車身焊裝夾具設(shè)計(jì)方法的研究

張志盛

摘 要：車身焊裝夾具設(shè)計(jì)是汽車車身設(shè)計(jì)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)和制造精度以及效率是否合理直接影響著汽車的制造精度和生產(chǎn)周期。本文詳細(xì)論述了焊裝夾具設(shè)計(jì)方法和常見的夾具設(shè)計(jì)問題及要點(diǎn)，指出了焊裝夾具設(shè)計(jì)方法的研究發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車車身；焊裝夾具；設(shè)計(jì)方法

0 引言

汽車車身是汽車的重要組成部分，具有形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)圖困難和剛性差、易變形的特點(diǎn)。車身的形狀尺寸精度直接影響汽車的裝配質(zhì)量。焊接裝配工藝直接影響著車身的成形質(zhì)量，也是保證車身精度的關(guān)鍵，是車身制造系統(tǒng)的重要組成部分。為了保證車身焊接質(zhì)量，焊裝夾具是必不可少的的因素，合理的夾具設(shè)計(jì)，有利于流水線的生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)，影響到汽車的制造質(zhì)量精度和生產(chǎn)周期[1]。

1 車身焊裝夾具設(shè)計(jì)問題及設(shè)計(jì)規(guī)律

根據(jù)汽車車身的特點(diǎn)，有其特定的設(shè)計(jì)問題和設(shè)計(jì)規(guī)律。

1.1 車身焊裝夾具的設(shè)計(jì)問題[2]

（1）復(fù)雜的車身結(jié)構(gòu)引起焊接夾具設(shè)計(jì)三維構(gòu)圖較難。車身件尤其是覆蓋件多是拉延和脹形形成的復(fù)雜型面的殼體件。如果車身的形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度很高時(shí)，焊接夾具的設(shè)計(jì)構(gòu)圖將會(huì)非常困難。

（2）車身剛性較差引起焊接過程中出現(xiàn)變形問題。一般車身件大都是大型薄板件，需要具備一定的剛度要求。焊接過程中沖壓件的剛度無法承受變形力時(shí)，變形將會(huì)發(fā)生。

（3）車身三維特征引起的焊接尺寸標(biāo)注問題。車身的焊接具有很強(qiáng)的三維空間特點(diǎn)且尺寸跨度較大，這就給焊接夾具設(shè)計(jì)標(biāo)注帶來麻煩。為了使焊接夾具的尺寸滿足精度要求，必須依據(jù)車身件的特點(diǎn)完成三維的空間標(biāo)注。同時(shí)也應(yīng)該注意到三維標(biāo)注要遠(yuǎn)復(fù)雜于二維標(biāo)注，有時(shí)需要一定的標(biāo)注經(jīng)驗(yàn)。

1.2 車身的焊接夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)[3]

（1）采用合適的焊接夾具設(shè)計(jì)工具。WAVE是三維造型軟件UG 的重要模塊，能實(shí)現(xiàn)“部件間的關(guān)聯(lián)”，可完成汽車車身焊裝夾具總體裝配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過程的有效控制；

（2）根據(jù)分解后的車身焊合件，合理設(shè)計(jì)夾具的種類；

（3）考慮年產(chǎn)量確定夾具的自動(dòng)化水平和定位裝置；

（4）車身和夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。焊裝夾具上的部件位置都是根據(jù)車身零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)而定，最終要保證生產(chǎn)出合格的焊接工裝結(jié)構(gòu)；

（5）焊接夾具的定位合理。夾具的定位包括孔定位和面定位。夾具定位大都采用過定位方式，以增加焊接的剛度，減少焊接變形。采用孔定位，優(yōu)先考慮的是沖壓工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置準(zhǔn)確可靠；

（6）正確設(shè)計(jì)夾緊裝置。當(dāng)正確確定零件在夾具上定位后，為確定焊接時(shí)中各個(gè)工件的裝配位置，同時(shí)考慮克服工件的回彈變形，一般需要用夾緊機(jī)構(gòu)。該裝置能使工件和支承面、定位面和工件以及工件之間夾緊貼合。

2 車身焊裝夾具設(shè)計(jì)方法研究

以前焊裝夾具設(shè)計(jì)多采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法，隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)夾具的要求越來越高，尤其是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的開發(fā)以及敏捷制造、柔性生產(chǎn)技術(shù)的逐步實(shí)施和采用，傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足先進(jìn)焊裝制造技術(shù)發(fā)展的要求[4]。

2.1 計(jì)算機(jī)輔助制圖夾具設(shè)計(jì)

20世紀(jì)70代，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)開始應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)，這種方法仍然被廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)作為一種交互式繪圖工具，在進(jìn)行焊接夾具設(shè)計(jì)時(shí)，依靠設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)完成夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。夾具的工作狀況檢驗(yàn)和調(diào)整需要專業(yè)人員完成。

