汽車車身焊裝夾具的設計

汽車制造 四大工藝 中，焊裝尤其重要 ，而在焊裝的前期規(guī)劃 中，車身焊接夾具 的設計又是關鍵環(huán)節(jié)。工裝夾具 的設計是一門經(jīng)驗性很強的綜合性技術，在設計時首先應考慮的是生 產(chǎn) 綱領 ，同時還必須熟悉產(chǎn)品結構，了解鈑金件變形特點，把握零部件裝配精度及容差分配，通曉工藝要求。只有做到這些，才能對焊接夾具進行全方位的設計，滿足生產(chǎn)制造要求。下面就汽車車身焊裝夾具設計做一些探討。

生產(chǎn)綱領

生產(chǎn)綱領 即合格 產(chǎn)品 的年 產(chǎn)量 ，它決定 了焊接夾具 的 自動 化水平及焊接 工位的配置 ，是 通過生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)的，是焊接夾具設計首先應考慮的問題。生產(chǎn)節(jié)拍由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、搬運時 間等組成。夾具動 作時 間主要取 決于夾具 的 自動化程度；裝配時間主要取決于沖壓件精度、工序件精度、操作者的熟練程度；焊接時間主要取決于 焊接工藝水平 、焊接設備的 自動化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運時間主要取決于搬運的 自動化程度、物流的合理化程度及生產(chǎn)現(xiàn)場管理水平等。只要把握以上幾點，就能合理地解決焊接夾具 的 自動化水平與制造 成本的矛盾。

汽車車身的結構特點

汽車車身一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的鋼板厚度一般為 0．8 ～1．2m m ，有的車型外覆蓋件鈑金厚度僅有O． 6m m ,~ 0．7m m 骨 架件 的 鋼板厚度 多為 1．2 ～ 2．5m m ，也就是說它們大都為薄板件。對焊接夾具設計來說 ，應考慮如下特點：

1．剛性差、易變形

經(jīng)過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但與機械加工件相比，剛性要差得多，而且單個大型沖壓件容易變形，只有焊接成車身殼體后，才具有較強的剛性。以轎車車身大側(cè)圍外板為例，一般材料 厚 度為 O．7 ～ O．8r a m ，絕 大多數(shù)是 O．8r a m ，拉延形成空腔后 ，剛性非常差，當和內(nèi)板件焊接形成側(cè)圍焊接總成后才具有 較強的剛性 。

2．結構形狀復雜

汽車車身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體 ，為了造型美觀，并使殼體具有一定的剛性 ，組成車身的零件通常是經(jīng)過拉延成 型的空間 曲面體 ，結構 形狀較為復雜。特別是隨著現(xiàn)代汽車技術的發(fā)展和消費者對汽車品質(zhì)和外觀時尚的要求越來越高 ，車身結構設計也越來越復雜。

3．以空間三維坐標標注尺寸

汽車車身產(chǎn)品圖以空間三維坐標來標注尺寸。為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標注尺寸，汽車車身一般每隔 200mm或 400mm 劃一坐標網(wǎng)線，而整
車坐標系各有不同，這里舉轎車為例，一般定義整車坐標系坐標原點是：

X軸：車身的對稱平面與主地板的下平面之間的交線，向車身后方為正，前方為負。

Y軸：過前輪的中心連線且垂直于車身地板下平面的平面與車身對稱平面之間的交線，向車身右側(cè)為正，左側(cè)為負。

Z軸：過兩前輪中心且與主地板平面垂直的直線，向上為正，向下為負。

裝配精度

裝配精度包括兩方面：外觀精度與骨架精度，外觀精度指門蓋等開閉件裝配后的間隙面差；骨架精度指三維坐標值。貨車車身的裝配精度一般控制在 2mm內(nèi)，轎車控制在 lmm 內(nèi)。焊接夾具的設計既要保證工序件之間的焊裝要求，又要保證總體的焊接精度，通過調(diào)整工序件之間的匹配狀態(tài)及容差分配來滿足整體的裝配要求。

