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摘 要：焊接工艺是汽车生产制造四大工艺之一，在汽车焊接生产线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%-40%，而剩余60%-70%的工作为辅助和装夹工作，因此在设计焊装夹具时不仅要保证夹具满足定位要求和焊接要求，同时还需要考虑焊装夹具的操作便捷性。
关键词：汽车；焊装夹具；设计理论；分析
1导言
汽车制造水平代表着一个国家的科学技术发展水平，并对推动世界制造业迈向一个新台阶有着非常重要的作用。同时由于汽车制造企业的生产规模比较大，技术与资金高度密集，经济与辐射具有强大的带动作用，在整个机械制造行业中占有至关重要的地位。而在汽车制造的整个过程中必不可缺的就是焊接程序，而且还占有很大的比例，因此焊接所使用的焊装夹具也就自然而然地成为重要的設备之一。基于对汽车质量和性能的考虑，焊接时所用的焊装夹具设计的重要性就可见一斑了。
2焊装夹具的分类及设计要求
在焊装生产过程中，采用的焊装夹具种类较多，分类方法也较多。按焊装夹具的功能可分为装配定位焊夹具和焊接夹具等。但在实际的焊装夹具设计与制造过程中，往往是两者合并使用，即在焊接夹具上同时具备装配定位及焊接的双重功能。
2.1一般要求
一是保证产品的形状和尺寸符合图样和技术要求。二是应使焊接和装配工作在最有利的状态下进行，如焊接应在平焊位置进行等。三是夹具的结构应开放，操作方便。必要时可在焊装夹具骨架上切去影响开敞性的部分，以改善焊装夹具的开放性。四是工件的定位夹紧应迅速，从夹具中取、放件要方便等。五是降低夹具的制造成本。焊接夹具的设计结构应简单，制造和维修相对变得容易，应尽量采用标准化的夹具元件。
2.2特殊要求
一是考虑到焊后工件尺寸的收缩变形，要求夹具上定位件间的尺寸，比工件图样尺寸应放大一些，使焊后的工件成为一个整体时，应较容易从焊装夹具上取下。二是符合焊接工艺要求，满足生产，在操作过程中便于操作，不得与焊钳存在干涉。三是汽车的年产量决定焊装夹具的自动化水平和焊接位置的配制。为了提高汽车的生产率，可以用气缸一次性完成焊装夹具的夹紧与松开动作，根据焊装夹具的自动化水平应用自动的传输装置来运输工位。四是焊合件是由两种或者两种以上的冲压件经过焊接后形成的工件，若干小的焊合件组装成大的焊合件，最后由大的焊合件形成前围焊合件、地板焊合件、后侧焊合件、顶盖焊合件等四种焊合件，并用此四种焊合件焊接成汽车驾驶室。因此根据驾驶室的生产过程来对焊合件进行合理的分割，并根据分割的焊合件来设计合适的焊装夹具。这样既利于保证产品的质量，又可提高车身的焊接生产率。
3焊装夹具的特点
3.1结构特点
由于汽车焊装夹具的结构非常复杂，体积也比较庞大，因此为了便于制造、装配、维修和检测，必须对焊装夹具进行结构分解。汽车车身的总装夹具一共有三个装配基准：底板、右侧围和左侧围，而且车身的平面都要求加工上基准槽与坐标线，其定位夹紧的组合单元应严格的按照各自的基准槽来进行装配、检测，最后把三大部分组合成一套完整的夹具。
3.2定位特点
汽车车身焊装夹具目前主要用的是冲压件的曲面外形。由于在车身的曲面上拉延和压弯后成形了台阶、整形的平台、工艺孔定位、装配孔、外部边缘、修边窗口等，要求焊装夹具的定位元件必须具有特殊的形状。焊装夹具在定位的时候要对被焊接的工件分别进行定位，保证没有相互干扰；其次在固定定位元件的时候要充分地利用每个工件装配的相互依赖关系来进行自然定位支承。
3.3夹紧特点
在汽车车身的冲压件完成装配后，还要用到电阻焊。采取这种措施就可以避免工件承受扭转力矩，如果工件的重力与焊接时的加压方向一致，那么焊接压力就可以阻止工件产生弹性变形，并且还能同时保证准确的装配位置以及定位基准贴合，此时就可以不使用夹紧工具。
4焊装夹具的构成及要求
4.1夹具基板
