焊装生产线及夹具的工艺设计 - 图文

图1 全顺B线本体夹具（平移式）

焊接生产线是汽车制造中的关键，焊接生产线中各种工装夹具又是焊装线的重中之重，而焊接夹具的设计则是前提和基础。全顺焊装生产线及夹具的工艺设计经历了全顺两代车型的开发，本文主要阐述了全顺焊接生产线的结构和特点，以及其本体夹具的设计特点和发展方向。

汽车制造四大工艺中，焊装尤其重要。在焊装的前期工艺规划中，车身焊接夹具以及生产线的设计是非常关键的环节。工装夹具设计是一门专业性很强的综合性技术，设计工装夹具时，不仅要考虑生产纲领，还必须熟悉产品结构，了解钣金件变形特点，掌握冲压、涂装以及总装工艺的诸多要求内容，通晓零部件装配精度及公差分配。只有做到这些，才能对焊接夹具进行全方位设计，满足生产制造的要求。本文结合现有江铃汽车股份有限公司全顺汽车厂（以下简称“全顺厂”）车身焊装夹具设计以及未来的规划，就焊装线结构和夹具的选择进行了阐述，以求在未来全顺C线上设计出高生产效率且满足市场需求变化的焊接生产线。 焊装生产线及夹具的结构

目前国内使用的汽车焊装线主要是由输送部分、工装夹具、焊接设备及其他辅助设备等部分组成，主要结构形式有：步进式焊装输送、夹具移动输送、往复输送（Shuttle Bus）、滑橇输送和自行或手动吊具输送等。 1.步进式焊装线

该焊装线的基本原理：工件的水平输送是通过调频电机驱动齿轮、齿条做往复运行实现的，顶升、落下装置采用电机带动曲柄旋转180°，从而实现输送线本体顶升、落下。这种形式的焊装线结构简单合理、稳定性好、辅助时间较短且重复定位精度较高，基本满足点焊、弧焊机器人的使用条件，适用于生产能力为5～10万辆/年的生产线。目前，国内很多汽车厂采用了该形式的焊装线，如全顺V348的侧围即采用了这种形式。

图2 全顺A线本体夹具前部定位（铰链式）

2.夹具移动输送

该生产线在韩系汽车厂被大量采用，基本原理为：定位夹具与输送为一体，定位夹具在生产线上运动，从第一站到最后一站，然后从循环的回路返回到第一站，车型的切换就是在第一站根据生产排成选择所需的定位夹具，输送到第一站等待物料。该线柔性强、传输快且定位精，满足点焊、弧焊机器人的使用条件，但是投资巨大，北京现代轿车二厂采用了这种形式。

3.滑橇输送焊装线

该焊装线通过采用往复杆或辊床输送滑橇来实现工件水平输送，可分为两种形式：往复杆输送滑橇式和辊床输送滑橇式。工件上、下运动一般由固定工位的气动或液压顶升装置实现。滑橇上装有定位装置，重复定位精度较高，一般为±0.3mm，基本满足点焊、弧焊机器人的使用条件。目前，此类输送线在国内的轿车厂应用较多。 4.往复输送机

该线水平输送工件是通过电动机驱动往复输送机在钢轨上运行，工件顶升、落下采用气缸顶升装置实现，使用该种输送方式的生产线也不少，如全顺V348焊接主线和南京福特的马自达主线等。 5.自行或手动吊具输送

该线水平输送工件是通过折叠吊具在两工位间来回吊运工件，要求工位间有吊具的空间，主要优点：结构简单，夹具定位设计不会受传输运动装置影响，投资较少；但是输送线节奏慢，空中运输有安全隐患。采用这种方式的输送线不多，全顺VE83以及土耳其的全顺工厂骨架线采用的是此种方式。 焊装线的对比

对于焊装线结构形式的选择，最需要考虑的是生产纲领、产品结构和工艺特点、投资规模和夹具设计制造技术水平以及厂房等情况，在细部结构上要结合产品的寿命周期、市场定位和质量要求，并对相关因素进行综合比较来进行选择。全顺厂焊装车间有全顺A线、全顺B线，未来要规划全顺C线，我们将这三条线做个比较（如表）。

全顺厂各焊装生产线对比

从全顺A、B和C线对比来看：A线投资少，但是吊具输送速度慢且有安全隐患，适合小批量的生产线；B线适合5～10万台的生产线，但是生产线过长会影响到重复定位，导致定位变形松动，影响整车质量；C线相对更适合柔性布局，质量也最好，但是需要考虑滑撬等设备的回转系统。 本体焊接夹具的对比

对于白车身而言，本体线的装焊工艺主要由预装配、点固焊和补焊三部分组成，其中点固焊工序最为关键，基本都在本体夹具内完成。焊装生产线中的本体夹具决定了白车身的质量、生产线的柔性度及生产节拍，非常重要。

目前，国内所采用的本体夹具主要有三种形式，在全顺工厂都有应用。 1.平移式夹具

图1为平移式夹具，其动作顺序为：输送线将预装白车身送入总焊工位定位夹紧点定→输送线抬起→将点定成形的车身水平送入后续的工序补焊。此类夹具定位精度和可靠性高，可适用于不同长度、宽度以及高中低顶的白车身大批量混流生产，柔性度高。

