車身焊裝夾具設計方法的研究

張志盛

摘 要：車身焊裝夾具設計是汽車車身設計的重要組成部分，其設計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周期。本文詳細論述了焊裝夾具設計方法和常見的夾具設計問題及要點，指出了焊裝夾具設計方法的研究發展趨勢。

關鍵詞：汽車車身；焊裝夾具；設計方法

0 引言

汽車車身是汽車的重要組成部分，具有形狀結構復雜、構圖困難和剛性差、易變形的特點。車身的形狀尺寸精度直接影響汽車的裝配質量。焊接裝配工藝直接影響著車身的成形質量，也是保證車身精度的關鍵，是車身制造系統的重要組成部分。為了保證車身焊接質量，焊裝夾具是必不可少的的因素，合理的夾具設計，有利于流水線的生產，便于平衡工位時間，降低非生產用時，影響到汽車的制造質量精度和生產周期[1]。

1 車身焊裝夾具設計問題及設計規律

根據汽車車身的特點，有其特定的設計問題和設計規律。

1.1 車身焊裝夾具的設計問題[2]

（1）復雜的車身結構引起焊接夾具設計三維構圖較難。車身件尤其是覆蓋件多是拉延和脹形形成的復雜型面的殼體件。如果車身的形狀和結構的復雜程度很高時，焊接夾具的設計構圖將會非常困難。

（2）車身剛性較差引起焊接過程中出現變形問題。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，變形將會發生。

（3）車身三維特征引起的焊接尺寸標注問題。車身的焊接具有很強的三維空間特點且尺寸跨度較大，這就給焊接夾具設計標注帶來麻煩。為了使焊接夾具的尺寸滿足精度要求，必須依據車身件的特點完成三維的空間標注。同時也應該注意到三維標注要遠復雜于二維標注，有時需要一定的標注經驗。

1.2 車身的焊接夾具設計要點[3]

（1）采用合適的焊接夾具設計工具。WAVE是三維造型軟件UG 的重要模塊，能實現“部件間的關聯”，可完成汽車車身焊裝夾具總體裝配設計，實現對設計過程的有效控制；

（2）根據分解后的車身焊合件，合理設計夾具的種類；

（3）考慮年產量確定夾具的自動化水平和定位裝置；

（4）車身和夾具的設計基準一致。焊裝夾具上的部件位置都是根據車身零件的設計基準而定，最終要保證生產出合格的焊接工裝結構；

（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，優先考慮的是沖壓工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置準確可靠；

（6）正確設計夾緊裝置。當正確確定零件在夾具上定位后，為確定焊接時中各個工件的裝配位置，同時考慮克服工件的回彈變形，一般需要用夾緊機構。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 車身焊裝夾具設計方法研究

以前焊裝夾具設計多采用傳統的手工設計方法，隨著現代制造業對夾具的要求越來越高，尤其是計算機集成制造系統的開發以及敏捷制造、柔性生產技術的逐步實施和采用，傳統手工設計技術遠遠不能滿足先進焊裝制造技術發展的要求[4]。

2.1 計算機輔助制圖夾具設計

20世紀70代，計算機輔助設計開始應用于夾具設計，這種方法仍然被廣泛應用。計算機作為一種交互式繪圖工具，在進行焊接夾具設計時，依靠設計人員經驗和知識完成夾具的結構設計。夾具的工作狀況檢驗和調整需要專業人員完成。

依靠計算機輔助的夾具設計可分為兩類：一類是單獨使用的夾具設計，另一類是組合夾具設計。根據某一零部件的特點應用計算機輔助設計功能設計專用夾具，計算機輔助專用夾具設計模塊綜合了傳統夾具設計理論和先進的計算機技術。組合夾具設計模塊是將夾具設計的某些模塊進行組合，在設計過程中，通過調用通用化的夾具組件或檢索夾具庫的夾具，并進行調整，最終得到一個新的組合夾具并把它保存在夾具庫了。