夹具基板是整个焊装夹具的基础，因此对基板的强度、加工精度均有着较高的要求：一是基板材料强度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽钢框架加强。工作基准面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度为Ra1.6。基准面上各定位孔与设计基准面的公差为±0.05mm，定位孔之间的公差为±0.02mm；二是基板工作基准面上刻坐标网格线，网格线坐标系与整车坐标系相同，深度及宽度均为0.5mm，间距为200mm。坐标网格线的平行度误差：相邻单一间隔距0.10/100mm，累积间隔距0.30/全长，并在刻线的两端刻上坐标号，坐标号应与汽车产品图上的坐标号相一致；三是基准面上必须设计至少4个φ10H7标准圆形基准块，基准孔位置公差±0.02，基准孔不与其余安装部件干涉，各个基准孔均配有基准孔坐标牌。
4.2定位单元
定位单元是夹具设计的核心，一般由支座、规制块、销座、定位销、限位块和压臂气缸等零部件组成。为保证刚性差的钣金零件能获得正确的形状和尺寸，一般采用“6点定位原则”进行设计。夹具所有基准销座、支撑块、夹紧块、挡块均为三维可通过调整垫片进行调整。夹具定位单元一般情况下各部件技术要求如下：一是定位销是焊装夹具常用定位机构，一般采用圆销主定位，菱销辅定位。采用方便拆卸的螺母锁紧机构，定位销材料采用40Cr，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面镀硬铬处理；二是销座材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理；三是规制块材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理；四是限位块材料45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理。一般情况下限位块结构可不增加，但当夹紧臂长度大于250mm时等一些特殊情况下必须有限位块；五是支座材料一般为采用Q235A，表面处理根据客户要求执行。 4.3辅助机构
常见辅助机构有很多，这里对顶出机构和回转翻转机构进行简述：一是顶出机构是保证总成件焊后不变形地从夹具定位机构中顺利脱出的气缸推移机构，一般由气缸和压头组成，为便于操作需具备自动复位功能；二是回转翻转机构分为两个机构，回转机构就是可以使夹具在平面上做360°回转的辅助机构，翻转机构就是使夹具做±90°翻转的机构，一般由回转支撑、驱动电机、抱闸锁死机构组成。辅助机构不直接参与焊接过程，但可降低劳动强度、提升焊接质量、提高生产效率，因此适当增加辅助机构对夹具的便捷性有极大的提升。
4.4控制检测系统
随着汽车制造行业的发展，控制检测系统在焊装夹具上已成为必备机构，一般主要由机械防错装装置、电磁防错漏传感器组成。一是机械防错装置起到防止工件漏装、防止工件错装的作用。避免了产品缺件及装夹不到位的情况发生；二是电磁防错漏传感器+PLC能对每个操作步骤进行控制及逻辑分析，对出现问题的步骤进行报警，并强制保证错误操作不能继续执行，直至操作者恢复正确的操作流程。控制检测系统能在问题出现的第一时间停止夹具运转，阻止问题继续扩大，减少后续处理、返修的时间，可以避免大批量的产品报废。
5结论
以上是焊装夹具设计需要考虑的几个主要因素，在具体的设计过程中需要针对实际情况综合考虑各个方面，在满足焊件技术要求的前提下，提升焊接效率，降低夹具制作成本，这样才能适应现代工业生产的要求。
参考文献
[1]姚春玲，张俊华，李宝顺.基于UG的汽车车身焊装夹具的3D设计[J].现代制造技术与装备，2009（01）：15-16.
[2]付红，张伯权，李勇，史月丽，王洪涛.UG/WAVE技术在汽车焊装夹具设计中的应用[J].机械设计与制造，2007（10）：35-36.
[3]刘尚仁，张俊华，李春植.汽车焊装夹具CAD系统的知识表达[J].现代制造技术与装备，2006（06）：71-74.
[4]孟庆波，黄克正.新型汽车焊装夹具CAD系统的初步研究与开发[J].机电一体化，2005（06）：58-60.
[5]刘加光.汽车焊装夹具中定位尺寸的计算机辅助计算[J].机械制造，2004（03）：20-21.
[6]罗来军，朱平，林忠钦，孙正，卢兵兵.汽车覆盖件焊装夹具虚拟设计参数库的开发[J].机械科学与技术，2002（05）：840-843.
