汽车车身装焊生产线设计及制造基础知识.docx

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汽车车身装焊生产线设计及制造基础知识

汽车车身装焊生产线

设计及制造

XX公司2002年9月

1．产品结构

1.1卡车驾驶室

1.2小客车车身结构

1.3汽车车身的装焊工作

1.4汽车车身（产品）的编号

2．汽车车身装焊线的方案设计

2.1前提条件

2.2方案的计算及确定

2.3投资估算

2.4装焊线的投资构成及分析

2.5车身装焊线的平面布置及组成

3．汽车车身装焊线的实施设计

3.1前提条件

3.2工艺路线分析（爆炸图）

3.3编制工艺卡

3.3.1工艺卡的内容

3.3.2编制工艺卡的设计要点

3.4编制夹具、非标机械化任务书

3.5夹具设计

3.5.1夹具设计的依据

3.5.2夹具设计步骤

3.5.3装焊夹具标准件及标准部件

3.5.4夹具结构种类

4．夹具制造及装焊线的安装调试

4.1夹具制造

4.2夹具调试

5．悬挂点焊机及全套设备技术条件

5.1一体式悬挂点焊机焊接变压器参数

5.2一体式悬挂点焊机焊接变压器外接焊钳数

5.3一体式悬挂点焊机控制箱技术规格

5.4焊机气路系统

5.5焊接设备冷却水路系统

5.6同轴电缆

5.7人工焊钳技术要求

5.8轨道平移滑车系统技术要求

6．汽车车身装焊线设备安装工程

7．汽车车身焊接生产线的控制

1．产品结构

所谓汽车车身，一般指卡车的驾驶室及客车及小轿车的车身，是驾驶员及乘客的乘坐空间。

一般是由优质的钢板（0.5mm—1.5mm）冲压成各种零件，然后装配焊接而成，经油漆及内饰后成车身总成，是汽车重要部件之一。

1.1卡车驾驶室

1.1.1目前国内的卡车驾驶室按车型不同，大致有以下几种：

（1）长头驾驶室。

如CA-141,车身部分除驾驶室外，还有发动机罩、翼子板及水箱面罩。

（2）平头驾驶室。

如解放六平柴，一般发动机置于驾驶室下部。

为了维修发动机，整个驾驶室可以翻转。

1.1.2卡车驾驶室的结构

（1）单排座驾驶室。

一般由地板、前围、后围及顶盖组成另加左右车门。

（2）双排座驾驶室。

一般由地板、前围、后围、左右侧围及顶盖组成，另加前后、左右车门。

1.1.3驾驶室的系列化（通用化）

为了用最少的冲压零件能组装多用途的车身，称车身的系列化或通用化。

如小解放单排座、双排座及6440小客车是系列产品。

其前围前地板及左右前门三种车型通用。

又如解放六平柴的平头驾驶室，其宽度有2000mm、1800mm及2200mm三种。

其变化部分为地板、前围、后围及顶盖。

除顶盖为一整体冲压件外，其余皆由数个零件组成。

如地板总成由中地板及左右地板组成，其变化时改变中地板或左右地板的方法解决。

1.2小客车车身结构

1.2.1分类

1.2.1.1按承载方式分：

（1）承载式车身：

其地板刚性好，地板及纵横梁焊成一体，如发动机行走系直接及车身连接，无独立的车架。

如捷达、奥迪、佳宝。

（2）半承载式车身：

除车身外，还有车架总成。

车身置于车架上面，通过柔性连接，而发动机及行走系及车架相连。

如金通、雪佛莱、三菱吉普等。

1.2.1.2按车身尺寸大小分：

（1）微型车身长在3500mm以内。

如奥托（经济型）。

（2）中型车身长在3500mm—4000mm之间。

如捷达（普通型）。

（3）大型车身长在4000mm以上。

如奥迪（豪华型）。

1.2.1.3按客车车身内部结构分：

（1）单厢只有乘坐仓。

如微型客车。

（2）双厢有乘坐仓及发动机仓。

如夏利。

（3）三厢有乘坐仓、发动机仓及行李仓。

如捷达。

1.2.2小客车车身的基本分块

小客车（轿车）的基本分块如下：

2．四门两盖：

或五门一盖，包括左右前门、左右后门、发动机盖及行李厢盖。

