汽車(chē)制造 四大工藝 中，焊裝尤其重要 ，而在焊裝的前期規劃 中，車(chē)身焊接夾具 的設計又是關(guān)鍵環(huán)節。工裝夾具 的設計是一門(mén)經(jīng)驗性很強的綜合性技術(shù)，在設計時(shí)首先應考慮的是生 產(chǎn) 綱領(lǐng) ，同時(shí)還必須熟悉產(chǎn)品結構，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，才能對焊接夾具進(jìn)行全方位的設計，滿(mǎn)足生產(chǎn)制造要求。下面就汽車(chē)車(chē)身焊裝夾具設計做一些探討。

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(guò)生產(chǎn)節拍體現的，是焊接夾具設計首先應考慮的問(wèn)題。生產(chǎn)節拍由夾具動(dòng)作時(shí)間、裝配時(shí)間、焊接時(shí)間、搬運時(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 、焊接設備的 自動(dòng)化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運時(shí)間主要取決于搬運的 自動(dòng)化程度、物流的合理化程度及生產(chǎn)現場(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(chē)車(chē)身的結構特點(diǎn)

汽車(chē)車(chē)身一般由外覆蓋件、內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(chē)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(shuō)它們大都為薄板件。對焊接夾具設計來(lái)說(shuō) ，應考慮如下特點(diǎn)：

1．剛性差、易變形

經(jīng)過(guò)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(gè)大型沖壓件容易變形，只有焊接成車(chē)身殼體后，才具有較強的剛性。以轎車(chē)車(chē)身大側圍外板為例，一般材料 厚 度為 O．7 ～ O．8r a m ，絕 大多數是 O．8r a m ，拉延形成空腔后 ，剛性非常差，當和內板件焊接形成側圍焊接總成后才具有 較強的剛性 。

2．結構形狀復雜

汽車(chē)車(chē)身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體 ，為了造型美觀(guān)，并使殼體具有一定的剛性 ，組成車(chē)身的零件通常是經(jīng)過(guò)拉延成 型的空間 曲面體 ，結構 形狀較為復雜。特別是隨著(zhù)現代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和消費者對汽車(chē)品質(zhì)和外觀(guān)時(shí)尚的要求越來(lái)越高 ，車(chē)身結構設計也越來(lái)越復雜。

3．以空間三維坐標標注尺寸

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

X軸：車(chē)身的對稱(chēng)平面與主地板的下平面之間的交線(xiàn)，向車(chē)身后方為正，前方為負。

Y軸：過(guò)前輪的中心連線(xiàn)且垂直于車(chē)身地板下平面的平面與車(chē)身對稱(chēng)平面之間的交線(xiàn)，向車(chē)身右側為正，左側為負。

Z軸：過(guò)兩前輪中心且與主地板平面垂直的直線(xiàn)，向上為正，向下為負。

裝配精度

裝配精度包括兩方面：外觀(guān)精度與骨架精度，外觀(guān)精度指門(mén)蓋等開(kāi)閉件裝配后的間隙面差；骨架精度指三維坐標值。貨車(chē)車(chē)身的裝配精度一般控制在 2mm內，轎車(chē)控制在 lmm 內。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(guò)調整工序件之間的匹配狀態(tài)及容差分配來(lái)滿(mǎn)足整體的裝配要求。

車(chē)身焊裝夾具設計方法6 點(diǎn)定則是汽車(chē)車(chē)身焊裝夾具設計的主要方法，其含義是指限制 6 個(gè)方向運動(dòng)的自由度。在設計車(chē)身焊裝夾具時(shí)，常有兩種誤解：一是認為 6 點(diǎn)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象。產(chǎn)生這種誤解的原因是，把限制6 個(gè)方向運動(dòng)的自由度理解為限制 6 個(gè)方向的自由度。焊接夾具設計的宗旨是限制 6 個(gè)方向運動(dòng)的自由度 ，這種限制不僅依靠夾50  隨 汽車(chē)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。只有正確認識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，才能正確應用這個(gè)原則。從定位原則看，支承對薄板件來(lái)說(shuō)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)不穩定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調整夾具時(shí)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的。同樣以轎車(chē)車(chē)身大側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(guān)系，尺寸精度要求較高。為保證側圍外板在焊接過(guò)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(zhù)汽車(chē)制造技術(shù)和工藝裝備水平的不斷提高，車(chē)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 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(chē)身焊接夾具的定位轉化為定位板定位，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，相對降低了成本，但此方式要想使車(chē)身幾何精度在夾具上一次裝調成功 ，對沖壓件的精度要求較高，而且定位點(diǎn)的數量也比較多。第三階段的發(fā)展：直角塊可調定位方式，定位板、壓頭用直角塊加墊片過(guò)渡，優(yōu)點(diǎn)在于定位板、壓頭用損后修復、裝調比較方便，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(gè)圓柱銷(xiāo)定位各部件的夾具型式也漸漸多起來(lái)，該方式使得夾具在生產(chǎn)使用中加工、裝配上保證了車(chē)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(huì )隨磕碰等不良因素走失掉。

