基于ROBCAD白车身焊接仿真工艺研究-.docx

大连工业大学本科毕业论文基于ROBCAD白车身焊接仿真工艺研究ResearchonSimu1.ationTechno1.ogyofBIWWe1.dingbasedonROBCAI)论文完成口期2018年6月13日学院：机械工程与自动化学院专业：工业工程学生姓名：赵前腾班级学号：工业131-01指导教师：金海华评阅教师：程金石2018年6月摘要轿车白车身是汽车的重要组成部分，是构成汽车的四大部分之一，是以“钢结构”为主的汽车零部件我体.车身焊接是白车身制造工艺中最重要的工艺过程之一，车身焊接的质量、精度、生产效率对整车的质量、精度、生产效率有若直接的影响。在大规模制造方式下，生产流水线是提高产品痂量和生产效率的有力工具，在白车身焊接生产过程中也不例外.本文通过论述虚拟制造技术这一先进制造技术的概念、发展现状，提出了运用虚拟制造技术进行白车身焊接生产线设计的技术架构、技术关键点、方法和流程，详细介绍基于虚拟仿真软件进行白车身焊接生产线设计的设计方法和设计评价标准，以实现了里侧国外板手动焊接工位的虚拟仿真，运用虚拟仿真结果指导生产线的设计。关键词：乍身焊接：白车身：工艺：虚拟仿真AbstractCarwhitebodyisanimportantpartofautomobi1.eandoneofthefourmajorpartsofauto11M)bi1.c.BOdywe1.dingisoneofthemostimportantprocessesinthewhi1.ebodymanufacturingprocess.Thequa1.ity,precisionandproductionCfriCiCnCyofthebodywe1.dinghaveadirectimpactonthequa1.ity,accuracyandproductionefficiencyofthewho1.evehic1.e.In1.arge-sca1.emanufacturing,production1.ineisaPOWerfU1.too1.toimproveproductqua1.ityandproductionefficiency,anditisnoexceptionintheproductionprocessofwhitebodywe1.ding.Thispaperdiscussestheconceptandpresentsituationofvirtua1.Inanufiictiiringtechno1.ogy,andputsforwardthetechnica1.framework,keypoints,methodsandf1.owofthedesignofwhitebodywe1.dingproduction1.ineusingvirtua1.Hianutacturingtechno1.ogy.Thispaperintroducesindetai1.thedesignmethodanddesigneva1.uationstandardofthewhitebodywe1.dingproduction1.inebasedonthevirtua1.simu1.ationsoftwaretorea1.izethevirtua1.simu1.ationofthemanua1.we1.dingworkstationoftheshapesideouterp1.ate.Thevirtua1.simu1.ationresu1.tisusedtoguidethedesignoftheproduction1.ine.KeyWords：BodyWe1.ding;WhiteBody：Process;Virtua1.Simu1.ation目录引言1第一章白车焊接工艺基本内容研究21.1 白车身的定义与特点错误!未定义书筌.1.2 白车身的分类与特点21.3 白车身制造工艺分类错误!