1.3汽车车身的装焊工作

汽车车身皆由数百件冲压零件装焊而成。

目前车身焊接方法及其工作量有：

（1）点焊（电阻焊）一般一个汽车车身需3000－5000个焊点，占全部焊接工作的80%以上。

（2）弧焊（CO2保护焊）一般一个汽车车身有2000mm左右的CO2焊缝。

（3）螺柱焊（介于弧焊和接触焊）约20－50之间。

（4）凸焊螺母约200－300个左右。

（5）铅焊往往有些车型采用铜铅焊，焊缝500mm以内。

（6）需涂点焊胶及密封胶。

1.4汽车车身（产品）的编号

1.4.1汽车型号.如解放5T卡车

A.CA—为企业代号，表示长春一汽

B.“1”表示载重汽车；“2”表示越野车；“3”表示倾卸汽车；“6”表示大客车（现在小客车也采用）；“7”表示小客车或轿车。

C.“4”表示载重量。

“1”表示0.6t以下；“2”表示0.6－1.5t；“3”表示1.5－3t；“4”表示3－5t；“5”表示5－9t；“6”表示9－15t。

注：

（1）大客车的C表示座位数。

如GK-650,“5”表示30－40座；“1”表示8座；“2”表示8－15座；“4”表示22－30座；“6”表示40座以上。

（2）“6”表示小客车时，C用两位数，表示车身长度。

如CA-6440，表示车长4400mm。

（3）当B为“7”时（轿车），则C为发动机排量。

1.4.2汽车零部件图纸的编号

汽车产品专用件采用隶属编号制度，采用7位数作为基本号，前面加上汽车型号，中间隔以短横。

如：

1.4.2.1汽车组件编号及名称

2．汽车车身装焊线的方案设计

为了能用最短的时间设计出汽车车身装焊线，特提以下简易方法。

2.1前提条件

（1）应收集产品结构的基本状况，如分块、焊点数等。

（2）按纲领要求，定出生产节拍。

（3）初步确定该线的机械及自动化水平。

2.2方案的计算及确定

假定产品为MC6330的车身总成，年产50000辆，按两班生产。

要求定出车间（生产线）设备、夹具、机械化线、面积、人员、动能耗量及投资估算。

2.2.1产品机构分析：

（1）从型号MC6330可以看出车长为3300mm，车身重约300kg。

（2）通过产品图纸或样车分析，得出分块为：

车身下部－由发动机仓、前地板、后地板组成；然后是左右侧围，焊点数为3000点，弧焊缝长2000mm，铅焊缝长600mm，凸焊螺母200个，螺柱焊30个。

（3）通过冲压件清单，统计出冲压件零件数为360个。

2.2.2生产节拍计算

考虑工时利用率85％，则生产节拍T节＝4分钟。

2.2.3设备的估算

（1）点焊设备：

按每车有3000个焊点，每台点焊设备每分钟可以完成10点计算（考虑到辅助时间及焊接时间的平均数）。

按节拍为4分钟，则可计算出点焊设备台数：

（2）凸焊设备：

按每车200个凸焊螺母，每台凸焊机每分钟可完成4个凸焊螺母，则可计算出凸焊设备台数：

取13台

（3）（3）CO2设备：

按每车焊缝长2000mm，每台设备每分钟完成焊缝50mm，则可计算出CO2设备台数：

（4）（4）螺柱焊机：

按每车30个螺柱，每台设备每分钟可以完成3个螺柱，则可计算出螺柱焊机台数：

取3台

（5）

液压包边机：

按每分钟可完成一个零件的包边，每车共四门两盖六个件，则液压包边机台数：

考虑到每台液压包边机可以完成两个总成较为合理，即采用双工作台的液压机，可以省去换模时间，所以取3台。

（6）设备合计为：

75+13+10+3+3＝104台考虑不可预见系数，取k＝1.1，

则，最后取115台。

2.2.4夹具套数的计算

凡多个（两个以上）冲压件组合成总成或部件，则需要夹具，而夹具数量及年产量关系很大。

一般夹具套数随年产量增加而增加，夹具套数的估算可以采用进入装配的冲压件数去除一个系数，这个系数根据年产量不同，一般取“3”“3.5”“4”，这里取“3.5”，所以根据冲压件数量360件，可以算出夹具套数：

