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(shè)計(jì)又是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工裝夾具 的設(shè)計(jì)是一門經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮的是生 產(chǎn) 綱領(lǐng) ，同時(shí)還必須熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解鈑金件變形特點(diǎn)，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(duì)焊接夾具進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)，滿足生產(chǎn)制造要求。下面就汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)做一些探討。

生產(chǎn)綱領(lǐng)

生產(chǎn)綱領(lǐng) 即合格 產(chǎn)品 的年 產(chǎn)量 ，它決定 了焊接夾具 的 自動(dòng) 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(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮的問題。生產(chǎn)節(jié)拍由夾具動(dòng)作時(shí)間、裝配時(shí)間、焊接時(shí)間、搬運(yùn)時(shí) 間等組成。夾具動(dòng) 作時(shí) 間主要取 決于夾具 的 自動(dòng)化程度；裝配時(shí)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(shí)間主要取決于 焊接工藝水平 、焊接設(shè)備的 自動(dòng)化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運(yùn)時(shí)間主要取決于搬運(yùn)的 自動(dòng)化程度、物流的合理化程度及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理水平等。只要把握以上幾點(diǎn)，就能合理地解決焊接夾具 的 自動(dòng)化水平與制造 成本的矛盾。

汽車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(duì)焊接夾具設(shè)計(jì)來說 ，應(yīng)考慮如下特點(diǎn)：

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(jī)械加工件相比，剛性要差得多，而且單個(gè)大型沖壓件容易變形，只有焊接成車身殼體后，才具有較強(qiáng)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(dāng)和內(nèi)板件焊接形成側(cè)圍焊接總成后才具有 較強(qiáng)的剛性 。

2．結(jié)構(gòu)形狀復(fù)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(jié)構(gòu) 形狀較為復(fù)雜。特別是隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)和外觀時(shí)尚的要求越來越高 ，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜。

3．以空間三維坐標(biāo)標(biāo)注尺寸

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

X軸：車身的對(duì)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(fù)。

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(duì)稱平面之間的交線，向車身右側(cè)為正，左側(cè)為負(fù)。

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(fù)。

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(biāo)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法6 點(diǎn)定則是汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的主要方法，其含義是指限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度。在設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí)，常有兩種誤解：一是認(rèn)為 6 點(diǎn)定位原則對(duì)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度理解為限制 6 個(gè)方向的自由度。焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨是限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)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(guān)系。只有正確認(rèn)識(shí)了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又正確理解了6 點(diǎn)定則，才能正確應(yīng)用這個(gè)原則。從定位原則看，支承對(duì)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(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時(shí)只要認(rèn)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(xiǎn)杠裝配等多種裝配關(guān)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(shù)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(gè)階段性的發(fā)展。2O 世紀(jì) 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(shè)計(jì)、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(gè)夾具本體改為焊接合件，在制造、裝配上都縮短了周期，相對(duì)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(duì)沖壓件的精度要求較高，而且定位點(diǎn)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(diǎn)在于定位板、壓頭用損后修復(fù)、裝調(diào)比較方便，也比較容易形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、制造 (除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標(biāo)準(zhǔn)件)，此方式在目前夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)用較普遍。目前，采用三個(gè)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(shè)計(jì)、裝配中，要考慮定位部件的使用狀況，否則精度會(huì)隨磕碰等不良因素走失掉。

車身分塊和定位基準(zhǔn)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(zhǔn)時(shí)，一般應(yīng)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(chǔ)，當(dāng)總成焊接 無側(cè) 圍分塊時(shí)，門洞必須作為主要的定位基準(zhǔn)。在分裝夾具中，凡與前后立柱有關(guān)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(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一；當(dāng)總成焊接有側(cè)圍分塊時(shí)，則門洞應(yīng)在側(cè)圍焊接夾具上形成，總裝焊時(shí)以門洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準(zhǔn)也應(yīng)統(tǒng)一。

