圖1  全順B線本體夾具（平移式）

汽車制造四大工藝中，焊裝尤其重要。在焊裝的前期工藝規(guī)劃中，車身焊接夾具以及生產(chǎn)線的設(shè)計是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工裝夾具設(shè)計是一門專業(yè)性很強的綜合性技術(shù)，設(shè)計工裝夾具時，不僅要考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)，還必須熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解鈑金件變形特點，掌握沖壓、涂裝以及總裝工藝的諸多要求內(nèi)容，通曉零部件裝配精度及公差分配。只有做到這些，才能對焊接夾具進行全方位設(shè)計，滿足生產(chǎn)制造的要求。本文結(jié)合現(xiàn)有江鈴汽車股份有限公司全順汽車廠（以下簡稱“全順廠”）車身焊裝夾具設(shè)計以及未來的規(guī)劃，就焊裝線結(jié)構(gòu)和夾具的選擇進行了闡述，以求在未來全順C線上設(shè)計出高生產(chǎn)效率且滿足市場需求變化的焊接生產(chǎn)線。

焊裝生產(chǎn)線及夾具的結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)使用的汽車焊裝線主要是由輸送部分、工裝夾具、焊接設(shè)備及其他輔助設(shè)備等部分組成，主要結(jié)構(gòu)形式有：步進式焊裝輸送、夾具移動輸送、往復(fù)輸送（Shuttle Bus）、滑橇輸送和自行或手動吊具輸送等。

1.步進式焊裝線

該焊裝線的基本原理：工件的水平輸送是通過調(diào)頻電機驅(qū)動齒輪、齒條做往復(fù)運行實現(xiàn)的，頂升、落下裝置采用電機帶動曲柄旋轉(zhuǎn)180°，從而實現(xiàn)輸送線本體頂升、落下。這種形式的焊裝線結(jié)構(gòu)簡單合理、穩(wěn)定性好、輔助時間較短且重復(fù)定位精度較高，基本滿足點焊、弧焊機器人的使用條件，適用于生產(chǎn)能力為5～10萬輛/年的生產(chǎn)線。目前，國內(nèi)很多汽車廠采用了該形式的焊裝線，如全順V348的側(cè)圍即采用了這種形式。

圖2  全順A線本體夾具前部定位（鉸鏈?zhǔn)剑?/SPAN>

2.夾具移動輸送

該生產(chǎn)線在韓系汽車廠被大量采用，基本原理為：定位夾具與輸送為一體，定位夾具在生產(chǎn)線上運動，從第一站到最后一站，然后從循環(huán)的回路返回到第一站，車型的切換就是在第一站根據(jù)生產(chǎn)排成選擇所需的定位夾具，輸送到第一站等待物料。該線柔性強、傳輸快且定位精，滿足點焊、弧焊機器人的使用條件，但是投資巨大，北京現(xiàn)代轎車二廠采用了這種形式。

3.滑橇輸送焊裝線

該焊裝線通過采用往復(fù)桿或輥床輸送滑橇來實現(xiàn)工件水平輸送，可分為兩種形式：往復(fù)桿輸送滑橇式和輥床輸送滑橇式。工件上、下運動一般由固定工位的氣動或液壓頂升裝置實現(xiàn)。滑橇上裝有定位裝置，重復(fù)定位精度較高，一般為±0.3mm，基本滿足點焊、弧焊機器人的使用條件。目前，此類輸送線在國內(nèi)的轎車廠應(yīng)用較多。

4.往復(fù)輸送機

該線水平輸送工件是通過電動機驅(qū)動往復(fù)輸送機在鋼軌上運行，工件頂升、落下采用氣缸頂升裝置實現(xiàn)，使用該種輸送方式的生產(chǎn)線也不少，如全順V348焊接主線和南京福特的馬自達主線等。

5.自行或手動吊具輸送

該線水平輸送工件是通過折疊吊具在兩工位間來回吊運工件，要求工位間有吊具的空間，主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，夾具定位設(shè)計不會受傳輸運動裝置影響，投資較少；但是輸送線節(jié)奏慢，空中運輸有安全隱患。采用這種方式的輸送線不多，全順VE83以及土耳其的全順工廠骨架線采用的是此種方式。