取110套

2.2.5机械化生产线的计算

凡一个总成其装焊工作量超过生产节拍，则需组成流水线或多个工作站组织生产。

根据产品结构，如下总成要组织流水线生产：

（1）发动机机舱总成，共156点4个工位L=3m×4=12m

（2）前地板总成，共144点＋8螺母4个工位L＝3m×4=12m

（3）后地板总成，共172点5个工位L＝3m×5=15m

（4）左右侧围总成，63点＋166点5个工位L＝4m×5=20m×2

（5）车身总成，503点＋100mm焊缝9个工位L＝5m×9=45m

（6）调整线，18个工位L＝5m×18=90m

共计：

L＝214m

2.2.6生产线面积计算及建筑参数的确定

生产线的生产面积是按每台设备占地20平方米计算的，然后加辅助面积：

（1）生产面积＝20×115＝2300平方米

（2）辅助面积指零件存放、检测间、维修间等，其面积及生产面积相同。

为2300平方米

（3）车间通道也及生产面积相等为2300平方米

（4）车间面积共计：

2300＋2300＋2300＝6900平方米

（5）车间建筑设计主要参数的确定

a．车间的长度：

根据最长的生产线（调整线）为90米长，所以厂房长度最少为90m＋12m＝102m，同时应符合建筑模数（b的倍数）。

b．车间的宽度：

6900（面积）÷102（长度）＝67.6m；同时应符合建筑模数。

一般取12m、18m或24m，这里取24m，则厂房宽度为24×3＝72m则面积为102×72＝7344平方米。

c．柱网，可取6m×24m，或12m×12m，较为合理。

d．屋架下沿标高，一般取8.4m。

e．车间地砖负荷：

按5吨/平方米设计，但油压机周围考虑到翻边模的存放，一般按10吨/平方米设计。

2.2.7钢结构用量计算

生产线为了吊挂、悬挂点焊机，机械化输送链及动力管网的布设，车间需要专门设置龙门吊架，也就是钢结构。

（1）钢结构覆盖面积计算：

一般钢结构覆盖面积及车间生产面积相当，即2300平方米。

（2）钢结构用量：

按钢结构0.1吨/平方米计算，即0.1×2300＝230吨。

2.2.8人员及公用动能消耗量

（1）人员

a．基本工人：

生产工人可按生产设备的数量乘以工时利用率系数（取1.15），所以生产工人为115×1.15＝132人两班为264人。

b．辅助工人：

指调整工、维修工，是按基本工人的20％计算，

所以辅助工人为264×20％＝52.8人取53人。

c．工程技术人员及行政管理人员：

按基本工人＋辅助工人之和乘以7％，所以工程技术人员及行政管理人员为（264＋53）×7％＝22人。

d．人员合计：

264＋53+22＝339人。

e．技术检查人员：

按基本工人数的6％计算，

所以技术检查人员为264×6％＝16人。

（2）电安装容量

车身焊接生产线的电安装容量主要是点焊设备，每台平均电安装量为150KVA,则：

全线电安装容量＝115（设备台数）×150KVA＝17250KVA

（3）生产用水量及排水

a．焊接车间生产用水主要是接触焊的冷却用水，目前基本上采用闭路循环。

一般进水压力0.3Mpa，温度不超过30摄氏度。

回水压力为0.1Mpa，压差为0.2Mpa，每台设备用量按1立方米/台计算，则：

水用量＝1×100（接触焊设备台数）＝100立方米/台

b．排水，由于冷却水采用闭路循环，但往往会发生管路漏水现象，会出现在车间地面上，所以焊接车间地面应设置地漏以备排水。

（4）压缩空气耗量

焊机车间压缩空气主要用于接触焊焊接时焊钳工作动力及气动夹具工作时的消耗量。

A．接触焊设备每台耗量为：

10立方米/n……（平均）

所以按100台计算为：

1000立方米/n……（平均）

B．夹具汽缸工作耗量：

按每套夹具有15个缸径φ100mm，行程200mm的气缸计算，则1个气缸往复一次耗气量为0.0317立方米，按生产节拍4分/台，则每小时往复次数为60/4＝15次