2．保證前后懸置孔的位置準(zhǔn)確度車身前后懸置孔的位置準(zhǔn)確度是車身整體尺寸精度的關(guān)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(zhǔn)確度。車身底板上的懸置孔一般沖壓在底板加強(qiáng)梁上，裝焊時(shí)要保證懸置孔的相對(duì)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(chǔ)。

3．保證前后風(fēng)窗 口的裝配尺寸

窗口的裝配尺寸是車身焊接中的關(guān)鍵控制項(xiàng)，涉及整車外觀，前后風(fēng)窗口若尺寸控制不好，會(huì)直接影響前機(jī)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(duì)窗 口精確定位，以保證風(fēng)窗口的裝配尺寸，從而保證整個(gè)車身的整體尺寸受控。

汽車焊接生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探索

前面探討了汽車焊接夾具設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意的各方面細(xì)節(jié)，下面我們來了解一下世界汽車制造業(yè)先進(jìn)的焊接生產(chǎn)線系統(tǒng)。眾所周知，豐 田近年來取得的成績(jī)引起了汽車業(yè)和其他行業(yè)的關(guān)注，美 國(guó)的三大汽車公司都在學(xué)習(xí)豐田，毗鄰的韓國(guó)更是掀起了學(xué)習(xí)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(guó)貿(mào)易協(xié)會(huì)貿(mào)易研究所的一份分析豐田競(jìng)爭(zhēng)力的研究報(bào)告指出，豐田競(jìng)爭(zhēng)力的秘訣是它的 “全球車身生產(chǎn)線系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱 GBL (G lobal B odyL in e)。該報(bào)告認(rèn)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(jìn)行組裝，從而使其競(jìng)爭(zhēng)力成倍地提高。它不僅可以及時(shí)滿足市場(chǎng)的差異化需求，同時(shí)還能提高生產(chǎn)效率 ，保持產(chǎn)品價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)力。至此，一個(gè)比柔性生產(chǎn)線 (F lexible B ody L ine ，簡(jiǎn)稱F B L ) 更先進(jìn)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(guān)鍵工段是車身焊接。將各個(gè)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(shè)計(jì)者就從這里進(jìn)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(gè)位置將車體固定住，然后 由機(jī)械手臂或者人工對(duì)車身進(jìn)行焊接。這些托架與車身一起移動(dòng)，直到完工為止 。 當(dāng)一輛轎車車 體上線時(shí) ，傳送機(jī)械從頭頂上方的儲(chǔ)放區(qū)運(yùn)來三個(gè)一組的夾具 ，將它們運(yùn)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(yùn)送到組裝線上 。

在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時(shí)，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(yùn)行方式就是在車體內(nèi)部由一臺(tái)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(dāng)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(dòng)到下一工位，以便進(jìn)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(gè)夾具裝置，不僅簡(jiǎn)化了操作，而且增強(qiáng)了靈活性——多種車型可以在同一生產(chǎn)線生產(chǎn)。當(dāng)然，這需要相當(dāng)精確的定位尺寸的配合。這條生產(chǎn)線可以重復(fù)不斷地將一架佳美或亞洲龍或其它型號(hào)汽車的車身恰到好處地?cái)[在機(jī)器人面前，機(jī)器人在不同車型上執(zhí)行數(shù)以千計(jì)的點(diǎn)焊指令，對(duì)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(guān)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(shè)計(jì)則是前提和基礎(chǔ)。我們?cè)诤附訆A具的設(shè)計(jì)中，要掌握夾具的基本工作原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，不斷地學(xué)習(xí)和探討先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和方法 ，把持汽車制造技術(shù)和工藝裝備水平不斷優(yōu)化和提高的核心，順應(yīng)汽車制造潮流的發(fā)展。只有這樣，我們才能設(shè)計(jì)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(fèi)者近乎苛刻要求的產(chǎn)品 。