未定义书签.1.4 焊接工艺41.5 弧焊工艺61.6 凸焊工艺71.7 其它先进焊接工艺7第二章白车身点焊焊接的质量和工艺92.1 点焊失效形式与检杳92.2 点焊质量评定标准IO2.3 点焊工艺参数的选择I1.2.4 白车身焊点规划I1.2.5 白车身的焊接工艺规程对车身精度的影响12第三章基于ROBCAD的白车身焊装自动线方案设计133.1 系统仿真平台一一RoBaD概述133.2 基于ROBCAD的焊装线方案系统设计与仿真143.3 ROBCAD数据转换及建模163.4 ROBCAD焊装线设计与系统仿真173.5 基于ROBCAD的节拍与方案可行性分析19第四章基丁虚拟制造的白车身焊接生产线设计技术的实现224.1 面向白车身焊接生产线设计的虚拟环境构建224.2 基于的虚拟仿真设计234.3 基石的机构运动仿真244.4 基于的人机工程分析244.5 基于的生产过程分析25I1.1.-第五章基于ROBCAD的白车身焊接仿真工艺结果应用26结论29参考文献30致谢31-IV-引言白车身焊接工艺是整车厂最为重要的制造环节之一，如何在严苛的节拍限制中制造满足质量标准的白车身，最关键的因素在于如何有效把握和管理数以千计的焊点和与之对应的生产工艺和资源。在汽车工业快速发展的今天，越来越多的设计工作要依赖于软件来完成,而TeCnOmatiX数字化制造软件，是一个工艺规划的信息化平台,提高工艺规划和设计痂量的强大工具。它提供了个协同工作的计绯机网络环境和相应的软件工具,使得工艺规划人员能够方便迅速地进行工艺规划的设计、优化、仿真，保证了信息交流和共享。还可以缩短生产制造准备时间，加快工艺规划和设计速度。第一章白车身焊接工艺的基本内容1.1白车身的定义与特点白车身（BodyInWhite）,一般指车身生产流程（图I）中在完成车身焊装但未进行涂装工艺的、形状复杂的白皮乍身,结构为空间薄壁壳体：此外,还包括车身制件、车门，不包括车身附件设备和装饰件.白车身具备以下特点:（1）更杂的形状。白车身是由具有各自形状的薄板冲压件组成，其形状不能用简单的几何方程式描述其空间曲面，并具有贪杂的局部形状：（2）很大的体积。白车身及部分总成件体积较大；（3薄壁结构。组成白车身的薄板冲压件多由0.8mu1.2m的薄钢板组成：（4）良好的质量和刚性。白车身直接体现整车外观，不仅对尺寸、形状精度有很高的要求，且对表面质量耍求无变形、无损伤。一-«*-一.w."T9,成.j.wI4q3装1.旬,tk冷装图车身生产流程1.2白车身的分类及特点汽车车身常按车身的承栽形式对车身进行分类，分为非承载式车身、承载式车身和半承载式车身三大类。非承载式车身：这种结构的车身般装有单独的刚性乍架，并将乍身通过缓冲元件安装在车架上吸收对乍身的冲击我荷，大部分负敌由车架承担，车身本身结构的承载能力相对来说较少，但仍一定程度上承受车架扭转变形引起的负载。此种结构车身变形小，平移性和安全性好，车身内部噪音低，但整体质量大，质心高，比较笨萤，不适应高速行驶，多用于载货汽车、客车及专用汽车。承载式车身：承载式车身省去门加性车架，通过本身刚性空间结构承载车身固有教荷及其他件种载荷。车身通过在发动机舱、前困、侧困、地板等关键部分加强结构，提高车身本体的刚性。车身本体具有较大的抗弯、抗扭性能，且质量较非承载式车身轻，高度和质心也比芈承载式车身低，具有高速行驶的稳定性，因车身本体一体式，刚度较大，所以行驶时噪音和振动会较大。该类车身改型牵涉到整体结构，所以改型成本高、难度大。目前承我式车身是车身结构发展的方向，多数轿车采用承我式车身“部分轻型客车也采用全封闭式承教式车身，地板由地板骨架和地板上板组成。承载式车身：半承载式车身是介于非承载式车身和承载式车身之间的过渡型车身结构，它的车身本体与车架用焊接或螺栓刚性连接，加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用。1.3 白车身制造工艺分类白车身焊装工艺方法包含焊接、涂胶、包边、抑接等。焊接是目前国内白车身常见的一种金属连接方法。焊接工艺包含点焊、弧焊、凸焊、擦柱焊等焊接方法。点焊是利用金属通过大电流的电阻热融化金屈使板件之间相连。菰焊是熔焊的一种，是利用高热量熔化金属母材和填充金属.因点饵的热输入比弧焊小得多，在白车身焊接中所占的比例最高。涂胶是对车身板件间涂工艺胶的过程，胶里也分为多种。通过涂胶保证车身的密封、隔振性能，提高车身的舒适性。包边是实现零件内外层板连接的方法，通过机械结构施加在外板上的力使外板边缘发生折弯变形将内板包住。包边的实现方法主要有：压机式、夹具式和机器人式。压机式包边效率高，但投入成本海，需通过更换模具实现柔性。