车身焊装夹具设计方法的研究

张志盛

摘 要：车身焊装夹具设计是汽车车身设计的重要组成部分，其设计和制造精度以及效率是否合理直接影响着汽车的制造精度和生产周期。本文详细论述了焊装夹具设计方法和常见的夹具设计问题及要点，指出了焊装夹具设计方法的研究发展趋势。

关键词：汽车车身；焊装夹具；设计方法

0 引言

汽车车身是汽车的重要组成部分，具有形状结构复杂、构图困难和刚性差、易变形的特点。车身的形状尺寸精度直接影响汽车的装配质量。焊接装配工艺直接影响着车身的成形质量，也是保证车身精度的关键，是车身制造系统的重要组成部分。为了保证车身焊接质量，焊装夹具是必不可少的的因素，合理的夹具设计，有利于流水线的生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时，影响到汽车的制造质量精度和生产周期[1]。

1 车身焊装夹具设计问题及设计规律

根据汽车车身的特点，有其特定的设计问题和设计规律。

1.1 车身焊装夹具的设计问题[2]

（1）复杂的车身结构引起焊接夹具设计三维构图较难。车身件尤其是覆盖件多是拉延和胀形形成的复杂型面的壳体件。如果车身的形状和结构的复杂程度很高时，焊接夹具的设计构图将会非常困难。

（2）车身刚性较差引起焊接过程中出现变形问题。一般车身件大都是大型薄板件，需要具备一定的刚度要求。焊接过程中冲压件的刚度无法承受变形力时，变形将会发生。

（3）车身三维特征引起的焊接尺寸标注问题。车身的焊接具有很强的三维空间特点且尺寸跨度较大，这就给焊接夹具设计标注带来麻烦。为了使焊接夹具的尺寸满足精度要求，必须依据车身件的特点完成三维的空间标注。同时也应该注意到三维标注要远复杂于二维标注，有时需要一定的标注经验。

1.2 车身的焊接夹具设计要点[3]

（1）采用合适的焊接夹具设计工具。WAVE是三维造型软件UG 的重要模块，能实现“部件间的关联”，可完成汽车车身焊装夹具总体装配设计，实现对设计过程的有效控制；

（2）根据分解后的车身焊合件，合理设计夹具的种类；

（3）考虑年产量确定夹具的自动化水平和定位装置；

（4）车身和夹具的设计基准一致。焊装夹具上的部件位置都是根据车身零件的设计基准而定，最终要保证生产出合格的焊接工装结构；

（5）焊接夹具的定位合理。夹具的定位包括孔定位和面定位。夹具定位大都采用过定位方式，以增加焊接的刚度，减少焊接变形。采用孔定位，优先考虑的是冲压工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置准确可靠；

（6）正确设计夹紧装置。当正确确定零件在夹具上定位后，为确定焊接时中各个工件的装配位置，同时考虑克服工件的回弹变形，一般需要用夹紧机构。该装置能使工件和支承面、定位面和工件以及工件之间夹紧贴合。

2 车身焊装夹具设计方法研究

以前焊装夹具设计多采用传统的手工设计方法，随着现代制造业对夹具的要求越来越高，尤其是计算机集成制造系统的开发以及敏捷制造、柔性生产技术的逐步实施和采用，传统手工设计技术远远不能满足先进焊装制造技术发展的要求[4]。

2.1 计算机辅助制图夹具设计

20世纪70代，计算机辅助设计开始应用于夹具设计，这种方法仍然被广泛应用。计算机作为一种交互式绘图工具，在进行焊接夹具设计时，依靠设计人员经验和知识完成夹具的结构设计。夹具的工作状况检验和调整需要专业人员完成。

依靠计算机辅助的夹具设计可分为两类：一类是单独使用的夹具设计，另一类是组合夹具设计。根据某一零部件的特点应用计算机辅助设计功能设计专用夹具，计算机辅助专用夹具设计模块综合了传统夹具设计理论和先进的计算机技术。组合夹具设计模块是将夹具设计的某些模块进行组合，在设计过程中，通过调用通用化的夹具组件或检索夹具库的夹具，并进行调整，最终得到一个新的组合夹具并把它保存在夹具库了。

