郭维 蒙文范 刘参参
摘 要：本文介绍了几种在白车身焊装过程中常用的几种输送形式，描述了各种输送形式的特点及其适用生产条件，并深入探讨各种输送形式在应对现代白车身焊装生产模式中的解决方案，阐述了个人对先进智能白车身焊装技术发展中应用到的高自动化、高柔性、高节拍输送形式的看法及其解决方案。
关键词：白车身焊装;输送系统;智能制造;自动化;柔性技术
在白车身的焊装过程中，白车身的焊装零部件均是按照焊装工艺在各个规划的“站点”完成上件与焊接的，然后转移至下一“站点”进行下一步的上件与焊接。我们这些“站点”称之为工位，把白车身在工位间的转移称之为输送。目前常用的输送形式有：吊运输送、往复杆输送、链式输送、抓手搬运输送、滚床输送等形式，本文将对这几种输送形式进行介绍和分析。
1 吊运输送
吊运输送是最基本的一种输送形式，其工作方式是通过吊具将白车身零件固定后，利用吊具上方的提升机构（气动葫芦或点击）将白车身零件提升并脱离夹具系统，然后转移至下一工位，将白车身零件放入夹具系统后，吊具脱离白车身零件并上升回位的循环过程。吊运输送形式最大的优点就是低成本、易维护;其缺点也很明显，就是效率低下，单个吊运循环所需时间达到30秒到40秒左右;当这种输送方式应用在较大白车身零件（地板总成、侧围总成、白车身总成）生产线的时候，对人机工程的影响也大;同时吊具的设计受到不同车型之间差异的影响，比较难以实现同一吊具对不同车型的吊运，因此吊运输送一般应用在对生产节拍要求不高（约30JPH）的單一车型手工焊装生产线上，满足小批量的白车身生产需求。但也正是因为吊运输送低成本、柔性功能不强、占用空间小的特点，在许多分总成的焊装生产上却经常应用，比如前舱总成、前地板总成、后车架总成等。这类分总成的焊装工艺特点是多数工位都有零件需要焊接、车型差异大导致不方便柔性生产、本身重量小等，正好与吊运输送的特点相符，所以在白车身零部件焊装厂或者主机厂内的分总成焊装区域经常出现。
2 往复杆输送
往复杆输送是最常见的一种输送形式，其主要由输送托架、顶升机构 、水平运动机构三部分组成。工作方式是首先通过顶升机构将输送托架提升，输送托架在提升过程中将白车身零件一同提升并脱离定位夹具系统，再通过水平运动机构将输送托架和白车身零件一同转移到下一工位，然后顶升机构下降，白车身零件下落至定位夹具系统中，最后水平运动机构将输送托架往回输送到起始位置的循环过程。往复杆输送需要生产线呈直线布局，并且工位间的距离（输送节距）一致，单个往复杆循环所需时间根据节距决定，顶升机构的单个顶升或下降所需时间为2秒左右，水平运动速度约为1米/秒，以节距为6米的往复杆输送机构为例（一般白车身总成长度在4.5米到5米之间），单个往复杆循环包括顶升——向前平移——下降——向后平移四个运动步骤，加上每个步骤之间信号传输和停顿时间，单个循环所需时间最快不超过20秒。在生产条件允许的情况下，一些焊装生产线上可以利用往复杆输送的回程时间进行生产操作，这样输送时间可以达到15秒以内。相比吊运输送，往复杆输送具有节拍高、人机工程好、自动化程度高、输送精度高等优势，其柔性功能较吊运输送类似，多种车型在输送托架上的托点位置不一致时，只能在输送托架上对不同车型之间的托点进行共用或避让设计，这样就限制了往复杆输送机构的柔性功能。因此往复杆输送一般用于大型白车身零件（下车体总成、侧围总成、总拼区域等）且较少车型共线生产的批量（生产节拍可达40JPH以上）生产模式中。
在往复杆输送的白车身焊装生产线上，往复杆输送机构一般布置在白车身下部中间±350mm的空间中，输送托架的托举点选取在下车体前部、中部、后部三部分各自的横梁上，以保证白车身在输送过程中的稳定性，同时Y≤±350mm的空间对车身定位夹具的影响也最小。其顶升方式一般有齿轮齿条机构和凸轮连杆机构两种形式（插图）。
齿轮齿条机构的原理是通过拉动水平放置的齿条带动齿轮，齿轮再将运动传递给竖直放置的齿条实现竖直齿条的上下运动。由于单组齿轮齿条的运动不足以带动整条往复杆的升降，这种形式的往复杆输送机构需要由多组齿轮齿条机构组成，一般单个工位需要前后两组齿轮齿条机构。整条往复杆输送机构仅有一条水平齿条，但其并不是顶升的动力源，而是给整条往复杆输送的顶升与下降提供同步平衡，保证每组齿轮齿条机构能同时等距上升和下降。由于水平齿条为整个输送机构提供了可靠的同步性，这种输送形式上升和下降的驱动一般分摊到每个工位上或者在每组齿轮齿条机构的附近，通过顶升输送托架下的纵梁实现其上升，利用重力作用实现其下降，亦可在水平齿条上提供动力源，辅助整条输送机构的上升和下降。