随若机器人技术的发展，使用机器人包边越来越多，机器人利用工具端安装的滚边工具实现板件包边.白车身需要包边的部分有门盖、翼子板等.押接的车身制造工艺是在不方便使用焊接的情况下实现板件间的连接，在铝材料的轻量化白车身有较多的应用。一般白车身焊装工艺顺序采用“分级”的生产模式，如图2W2-4场。门。U*Pf1用或i.4(Body-In-White),2-mU(Un(WibodyAsreni)Iy):3-MU;(SidebodyAssemb1.y1.H).4-,ti。f)g1.k(DrAssemb1.y1.R)5-f11j'fJ-1.;,k(DxAssemb1.y1.F)6Kftk(Fnder1.H)：7%动帆靶Q攻(Eng1.n。RsmAsmb1.y卜&，功忙怆霜C小(EngineHoodAssemb1.y):9-6,，板(FendsRH).IO-/.WUFA(SdebodyAssemb1.yRH)：11.-111(DoorAMr1.yRF)12G。A门4成(DOoTRRh1，我WW(RoofAssemb1.y)：14JJ个"'j"KC.'<(1.uggageCompartmentmtDeckhd)1.4 白车身焊接工艺白车身焊装工艺是汽车制造关键工艺领域之一.如前所述，一般一个汽车白车身一般由300'500个灾杂的银金件经过55'75个工位组成,在制造中一般需要17002500个定位器具和400<5000个焊点。根据车身焊接的自动化要求,合理规划焊装线的布局和工位划分.焊点的合理分配,节拍平衡，保证无漏焊、重复焊接及确保生产节拍是白车身工艺规划的重点和难点。白车身工艺规划的特点主要有以下三个方向：（1）减少焊点数量，使用先进的焊接工艺（如中频焊接和激光焊接）保证和提高车身的焊接质量，提高生产率：（2）焊装线的工艺设计及优化是保证焊装节拍和白车身的整体质殳重要途径，国外己经实现白车身焊接工作量的90%以上由机器人完成：1.1 数字化验证技术是保证机罂人焊装线设计质量和工艺规划可行性的必要手段。为了保证设计质量，要求超过95%的实际制造过程被模拟和仿真，从而缩短调试与试运行时间。点焊是白车身制造过程中使用最多、应用最广的一种焊接方法，白车身的上千个焊点均是通过点焊连接，白车身就是一个典型的点焊结构件。点焊是电阻焊的一种，其原理是大电流通过板件时，利用板件间的电阻产生电阻热熔化金属。电阻焊的电阻分为物体间的接触电阻和板件内部电阻两类，这两部分电阻在点焊时起着不同的作用。接触电阻的形成机制是焊钳加压时#绝对光滑的零件表面形成的个别点接触很好而其他接触不良的情况，电流优先通过接触好的点，导电面积减小，电流线弯曲收缩，电流阻尼增大，产生电阻热。影响接触电阻的因素主要是零件表面、点焊压力和焊件温度。零件表面存在油污或领化物时会严重阻碍电流通过，接触电阻显著增加：压力越大则接触面积增大，接触电阻越小：焊件温度越高，则金属强度下降,接触电阻下降。接触电阻仅是在点焊初始瞬间对总热量有贡献，但占比重不大。为了避免电极过热缩短寿命并烧坏板件，需要尽量减小电极与板件的接触电阻RI、M的值。因此，焊钳电极需周期性打磨以消除电极表面的焊渣和氧化物。同时，电极采用循环水冷却方式.点焊的过程可分为预压、焊接、锻压三个阶段预压是指从电极接触板件并开始加压到开始通电为止的这段时间。板件预用是绐板件个垂直于板件表面的压力消除板件间隙。预压力的大小根据板件厚度、状态和性质等条件选择,预压在焊接时形成封闭的塑性环防止飞溅。压力不足时会造成板件间接触电阻过大而烧坏板件。焊接是点焊过程中实现板件连接的最亟要的阶段，是指在预压后通电形成大电流I可路,使板件熔化形成熔核。通电时间也是有严格的限制，时间太长或太短都会影响焊接强度1通电时间常用“周波”为单位，对于工领50HZ的电源来说,周波相当于0.02s。锻压是通电完成后熔核冷却结晶时电极仍继续加压的阶段。锻压力大小的选择应大于板件刚度以确保熔核结晶能在中心彼此成长，形成牢固的焊点。锻压力的时间也不宜过早或过迟，否则会产生喷射飞溅或锻压力无效。完成这三个点焊过程后，电极松开并移至下一个焊点位置进行循环。在饵接过程中若通电过急板件还未形成封闭环时内部金属就已气化，或熔核扩展速度过快.或熔核轴向增长过高破坏了封闭的鳖性环时，会造成飞溅。飞溅使液化的金属减少，在表面形成凹坑，严重影响焊点的连接强度和表面质量，飞溅的金属冷却后形成飘浮物和焊渣，污染劳动环境。