2.2 基于CAFD（交互式设计系统）系统的夹具设计

交互设计系统的开发使用，尤其是基于二维设计平台所开发的计算机辅助夹具设计系统的完善，大大提高了系统的实用性。当前，三维造型取代二维绘图成为CAFD系统的重要工具。常用三维软件像UG，Pro/E等，通过程序再开发和模块叠加进行的二次开发所建立的标准件库，为交互式夹具设计系统的开发供了更好的设计平台。现阶段，产品的更新换代周期缩短，企业竞争越发激烈，交互式夹具设计系统的应用大大缩短了设计周期，企业利用已掌握的夹具库信息可避免夹具涉及的重复性工作。

2.3 柔性焊装夹具设计

随着科技的不断发展，柔性焊接夹具系统的应用越来越广泛，它能快速地适应各种复杂几何形状件的的装配定位要求，以满足加工要求。柔性焊接夹具的特点有：

（1）组成夹具的元件较少，拆卸和安装方便，能通过一次装夹完成多个表面的加工；

（2）车身件的尺寸或形状调整后，夹具你不需要调整，还能继续使用，能适应加工件的变化；

（3）夹具相对简单，易于加工，元件之间的装配较少，从而避免装配误差的累积，提高夹具的装夹精度；

（4）设计制造的夹具的刚度大、强度高。可用大切削量加工夹具；

（5）柔性夹具设计系统设计的夹具的通用性好，可用于多个夹具系统。

2.4 可重构焊接夹具设计

可重构制造系统RMS（Reconfigurable Manufacturing System） 是将特定功能的机器和柔性制造系统组合，在制造过程中能快速、大规模的完成可变换的系统。具有可定制化、模块化、可扩展能力、可集成化以及变换能力和诊断能力强等特点。可重构制造系统以革新

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组元、重排、重复利用、再构子系统的方式，依据系统设计的要求，快速调整制造流程、制造功能和生产能力，能很好地适应产品变换满足市场需求。

建立在RMS基础上的可重构焊接夹具设计，要求具有通用化高，结构可调性好的焊装夹具零部件。由于企业的信息化水平以及设计者组合水平的差异，开发出满足要求的可重构夹具的适用性不同。企业通用件库存件越多越细，设计人员水平越高，设计的可重构夹具越能适应的市场变化。

2.5 基于知识/智能化汽车焊接夹具设计系统

当今知识/智能化作用越来越大，对已有设计知识的利用和有效查询成为决定焊接夹具发展的关键因素。人们的研究焦点也集中在知识/智能化汽车焊接夹具设计系统，最具代表性的是基于知识的智能化设计系统。

3 夹具设计研究趋势

（1）焊接新技术应用于夹具设计。特别是铝合金焊接技术的发展，给汽车焊接夹具的设计带来了更新机会。

（2）机器人技术的开发促进了夹具设计的更新。应用伺服技术开发的车身装配机器人，将机器工作转移到机器人上，应用型焊接机器人的焊接夹具的研究是未来的另一个研究的方向。

（3）汽车产业的发展动向及车身构造的变化带来了夹具设计的变化。汽车生产技术的革新、精益生产技术、并行工程和逆向工程的发展，导致新型汽车焊装夹具的出现。

4 总结

合理的车身焊装夹具设计是保证产品设计、制造质量以及缩短设计周期、降低成本的重要手段。因此，重视焊装夹具设计的常见问题和掌握焊装夹具设计的要点，革新焊装夹具的设计方法和设计水平非常重要，同时也是汽车制造公司在激烈的竞争中得以生存的重要因素。

参考文献：

[1]雷玉成，王存堂，韩向东，周孔亢.车身焊装夹具设计方法的研究[J]. 农业机械学报，2002（05）：101-104.

[2]刘秋芸.汽车车身焊接夹具设计规律及相关问题探析[J].中国机械，2014（23）：200-201.

[3]李涛.汽车车身焊装夹具的设计探索[J].科技信息，2009（26）： 324-325.

[4]禹化宝，张俊华.汽车焊接夹具设计的研究与进展[J].焊接技术，2013（12）.endprint