前縱梁總成是汽車車身中重要的機(jī)構(gòu)件之一，其對焊接質(zhì)量的要求很高。前縱梁總成焊接質(zhì)量的好壞直接影響到汽車的安全。

前縱梁總成（圖 1）主要由前縱梁外板、前縱梁內(nèi)板、前縱梁后段及各種加強(qiáng)件等組成。總長 2000 mm 左右， 焊點(diǎn)有 200 ～ 300 個。前縱梁零件主要由鍍鋅板沖壓成型，還有一些零件采用熱成型工藝沖壓成型。

圖 1 前縱梁工件

一、前縱梁生產(chǎn)線規(guī)劃

1.前縱梁焊接流程規(guī)劃

我們根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、焊接干涉和上件順序等，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行重新規(guī)劃。初步確定工位個數(shù)并形成焊接流程。

2.前縱梁生產(chǎn)線節(jié)拍的計(jì)算

一般生產(chǎn)節(jié)拍可按下面公式計(jì)算：

T ＝全年工作日× 每日班次× 每班工時×K 1/ 年產(chǎn)量

上式中，T 代表生產(chǎn)節(jié)拍 ；K1 為設(shè)備利用率，一般取 0.8 ～ 0.9（根據(jù)客戶的實(shí)際要求）

3.前縱梁工位規(guī)劃及工位節(jié)拍

工位是構(gòu)成生產(chǎn)線的基本單元，工位節(jié)拍必須小于或等于生產(chǎn)線節(jié)拍。工位節(jié)拍是從焊接零部件上件開始到完成本工位全部操作，并將工件取出的整個過程的時間，同時應(yīng)考慮設(shè)備利用率。在工藝規(guī)劃時，應(yīng)使所有工位的工位節(jié)拍盡可能相等并接近生產(chǎn)節(jié)拍。根據(jù)初步確定的工位個數(shù)，把需要在同一工位焊接的工件放在一起。

4.縱梁生產(chǎn)線工位焊點(diǎn)的分配

根據(jù)每個工位分配的工件、節(jié)拍和焊接干涉情況，確定每個工位焊接的焊點(diǎn)位置和個數(shù)。初步形成工位的焊點(diǎn)分布圖。

5.焊鉗的初步選型

焊點(diǎn)分配工作完成后，即可進(jìn)行焊鉗選型，根據(jù)焊點(diǎn)分布圖確定焊鉗的最小數(shù)量，根據(jù)工件的形狀及尺寸確定焊鉗的形式（X 型、C 型）及喉深、喉寬和行程等。

圖 2 前縱梁人工生產(chǎn)線布局

二、前縱梁焊接生產(chǎn)線的布局

1.人工前縱梁生產(chǎn)線布局

根據(jù)生產(chǎn)線的自動化程度進(jìn)行布置， 自動化率低的是人工操作的焊接生產(chǎn)線（圖 2）。所有的操作都是由人工完成，焊點(diǎn)的位置一致性不高，焊接質(zhì)量無法得到很好的保證。此類生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投入少、設(shè)備維護(hù)維修簡單等，其缺點(diǎn)是人工成本高、人工的勞動強(qiáng)度高、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

2.機(jī)器人焊接生產(chǎn)線布局

相比較而言，前縱梁機(jī)器人焊接生產(chǎn)線（圖 3）的自動化率較高。焊接工作全部是由機(jī)器人完成，機(jī)器人焊接時對于每個焊點(diǎn)的焊鉗參數(shù)是恒定的，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，可以有效保障產(chǎn)品的質(zhì)量。人工只負(fù)責(zé)上下工件，人工的勞動強(qiáng)度得以大幅降低，但是操作人數(shù)并沒有明顯減少，設(shè)備投入較大。

3.機(jī)器人焊接工作島布局

機(jī)器人焊接島布置見圖 4，其自動化率高，設(shè)備一次性投入大。人工只是完成小件的上件工作，人工的勞動強(qiáng)度大幅下降，操作人數(shù)明顯減少。工件的搬運(yùn)和焊接都是由機(jī)器人完成的，對機(jī)器人仿真工作要求較高。

圖 3 前縱梁機(jī)器人生產(chǎn)線布局

圖 4 機(jī)器人焊接島布局

圖 5 前縱梁機(jī)器人點(diǎn)焊

三、節(jié)拍預(yù)測

生產(chǎn)線節(jié)拍預(yù)測在前期仿真中非常重要，以下是工作中總結(jié)的前縱梁點(diǎn)焊（圖 5） 相關(guān)節(jié)拍預(yù)測公式：
1.點(diǎn)焊補(bǔ)焊工位節(jié)拍：

補(bǔ)焊工位特點(diǎn) ：夾具定位壓緊簡單， 焊鉗進(jìn)出容易2秒按伺服焊鉗考慮，如果為氣動焊鉗，2 秒可增加到 3 秒 ；為機(jī)器人從原點(diǎn)位置達(dá)到焊接位置的時間 ；為機(jī)器人從焊接位置回到原點(diǎn)的時間

2.點(diǎn)焊點(diǎn)固工位：

點(diǎn)固工位特點(diǎn) ：夾具定位壓緊復(fù)雜， 焊鉗進(jìn)出困難。

3秒按伺服焊鉗考慮，如果為氣動焊鉗，3 秒可增加到 4 秒 ；為機(jī)器人從原點(diǎn)位置達(dá)到焊接位置的時間 ；為機(jī)器人從焊接位置回到原點(diǎn)的時間

3.搬運(yùn)和固定點(diǎn)焊（圖 6）工位：

2.5 秒按伺服焊鉗考慮，如果為氣動焊鉗，2.5 秒可增加到 3.5 秒 ；大型工件如地板、頂蓋、側(cè)圍和發(fā)動機(jī)蓋等，取件時間為 9 秒，小型工件為 6 秒 ；大型工件如地板、頂蓋、側(cè)圍和發(fā)動機(jī)蓋等，放件時間為 9 秒，小型工件為 6 秒

4.螺柱焊工位：

不同類型螺柱，焊接時間不同，3.5 秒為經(jīng)驗(yàn)值 ；為機(jī)器人從原點(diǎn)位置達(dá)到焊接位置的時間 ；為機(jī)器人從焊接位置回到原點(diǎn)的時間

機(jī)器人如果抓工件去螺柱焊，取放各考慮 6 ～ 9 秒的時間。

四、仿真驗(yàn)證

對于人工焊鉗的生產(chǎn)線需要對夾具進(jìn)行靜態(tài)仿真，避免干涉。對于使用機(jī)器人焊接的生產(chǎn)線需要進(jìn)行機(jī)器人仿真。傳統(tǒng)的二維層面的工藝規(guī)劃存在一定的弊端， 不能真實(shí)地反映空間中各個設(shè)備之間的實(shí)際情況。

三維數(shù)字化工藝布局、工藝設(shè)計(jì)是解決這些問題的最有效途徑。通過MotoSimEG 和Tecnomatix 等軟件對上述規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行三維工藝仿真驗(yàn)證，包括焊點(diǎn)可達(dá)性驗(yàn)證、焊鉗型號和夾具干涉等。通過數(shù)字化模擬仿真來驗(yàn)證工藝規(guī)劃的合理性、消除干涉、優(yōu)化工藝布局并最終輸出驗(yàn)證報(bào)告。