商用車具有負載大、使用率高、年均行駛里程長的特點，是汽車產業的重要組成部分，對國家汽車經濟發展具有舉足輕重的作用。作為商用車領域最大、最關鍵的受力部件，商用車大梁的制造水平影響著商用車的使用壽命、燃油經濟性、操控性以及安全性。傳統的縱梁制造模式以沖壓為主，面臨的突出問題是生產過程中頻繁更換模具，導致大量生產時間被浪費，同時也存在柔性化加工能力不足、生產準備周期長、模具投資費用高、縱梁回彈嚴重等難題。隨著市場競爭的加劇以及高強度板材的應用，客戶需求逐漸呈現定制化、輕量化以及個性化的特點，因此開發柔性化縱梁制造裝備及技術，提高生產線智能化水平，滿足在實現大批量自動化生產的同時，又能兼顧小批量多品種的生產模式，在商用車底盤制造領域具有重要的推廣意義。
商用車縱梁結構分析
根據商用車載貨能力不同，可將其劃分為輕型、中型、重型，它們的車架結構特點分別如圖1 所示。輕卡車型縱梁以變截面為主，如圖1(a)所示，車架前段下沉可大幅降低整車重心，且駕駛室前懸置支架安裝平面將會比直通梁降低10cm 左右，駕駛室離地高度大幅降低。車架縱梁前后幅面高度降低使整個車架更趨近于等強度梁結構，避免車架前后段受力較小的部分不必要的鋼材浪費，同時也是輕量化的有效措施。
輕卡車型縱梁截面寬度為160 ～220mm，長度為5 ～7m，材料厚度為4 ～6mm。該類縱梁目前主流制造方式仍以沖壓為主，如圖2 所示，即采用大型壓力機，配合落料沖孔模具和壓型模具完成縱梁的制造過程。為滿足多品種、小批量的市場需求，目前也逐漸通過數控平板沖與等離子切割的方式取代大型壓力機落料沖孔，從而縮短縱梁制造周期，降低模具成本。中卡及重卡車型逐漸采用等截面縱梁的設計思路，如圖1(b)、圖1(c)所示。縱梁截面寬度為220 ～360mm，長度為5～12m，材料厚度為5～10mm。國內部分整車廠一般采用沖壓工藝生產，這種工藝便于組織生產，也在一定程度上降低了沖壓設備和模具的投資費用。但是隨著整車輕量化要求的不斷提高，縱梁鋼板的屈服強度也越來越高，普通壓力機噸位已經不能提供足夠的沖裁和成形壓力，而購置更大噸位的壓力機又會帶來更高的制造成本。另外，在進行高強度鋼板沖壓成形過程中，受板料性能的影響，沖壓變形區極易產生裂紋，嚴重影響產品質量。
縱梁柔性化制造系統
本文以國內某商用車整車制造企業縱梁生產線為例，對縱梁柔性化制造系統構成進行論述。目前其商用車底盤縱梁截面形狀多以“U”形為主，其最大長度為12000mm、最大寬度為360mm、最大厚度可達12mm、屈服強度為350 ～700MPa。縱梁柔性化制造工藝過程包含滾壓（卷料上料、開卷、校平、切頭、滾壓成形、在線檢測、校正、隨動切斷）→打標識→數控沖孔→機器人等離子切割→校直→拋丸→大梁折彎→運至存放區。為提升自動化水平，各個工序設備通過物流聯線系統進行了整合，實現少人化生產的目的。
柔性化滾壓成形
生產線第一序采用柔性化滾壓式漸進成形，能夠有效避免沖壓過程中板材產生的回彈和變形開裂問題，同時生產效率高，勞動強度低。柔性化滾壓設備可根據縱梁產品參數(如料厚、長度、截面尺寸等)的變化，由電機自動驅動成形軋滾，進行設備相應參數的調整，完全不需要更換軋滾。縱梁新規格產品投產前，不需要另行準備模具，縮短了生產準備周期，簡化了產品研發過程。當正常生產參數發生變化時，滾型設備(圖3)參數的調整時間低于5 分鐘，遠低于沖壓模具更換的時間。
縱梁三維沖孔