1.5 弧焊工艺早在1801年英国人Davy发现电弧放电现象，产生了早期的弧焊：1885年的碳弧焊用金属电极代替了碳电极：20世纪初，瑞典人实现焊条进行弧焊；20世纪30年代美国人开发了埋弧焊技术并实现了连续送丝。弧焊的焊接热能由电弧产生，母材被连接的局部位羽.熔化再结晶形成一体的焊接方法。电煎焊产生高温在空气中公产生金属氧化物影响焊接件质量,所以弧焊通常采取保护措施，较常用的是使用保护气体，依靠保护气体的不同可分为CO2保护煤'熔化极惰性气体保护焊（VIG）、熔化极混合气体保护焊（MAG）、铝极氨孤焊（T1.G）等，按采用的电极类里可分为熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊，按焊丝类型叫分为实芯焊丝气体保护焊和药芯焊丝气体保护焊等。其中，C02气体保护焊是在白车身焊接使用较多的焊接方法,一套C02气体保护焊系统一般包含：焊接电源、控制系统、送丝机构、焊炬、保护气供气系统等设备.它具有如下特点：（1）其焊接的侦任和生产率高。焊接时，焊丝和电流根据需要加工的板件厚度进行选择,厚板焊接时用相焊丝、大电流以加大焊丝的熔化速度和熔深，薄板焊接时使用细焊丝、小电流以实现熔滴短路过渡、电弧对工件间接加热，降低工件热能吸收并减小焊接变形，缩短了焊接后的校正时间，提高效率。（2）焊接的成本低.气体保护饵的成本消耗主要体现在两个方面：焊丝成本和保护气体的成本C02保护焊焊丝便宜，C（）2保护气成本也较其他焊接方式的保护气成本低很多，得到普遍应用。（3）焊接能耗低。对相同材质、相同厚度和相同长度的焊缝的焊接能耗上，C02气体保护焊相对于焊条电弧焊和TIG焊具有熔化效率高、焊接速度高从而节省能源，成本仅为手工电弧焊和埋弧岸的30%,60（4）应用范围较广，焊接质量相对较好.C02保护焊的应用范围不仅体现在对各种行业、复杂零件形状的适应性较好，而且在世界各地都可以广泛应用.IICO2保护焊焊缝抗裂性能好，对工件表面的杂侦(油、水或锈等)不敏感，较容易实现自动化焊接。C02气体保护焊对于低碳钢和低合金钢等黑色金属焊接件外的其他非铁金屈焊接适用性较差，且因C02保护焊的热能输入海，易产生零件变形。C02保护焊有两种熔滴过渡形式：短路过渡的短弧焊和非轴向颗粒状过渡的长弧焊。因短弧焊是电弧将焊丝熔化形成熔滴接触零件形成短路,这种方式时薄板件的热量输入(heatinput)不易损坏板件痂量,所以在车身焊接中常用短路过渡的C02焊接方式。C02气体保护焊之所以在白车身焊接中得以广泛应用除了上述优点外，其操作的便利性、汽车覆盖件更杂曲面焊接的适应性使之与点焊焊接工艺形成互补。由于车身冲压件通常存在误差、变形以及板件定位精度的问题，焊维轨迹的空间位置通常不是稳定的.采用机器人自动孤饵时，需加装激光跟踪传感器实时检测焊缝位置，并格误差反馈至机器人控制器重新对轨迹进行校E因此采用机器人自动邨焊的成本大大增加，故车身弧焊多以手动操作。1.6 凸焊工艺凸焊也是电阻焊的一种，它的焊接原理与点焊基本一样，主耍用于饵接如螺母、垫片等小零件。凸焊件上有为了保证接触良好而预先加工的凸点。凸焊的条件与点焊类似，需要较大的压力和电流。凸焊件与板件的接触面枳集中在凸点上，所以凸点接触压力和电流密度都相应提高，电流在凸点处产生高热量使凸点熔化。因为凸焊件多为标准件，可使用凸焊机提高生产效率。1.7 其他先进焊接工艺激光焊接是采用激光聚能产生的热量熔化并限充金属的焊接方法,它的能量密度很高，热能输入小，焊接变形小，熔化区和热影响区窄，并得到较深的熔深。激光焊接因为能量聚集且热能输入少，所以冷却速度快，得到组织微细的焊缝，焊接性能好激光焊接对板件的搭接边无要求，且是第面焊接，无需额外增加焊接设备，避免干涉。激光饵接速度快、适应性强、可靠性高、易于实现自动化,在焊接效率、精度、效果上都比传统焊接有很大的优势。激光焊接的设备成本较高，对板件的搭接位置精度和板件厚度要求泮格.为'提高激光焊接效果,通常将激光与电弧复合使用，形成激光纪合焊接，这种焊接是将激光与电弧的能量同时作用于焊接位置以提高焊接综合性能,激光热丝钎焊是更合焊接方式之一，可实现对镀锌板的焊接。在轻量化车身制造中对铝板的焊接也使用激光豆合焊接技术，以蝌加熔深，提高焊接效率及焊接性能（图3）。