車身焊裝夾具設計方法6 點定則是汽車車身焊裝夾具設計的主要方法，其含義是指限制 6 個方向運動的自由度。在設計車身焊裝夾具時，常有兩種誤解：一是認為 6 點定位原則對薄板焊裝夾具不適用；二是看到薄板焊裝夾具上有超定位現(xiàn)象。產(chǎn)生這種誤解的原因是，把限制6 個方向運動的自由度理解為限制 6 個方向的自由度。焊接夾具設計的宗旨是限制 6 個方向運動的自由度 ，這種限制不僅依靠夾50  隨 汽車制造業(yè) 2008／13具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關系。只有正確認識了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點，同時又正確理解了6 點定則，才能正確應用這個原則。從定位原則看，支承對薄板件來說是必不可少的，可消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。超定位使接觸點不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時只要認真修磨支承面，其超定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內(nèi)的。同樣以轎車車身大側(cè)圍外板在夾具上的定位為例，其尾部涉及行李廂蓋裝配、尾燈裝配、后保險杠裝配等多種裝配關系，尺寸精度要求較高。為保證側(cè)圍外板在焊接過程中的變形受控 ，外覆面在保證焊鉗操作順利的前提下，考慮多一些支承面只要修磨到位是非常必要的。

隨著汽車制造技術和工藝裝備水平的不斷提高，車身焊接夾具的型式也經(jīng)歷了幾個階段性的發(fā)展。2O 世紀 8O 年代，使用整體為鑄件的 “定位塊”式夾具，不僅耗能耗材，而且其設計、制造周期和成本都比較高。第二階段的發(fā)展：車身焊接夾具的定位轉(zhuǎn)化為定位板定位，板的厚度在16、19、25幾檔中選用，整個夾具本體改為焊接合件，在制造、裝配上都縮短了周期，相對降低了成本，但此方式要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調(diào)成功 ，對沖壓件的精度要求較高，而且定位點的數(shù)量也比較多。第三階段的發(fā)展：直角塊可調(diào)定位方式，定位板、壓頭用直角塊加墊片過渡，優(yōu)點在于定位板、壓頭用損后修復、裝調(diào)比較方便，也比較容易形成標準化設計、制造 (除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標準件)，此方式在目前夾具設計中應用較普遍。目前，采用三個圓柱銷定位各部件的夾具型式也漸漸多起來，該方式使得夾具在生產(chǎn)使用中加工、裝配上保證了車身裝焊精度，但在設計、裝配中，要考慮定位部件的使用狀況，否則精度會隨磕碰等不良因素走失掉。

車身分塊和定位基準的選擇

車身焊接總成一般由底板、前圍、后圍、側(cè)圍和頂蓋幾大部分組成，不同的車型分塊方式不同，在選擇定位基準時，一般應做到 ：

1，保證 fq N 的裝配尺寸門洞的裝配尺寸是整車外觀間隙階差的基礎，當總成焊接 無側(cè) 圍分塊時，門洞必須作為主要的定位基準。在分裝夾具中，凡與前后立柱有關的分總成裝焊都必須直接用前后 立柱定位，而且從分裝到總裝定位基準應統(tǒng)一；當總成焊接有側(cè)圍分塊時，則門洞應在側(cè)圍焊接夾具上形成，總裝焊時以門洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準也應統(tǒng)一。

2．保證前后懸置孔的位置準確度車身前后懸置孔的位置準確度是車身整體尺寸精度的關鍵所在，保證和控制車身整體尺寸在公差范圍內(nèi)必須確保前后懸置孔的位置準確度。車身底板上的懸置孔一般沖壓在底板加強梁上，裝焊時要保證懸置孔的相對位置，以便使車身順利地下落到車架上，這也是后序涂裝和總裝工藝懸掛和輸送的基礎。

3．保證前后風窗 口的裝配尺寸

窗口的裝配尺寸是車身焊接中的關鍵控制項，涉及整車外觀，前后風窗口若尺寸控制不好，會直接影響前機蓋與前翼子板、后側(cè)圍與行李廂蓋的裝配及外觀質(zhì)量。前后鳳窗口一般由外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件組成，有的是在前后圍總成上形成，在分裝夾具上要注意解決其定位；有的在總裝夾具上形成，一般在專門的窗口定位裝置對窗 口精確定位，以保證風窗口的裝配尺寸，從而保證整個車身的整體尺寸受控。

