柔性軟工裝在樣車試制中的應(yīng)用

汪紅 張正舉 黎志梅 張惠立

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

前期開發(fā)階段，試制樣車目的是為了進行產(chǎn)品設(shè)計、性能、零件匹配、產(chǎn)品制造過程等一系列驗證，每個階段樣車制造為小批量生產(chǎn)。如果采用正式工裝夾具來定位焊裝白車身，不但會增加設(shè)計和制造成本，還大大延長了開發(fā)制造周期。因此，在樣車試制階段，采用不太正式的工裝夾具來焊裝白車身，此種方式縮短了設(shè)計時間和制造周期，降低了人員成本和制造成本，且能滿足每個零件的定位夾緊狀態(tài)，稱這種工裝為軟工裝。

同一款車型在不同試制階段，鈑金狀態(tài)存在一定差異性，但是個別位置變動不是太大，有的定位和夾緊點可以沿用上一階段的軟工裝夾具焊裝，部分夾具改動也不是太大，重新設(shè)計和加工這部分夾具都造成了一定資源的浪費。不同車型試制中，每個車型都獨立開發(fā)一套專用拼臺進行焊裝，也會造成很大的浪費。為實現(xiàn)不同車型、同一車型不同階段軟工裝夾具設(shè)計和制造的時間、成本都能得到有效控制，本文探討開發(fā)柔性化的軟工裝夾具應(yīng)用于樣車試制。

2 軟工裝夾具結(jié)構(gòu)

工裝夾具應(yīng)用在焊裝過程中，目的是實現(xiàn)不同零件裝配的定位和夾緊固定，在工藝指導(dǎo)下，進行準(zhǔn)確的相對位置定位及各個零件的貼合夾緊，保證了在焊接前，零件間搭接與數(shù)模狀態(tài)的穩(wěn)定性和一致性。同樣，軟工裝夾具也能達到相同的效果。

軟工裝造車過程中，軟工裝定位可以分為兩部分：軟工裝拼臺和軟工裝夾具。

2.1 軟工裝拼臺

軟工裝拼臺主要是固定布局軟工裝夾具。根據(jù)白車身結(jié)構(gòu)特點，軟工裝拼臺一般可以分為：下車體拼臺、側(cè)圍拼臺、總拼拼臺、門蓋拼臺?，F(xiàn)對軟工裝總拼拼臺結(jié)構(gòu)進行示意分析，如圖1所示，總拼拼臺主要由支撐座、下車體底板、立柱底板、上車體立柱、鎖緊機構(gòu)、推動氣缸、滑移導(dǎo)軌、限位插銷等構(gòu)成。

下車體底板主要固定定位支撐下車體總成的軟工裝夾具，上車體立柱主要固定側(cè)圍總成的軟工裝夾具。通過水平調(diào)平儀設(shè)備調(diào)節(jié)支撐座實現(xiàn)下車體底板的水平；連接氣路后，可以通過氣路開關(guān)進行上車體立柱Y方向的開合夾；鎖緊機構(gòu)和限位插銷保證了上車體開合夾時需達到的安全性和精確性。

2.2 軟工裝夾具

軟工裝夾具目的是實現(xiàn)零件間的定位和夾緊。根據(jù)每個零件提供的CDLS定位策略，一般在定位孔處，需要定位銷對其定位，壓緊機構(gòu)對其支撐和夾緊，定位和壓緊機構(gòu)集成在一套軟工裝夾具上，稱之為一套定位單元。現(xiàn)對一套標(biāo)準(zhǔn)的軟工裝夾具機構(gòu)進行示意分析，如圖2所示，軟工裝夾具主要由過渡板、支基、連接板、L塊、定位銷座、定位銷、定位塊、壓緊臂、壓緊塊等構(gòu)成。

每套定位單元通過過渡板用螺栓、銷固定連接在對應(yīng)拼臺底板位置上，過渡板尺寸主要根據(jù)固定在拼臺上的位置進行設(shè)計；支基對上部構(gòu)件起支撐連接作用，尺寸根據(jù)零件與拼臺底板的距離確定；定位銷和壓緊機構(gòu)固定在連接板上，定位銷尺寸根據(jù)零件定位孔直徑確定，定位塊、壓緊塊匹配零件型面進行設(shè)計。

傳統(tǒng)設(shè)計、制造軟工裝的方式是軟工裝拼臺和軟工裝夾具對應(yīng)單個車型某個階段開展設(shè)計、制造，如果不考慮該軟工裝用于后續(xù)其它車型或同一車型不同階段的焊裝，而直接進行報廢，這種方式勢必造成一定程度的資源浪費。為合理利用資源，實現(xiàn)軟工裝拼臺和軟工裝夾具重復(fù)利用，現(xiàn)探討以下幾種軟工裝柔性化方法的應(yīng)用。

3 軟工裝柔性化方法

3.1 軟工裝拼臺柔性化

開發(fā)制造柔性化的拼臺，可以兼顧不同車型在同一拼臺上進行焊裝車身。如下是幾種軟工裝拼臺柔性化方式。

（1）設(shè)計模塊化的柔性孔系。每套定位單元通過M10螺栓和 12銷固定布局在拼臺底板上，拼臺底板上的孔位采用標(biāo)準(zhǔn)孔系加工制造，每組孔系的螺栓過孔、銷孔的開孔直徑 12，間距100mm，均勻分布在拼臺底板上。只需更改定位單元過渡板位置和尺寸就可以實現(xiàn)不同車型的軟工裝夾具固定。