焊裝線的對比

對于焊裝線結(jié)構(gòu)形式的選擇，最需要考慮的是生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝特點、投資規(guī)模和夾具設(shè)計制造技術(shù)水平以及廠房等情況，在細部結(jié)構(gòu)上要結(jié)合產(chǎn)品的壽命周期、市場定位和質(zhì)量要求，并對相關(guān)因素進行綜合比較來進行選擇。全順廠焊裝車間有全順A線、全順B線，未來要規(guī)劃全順C線，我們將這三條線做個比較（如表）。

全順廠各焊裝生產(chǎn)線對比

從全順A、B和C線對比來看：A線投資少，但是吊具輸送速度慢且有安全隱患，適合小批量的生產(chǎn)線；B線適合5～10萬臺的生產(chǎn)線，但是生產(chǎn)線過長會影響到重復(fù)定位，導(dǎo)致定位變形松動，影響整車質(zhì)量；C線相對更適合柔性布局，質(zhì)量也最好，但是需要考慮滑撬等設(shè)備的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

本體焊接夾具的對比

對于白車身而言，本體線的裝焊工藝主要由預(yù)裝配、點固焊和補焊三部分組成，其中點固焊工序最為關(guān)鍵，基本都在本體夾具內(nèi)完成。焊裝生產(chǎn)線中的本體夾具決定了白車身的質(zhì)量、生產(chǎn)線的柔性度及生產(chǎn)節(jié)拍，非常重要。

目前，國內(nèi)所采用的本體夾具主要有三種形式，在全順工廠都有應(yīng)用。

1.平移式夾具

圖1為平移式夾具，其動作順序為：輸送線將預(yù)裝白車身送入總焊工位定位夾緊點定→輸送線抬起→將點定成形的車身水平送入后續(xù)的工序補焊。此類夾具定位精度和可靠性高，可適用于不同長度、寬度以及高中低頂?shù)陌总嚿泶笈炕炝魃a(chǎn)，柔性度高。

圖3  全順A線本體夾具后部定位（立柱式）

2.鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具

圖2所示的鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具和平移式夾具的工作原理類似，區(qū)別是左右側(cè)圍總成的定位組件的打開方式不同：平移式夾具沿垂直于線體輸送方向水平移動，而鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具則是繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)打開，這樣便于線體輸送、裝配及定位夾緊。

3.立柱式夾具

圖3所示的立柱式夾具結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維修方便而且操作時接近性好，但其定位精度較低，不適用于自動化程度較高的大批量生產(chǎn)和采用焊接機器人的生產(chǎn)線。

為了適應(yīng)側(cè)圍的機械自動化輸送，全順C線將考慮平移式夾具能在水平狀態(tài)和垂直狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，在水平狀態(tài)上承接側(cè)圍，然后轉(zhuǎn)90°到垂直狀態(tài)，再平移到焊接工作位置進行焊接。

汽車車身的結(jié)構(gòu)及本體夾具的特點

全順白車身結(jié)構(gòu)類似于轎車，一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和承載的骨架組成，像側(cè)圍外板、側(cè)圍內(nèi)板、門蓋內(nèi)外板和頂蓋這樣的內(nèi)、外覆蓋件的鋼板厚度一般為0.8～1.2mm，骨架件的鋼板厚度多為1.2～2.5mm。在本體夾具前預(yù)裝時，焊好的側(cè)圍總成、骨架總成都具有較大的剛性，而且相對的搭接面很復(fù)雜，在本體夾具側(cè)圍定位模塊定位側(cè)圍過程中，常常會因為側(cè)圍總成與骨架總成貼合面干涉，側(cè)圍定位模塊無法運動到位，因而在偏差狀態(tài)下焊接造成整車尺寸的偏差。

圖4  本體夾具的全順車身結(jié)構(gòu)

本體夾具作為焊裝最重要的工位，其最關(guān)鍵的控制點在于門洞尺寸的控制和前風(fēng)窗洞尺寸以及頂蓋安裝的控制。在本體夾具工位完成后，全順車身（如圖4）形成了一個剛性很好的車身殼體，由地板、側(cè)圍以及橫梁三大部分組成，形成了后門洞、前門洞、側(cè)門洞、前風(fēng)窗洞以及頂蓋安裝空間。門洞的裝配尺寸是整車外觀間隙面差的基礎(chǔ)，保證這些門洞、窗洞以及頂蓋空間的裝配尺寸的關(guān)鍵在于：