图3传统的车身孤焊飞溅、焊渣和焊缝表面氧化都较严重。国外有一种CMT（Co1.dMeta1.transfer,冷金属过渡）焊接技术，这种工艺的关键是当焊接电源检测到电流短路时则控制焊接电流下降，使金底熔滴在分离和转移的过程中无飞溅,焊丝回抽，这个循环频率很高，饵接过程饵丝在送丝机构控制下快速往发抽动。CMT焊接工艺与传统的弧焊工艺相比，E戏大大减少,焊接时热量输入较传统的如焊低，I1.具仃良好的熔深,焊缝均匀，可适用于如钢和铝的不同零件材质的焊接。第二章白车身点焊焊接的质量和工艺2.1点焊失效形式与检查点焊存在多种失效形式，在车身低碳钢点焊中常见的失效形式有：虽然经过点焊但板件间没有形成熔核的虚焊失效，点焊过程中未形成符合要求的熔核直径的熔核过小失效,点焊中对板件表面形成的严重损坏的板件烧伤，点焊造成板件凹陷严重的焊点压陷，以及熔核撕开焊点、“缺口”焊点等。焊点是否合格，最有效的检杳方法是进行焊点撕裂试验.将两层试验板件经过点焊后，用楔形工具或拉力机将板件撕开，观察焊点处的情况。若撕开板件后焊点的熔核尺寸符合要求且熔核处仍然粘贴有母材，则说明焊点合格.白车身试焊后，常通过撕裂焊点所在的搭接边对焊点合格率进行统计。2. 2点焊质量评定标准焊点的质量分为外观质量和内部质量，外观质量影响白车身焊接的整体外观，内部质量影响焊点连接的强度，严重的会造成焊点失效.饵点外观质量要求焊点表面压坑浅，平滑，呈均匀过渡，无明显凸凹，无明显裂纹，板件表面无烧伤或粘附，内部完全结合，无严重裂纹、缩孔等缺陷，焊点的失效形式主要有虚焊、熔核偏小、焊接过度等。点焊外观质量可通过对焊点的尺寸指标进行评价。通常，焊接工艺认可的三个评价参数是：熔核直径、焊透率和板件的凹陷深度。熔核直径是指承载焊点强度的熔核尺寸大小，该评价参数与焊点强度近似成正比.一般，将白车身常见厚度的低碳钢点饵的熔核直径制成标准的参考表（图4）.1V1位.；mm制收药学与收I衿d0.40-0593006007935OSO-I3940140-19945200-249502.5029955图4若板件搭接区域足够大，熔核直径可大于计算值以提高焊点强度。凹陷深度是指焊点处的板件厚度与未点焊的板件相比厚度的减少砥，凹陷深度大则会在车身表面形成一个个凹坑，不但严重影响外观质珏而且影响板件强度，一般凹陷深度不应超过板厚的20焊透率表示点焊后焊点熔核在厚度方向占板料厚度的百分比，是体现焊点承载能力的参数。焊透率不仅考虑到熔核的序度，也考虑了材料的凹陷。焊透率过大，熔核离表面越近，表层金属受热越严重，容易出现飞溅、缩孔、裂纹：焊透率过小，熔核过小，连接强度低。焊透率应在20%至80%.,2.3 点焊工艺参数的选择点焊焊接工艺的参数主要由以卜组成：焊接电流IS、板件压紧力FS、导通电流时间I、电极与板件的接触面积S等。焊接电流最大值一般取到点焊开始产生飞诫的电流值，电流密度的大小控制板件加热速度的快慢：板件压紧力越大，焊点的接触电阻和电流密度越小，形成的熔核越小：而通电时间越长，则点焊输入的热量越多。接触面积直接影响上下电极通过板件时的电流密度、散热条件改善焊接情况。白车身焊接通常存在两种不同厚度的板件相比连接的情况，若板序比大于I：3时，熔核易脱离板件接合面产生偏析现彖，通过调节上下电极接触面积来调整电流密度和散热条件避免偏析的产生。在薄板厚板焊接时，常在厚板表面采用较大的电极接触.薄板表面采用较小的电极，这样点焊时大电极处散热好,电流密度小,促使熔核向薄板方向移动点焊规范分为强规范和弱规范：强规范是用大电流短时间通电焊接：弱规范是用小电流长时间通电焊接，对丁汽车覆盖件来说这两种规范均可适用，但强规范有利了提高效率、节能和诚少变形。对如焊接电流、压紧力、通电时间、电极大小等焊接关键参数，在国外、国内及企业内均有焊接规范参考，根据焊接件的材料和厚度进行相应的参数选择。对于多层板焊接。2.4 白车身焊点规划白车身焊点规划的内容分为三部分：焊点的分级、间距及焊接顺序。<1)焊点的分级白车身成为一个典型的点焊结构件,通过分布在板件搭接边的上千个焊点形成连接。点焊在工艺上分为定位点焊(Geo-spot)和仅起加强连接的补婵(Res1x>O,定位焊点的作用是聘经过夹具、抓具等带定位功能的工位器具准确定位后的板件先由部分焊点固定板件的相对位置，在工件离开工位时，板件不会发生相对位置偏移的情况。