所以夹具耗气量＝15×90×0.0317×15＝641立方米/n……（平均）

C．生产线压缩空气耗量为：

1000+641＝1641立方米/n，而平均值为最大值的2/3，

所以每小时最大耗量为1641×3/2＝2461.5立方米

2.3投资估算

2.3.1设备投资

（1）焊机车间一般接触焊设备（悬挂点焊机，螺柱焊机及CO2焊机等）可按每台4.5～5万元估价，则

4.5×115台＝517.5万元

（2）车门、包边液压机（双台面）可按100万元/台估价，则

100×3台＝300万元

（3）若采用机器人焊机，每台机器人估价为8～10万美金，折合人民币65～90万元左右，一般设10台左右，则

85×10台＝850万元（注：

一般认为4个工人的一年工资能购买一台机器人的话，可以大量采用机器人，从目前来看我国尚未达到大量采用机器人的时候，只是为了降低劳动强度，局部采用机器人焊接。

）

2.3.2夹具投资估算

（1）按夹具重量估价，夹具每吨造价4～5万元左右。

（2）按夹具每一定位加紧器估价，每个为3000～5000元左右。

目前国内夹具价格约每套45000元～75000元左右，则

夹具价格为：

7.5万元×110＝825万元（注：

国外制造相同结构的夹具价格为我国价格的3倍以上。

）

2.3.3机械化输送机的估价

焊接车间机械化输送机造价可按每米长度价格为2.5万元计算，按机械化线长度214m，则

机械化价格为：

2.5×214＝535万元

2.3.4车间土建部分估价

一般焊接车间土建每平方米造价为：

北方（采暖地区）为1400元/平方米，南方为1100元/平方米，按7344平方米计算，则

北方为1400×7344＝1028万元

南方为1100×7344＝807.8万元

2.3.5钢结构及管网部分估价

（1）钢结构部分包括供水、供气支管网，按每吨1万元计，则

估价为：

1万元/吨×230吨＝230万元

（2）供电一般采用插接母线，每米为2200元，约350米，则

估价为：

2200元/米×350米＝77万元

（3）以上两项合计为：

230+77＝307万元

2.4装焊线投资构成及分析

2.4.1车身装焊线投资汇总表

序号

项目名称

数量

单价

总价（万元）

说明

1

标准设备

115台

4.5万元/台

517.5

2

液压包边机

3台

100万元/台

300

双工作台活动台面

3

点焊机器人

10台

80万元/台

800

4

以上设备小计

128台

1617.5

5

夹具

110套

7.5万元/套

825

6

机械化设备

214米

2.5万元/米

535

7

钢结构管网

230吨

1万元/吨

307

含350米插接母线

8

以上合计

3284.5

9

土建公用

7344平米

1400元/平米

1028

10

总计

4312.5

2.4.2投资构成及分析

车身装焊线一般由四部分组成，即

（1）标准设备：

主要是焊接设备及辅具（焊钳，吊挂系统）

（2）夹具

（3）机械化及钢结构部分

（4）土建公用部分

若第一部分不采用机器人焊接的话，这四部分的投资几乎相等，以举例可以看出，新建一条五万辆车身装焊线为4000万元左右。

2.5车身装焊线平面布置及组成

2.5.1平面布置

2.5.1.1车间建筑

（1）厂房跨度：

一般取12、18、24米，常用24米。

（2）柱距：

一般为6米，但为了便于生产线的纵横布置，可以采用12×12，12×18，18×24等。

（3）地面装焊车间地砖负荷为5吨/平方米，地面选择150～200mm厚细石混凝土，加减60～80mm厚素地面为宜。

（4）车间大门：

一般选3900×4200，3600×3600，3300×3000。

（5）屋架下弦标高：

一般取8.4米。