縱梁上孔數一般為200 ～500 個，分布于腹面和翼面。生產線柔性化水平的高低也體現在孔的加工上，為滿足縱梁三維柔性化沖孔，選用五主機三面沖(圖4)完成孔的沖裁過程。縱梁位于進給傳送滾道上時，U 形開口向下。縱梁進給方向為X 軸，X 軸的基準為縱梁翼面前端端面，與X 軸垂直的水平方向為Y 軸，可將梁的翼面取做Y 向基準，垂直于水平面的軸為Z軸，Z 軸基準為梁的上表面，如圖5 所示。
沖孔后制件的孔位公差：組孔位置公差為±0.2mm/300mm，孔中心距公差為±0.5mm/12000 mm，孔邊距公差為±0.5mm。整個沖孔過程中，數控沖程序自動切換，生產效率較高。另外一種縱梁孔位三維加工技術是采用數控鉆孔設備和專用夾具組成鉆孔生產線，各個鉆孔設備互不干涉，可以滿足同時鉆孔的需求。鉆孔前，可先將縱梁和內加強板裝配為總成件，利用夾具固定后，以縱梁上的孔為引導，配鉆內加強板上的孔位，該方法可有效保證縱梁與加強板兩個零件孔徑和孔位的絕對一致。
機器人三維切割
機器人等離子切割如圖6 所示，完成縱梁前后端腹面、翼面及直徑大于60mm 的圓孔、異形孔的切割工作。切割過程中，系統發出上料指令→自動化傳輸系統上料→送料至梁頭切割位置→自動壓料→切割前端外形(翼面、腹面或長圓孔)→機器人、壓料及接地機構回原位→送料至梁尾切割位置→自動壓料→切割后端外形→松開、出料→下一個循環。
切割面平面度要求不超過1.2mm，割紋深度不超過210μm，切割表面平滑，無切割瘤。切割件尺寸公差為±1mm，翼面長度切割尺寸公差為±2mm。數控折彎
數控折彎生產線是為中卡、重卡等車型縱梁前寬后窄結構設計制造的專用設備，與采用沖壓方式成形相比較，該設備解決了生產所需的柔性化問題，使之僅需要很少的調整，即可達到不同縱梁和內加強板的成形需要，如圖7 所示。
該生產線可實現多品種、多角度縱梁及內加強板的柔性化折彎動作，生產過程中不需要更換模具，自適應程度高，生產效率高。成形過程中，變形區域產生的起皺明顯優于傳統的模具成形，在國內商用車制造領域應用較為廣泛。生產線智能標記及識別系統
為跟蹤縱梁在各個工序之間的流動情況，一般采用物料的編碼、標識、檢測和控制系統，實現對物流信息的自動采集和標識。標識及識別系統由打標機、標識識別裝置組成，用于對物料進行打標標識，并在物料流轉的過程中，通過識別裝置對物料上打印的標識進行識別，與總控軟件和各物料管理單元的內存信息進行比對，保證信息傳遞準確。本項目縱梁的生產主要由柔性化滾壓成形、三維沖孔、機器人三維切割、數控折彎等工序組成，物料管理控制系統利用智能標記機對每件物料從滾壓下料開始進行打碼標記，打碼內容包括二維碼和數字碼。當每個工件經過各個工序設備時，由安裝在設備上的讀碼器對工件上的二維碼進行識別，并把識別的工件信息反饋到物料控制單元PLC，不僅校驗了工件物流，而且還跟蹤了工件的加工過程，實現了對工件物流的實時監控和跟蹤，若工件在下游裝配過程中出現質量問題，可實現對工件加工過程的質量追溯。
生產線物流控制系統
為充分平衡標識、沖孔、切割、折彎各工序設備生產節拍，提高生產線總體加工速度，解決工位忙閑不均的矛盾，配置生產線物流控制系統（圖8），該系統根據各生產設備請求的優先級、設備的加工能力、均衡生產等方面對工序級、設備級的作業計劃進行調度。這種調度是基于有限能力的調度，并通過考慮生產中的交錯、重疊和并行操作來準確計算工序的開工時間、完工時間、準備時間、排隊時間以及移動時間，確保在恰當的時間將恰當的物料送到恰當的設備上，實現綜合生產率提高50%以上。