所以,定位焊点非常重要.定位焊点通常分布在零件上件后并对零件充分定位夹紧的工位。根据夹具设计在基本定位点P1.P在形成具体的机构后，其精度经过精密仪器调试，所以板件在P1.P附近点定焊点以保证其良好的定位维承。定位焊点是在上件工位,通常有较多的器具、机构，因此焊接难度随之增大，需要相应的点焊设备满足焊接要求。多数焊点用于加固板件连接的补焊焊点，可用人工方式或机器人自动焊接完成.补焊饵点等距、均匀分布.(21饵点间距点焊是板间接触点通过大电流产生焊接热量熔化金属的过程.理想的焊接均是考虑电流仪从当前焊点位置流过工件，尚未考虑电流分流的问题。而实际上，电流分流会严重影响焊接效果。电流分流有多种因素造成，如焊钳与工件干涉等，但焊点间距对电流分流的影响最为直接。焊点分布多沿着板件搭接边或在贴合面上，若认为焊点均有效，则焊点越多，密度越大，焊接强度越好.但是，焊点密度大造成间距缩小，电流的一部分会通过焊点周围的板件接合处通过，造成在焊点处通过的电流减小：若焊点间跑增大，则分流电阻也增大,仃利于点焊版员的提高。在平衡焊点密度和电流分流的关系上，焊点间距的经验取值在50mm左右。(3)焊接顺序焊接路径是按一定先后顺序遍历所要求的焊点位置形成的路径,若按理想的匀速运动完成点焊路径，则路径越短，所需焊接时间越短。焊接顺序取决了焊接路径的长短。焊接瞅序的数学模型其实是依次经过所有焊点位置的旅行商问题.而对于机器人自动焊接，则是带约束的旅行商问题,约束条件主要是节拍约束，机器人可达范困的约束，工艺性要求的约束。焊点的焊接顺序需考虑工艺性问题。不怡当的点焊顺序会造成焊接件变形。白车身的焊点通常成排出现，生产中常用的点焊顺序要么从中间向两侧延伸的方法，先从中间固定住板件位置：要么从顺着同一方向逐一点焊焊点。从两侧向中间的点焊顺序是错误的，容易造成板件的变形且变形无法消除2.5 白车身的焊接工艺规程对车身精度的影响车身制造缺陷会影响车身安全、风噪声、密封性、行驶平稳性等整车性能。白车身焊接总成的尺寸精度是衡量焊接工艺成败的重要指标之一，白车身焊装工艺中最关心的问题是焊装唤序对车身尺寸精度的影响.电阻点焊的热影响较小，对白车身变形的影响贡献不大。车身覆盖件点焊的尺寸误差主要取决丁零件制造误差和制造系统误差两种,在焊接过程中,通常将有误差的覆盖件通过工装设备压到指定的理论位置进行焊接。若焊件本身结构刚度小而焊接后的部件结构刚度大，则焊接部件尺寸精度相对焊接零件的尺寸精度有所提高，若焊件本身结构刚度大而焊接后的部件结构刚度小，则焊接部件尺寸精度相对焊接零件的尺寸精度有所降低“白车身在焊装时的刚度矩阵不断变化.一般在形成车身分总成的过程中，部件刚度增加但尺寸波动小：在白车身总拼过程中，随若各组成的焊合，部件尺寸变大导致尺寸精度降低，刚度降低。在形成整个白车身过程中，焊接件刚度增加，尺寸精度提高。实际上，在白车身的焊装过程中，车身刚度和尺寸是反复的过程，故不同的点焊顺序对照车尺寸精度影响不I分明显。在白车身中的瓠焊常采用C02保护气抬焊，特点是易操作，适应性强，但热输入和飞溅大，产生的板件变形比点焊严重，所以在白车身上采用的C02应尽可能少。通常在车身不易点焊或需要加强焊接的部位进行弧焊.对F小件的弧焊应有良好的弧焊工装保证相对位置精度。对于刚度大的焊接件进行少量弧焊操作时也可不采用工装夹紧（如调整线上对白车身总成的补焊）。弧焊顺序应先弧焊受力较大的部位；弧焊会在焊缝处产生应力，为了减少焊接应力应先婵收缩量较大的焊第三章基于ROBCAD的白车身焊装自动线方案设计3.1系统仿真平台一RoBCAD概述及功能ROBCAD作为原Tecnomatix公司(现属SIEMENS公司)在上世纪八十年代具有相应专业仿真模块所推出的大型机器人仿真系统,具仃精确仿真、快速建模、易于实现的特点。就功能上来看，ROBCAD的机器人具有-RoBCAD与CAD软件交互的作用,在具体的交互数据类型中主要包括UnigraphicsNX.CatiaV5>PrO/Engineer等数据模块,与此同时，还包括多IGES、DXF、ST1.,STEP等种通用数据格式。通过ROBCAD进行的数据交互主要包括工作单-元设计、建模和布局几大板块.以此为基础的数据交互互动可以为多元化的产品数据的仿真设计验证提供一种可行性。