1.定位基準(zhǔn)的一致，這種一致甚至要求到?jīng)_壓件和檢具上，一方面基準(zhǔn)傳遞會減少累計的誤差，另外也很容易從零件檢具上找到零件問題與整車裝配問題的一致性，便于分析判斷解決問題；

2.保證前道工序件在合理的公差范圍內(nèi)；

3.正確地預(yù)裝配，保證在定位過程中，側(cè)圍這樣大的零件可以在側(cè)圍定位模塊運動力的作用下，到達正確的位置，而不出現(xiàn)定位接觸面或孔變形的情況；

4.夾具具有足夠的剛性，克服零件局部干涉；

5.夾具自身的精度；

6.夾具定位裝置的維護。

合格的車身要求能滿足后續(xù)的裝配精度要求：一方面指的是外觀精度，即門蓋裝配后的間隙面差；另一方面較為隱蔽，指的是骨架精度，其主要是保證發(fā)動機的裝配以及前后懸架的裝配，骨架件相對較厚，存在回彈問題，所以對于縱梁和橫梁的定位，需要避免以其翻邊定位，而應(yīng)定位在底面上。 另外，骨架總成在本體夾具的前道工序完成，要達到精度要求，需要對零件有足夠的定位，甚至過定位和防錯，以保證偏差的骨架無法在PLC控制下到達本體夾具工位。最后，工序件的公差不是固化的，可以通過調(diào)整工序件之間的匹配狀態(tài)及公差分配來滿足整體的裝配要求。

目前夾具的定位塊和壓緊塊都是標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，而且定位可在三維方向調(diào)整，操作方便，但同時也由于這些連接方式是螺栓加上圓柱銷，經(jīng)常會出現(xiàn)由于定位松動導(dǎo)致車身尺寸波動的情況。

柔性夾具生產(chǎn)線的應(yīng)用

目前，全順本體焊接線A、B線都具備柔性生產(chǎn)的能力，但是只能進行同系列車型不同軸距的高中低頂蓋的車身焊接的切換，在基礎(chǔ)車型上實現(xiàn)寬長短、高低變換的各車型共線生產(chǎn)，而且A線采用人工切換，B線是程序控制自動切換，在未來的C線上，將可以實現(xiàn)兩種完全不同車型的生產(chǎn)切換，使焊裝線更具柔性化生產(chǎn)能力，提高工廠生產(chǎn)效率和應(yīng)變市場的能力，這將通過以下兩項技術(shù)實現(xiàn)：

1.骨架零部件的定位

使用NC-locator 技術(shù)，在每個工位安裝8套定位系統(tǒng)，每套系統(tǒng)能在夾具平板上做三維的運動，其定位銷或面，可以根據(jù)每種車型的定位要求，設(shè)定好位置和狀態(tài)，通過生產(chǎn)線的PLC系統(tǒng)進行車型識別和調(diào)用。

2.車身側(cè)圍定位模塊的切換

本體夾具采用平移式結(jié)構(gòu)，每種車型配有一套側(cè)圍定位機構(gòu)，分別存儲在生產(chǎn)線的兩側(cè)，需要時前后移動到中間工作通道（如圖5中間部分），換下的夾具從中間通道移到前后存儲的位置，圖5中可以存儲4套定位側(cè)圍夾具，也能用新的夾具替換原來的夾具，增加了跟隨市場變化的能力。

圖5   車身側(cè)圍定位模塊切換系統(tǒng)

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)計則是前提和基礎(chǔ)。我們在焊接夾具的設(shè)計中，要掌握夾具的基本工作原理和設(shè)計準(zhǔn)則，不斷地學(xué)習(xí)和探索先進的設(shè)計思路和方法，提高汽車制造技術(shù)和工藝裝備水平。雖然目前全順廠的焊接線不算先進豪華，但是能產(chǎn)生經(jīng)濟效益就是最大的成功，我們將積累和總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，在未來的全順C線上設(shè)計出高生產(chǎn)效率且滿足市場需求變化的適合江鈴企業(yè)文化的焊接生產(chǎn)線。

（轉(zhuǎn)載）