2.5.1.2平面布置的原则

（1）根据流程图，由后向前布置，先生产线后其它。

（2）要求物流最短，物流不能有交叉。

（3）工序间的储备量尽可能少，有条件可做到零储备。

（4）各种功能所占面积应合理。

2.5.2装焊车间的组成

装焊线按功能分由以下部分组成：

（1）生产部门或生产线，其由焊接设备、夹具、机械化输送机械组成。

（2）检测部门，目前大部分生产线都采用三坐标测量机检测，取代过去的检具。

（3）辅助部门，如机电维修站，各种库房及管理部门。

（4）土建公用部分，即厂房，各种动力站房及动能输送管网等。

2.5.3平面布置举例说明

汽车车身装焊线的布置及总成的输送方式种类繁多，现列举两种方案。

第一种较为常见的，目前我国及日本汽车生产线常用，而第二种则以滑撬传送方式为主，欧洲为多。

2.5.3.1平面布置A

（1）平面布置的前提假设

a．产品结构是有发动机仓总成。

b．年产纲领约50000辆/年，双班。

c．厂房条件见面图表示。

（2）生产线机械化方案

a．调整线采用典型平板链加支架方案，链速可有两种方案

――间歇式传动方式，则链速为高速，一般为15米/分。

――连续式传动方式，则链速为节距/节拍，但这种方式最好应增设人站付链，其速度应及主链同步。

b．总焊线采用滑撬传送或台车传送为宜。

滑撬及工件应有定位锁紧装置。

到位后需要精确定位的工位，可以通过撬体传给工件。

其运行速度为12米/分。

撬体的返程则采用链式升降台及单链式输送机完成，其运行速度为18米/分。

c．左右侧围线采用往复杆输送机传送，传送速度为10米/分。

d．下部结构（地板总成）线采用往复杆输送机传送，传送速度为10米/分。

e．前地板、后地板及发动机仓总成线采用单轨电葫芦传送。

（3）总成的连线运输方案

a．前地板、后地板及发动机仓总成采用电动葫芦运输及上线。

b．地板总成则采用双轨悬挂式小车及四连杆升降稳定机构传送。

c．左/右侧围总成则采用程控双钩葫芦及专用吊具传送。

d．白车身总成采用推杆悬链送油漆车间。

2.5.3.2平面布置B

（1）平面布置的前提假设

a．产品结构是不构成发动机仓，而由前后地板总成及左右纵梁后轮罩等组成车身下部总成。

b．年产纲领为80000～100000辆/年，双班。

c．生产节拍为2.2分钟/辆。

d．地板线，总焊线及调整线采用滑撬系统。

（2）生产线机械化方案

a．滑撬系统

整个滑撬系统包括车身下部总成一段、二段及三段，车身下部总成的横向过渡、总装焊线、车身横向移行机、调整线及滑撬回程存放及输送机，所采用的输送单元描述如下：

．滑撬――是一长条形的钢结构框架，框架上布置有四个定位及支撑工件的支架，即前后地板各2个，本撬体到了某工位需定位加紧时，撬体下降及工件脱离，所以滑撬不设销紧工件的机构。

．滚床――滚床是一种最基本的独立输送单元。

一方面用来快速纵向传递滑撬，另一方面可以使滑撬在滚床上停留，对工件进行作业。

滚床输送速度为12米/分。

滚床由一长方形的钢结构框架和若干个动力托辊所组成，这些滚子由具有自动调心作用的外球面轴承座支撑。

托辊布置在槽形轨道内，滑撬依靠动力辊子施加磨擦力而运行。

动力辊子由电机、减速器、制动器三位一体的传动装置驱动，可以实现快速启动和准确停止。

根据工件的长度及节距的具体布置，滚床可以有不同的长度，如节距为6米，滚床长度为5.5米。

．举升台（可升降滚床）――举升台不仅用来传递滑撬，并且用来把滑撬和工件举起（或下降）到要求的高度。

使不同高度的输送系统连接起来，以及在需要将工件准确定位时，举升台下降使滑撬及工件脱离，使工件落入夹具的定位机构上。

按不同用途举升台有三种类型

――传递举升台和停放举升台，主要和链式移行机配合使用，链式移行机是实现滑撬的横向移动；传递举升台用来使滑撬进出链式移行机，并和纵向的输送单元相连接；停放举升台用来提供滑撬在链式移行机上移动中的中间暂时停放。