在关丁白车焊装线中，所涉及到的编程量十分巨大，仃效的改变传统编程数据中的效率低参与规模大的困境.特别是针对因为无碰撞技术缺乏和路径规划欠缺造成的事故多发情况,而基于RRS的ROBCAD对现场的实际状态建模，可以在不需要接入机器人并且方案得到科学论证的有效前提下实现机器人程序设计的有效编程和速度提升。一般来看，ROBCAD的有效配置需耍50余个接口和200多个机器人来实现时相关部件的有效控制，其中包含着路径控制和信号控制，特别是对离线编程情况进行有效的开发.在O1.P所具体开创的仿真环境下，焊点和经过点的属性进行了有效编程,并设置了相对应的参数值，例如MOtion、TCPF,Path等。同时，针对可能出现的理论位置与实际位置形成的误差进行了校正，即所谓的误差校正(Ca1.ibration),ROBACD仿真流程示意图3. 2基于ROBCAD的焊装线方案系统设计与仿真在有效考量白车身自动线工艺规划设计要求和具体特点的基础上，可以先选择一个平台作为实现焊装线模拟的主要对象,进行模拟的主要目的是为了提前发现在设计、布局或者工艺中可能出现的问题，并优化输入结果和优化焊装线工艺来提商机器人精装方案的可行性与效果，从而到达节约成本和降低现场调试难度的可能综合来看，在该项目所采用的RBoCAD的虚拟化设计平台更多是针对数字化的设计进行的工位布宜、焊钳设计、工艺可行性等流程优化,以此实现焊装线流程的再造，特别是针对关键部位的离线编程设计.在具体的数据仿真过程中主要包括三个阶段:通过数据精细推理的导入与具体模型的架构阶段、通过推演的仿真模拟阶段、进行结果输出和校验阶段，其具体的界面主要包括以卜几个大的板块，例如功能菜雎板块、消息提示栏板块、状态工具栏板块以及具体操作键板块。«根痂入与模型建立过敏m行快KCOK或为用格4.USTP.IG?工位仿真与聆证KS*。的林磔人数他*改»入.1仙。力叱豆”怆口恨城埼大氟优TCP.k«结果始出D1.pMa1.。人F门r4. 3基于的机构运动仿真机构运动仿真是一个虚拟制造系统的基本功能,通过机构运动仿真可以检验机构设计的可行性和合理性，可以实现动态的干涉检杳，使潜在的干涉问题在设计阶段予以解决。的机构运动仿真是通过定义机构中各个构件间的运动关系来实现的，在中将机构运动分为关节的运动，基本的关节运动类型有回转运动和直线运动，每个关节由两个构件和一个运动轴组成，运动轴可以是回转运动的中心线也可以是直线运动的运动轨迹，构件之间的运动关系具有“父子”关系，“子构件”随着“父构件”的运动而运动。ROBCAE对常用机构的运动定义提供了方便的集成工具，可以对齿轮机构、齿轮齿条机构、四连杆机构和汽缸连杆机构的运动进行方便的仿真，为在夹具设计中常见的偏心式汽缸搓动机构的运动仿真及关节定义4.4基于的人机工程分析传统的设计方法对人机工程学因素考虑的比较少，很多设计是将人、机交互部分放到实际生产现场再予以调整,这样设计出来的设备是让操作人m来适应设备，而不是保证设备操作的舒适性。提供完整的人机分析虚拟设计功能，可以真实的模拟人的操作运动过程、检测动作的可达性和消除运动过程中碰撞干涉，同时根据场人研叮担标准综合分析人在悚作机器过程中动作的难易程度，这样可以结合人机工程学的要求对设备进行优化设计。对人的动作的模拟是通过关节运动来实现的，它把人的运动分为个身体关节和个手部关节，为关节分布示意图.通过关节不同的运动可以实现各种各样的姿势，每个关节都有一定的运动范围，这样可以对运动的可达性进行分析。运用进行人机工程学分析时，首先对待操作物体的运动轨迹进行定义并将物体在不同运动阶段的位置记录卜来,然后将人体模型放置到合适的位置并通过移动关节使其运动到操作位姿，在每个操作位姿定义人体模型将要执行的操作，共有“走动、取件、放件、摇手柄、拧螺丝、手触摸、脚触摸”七种基本操作类型，这些基本操作在不同位姿下的组合组成r一个完整的操作过程.当运动关节不能到达某个操作位姿时，系统会提出非可达性报警，表示人在这个状态下执行此操作是不可能的。对于在不同位姿下操作舒适性的分析，按照场人标准的四种操作姿势评定等级进行分析，这四种等级为正常操作姿势、轻度有害操作姿势、有害操作姿势和重度有害操作姿势,通过运用分析结果就可以对设备进行修改使可操作性达到最优。4.5基于的生产过程分析完整的虚拟仿真不仅要实现某个局部动作单元的运动或人的某个操作的仿真，更重要的是要实现整个系统连续的过程分析。