白车身柔性焊接夹具切换机构设计与优化

李敏刚

摘 要：现阶段，随着社会的发展，汽车已经普及到千家万户中。由于消费者对汽车车型的产品化要求越来越高，传统单一大批量的生产制造模式正在朝着小批量、多样化和个性化的生产模式发展，传统的加工工艺已经不能满足当下生产方式的制造要求，因此需要积极引进先进的加工技术来适应当下市场的需求。而在汽车车身零部件的设计制造过程中，焊装、总装、涂装是车身制造的重要工作，其中焊装作为车身制造中的主要环节，焊装的精度与质量对整车质量有着直接影响，因此焊接夹具的设计与制造在焊装线中有着举足轻重的作用。由于在开发新车型过程中焊接夹具的设计和制造周期较长难以满足市场需求问题，本文对汽车车身柔性焊接夹具进行设计与分析。

关键词：白车身;柔性焊接夹具;切换机构设计;优化

引言

国内汽车行业的发展逐渐进入大规模柔性化的生产阶段，优质高效的生产方式也逐渐成为行业的共识。柔性焊接线作为汽车生产工艺流程中的关键环节，直接影响生产效率。优秀的柔性生产线设计方案能够实现不同车型共线生产，在保证产品精度的同时，大幅度提升生产效率。白车身焊接生产线主要包括焊接设备、输送系统及焊接夹具3部分。自动焊接生产设备和高效输送设备的发展和应用，为柔性化焊接生产线的实现提供了基础。而焊接夹具承担着将数以百计的零件通过合理的定位和夹紧机构，借助焊接设备合成各级总成直至白车身。由此可见，柔性化焊接生产线的实现与否直接取决于柔性焊接夹具的发展，柔性焊接夹具的设计水平也直接决定了白车身焊接生产线的柔性化程度。

1概述

随着消费者对汽车质量的要求越来越高，对各大汽车制造厂的制造能力要求也越来越高，其中白车身的制造质量是汽车制造环节中的一项重要环节，直接关系到整车的质量输出。如何有效的控制白车身的制造质量，并保证能够进行系统的、长期的跟踪与管理，一直是各大车企想要达成的目标。在此背景下，我们提出了工位质量的概念，它能够实现对单个工位进行有效的数据收集、分析与管理的功能，从而通过分析单个工位的质量状态达到控制白车身质量输出稳定性的目的。

2注重提高汽车白身制造参数的有效传输

在汽车产品设计及制造环节中，设计人员会在产品设计方案中标注大量的详细产品制造与性能参数，这一参数信息也是整体汽车产品设计方案的具体表现形式。但在汽车产品实际设计、制造过程中，受多方面因素干扰、影响，各类汽车制造参数在传输过程中会出现不完全传输、参数传输有误等问题，从而导致汽车白车身设计参数与实际制造车身参数出现差异性问题。针对于此，需要在汽车白车身设计及制造环节中，秉持可制造性设计、失效模式及后果理念，对所构成、设计产品的零部件参数与具体工序流程开展逐步分析作业，提前对汽车白车身设计与制造环节中全部潜在的失效模式、可能出现的质量问题加以深入分析、总结，并在其基础上制定针对性问题解决措施。简而言之，便是确保在汽车白车身设计与制造环节中，各项产品参数的有效传输与一致性。

3白车身柔性焊接夹具切换机构设计与优化

3.1工位质量概念的应用价值

工位质量状态作为一个直接反映工位制造水平的参数，能够很好地为制造过程提供有效的数据支持，工程师可以通过监控工位质量的数据波动情况，进而快速识别出白车身质量输出的状态。同时，当白车身的输出状态超差时，工程师可以通过搭建的工位质量数据库直接查看工位质量状态差的工位，进而能够快速的锁定问题点，节省了问题排查与分析的时间，使问题能够在最短时间内得到解决，不仅节约了公司的运行成本，同时提高了工程师的工作效率。