依靠計(jì)算機(jī)輔助的夾具設(shè)計(jì)可分為兩類：一類是單獨(dú)使用的夾具設(shè)計(jì)，另一類是組合夾具設(shè)計(jì)。根據(jù)某一零部件的特點(diǎn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)專用夾具，計(jì)算機(jī)輔助專用夾具設(shè)計(jì)模塊綜合了傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)理論和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。組合夾具設(shè)計(jì)模塊是將夾具設(shè)計(jì)的某些模塊進(jìn)行組合，在設(shè)計(jì)過程中，通過調(diào)用通用化的夾具組件或檢索夾具庫的夾具，并進(jìn)行調(diào)整，最終得到一個(gè)新的組合夾具并把它保存在夾具庫了。

2.2 基于CAFD（交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)）系統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)使用，尤其是基于二維設(shè)計(jì)平臺(tái)所開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的完善，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。當(dāng)前，三維造型取代二維繪圖成為CAFD系統(tǒng)的重要工具。常用三維軟件像UG，Pro/E等，通過程序再開發(fā)和模塊疊加進(jìn)行的二次開發(fā)所建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫，為交互式夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)供了更好的設(shè)計(jì)平臺(tái)。現(xiàn)階段，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期縮短，企業(yè)競(jìng)爭越發(fā)激烈，交互式夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用大大縮短了設(shè)計(jì)周期，企業(yè)利用已掌握的夾具庫信息可避免夾具涉及的重復(fù)性工作。

2.3 柔性焊裝夾具設(shè)計(jì)

隨著科技的不斷發(fā)展，柔性焊接夾具系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，它能快速地適應(yīng)各種復(fù)雜幾何形狀件的的裝配定位要求，以滿足加工要求。柔性焊接夾具的特點(diǎn)有：

（1）組成夾具的元件較少，拆卸和安裝方便，能通過一次裝夾完成多個(gè)表面的加工；

（2）車身件的尺寸或形狀調(diào)整后，夾具你不需要調(diào)整，還能繼續(xù)使用，能適應(yīng)加工件的變化；

（3）夾具相對(duì)簡單，易于加工，元件之間的裝配較少，從而避免裝配誤差的累積，提高夾具的裝夾精度；

（4）設(shè)計(jì)制造的夾具的剛度大、強(qiáng)度高。可用大切削量加工夾具；

（5）柔性夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的夾具的通用性好，可用于多個(gè)夾具系統(tǒng)。

2.4 可重構(gòu)焊接夾具設(shè)計(jì)

可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS（Reconfigurable Manufacturing System） 是將特定功能的機(jī)器和柔性制造系統(tǒng)組合，在制造過程中能快速、大規(guī)模的完成可變換的系統(tǒng)。具有可定制化、模塊化、可擴(kuò)展能力、可集成化以及變換能力和診斷能力強(qiáng)等特點(diǎn)。可重構(gòu)制造系統(tǒng)以革新

（下轉(zhuǎn)第93頁）

（上接第53頁）

組元、重排、重復(fù)利用、再構(gòu)子系統(tǒng)的方式，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，快速調(diào)整制造流程、制造功能和生產(chǎn)能力，能很好地適應(yīng)產(chǎn)品變換滿足市場(chǎng)需求。

建立在RMS基礎(chǔ)上的可重構(gòu)焊接夾具設(shè)計(jì)，要求具有通用化高，結(jié)構(gòu)可調(diào)性好的焊裝夾具零部件。由于企業(yè)的信息化水平以及設(shè)計(jì)者組合水平的差異，開發(fā)出滿足要求的可重構(gòu)夾具的適用性不同。企業(yè)通用件庫存件越多越細(xì)，設(shè)計(jì)人員水平越高，設(shè)計(jì)的可重構(gòu)夾具越能適應(yīng)的市場(chǎng)變化。

2.5 基于知識(shí)/智能化汽車焊接夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)

當(dāng)今知識(shí)/智能化作用越來越大，對(duì)已有設(shè)計(jì)知識(shí)的利用和有效查詢成為決定焊接夾具發(fā)展的關(guān)鍵因素。人們的研究焦點(diǎn)也集中在知識(shí)/智能化汽車焊接夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，最具代表性的是基于知識(shí)的智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

3 夾具設(shè)計(jì)研究趨勢(shì)

（1）焊接新技術(shù)應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)。特別是鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，給汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)帶來了更新機(jī)會(huì)。

（2）機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)促進(jìn)了夾具設(shè)計(jì)的更新。應(yīng)用伺服技術(shù)開發(fā)的車身裝配機(jī)器人，將機(jī)器工作轉(zhuǎn)移到機(jī)器人上，應(yīng)用型焊接機(jī)器人的焊接夾具的研究是未來的另一個(gè)研究的方向。

（3）汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動(dòng)向及車身構(gòu)造的變化帶來了夾具設(shè)計(jì)的變化。汽車生產(chǎn)技術(shù)的革新、精益生產(chǎn)技術(shù)、并行工程和逆向工程的發(fā)展，導(dǎo)致新型汽車焊裝夾具的出現(xiàn)。

4 總結(jié)

合理的車身焊裝夾具設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量以及縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本的重要手段。因此，重視焊裝夾具設(shè)計(jì)的常見問題和掌握焊裝夾具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，革新焊裝夾具的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)水平非常重要，同時(shí)也是汽車制造公司在激烈的競(jìng)爭中得以生存的重要因素。

參考文獻(xiàn)：

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