圖1 軟工裝總拼拼臺結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 軟工裝夾具結(jié)構(gòu)示意圖

（2）總拼拼臺上車體立柱布置4根立柱。根據(jù)車身結(jié)構(gòu)會有A、B、C、D柱而均勻布置4根立柱，便于實現(xiàn)軟工裝夾具對側(cè)圍的定位與夾緊，孔系布局與底板孔位方式一致。根據(jù)不同車型結(jié)構(gòu)合理布局定位單元在立柱上面，實現(xiàn)側(cè)圍總成的定位夾緊。

（3）下車體拼臺、側(cè)圍拼臺AB面柔性使用。下車體、側(cè)圍拼臺的AB面布局夾具時不存在干涉情況，合理利用拼臺和場地，對下車體、側(cè)圍拼臺AB面均開孔，實現(xiàn)拼臺底板的A、B面能同時布局不同車型的軟工裝夾具，需要焊接某個車型時進行AB面切換，這樣可以保證2個項目車型分班次同時在1條線上進行焊裝作業(yè)，避免了因場地有限影響造車。

3.2 大梁定位軟工裝夾具柔性化

前、后大梁焊合件定位軟工裝夾具柔性化。根據(jù)以往不同車型樣車焊裝定位情況的分析，前、后大梁焊合件的定位點在不同車型和同一車型不同試制階段的差異性不大。前大梁定位孔直徑一般為 20，支撐、夾緊位置結(jié)構(gòu)變化不大，變化點主要表現(xiàn)在X、Y、Z向的位移距離。后大梁零件定位點情況與前大梁相似。

采用X、Y、Z三向可調(diào)的定位單元結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)一套定位單元可以對不同的車型進行定位。一種是采用電控伺服機構(gòu)對定位單元三向進行調(diào)節(jié)，此種方式調(diào)節(jié)方便，但是成本較高；另一種方式可以采用三向機械可調(diào)的滑移定位單元結(jié)構(gòu)，此方法的優(yōu)點是成本低，調(diào)節(jié)可靠性有保證。另外，大梁定位孔采用勾銷定位，一般車型的大梁定位孔定位都適應(yīng)。

大梁定位采用柔性軟工裝夾具后，縮短了一部分的開發(fā)、制造周期，節(jié)約了加工成本、人力成本。而且還有助于解決了同一車型不同配置焊接時不能共用同一套夾具問題。

3.3 構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

每套定位單元的構(gòu)成形式類似，不同定位單元構(gòu)件主要在尺寸上有一定差異，傳統(tǒng)的軟工裝夾具設(shè)計方式是匹配對應(yīng)車型零件定位點的定位夾緊，項目造車完成后，夾具狀態(tài)折舊不大，但由于不能匹配其它項目車型焊裝，只能進行報廢處理，造成了一定程度的浪費。為提升定位單元的重復(fù)利用率，需提升構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，便于后續(xù)實現(xiàn)互換重復(fù)利用。

（1）支基標(biāo)準(zhǔn)化。支基主要起支撐、連接作用，每個零件定位點到拼臺底板間的距離因結(jié)構(gòu)特點而不同，不同的支基結(jié)構(gòu)一致，只是高度方向尺寸不同，設(shè)計按50mm整數(shù)倍規(guī)格變化的支基（如ZZJ100、ZZJ150），可以滿足不同距離的定位單元使用。項目造車完成后，可以回收支基進行重復(fù)使用。

（2）定位銷標(biāo)準(zhǔn)化。固定銷已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)定位孔直徑直接選用相應(yīng)的定位銷即可。插銷定位銷設(shè)計時為了保證插銷和翻轉(zhuǎn)時不發(fā)生干涉，尺寸有一定變化，可把插銷的結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一設(shè)計，后面根據(jù)不同孔徑和不同長度進行更改，節(jié)省了設(shè)計時間，且有些還可以重復(fù)利用。

（3）定位銷座標(biāo)準(zhǔn)化。固定定位銷的銷座可以直接選用。對插銷銷座結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計后，同一個插銷銷座可以滿足大部分插銷的固定，個別定位點需進行匹配更改。

（4）定位塊規(guī)范化設(shè)計。定位塊主要有2種尺寸規(guī)格設(shè)計，根據(jù)不同零件型面進行匹配修剪即可完成設(shè)計，節(jié)省了設(shè)計時間。

（5）壓緊、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)規(guī)范化設(shè)計。規(guī)范壓緊塊、翻轉(zhuǎn)臂連接結(jié)構(gòu)形式，不同定位點只需進行型面匹配修改，節(jié)省設(shè)計時間。

（6）過渡板與拼臺連接孔系采用M10螺栓、 12銷固定，孔距100mm；支基與過渡板、連接板孔系采用M10螺栓、 10銷固定；定位塊、定位銷座孔系采用M8螺栓、8銷固定；插銷銷座孔系采用M6螺栓、 6銷固定，便于裝拆方便。

4 結(jié)束語

柔性軟工裝在樣車試制中應(yīng)用越來越多，極大的縮短了樣車階段軟工裝設(shè)計、加工時間，節(jié)約了人員成本、制造成本，而且實現(xiàn)了對焊接現(xiàn)場的充分利用。通過不斷的優(yōu)化軟工裝夾具，實現(xiàn)其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，為建立一套完善的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)流程提供了積極的例證。