2.2 基于CAFD（交互式設計系統）系統的夾具設計

交互設計系統的開發使用，尤其是基于二維設計平臺所開發的計算機輔助夾具設計系統的完善，大大提高了系統的實用性。當前，三維造型取代二維繪圖成為CAFD系統的重要工具。常用三維軟件像UG，Pro/E等，通過程序再開發和模塊疊加進行的二次開發所建立的標準件庫，為交互式夾具設計系統的開發供了更好的設計平臺?，F階段，產品的更新換代周期縮短，企業競爭越發激烈，交互式夾具設計系統的應用大大縮短了設計周期，企業利用已掌握的夾具庫信息可避免夾具涉及的重復性工作。

2.3 柔性焊裝夾具設計

隨著科技的不斷發展，柔性焊接夾具系統的應用越來越廣泛，它能快速地適應各種復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表面的加工；

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

（3）夾具相對簡單，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）設計制造的夾具的剛度大、強度高?？捎么笄邢髁考庸A具；

（5）柔性夾具設計系統設計的夾具的通用性好，可用于多個夾具系統。

2.4 可重構焊接夾具設計

可重構制造系統RMS（Reconfigurable Manufacturing System） 是將特定功能的機器和柔性制造系統組合，在制造過程中能快速、大規模的完成可變換的系統。具有可定制化、模塊化、可擴展能力、可集成化以及變換能力和診斷能力強等特點?？芍貥嬛圃煜到y以革新

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（上接第53頁）

組元、重排、重復利用、再構子系統的方式，依據系統設計的要求，快速調整制造流程、制造功能和生產能力，能很好地適應產品變換滿足市場需求。

建立在RMS基礎上的可重構焊接夾具設計，要求具有通用化高，結構可調性好的焊裝夾具零部件。由于企業的信息化水平以及設計者組合水平的差異，開發出滿足要求的可重構夾具的適用性不同。企業通用件庫存件越多越細，設計人員水平越高，設計的可重構夾具越能適應的市場變化。

2.5 基于知識/智能化汽車焊接夾具設計系統

當今知識/智能化作用越來越大，對已有設計知識的利用和有效查詢成為決定焊接夾具發展的關鍵因素。人們的研究焦點也集中在知識/智能化汽車焊接夾具設計系統，最具代表性的是基于知識的智能化設計系統。

3 夾具設計研究趨勢

（1）焊接新技術應用于夾具設計。特別是鋁合金焊接技術的發展，給汽車焊接夾具的設計帶來了更新機會。

（2）機器人技術的開發促進了夾具設計的更新。應用伺服技術開發的車身裝配機器人，將機器工作轉移到機器人上，應用型焊接機器人的焊接夾具的研究是未來的另一個研究的方向。

（3）汽車產業的發展動向及車身構造的變化帶來了夾具設計的變化。汽車生產技術的革新、精益生產技術、并行工程和逆向工程的發展，導致新型汽車焊裝夾具的出現。

4 總結

合理的車身焊裝夾具設計是保證產品設計、制造質量以及縮短設計周期、降低成本的重要手段。因此，重視焊裝夾具設計的常見問題和掌握焊裝夾具設計的要點，革新焊裝夾具的設計方法和設計水平非常重要，同時也是汽車制造公司在激烈的競爭中得以生存的重要因素。

參考文獻：

[1]雷玉成，王存堂，韓向東，周孔亢.車身焊裝夾具設計方法的研究[J]. 農業機械學報，2002（05）：101-104.

[2]劉秋蕓.汽車車身焊接夾具設計規律及相關問題探析[J].中國機械，2014（23）：200-201.

[3]李濤.汽車車身焊裝夾具的設計探索[J].科技信息，2009（26）： 324-325.

[4]禹化寶，張俊華.汽車焊接夾具設計的研究與進展[J].焊接技術，2013（12）.endprint