、活动范围大（拥有前、后、上、下、旋转共5个自由度）等优点。

通过分析适用性，试制车身车间采用了C-FLEX定位单元，选取F-100iA/104（L）型号即可满足定位需求，此型号柔性单元有四个控制轴（J1，J2，J3，J4）如图1，定位精度误差小于0.25mm，重复精度误差小于0.07mm。四个控制轴控制自由度及范围如下：

J1控制水平移动范围+225/-25mm/+475/-25mm

J2控制转动范围+/-190deg（+/-3.32rad）

J3控制水平移动范围+245/-25mm

J4控制转动范围+/-360deg（+/-6.28rad）+/-185deg（+/-3.32rad）

C-FLEX F-100iA/104（L）型号参数如表1所示。

3.2 C-FLEX定位单元应用过程

C-FLEX在试制车身车间激光焊接工位应用方式为：中间采用4个固定定位销，前后两侧各布置2个（共计4个）C-FLEX定位单元如图3，通过特定软件对新车型数模进行C-FLEX柔性定位的离线编程，确定各C-FLEX柔性定位单元的位置坐标，进行模拟演示，验证可达性等如图2，解决这个过程中发现的问题并对程序进行不断优化，形成的优化程序倒入控制器进行工位实车验证并通过控制器和示教器进行程序微调如图4，以确定特定车型的激光焊接定位位置。

4 实施结果及效益分析

通过C-FLEX柔性工装定位策略的引入，可实现多车型共用一个车身定位系统进行激光焊接，进而降低了新车型的投入。实践证明，C-FLEX定位单元在生产中工作状态稳定，提高了激光焊接工位的生产效率，节约了空间，节省了前期的成本投入，长远来看获得了显著的经济效益和时间成本效益，C-FLEX定位单元与传统定位单元对比见表2。通过局部改造，新产品完全可以在原激光焊接工位进行，并达到如下指标：（1）满足各平台车型混线42V/W的激光焊接产能需求；（2）不同车型的定位切换时间不大于2s；（3）对现有焊接工艺无影响；（4）对现有线体输送系统、滚床等无特殊改造需求；（5）前期离线编程，Tryout期间在线微调，相对于传统激光焊接定位工装手工调试、修改，效率得到显著提升。