（作者單位：华晨宝马汽车有限公司）
关键词：汽车；焊装夹具；设计理论；分析
1导言
汽车制造水平代表着一个国家的科学技术发展水平，并对推动世界制造业迈向一个新台阶有着非常重要的作用。同时由于汽车制造企业的生产规模比较大，技术与资金高度密集，经济与辐射具有强大的带动作用，在整个机械制造行业中占有至关重要的地位。而在汽车制造的整个过程中必不可缺的就是焊接程序，而且还占有很大的比例，因此焊接所使用的焊装夹具也就自然而然地成为重要的設备之一。基于对汽车质量和性能的考虑，焊接时所用的焊装夹具设计的重要性就可见一斑了。
2焊装夹具的分类及设计要求
在焊装生产过程中，采用的焊装夹具种类较多，分类方法也较多。按焊装夹具的功能可分为装配定位焊夹具和焊接夹具等。但在实际的焊装夹具设计与制造过程中，往往是两者合并使用，即在焊接夹具上同时具备装配定位及焊接的双重功能。
2.1一般要求
一是保证产品的形状和尺寸符合图样和技术要求。二是应使焊接和装配工作在最有利的状态下进行，如焊接应在平焊位置进行等。三是夹具的结构应开放，操作方便。必要时可在焊装夹具骨架上切去影响开敞性的部分，以改善焊装夹具的开放性。四是工件的定位夹紧应迅速，从夹具中取、放件要方便等。五是降低夹具的制造成本。焊接夹具的设计结构应简单，制造和维修相对变得容易，应尽量采用标准化的夹具元件。
2.2特殊要求
一是考虑到焊后工件尺寸的收缩变形，要求夹具上定位件间的尺寸，比工件图样尺寸应放大一些，使焊后的工件成为一个整体时，应较容易从焊装夹具上取下。二是符合焊接工艺要求，满足生产，在操作过程中便于操作，不得与焊钳存在干涉。三是汽车的年产量决定焊装夹具的自动化水平和焊接位置的配制。为了提高汽车的生产率，可以用气缸一次性完成焊装夹具的夹紧与松开动作，根据焊装夹具的自动化水平应用自动的传输装置来运输工位。四是焊合件是由两种或者两种以上的冲压件经过焊接后形成的工件，若干小的焊合件组装成大的焊合件，最后由大的焊合件形成前围焊合件、地板焊合件、后侧焊合件、顶盖焊合件等四种焊合件，并用此四种焊合件焊接成汽车驾驶室。因此根据驾驶室的生产过程来对焊合件进行合理的分割，并根据分割的焊合件来设计合适的焊装夹具。这样既利于保证产品的质量，又可提高车身的焊接生产率。
3焊装夹具的特点
3.1结构特点
由于汽车焊装夹具的结构非常复杂，体积也比较庞大，因此为了便于制造、装配、维修和检测，必须对焊装夹具进行结构分解。汽车车身的总装夹具一共有三个装配基准：底板、右侧围和左侧围，而且车身的平面都要求加工上基准槽与坐标线，其定位夹紧的组合单元应严格的按照各自的基准槽来进行装配、检测，最后把三大部分组合成一套完整的夹具。
3.2定位特点
汽车车身焊装夹具目前主要用的是冲压件的曲面外形。由于在车身的曲面上拉延和压弯后成形了台阶、整形的平台、工艺孔定位、装配孔、外部边缘、修边窗口等，要求焊装夹具的定位元件必须具有特殊的形状。焊装夹具在定位的时候要对被焊接的工件分别进行定位，保证没有相互干扰；其次在固定定位元件的时候要充分地利用每个工件装配的相互依赖关系来进行自然定位支承。
3.3夹紧特点
在汽车车身的冲压件完成装配后，还要用到电阻焊。采取这种措施就可以避免工件承受扭转力矩，如果工件的重力与焊接时的加压方向一致，那么焊接压力就可以阻止工件产生弹性变形，并且还能同时保证准确的装配位置以及定位基准贴合，此时就可以不使用夹紧工具。
4焊装夹具的构成及要求
4.1夹具基板
夹具基板是整个焊装夹具的基础，因此对基板的强度、加工精度均有着较高的要求：一是基板材料强度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽钢框架加强。工作基准面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度为Ra1.6。基准面上各定位孔与设计基准面的公差为±0.05mm，定位孔之间的公差为±0.02mm；二是基板工作基准面上刻坐标网格线，网格线坐标系与整车坐标系相同，深度及宽度均为0.5mm，间距为200mm。坐标网格线的平行度误差：相邻单一间隔距0.10/100mm，累积间隔距0.30/全长，并在刻线的两端刻上坐标号，坐标号应与汽车产品图上的坐标号相一致；三是基准面上必须设计至少4个φ10H7标准圆形基准块，基准孔位置公差±0.02，基准孔不与其余安装部件干涉，各个基准孔均配有基准孔坐标牌。