能够对生产过程进行完整的仿真以验证工位、生产线的生产节拍是否可以满足设计要求，动态发现生产过程中制约生产或效率提高的环节，为生产线的平衡设计提供支持，同时也可以在生产过程中进行生产线的布局优化,找出使生产线物流运输成本增加的环节并予以改善.BOBCAD将生产过程分中的操作类型分为机构的机械运动、机器人的轨迹运动和人的手工操作.机构的机械运动是从一种状态运动到另外一种状态,比如从闭合状态到打开状态机既人的运动是某个机器人按照设计好的某个运动路径进行运动,一个机器人可以有多个路径人的手工操作是以定义人按照先后顺序完成特定的“任务”来实现的。这些操作按照预先设计好的流程先后或者同时发生，将这些操作组合以后便可以形成完整的生产过程。最后生产过程的分析结果以甘特图的形式输出。第五章基于RoBCAD的白车身焊接仿真工艺结果应用通过前面的分析，得到了MB060工位的初次仿真，此次仿真是按照仿真工程牌的工程经验进行的，为了脸证此仿也的路径是否最优以及求出最优路径中焊点之间的变换矩阵和机器人各轴关节的转换关系，需要对焊接过程进行分析和研究。将车身数模和焊点导入到仿真平台里后,在对机罂人焊接路径仿真优化之前,需要根据焊接的节拍的要求和焊点的规划原则，对焊点进行合理的划分.确定哪些焊点是点定焊点，哪些是补焊焊点。对车身板件起定位作用的是点定焊点，保证人工所上的板件经点定之后，板件就会完全焊接好：补焊是使板件之间再一次焊接，以确保板件之间更加紧固，在后面的撕裂实脸中，板件之间不公剥落,划分完焊点后，同时要对所有的饵点进行顺滑性处理，以确保机器人运动有更好的平瞅性.每个工位的焊点规划好后，为确保机器人在仿真是能达到每个焊点而不遗漏个焊点，就需要对焊点的可达性进行验证。这样做的目的：一是为了确保各个工位的焊点能够满足前期工艺规划的要求，二也是为了确保使机器人能缈合理的姿态进行工作，以保证在焊接过程中，不出现任何的干涉现象在焊接仿其工作站中，机器人的站位不仅影响机器人工作时对焊点的可达性，而且更关系到焊接仿真工作过程中的干涉现象能否发生,所以为J'保证焊接工作的瞅利进行，就需耍合理的确定机泯人站位,在车身点饵工作站中，通常会有多台机版人进行工作，特别是对于侧用工位，由于测用是左右对称，且存在前后焊接，所以侧围的焊接往往是4台机器人或者更多，因此，若是让这么多的机器人进行同时工作，不可避免的会存在干涉问题，特别是机器人与机器人，以及焊枪与焊枪之间。机器人站位对焊点的可达性和工作站中的干涉问题验证完之后,就可以进行仿真工作J'。首先，对焊接机器人饵接进行总体上规划，之后检测焊接机器人焊枪是否可以到达预期的焊点，若检测不通过，可以通过调整焊接机器人的位置来解决。并且观察各个关节角度变化情况,这时就可以检测在每个焊点处机器人的各关节是否在额定的范围内工作，以及校验机器人的姿态是否合适，若不合适，就需要对机器人的姿态进行调整。随后，设置焊枪的一些工作参数，如：闭合、打开以及焊接时间，并设置每一个动作命令，使得焊枪在经过每个焊点时都会按照重更所设定的饵枪参数进行点焊动作。在点焊过程的开始前和结束后，为了焊枪能够进入到安全位置,避免其发生干涉现象，常常需要插入一些过渡焊点，给机器人提供一些准备时间，确保机器人能够顺利进入安全区域，最后，通过机器人示教，可以直观的看清整个焊接仿真全过程。在这一仿真过程中，可以同时看到机器人的各关节在不同焊点之间的角度变化关系.若某一关节超过J'额定范围，机器人就会有黄色变成紫色，并且机器人的各轴的角度也会显示为红色。这时可以调整机器人的位置或力,焊枪的焊接姿态来改变机器人各轴在额定范闱工作。同时,通过焊枪在各点的角度，可以根据前面章节的坐标转换关系计算出相应的焊点之间的变换矩阵，以验证焊点的规划机器人的影响。机器人在工作过程中，根据焊点之间的转换确定了焊点Tag坐标之间的转换矩阵关系。由机器人运动学可知，通过这一矩阵关系，可以求出机器人各轴关节之间的变换关系，以验证机泯人各知关节之间能在软定的范围内工作，这里用到的相关理论是机曙人运动学。机器人的正运动问题是已知机器人各轴关节之间的角度，求出机器人工具的末端工具的位置和姿态的问题，正问题的求解过程比较简雎，并且解具有唯一性，而逆向题的求解过程比较更杂，且具有多重解，也有可能不存在解，点焊工艺规划包含焊点分理、焊接参数的设定和焊点路