凸轮连杆机构的原理是通过凸轮在电机带动的周期性运动中的行程变化来改变连杆机构高地位来实现这种往复杆机构的上升和下降。由于在连杆机构高地位的变化过程中，连接点会产生一定量的前后位移，如果不将此位移消除的话，往复杆在带动白车身上升或下降过程中会对线旁夹具产生干涉，所以在这种形式的往复杆支撑纵梁与连杆机构之间必须要有相应的设计来消除这个位移。凸轮连杆机构的动力完全由电机提供，这就对电机功率提出了较高的载荷分析要求。
综合比较两种往复杆的举升机构，齿轮齿条机构原理简单、可靠性和稳定性较凸轮连杆机构高，但其对加工的要求较后者要高，安装与调试也比凸轮连杆机构复杂。
3 滚床输送
辊床输送是一种输送效率较高、柔性功能较好的输送形式，其主要由滑橇、辊床、升降移载机构、滑橇返回机构组成。辊床输送的工作方式是通过辊床上自带的滚轮驱动机构带动放置在其上方的滑橇向下一辊床工位移动，至末尾工位时滑橇进入线尾升降移载工位后，通过升降移载机构进入滑橇返回机构送回线头升降移载工位，再通过升降移载机构将滑橇送至首工位，完成一个输送循环。滑橇在滚床上的位置通过辊床上的激光扫码器和滑橇上的编码尺确定，因此普通滚床对滑橇的定位精度较差，一般用于补焊工位;对于有上件需求的精确定位滑橇可在上件工位上放置带升降功能的滚床，当滑橇进入升降滚床粗定位后，升降滚床下降，将滑橇落入滚床上的定位销中实现精定位，工序完成后滚床再上升到原位并输送到下一工位。由于滑橇的返回不占用节拍时间，所以滚床输送在工位之间的时间就短了，按照滚床输送滑橇的速度1m/s、节距6m计算，其输送时间仅8秒左右，是目前各主机厂使用较多的一种高效输送形式。白车身在滑橇上一般只有前后主定位的少量定位工装，以免滚床负载过大，因此这种输送形式一般用在地板和主线这样上件工位较少、补焊工位较多的生产线上。
当需要在生产线上柔性多种车型时，首先考虑在滚船负载允许的条件下将定位工装设计为可翻转的机构，这样便可低成本地多生产一种车型;其次可在滑橇上划分多车型定位频次较多的区域，并在这些区域上分别设计通用的机械及电气切换接口，定位工装与滑橇的连接部分也有相应的机械及电气接口，这样就可以通过这种通用接口在某个工位对定位工装单独进行切换;也考虑在升降移载工位或是滑橇下线检修工位进行滑橇的整体切换。综合以上几种柔性方案，可更大限度和更低成本地开发辊床输送形式的柔性功能。
4 链式输送
鏈式输送类似于滚床输送形式上把所有的滑橇连接在一起。由于链式输送一般采用链式连接，其输送效率较低但平稳。为保证输送效率，多数链式输送线经停每个工位，而是一直连续输送，所以这种输送方式在白车身焊接车间中的调整线上应用比较多，在总装和涂装车间也应用广泛。
5 抓手搬运
抓手搬运形式是吊运输送形式全自动化生产线上的应用模式，抓手取代了普通吊具，而机器人取代了工位间的移载机构。抓手搬运模式与吊运输送相比，输送效率明显提升，且安全性和重复搬运精度都比较高，是一种高效率的输送形式。但由于这种形式使用了机器人，成本也随之大幅上升;同时抓手与零件的匹配程度高，基本上抓手与零件是一对一的关系，所以柔性功能较差。较好的场地和工艺规划可以使一套机器人抓手在多个工位间进行零件的搬运，这可以在一定程度上提高了设备的使用效率，同时也可在机器人负载允许的条件下，在一个抓手上多增加一两种零件的抓取机构，实现在不切换抓手的前提下抓取多种零件。
6 结束语
以上所述的几种输送模式在白车身焊装车间中使用较为广泛，其中吊运输送、抓手输送可归类为点到点的输送，往复式输送、滚床输送和链式输送可归类为线性输送。由点到线是输送模式升级并提升效率的进程，同时我们也可以看到在生产工序中越是靠前的工序，其输送方式越简单甚至效率越低下，这是零件差异性所限制的。而现代白车身的生产工艺又是综合性的，在不同使用场景中采用与之相对应的输送形式，或者综合使用多种输送形式可使成本和效率的收益最大化。
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