4.2定位单元
定位单元是夹具设计的核心，一般由支座、规制块、销座、定位销、限位块和压臂气缸等零部件组成。为保证刚性差的钣金零件能获得正确的形状和尺寸，一般采用“6点定位原则”进行设计。夹具所有基准销座、支撑块、夹紧块、挡块均为三维可通过调整垫片进行调整。夹具定位单元一般情况下各部件技术要求如下：一是定位销是焊装夹具常用定位机构，一般采用圆销主定位，菱销辅定位。采用方便拆卸的螺母锁紧机构，定位销材料采用40Cr，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面镀硬铬处理；二是销座材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理；三是规制块材料不低于45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理；四是限位块材料45#，淬火处理，硬度值不低于HRC35-40，表面发黑处理。一般情况下限位块结构可不增加，但当夹紧臂长度大于250mm时等一些特殊情况下必须有限位块；五是支座材料一般为采用Q235A，表面处理根据客户要求执行。 4.3辅助机构
常见辅助机构有很多，这里对顶出机构和回转翻转机构进行简述：一是顶出机构是保证总成件焊后不变形地从夹具定位机构中顺利脱出的气缸推移机构，一般由气缸和压头组成，为便于操作需具备自动复位功能；二是回转翻转机构分为两个机构，回转机构就是可以使夹具在平面上做360°回转的辅助机构，翻转机构就是使夹具做±90°翻转的机构，一般由回转支撑、驱动电机、抱闸锁死机构组成。辅助机构不直接参与焊接过程，但可降低劳动强度、提升焊接质量、提高生产效率，因此适当增加辅助机构对夹具的便捷性有极大的提升。
4.4控制检测系统
随着汽车制造行业的发展，控制检测系统在焊装夹具上已成为必备机构，一般主要由机械防错装装置、电磁防错漏传感器组成。一是机械防错装置起到防止工件漏装、防止工件错装的作用。避免了产品缺件及装夹不到位的情况发生；二是电磁防错漏传感器+PLC能对每个操作步骤进行控制及逻辑分析，对出现问题的步骤进行报警，并强制保证错误操作不能继续执行，直至操作者恢复正确的操作流程。控制检测系统能在问题出现的第一时间停止夹具运转，阻止问题继续扩大，减少后续处理、返修的时间，可以避免大批量的产品报废。
5结论
以上是焊装夹具设计需要考虑的几个主要因素，在具体的设计过程中需要针对实际情况综合考虑各个方面，在满足焊件技术要求的前提下，提升焊接效率，降低夹具制作成本，这样才能适应现代工业生产的要求。
参考文献
[1]姚春玲，张俊华，李宝顺.基于UG的汽车车身焊装夹具的3D设计[J].现代制造技术与装备，2009（01）：15-16.
[2]付红，张伯权，李勇，史月丽，王洪涛.UG/WAVE技术在汽车焊装夹具设计中的应用[J].机械设计与制造，2007（10）：35-36.
[3]刘尚仁，张俊华，李春植.汽车焊装夹具CAD系统的知识表达[J].现代制造技术与装备，2006（06）：71-74.
[4]孟庆波，黄克正.新型汽车焊装夹具CAD系统的初步研究与开发[J].机电一体化，2005（06）：58-60.
[5]刘加光.汽车焊装夹具中定位尺寸的计算机辅助计算[J].机械制造，2004（03）：20-21.
[6]罗来军，朱平，林忠钦，孙正，卢兵兵.汽车覆盖件焊装夹具虚拟设计参数库的开发[J].机械科学与技术，2002（05）：840-843.
（作者單位：华晨宝马汽车有限公司）