图3 全顺A线本体夹具后部定位（立柱式）

2.铰链翻转式夹具

图2所示的铰链翻转式夹具和平移式夹具的工作原理类似，区别是左右侧围总成的定位组件的打开方式不同：平移式夹具沿垂直于线体输送方向水平移动，而铰链翻转式夹具则是绕铰链轴旋转打开，这样便于线体输送、装配及定位夹紧。 3.立柱式夹具

图3所示的立柱式夹具结构简单、成本低、维修方便而且操作时接近性好，但其定位精度较低，不适用于自动化程度较高的大批量生产和采用焊接机器人的生产线。

为了适应侧围的机械自动化输送，全顺C线将考虑平移式夹具能在水平状态和垂直状态旋转，在水平状态上承接侧围，然后转90°到垂直状态，再平移到焊接工作位置进行焊接。 汽车车身的结构及本体夹具的特点

全顺白车身结构类似于轿车，一般由外覆盖件、内覆盖件和承载的骨架组成，像侧围外板、侧围内板、门盖内外板和顶盖这样的内、外覆盖件的钢板厚度一般为0.8～1.2mm，骨架件的钢板厚度多为1.2～2.5mm。在本体夹具前预装时，焊好的侧围总成、骨架总成都具有较大的刚性，而且相对的搭接面很复杂，在本体夹具侧围定位模块定位侧围过程中，常常会因为侧围总成与骨架总成贴合面干涉，侧围定位模块无法运动到位，因而在偏差状态下焊接造成整车尺寸的偏差。

图4 本体夹具的全顺车身结构

本体夹具作为焊装最重要的工位，其最关键的控制点在于门洞尺寸的控制和前风窗洞尺寸以及顶盖安装的控制。在本体夹具工位完成后，全顺车身（如图4）形成了一个刚性很好的车身壳体，由地板、侧围以及横梁三大部分组成，形成了后门洞、前门洞、侧门洞、前风窗洞以及顶盖安装空间。门洞的装配尺寸是整车外观间隙面差的基础，保证这些门洞、窗洞以及顶盖空间的装配尺寸的关键在于：

1.定位基准的一致，这种一致甚至要求到冲压件和检具上，一方面基准传递会减少累计的误差，另外也很容易从零件检具上找到零件问题与整车装配问题的一致性，便于分析判断解决问题；

2.保证前道工序件在合理的公差范围内；

3.正确地预装配，保证在定位过程中，侧围这样大的零件可以在侧围定位模块运动力的作用下，到达正确的位置，而不出现定位接触面或孔变形的情况； 4.夹具具有足够的刚性，克服零件局部干涉； 5.夹具自身的精度； 6.夹具定位装置的维护。

合格的车身要求能满足后续的装配精度要求：一方面指的是外观精度，即门盖装配后的间隙面差；另一方面较为隐蔽，指的是骨架精度，其主要是保证发动机的装配以及前后悬架的装配，骨架件相对较厚，存在回弹问题，所以对于纵梁和横梁的定位，需要避免以其翻边定位，而应定位在底面上。 另外，骨架总成在本体夹具的前道工序完成，要达到精度要求，需要对零件有足够的定位，甚至过定位和防错，以保证偏差的骨架无法在PLC控制下到达本体夹具工位。最后，工序件的公差不是固化的，可以通过调整工序件之间的匹配状态及公差分配来满足整体的装配要求。

目前夹具的定位块和压紧块都是标准化的设计，而且定位可在三维方向调整，操作方便，但同时也由于这些连接方式是螺栓加上圆柱销，经常会出现由于定位松动导致车身尺寸波动的情况。

柔性夹具生产线的应用

目前，全顺本体焊接线A、B线都具备柔性生产的能力，但是只能进行同系列车型不同轴距的高中低顶盖的车身焊接的切换，在基础车型上实现宽长短、高低变换的各车型共线生产，而且A线采用人工切换，B线是程序控制自动切换，在未来的C线上，将可以实现两种完全不同车型的生产切换，使焊装线更具柔性化生产能力，提高工厂生产效率和应变市场的能力，这将通过以下两项技术实现： 1.骨架零部件的定位

使用NC-locator 技术，在每个工位安装8套定位系统，每套系统能在夹具平板上做三维的运动，其定位销或面，可以根据每种车型的定位要求，设定好位置和状态，通过生产线的PLC系统进行车型识别和调用。 2.车身侧围定位模块的切换

本体夹具采用平移式结构，每种车型配有一套侧围定位机构，分别存储在生产线的两侧，需要时前后移动到中间工作通道（如图5中间部分），换下的夹具从中间通道移到前后存储的位置，图5中可以存储4套定位侧围夹具，也能用新的夹具替换原来的夹具，增加了跟随市场变化的能力。

图5 车身侧围定位模块切换系统

总而言之，汽车焊接生产线是汽车制造中的关键，焊接生产线中的各种工装夹具又是焊装线的重中之重，焊接夹具的设计则是前提和基础。我们在焊接夹具的设计中，要掌握夹具的基本工作原理和设计准则，不断地学习和探索先进的设计思路和方法，提高汽车制造技术和工艺装备水平。虽然目前全顺厂的焊接线不算先进豪华，但是能产生经济效益就是最大的成功，我们将积累和总结经验和教训，在未来的全顺C线上设计出高生产效率且满足市场需求变化的适合江铃企业文化的焊接生产线。