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)。設(shè)計(jì)工裝夾具時(shí)，不僅要考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)，還必須要熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解鈑金件變形特點(diǎn)，通曉工藝要求等諸多內(nèi)容。
GBL系統(tǒng)與FBL系統(tǒng)的區(qū)別
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0.8～1.2mm，有的車型外覆蓋件鈑金厚度僅有0.6mm、0.7mm，骨架件的鋼板厚度多為1.2～2.5mm，也就是說它們大都為薄板件。對焊接夾具設(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0.7～0.8mm，絕大多數(shù)是0.8mm，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1mm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。20世紀(jì)80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(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. 保證門洞的裝配尺寸
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。前后風(fēng)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(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引起了汽車業(yè)和其他行業(yè)的關(guān)注，美國的三大汽車公司都在學(xué)習(xí)豐田，毗鄰的韓國更是掀起了學(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。來自韓國貿(mào)易協(xié)會(huì)貿(mào)易研究所的一份分析豐田競爭力的研究報(bào)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（Global Body Line）。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，從而使其競爭力成倍地提高。它不僅可以及時(shí)滿足市場的差異化需求，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（Flexible Body Line，簡稱FBL）更先進(jìn)的GBL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)。我們在焊接夾具的設(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。
（轉(zhuǎn)載）