汽車焊接生產(chǎn)線系統(tǒng)設計的探索

前面探討了汽車焊接夾具設計應當注意的各方面細節(jié)，下面我們來了解一下世界汽車制造業(yè)先進的焊接生產(chǎn)線系統(tǒng)。眾所周知，豐 田近年來取得的成績引起了汽車業(yè)和其他行業(yè)的關注，美 國的三大汽車公司都在學習豐田，毗鄰的韓國更是掀起了學習豐田的熱潮，全世界的制造業(yè)都在研究探索豐田成功背后的秘密。來自韓國貿(mào)易協(xié)會貿(mào)易研究所的一份分析豐田競爭力的研究報告指出，豐田競爭力的秘訣是它的 “全球車身生產(chǎn)線系統(tǒng)”，簡稱 GBL (G lobal B odyL in e)。該報告認為 GBL 生產(chǎn)系統(tǒng)可使多種款式的車型在同一生產(chǎn)線上進行組裝，從而使其競爭力成倍地提高。它不僅可以及時滿足市場的差異化需求，同時還能提高生產(chǎn)效率 ，保持產(chǎn)品價格的競爭力。至此，一個比柔性生產(chǎn)線 (F lexible B ody L ine ，簡稱F B L ) 更先進的 G B L 生產(chǎn)系統(tǒng)，浮現(xiàn)在人們的視野內(nèi)。

在汽車制造企業(yè)的流水 線上，最核心的生產(chǎn)流水線是車身生產(chǎn)流水線，其中關鍵工段是車身焊接。將各個車身部件焊接在一起，必須有夾具固定部件位置。夾具是非常重要的輔助工具，它的合理性不但影響加工位置的精確性、焊接質(zhì)量，也影響到工作效率和生產(chǎn)成本。豐田的 GBL 設計者就從這里進行了革新。以前的 FBL 要利用三套昂貴且高精度的夾具 (如 圖中紅色)，它們從外面固定住加工車身，從車體的左、右和上方等三個位置將車體固定住，然后 由機械手臂或者人工對車身進行焊接。這些托架與車身一起移動，直到完工為止 。 當一輛轎車車 體上線時 ，傳送機械從頭頂上方的儲放區(qū)運來三個一組的夾具 ，將它們運送到車身組裝線的位置。如果順序生產(chǎn)的下一部車是不同的車型，那么該系統(tǒng)將取來另外一組夾具 ，并將 它們運送到組裝線上 。

在設計新系統(tǒng)時，豐田公司的工程師產(chǎn)生了 “由內(nèi)往外”制造的想法，這種想法就是 GBL 的核心之處。GBL將三套夾具縮減為一套，它的運行方式就是在車體內(nèi)部由一臺夾具支撐并固定車體。夾具從敞開的頂部伸入，在要焊接的地方固定住車身的側(cè)面。當側(cè)面焊接完畢后，夾具從車體中抽出，車體則隨著生產(chǎn)線上移動到下一工位，以便進行下一步不需要特殊工具支撐下操作的焊接，并安上車頂蓋。這樣制造每一種車型只需要一個夾具裝置，不僅簡化了操作，而且增強了靈活性——多種車型可以在同一生產(chǎn)線生產(chǎn)。當然，這需要相當精確的定位尺寸的配合。這條生產(chǎn)線可以重復不斷地將一架佳美或亞洲龍或其它型號汽車的車身恰到好處地擺在機器人面前，機器人在不同車型上執(zhí)行數(shù)以千計的點焊指令，對它們來說，唯一的改變只是軟件。

總而言之，汽車焊接生產(chǎn)線是汽車制造中的關鍵，焊接生產(chǎn)線中的各種工裝夾具又是焊裝線的重中之重，焊接夾具的設計則是前提和基礎。我們在焊接夾具的設計中，要掌握夾具的基本工作原理和設計準則，不斷地學習和探討先進的設計思路和方法 ，把持汽車制造技術和工藝裝備水平不斷優(yōu)化和提高的核心，順應汽車制造潮流的發(fā)展。只有這樣，我們才能設計出滿足用戶需要的好的夾具 ，我們也才能制造出滿足汽車消費者近乎苛刻要求的產(chǎn)品 。