传递举升台和停放举升台由气缸推动凸轮连杆机构而托起滑撬，停止横向平移运动，其举升行程为86mm。

――剪式举升台，是用来实现需将工件准确定位时，使滑撬下降脱离工件，而工件落入夹具的定位支撑块。

剪式举升台上部为一标准的滚床基本输送单元，下部为一剪式液压升降台。

根据车身的长短，剪式液压升降台可以是单剪式或双剪式，升程为500mm~1000mm之间。

――链式升降台，其功能及剪式升降台相同，只是在高差较大的场合比较适用。

如链式移行机需设在高处，则需采用链式升降台。

．电动移行滚床――电动移行滚床用来实现滑撬的横向移动，这种移动可以是两位的或者多位的，主要用于将一条线分成几条并列线的输送场合。

应生产要求变化不定或需要车型变换时，尤其需要这种移行滚床。

电动移行滚床由基本的滚床输送单元和一个可横向移动的托架所组成。

托架的轮子沿敷设在地坪上的滑轨移动。

移行机构由一个带制动的双速电机驱动，以实现移行滚床慢速起动，快速行驶，减速定位使移动滚床运行平稳，定位精确。

移行速度为：

慢速5.4米/分，快速为22米/分。

．链式移行机――链式移行机同样是用来实现滑撬横向平移的，其动作过程是：

首先传递举升台，升起到滑撬纵向运行高度，将滑撬送入移行机，然后传递举升台落下，将滑撬放在移行机横向运行的链条上，当滑撬横移到及某一纵向线路对齐时，按程序控制指令，该处的传递举升台升起并将滑撬顶起，脱离横移输送链。

然后传递举升台电机启动将滑撬送出移行机。

传递举升台之间根据需要可设停放举升台，以提供滑撬传递过程中的中间等待。

移行机的两条输送链由一个恒速电机带动，链条速度为11.16米/分，链条在由钢结构支撑的U型轨道内运行。

．单链式输送机――单链式输送机用于滑撬的纵向快速输送及存储。

单链式输送机有两条相互独立的运行轨道，一条轨道内布置有输送链，另一条轨道内布置有随动托轮。

滑撬在单链式输送机上运行时，一侧放置在输送链的滚子上，另一侧支撑在托辊上。

一旦滑撬受到阻挡时（停止器或前面停止的滑撬）滑撬底面及托辊及输送链滚子发生相对运动实现滑撬的存储，一旦阻挡消失滑撬便随输送链一同运行，单链式输送机运行速度为9～18米/分驱动装置上装有过载保护机构。

．旋转台――旋转台是一种可实现滑撬水平旋转的输送单元，用来提供滑撬的90度转弯或180度调头转向。

旋转台的结构是将基本的滚床输送单元固定在一个旋转支撑上，由平面包络蜗杆减速机和双速带制动盘的电动机所组成的驱动装置，能使旋转过程先慢、后快、再慢，以使旋转过程平稳，并且提高了效率。

旋转台一般有两种，一种旋转轴是偏心的，即在滚床的一端。

另一种旋转轴在滚床的中心。

．推车式滚床――有时系统内的滑撬因工作需要，要从系统里脱离出来，例如工件出现废品或送去检查。

另外，若系统尚未完善，如没有横向输送系统，可借助推车式滚床完成。

推车式滚床的结构就是一手推车上装有非机动滚床，当需要时，推至对准线上的滚床，将滑撬及工件送至小车上，再送到需要位置。

b．其它部分及方案A相同。

3．汽车车身装焊线的实施设计

3.1前提条件

装焊线的施工设计应拥有产品（白车身）的全套产品图，若是仿造（即没有产品图）则需要样车，一般最少三辆样车，及一套冲压零件明细表。

3.2工艺路线分析（爆炸图）

装焊线设计第一步是完成路线图或爆炸图设计，若采用样车，还有样车的分解。

将一个样车拆解至小总成，一个拆解至大总成，而保留一个。

同时还要对样车进行测量工作。

3.3编制工艺卡

3.3.1工艺卡的内容

这是汽车车身设计最为重要的一项工作，工艺卡内容包括：

（1）焊件（总成或合件）简图。

一般为轴侧图，图中应标出进入装配冲压零件的名称及图号，同时将焊点、焊缝位置及数量标出。

（2）工艺工程描述，如装件顺序、焊接顺序等。

（3）工序所采用的夹具