車(chē)身分塊和定位基準的選擇

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

1，保證 fq N 的裝配尺寸門(mén)洞的裝配尺寸是整車(chē)外觀(guān)間隙階差的基礎，當總成焊接 無(wú)側 圍分塊時(shí)，門(mén)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(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應統一；當總成焊接有側圍分塊時(shí)，則門(mén)洞應在側圍焊接夾具上形成，總裝焊時(shí)以門(mén)洞及工藝孔定位，且從分裝到總裝定位基準也應統一。

2．保證前后懸置孔的位置準確度車(chē)身前后懸置孔的位置準確度是車(chē)身整體尺寸精度的關(guān)鍵所在，保證和控制車(chē)身整體尺寸在公差范圍內必須確保前后懸置孔的位置準確度。車(chē)身底板上的懸置孔一般沖壓在底板加強梁上，裝焊時(shí)要保證懸置孔的相對位置，以便使車(chē)身順利地下落到車(chē)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(fēng)窗 口的裝配尺寸

窗口的裝配尺寸是車(chē)身焊接中的關(guān)鍵控制項，涉及整車(chē)外觀(guān)，前后風(fēng)窗口若尺寸控制不好，會(huì )直接影響前機蓋與前翼子板、后側圍與行李廂蓋的裝配及外觀(guān)質(zhì)量。前后鳳窗口一般由外覆蓋件和內覆蓋件組成，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(zhuān)門(mén)的窗口定位裝置對窗 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(chē)身的整體尺寸受控。

汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)系統設計的探索

前面探討了汽車(chē)焊接夾具設計應當注意的各方面細節，下面我們來(lái)了解一下世界汽車(chē)制造業(yè)先進(jìn)的焊接生產(chǎn)線(xiàn)系統。眾所周知，豐 田近年來(lái)取得的成績(jì)引起了汽車(chē)業(yè)和其他行業(yè)的關(guān)注，美 國的三大汽車(chē)公司都在學(xué)習豐田，毗鄰的韓國更是掀起了學(xué)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(lái)自韓國貿易協(xié)會(huì )貿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(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)系統”，簡(jiǎn)稱(chēng) GBL (G lobal B odyL in e)。該報告認為 GBL 生產(chǎn)系統可使多種款式的車(chē)型在同一生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行組裝，從而使其競爭力成倍地提高。它不僅可以及時(shí)滿(mǎn)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)格的競爭力。至此，一個(gè)比柔性生產(chǎn)線(xiàn) (F lexible B ody L ine ，簡(jiǎn)稱(chēng)F B L ) 更先進(jìn)的 G B L 生產(chǎn)系統，浮現在人們的視野內。

在汽車(chē)制造企業(yè)的流水 線(xiàn)上，最核心的生產(chǎn)流水線(xiàn)是車(chē)身生產(chǎn)流水線(xiàn)，其中關(guān)鍵工段是車(chē)身焊接。將各個(gè)車(chē)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(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(chē)身，從車(chē)體的左、右和上方等三個(gè)位置將車(chē)體固定住，然后 由機械手臂或者人工對車(chē)身進(jìn)行焊接。這些托架與車(chē)身一起移動(dòng)，直到完工為止 。 當一輛轎車(chē)車(chē) 體上線(xiàn)時(shí) ，傳送機械從頭頂上方的儲放區運來(lái)三個(gè)一組的夾具 ，將它們運送到車(chē)身組裝線(xiàn)的位置。如果順序生產(chǎn)的下一部車(chē)是不同的車(chē)型，那么該系統將取來(lái)另外一組夾具 ，并將 它們運送到組裝線(xiàn)上 。

在設計新系統時(shí)，豐田公司的工程師產(chǎn)生了 “由內往外”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(chē)體內部由一臺夾具支撐并固定車(chē)體。夾具從敞開(kāi)的頂部伸入，在要焊接的地方固定住車(chē)身的側面。當側面焊接完畢后，夾具從車(chē)體中抽出，車(chē)體則隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)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(chē)頂蓋。這樣制造每一種車(chē)型只需要一個(gè)夾具裝置，不僅簡(jiǎn)化了操作，而且增強了靈活性——多種車(chē)型可以在同一生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)可以重復不斷地將一架佳美或亞洲龍或其它型號汽車(chē)的車(chē)身恰到好處地擺在機器人面前，機器人在不同車(chē)型上執行數以千計的點(diǎn)焊指令，對它們來(lái)說(shuō)，唯一的改變只是軟件。

總而言之，汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)是汽車(chē)制造中的關(guān)鍵，焊接生產(chǎn)線(xiàn)中的各種工裝夾具又是焊裝線(xiàn)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(xué)習和探討先進(jìn)的設計思路和方法 ，把持汽車(chē)制造技術(shù)和工藝裝備水平不斷優(yōu)化和提高的核心，順應汽車(chē)制造潮流的發(fā)展。只有這樣，我們才能設計出滿(mǎn)足用戶(hù)需要的好的夾具 ，我們也才能制造出滿(mǎn)足汽車(chē)消費者近乎苛刻要求的產(chǎn)品 。