汽车焊接工装夹具设计
汽车焊接工装的设计概述
汽车车身夹具的设计是一门经验性很强的综合性技术，在设计时首先要确定生产纲领，熟悉产品结构，了解变性特点，把握制件及装配精度，通晓工艺要求。
只有做到这些，才能对焊接夹具进行全方位的设计。
一、六点定则在车身焊装夹具上的应用
在设计车身焊装夹具时，常有两种误解:一是认为六点定则对薄板焊装夹具不适用;二是看到薄板焊装夹具上有超定位现象。
产生这种误解的原因是把限制六个方向运动的自由度理解为限制六个方向的自由度，这种限制不仅依靠夹具的定位夹紧装置，而且依靠制件之间的相互制约的关系。
只有正确认识了薄板冲压件焊装生产的特点，同时又正确理解了六点定则，才能正确应用这一原则。
从定位原则看，支撑对薄板来说是必不可少的，可消除由于工件受夹紧力作用而引起的变形。
超定位使接触点不稳定，产生装配位置上的干涉，但在调整夹具时只要认真修磨支撑面，其超定位引起的不良后果是可以控制在允许范围内的。
上世纪八十年代，车身焊接使用的夹具形式大量是从冲压模具的定位面截切而来的，即在车身冲压零件的型腔上定位，被称为“定位块”。
其具有的特点为:定位面积大、设计及制造周期长成本高的特
点。
随着工装制造水平与检测手段的提高，车身焊接夹具的定位转化为定位板定位，板厚在16、20、25几档中选用，整个夹具本体改为焊接合件，在制造、装配上都缩短了周期，相对降低了成本。
定位块与定位板相比较，二者有如下特点:1、定位块是加工件，其余支撑部分为铸铁件，定位块在装配调整后再配作定位销。
在外观上它有两种式样:大面积的定位块、小面积的气动或手动压头;大面积的定位块、大面积的气动或手动压头。
前者造成定位块加工复杂，产生车身零件压紧
力不够;后者干涉焊钳的点焊操作及装件困难。
在生产中使用的夹具，其精度必须保证产品总成的要求:其选择的定位面数量比较保守，宁多勿少;每个定位块的装配全部是用四个螺钉在沉孔中固定在焊接支撑底板上，因焊渣飞溅的填充，造成返修更换的困难。
2、定位板与角支座、角支架与底板各定位销孔均采用镗孔，孔间距偏差为L?0.02。
它的优点是定位板、压头用损后修复、装调比较方便，也容易形成标准化设计、制造(除定位块、压头上压块外，其余零件均可制成标准件);但设计人员要解决镗出的定位销孔与垫片的关系，不能让定位板无公差加工，延长了装配周期，从定位型面到检测销孔等尺寸链增多，累计误差上升。
如平头车身左/右侧围夹具，仅直角块就有900个左右，装配调整量之大它同样是以提高加工精度为代价换来的。
夹具从整体外形看有章法，但不美观。
二、车身分块和定位基准的选择
车身焊接总成一般由底板、前围、后围、侧围和顶盖几大部分组
成，不同的车型分块方式不同，在选择定位基准时，一般要做到:
1、保证门洞的装配尺寸
当总成焊接无侧围分块时，门洞必须作为主要的定位基准，在分装夹具中，凡与前后立柱有关的分总成装焊都必须直接用前后立柱定位，而且从分装到总装定位为基准应统一;当总成焊接有侧围分块时，则门洞应在侧围侧围焊接夹具上形成，总焊装时以门洞及工艺孔定位，且从分装到总装定位基准也应统一。
2、保证前后悬置孔的位置准确度
车身底板上的悬置孔一般冲压在底板加强梁上，装焊时要保证悬置孔的相对位置，以便使车身顺利的下落到车架上。
3、保证前后风窗口的装配尺寸
前后风窗口一般由外覆盖件和内覆盖件组成，有的是在前后围总成上形成，在分装夹具上要注意解决其定位，有的在总装夹具上形成，一般在专门的窗口定位装置对窗口精确定位，以保证风窗玻璃的装配。
三、车身焊接夹具的结构及定位加紧特点
1、车身焊接夹具的结构特点
车身焊装夹具体积庞大、结构复杂，为了便于制造、装配、检测和维修，必须对夹具结构进行分解，否则无法进行测量。
车身总装夹具有三个装配基准:底板、左侧围、右侧围;在它们的平面上都加工有基准槽和坐标线，定位夹紧组合单元按各自的基准槽进行装配、检
测，最后将三大部分组合起来，成为一套完整的夹具。
2、车身焊装夹具的定位特点
车身焊装夹具大都以冲压件的曲面外形、在曲面上经过整形的平台、拉延和压弯成型的台阶，经过修边的窗口和外部边缘、装配用孔和工艺孔定位，这就在很大程度上决定了它的定位元件形状比较特殊，很少能用标准元件。
焊接夹具上要分别对各被焊工件进行定位，并使其不互相干涉，在设计定位元件时要充分利用工件装配的相互依赖关系作为自然的定位支撑。
有的工件焊接成封闭体，无法设置定位支撑，可要求产品设计时预冲平台、翻边作为定位控制点，总之，对于要求不严格的装配，尽量不使用焊接夹具。
车身焊装夹具上，板状定位较多，定位板一般用
A3、A5号钢板，厚度为12,20mm。
定位块间距既要保证定位精度又要保证焊钳伸入的方便性。
定位件按坐标标注，不注公差。
3、车身焊装夹具的夹紧特点
车身冲压件装配后，多使用电阻焊接，工件不受扭转力矩，当工件的重力与点焊时加压方向一致，焊接压力足以克服工件的弹性变形，并仍能保持准确的装配位置与定位基准贴合，此时，可以省去夹紧机构。
焊接通常在两个工件中进行，夹紧点一般都比较多，为减少装卸工人的辅助时间，夹紧应采用高效快速装置和多点联动机构。
四、焊接夹具的精度控制
焊接夹具精度标准由设计单位制定，其中规定了底板基准槽和坐标的形态和精度要求;定位销和其他定位支撑件的尺寸和形位公差要求，承制单位按要求进行检测、判断，并进行调整，合格后就固定定位销。
随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。
高精度夹具的定位高达0.01mm/?5um，夹具支撑面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达
0.01mm/500mm。
德国Demmeler公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为?0.03mm;精密平口钳的平行度和垂直度在5um以内;夹具重复安装的定位精度高达?5um;瑞士EROEA柔性夹具的重复定位精度高达2-5um。
机床夹具的精度以提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。
五、模块、组合
夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，以成为夹具技术开发的基点。
省时、省工、节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。
模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。
模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。
六、通用、经济
夹具的通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。
德国Demmeler公司
的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件即能组装成多样的焊接夹具，元件的功能强，使用夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用。
孙立国
二〇〇九年十一月十日。