3.2白车身总拼RPS点设计

白车身总拼由地板焊接总成、左右侧围总成、前围总成（含顶盖前横梁总成）及后围总成拼焊而成，所以对白车身总拼的夹具设计要符合这几大总成的RPS点分布要求。图1为某车型地板焊接总成的定位夹紧点分布，根据地板总成的零件结构，其RPS点均分布在零件底部，包括定位销和支撑面两种定位结构。RPS1、2为定位基准，从X/Y/Z三个方向对地板进行定位;前部的RPS3、4从X、Y两个方向对地板进行定位;最后通过RPS5、6从Z方向对地板进行定位;由于地板零件较大，仅靠3-2-1定位原则无法保证零件得到稳定定位，因此再通过RPS7、RPS8对Z方向进行辅助定位;考虑到该车型实际精度要求，通过RPS9～RPS14对地板焊接总成特殊部位进行的Y方向辅助定位，使地板焊接总成得到可靠定位。这是典型的采用“N-2-1”定位原则的实例，此车型采用平台化设计。该系列9种车型的地板焊接总成的结构类似，RPS点也一样，为柔性化总拼的实现提供了有力保证。在进行车型切换时不必对车身地板焊接总成的地板支撑夹具结构进行大的切换，只需进行一个自由度的平移即可实现。

3.3标准化、模块化、柔性化

标准化设计为机械零件的设计、制造及維修带来了便利性和巨大的经济效应。然而根据汽车车型相似特点，焊装夹具在结构及形式上也基本相似，因此为了最大效益的利用夹具，可将夹具分为标准件和非标件。在一套完成的焊装夹具上，尽可能地扩大标准件的范围和数目，从而达到高效生产的过程。整个柔性化车身焊接夹具平台包含了大量的标准件，三大机构中，也是由标准件组合而成，其中将快速定位机构分为相对不变的螺母副、蜗轮-蜗杆副、调节电机等标准件和根据车型不同或定位孔大小、位置的不同而需重新设计的非标准件;还将柔性夹紧机构集成到托架上，一个托架可定位和夹紧1到2个车身定位点，每个托架含有标准件L座、气缸、限位块、伸长臂及非标准件立板、夹头。快速定位机构和柔性夹紧机构通过螺栓和定位销直接固定在过渡板上，过渡板固连在立柱或地板上。在实际焊接加工中，若要在两种不同车型中切换时，快速定位机构、柔性夹紧机构可自动地做出调整，从而满足不同结构车身的焊接。过渡板上设置有标准化孔系及非标准化孔系，过渡板可通过标准孔系与立柱或地板连接，通过非标准的孔系（此孔系位置非标准、孔大小和数目标准）与柔性夹紧机构或快速定位机构连接。本文所涉及的柔性装夹平台中，立柱和地板为完全标准件，过渡板用于安装托架，其部分孔系的位置随着托架的位置不同而发生改变，在本文过渡板为不完全标准件。

3.4汽车白车身零部件单向包容的质量控制思路

在汽车白车身装配过程中，需要将部分小型汽车配件配置在另一汽车配件内部结构中，将其加以完全包容。而在这一汽车白车身装配作业环节中，需要着重注意以下问题：设计人员与汽车装配人员需要对各汽车配件的最大极限尺寸与最小极限尺寸加以深入分析，并总结出不同配件的公差带。随后对不同汽车配件的公差带进行对照分析，确保被包容配件的公差带小于包容配件。简而言之，便是需要在汽车白车身总成装配环节中，明确汽车配件公差带单向包容质量控制思路。

结语

进一步提高在汽车产品设计与制造阶段中，对汽车白车身的质量控制力度。白车身质量的稳定性输出是整车质量好的重要保障，在白车身制造过程中我们只有确保每个工位的质量状态稳定，才能最终保障白车身输出的稳定性。工位质量的概念就为每个工位质量稳定性提供了很好的数据支持，在各大车企的白车身制造中有很好的推广潜力与价值。

参考文献：

[1]贾建华，范建蓓.柔性夹具在现代制造业中的应用与展望[J].机电工程，2005（12）：53-55.

[2]郑立斌.车身焊接夹具设计的研究[J].机械设计与制造，2010（01）：250-251.