一種汽車車身柔性夾具的設(shè)計綜述

肖春燕

摘 要：車身柔性夾具在汽車焊接中占據(jù)了重要位置，其不僅可以提高工作效率，還能提高裝夾精度。本文通過對柔性夾具在焊接生產(chǎn)中的作用進行分析，設(shè)計有利于車身制造的柔性化方案，從而達到實際應(yīng)用的目的。

關(guān)鍵詞：柔性夾具 優(yōu)化設(shè)計 焊接工作站

1 車身夾具應(yīng)用生產(chǎn)線的基本特征

隨著工業(yè)技術(shù)的進步，汽車制造的自動化已不可逆轉(zhuǎn)，尤其是在焊接方面，由于焊接質(zhì)量可靠、工作效率高、重復(fù)率高的特點得到各大制造廠商的認可，應(yīng)用已經(jīng)非常普遍[1]。楊旭樂[2]介紹了專用焊裝線和柔性化焊裝線的區(qū)別。特別是在汽車制造行業(yè)，整車的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于白車身的焊接質(zhì)量，而焊接作業(yè)一半以上都是有工業(yè)機器人作業(yè)完成，機器人作業(yè)是按照既定的程序執(zhí)行，無法按照傳統(tǒng)的經(jīng)驗加工方式靈活調(diào)整，導(dǎo)致經(jīng)常有機器人工作順序不合理，進而影響機器人焊接作業(yè)的效率[3，4]。新車型需要開發(fā)，老車型又要通知生產(chǎn)，在這種情況下，規(guī)劃出一條既能提供焊接效率，同時又能加速迭代，保證焊接質(zhì)量的機器人作業(yè)路線就顯得十分重要[5]。焊接機器人的應(yīng)用必須依賴于工件的加持定位[6]，采用靜態(tài)加持的方式，夾具會因固定對象的不同而不同，由此會產(chǎn)生大量的夾具，在生產(chǎn)時也會因此而不能夠靈活的調(diào)整，即便調(diào)整也需要花很多的時間，生產(chǎn)的效率和連續(xù)性受到很大的影響[7]。

2 車身柔性夾具在汽車焊接中的應(yīng)用

汽車焊裝夾具用于焊裝過程中對車身零件進行定位和壓緊，保證白車身的焊接的準確性質(zhì)量，在汽車焊裝過程中起著重要作用，車身柔性夾具能夠提高焊裝夾具的響應(yīng)調(diào)速時間。近年來，隨著計算機水平迅速提高，汽車焊裝夾具在結(jié)構(gòu)和形式上不斷創(chuàng)新，柔性夾具、可重構(gòu)夾具也更多的應(yīng)用于汽車焊裝中，汽車焊裝生產(chǎn)線逐漸向敏捷化、柔性化過渡。進行汽車焊裝夾具零件的標準化研究，能促進焊裝夾具設(shè)計生產(chǎn)效率不斷提高，為焊裝夾具的柔性化發(fā)展奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2.1 車身柔性夾具結(jié)構(gòu)

車身夾具的結(jié)構(gòu)一般包括氣缸、角座、調(diào)整墊片、銷支架、夾緊型塊、定位銷、調(diào)整墊片等附屬件組成，如圖1所示。

2.2 柔性夾具設(shè)計要求

柔性焊接線屬于工業(yè)領(lǐng)域一種高度自動化，智能化的生產(chǎn)線。根據(jù)柔性焊接工位設(shè)計要求，需要達到如下要求：

（1）實現(xiàn)不同車型的混流生產(chǎn)，采用具有高可靠性的自動化設(shè)備，考慮車型變更和車型追加設(shè)備的柔性化。（2）減少設(shè)備投資，關(guān)鍵工位要用有品質(zhì)保證的設(shè)備，考慮對重的部件和復(fù)雜工作的傳輸方法。在考慮方案時，工裝拼臺要盡量一致共用。（3）減少生產(chǎn)準備階段，減少車型變更準備階段，盡量減少換槍，最好在同一車型的生產(chǎn)中，不需換槍。（4）確保焊接品質(zhì)，車身精度的改善，產(chǎn)品零件數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，對易引起偏差的部件考慮設(shè)備的穩(wěn)定性，車身重要部件考慮在一個工位組裝焊接完成-減少組裝車身的偏差，確保每個階段的目標品質(zhì)。（5）考慮設(shè)置充分的緩存設(shè)置，以提高維護生產(chǎn)線時的效率。（6）整線平衡：作為生產(chǎn)線的單元，每個工作站的時間需要均衡，如果因車型不同，各個工作站的時間差異大，則需從零件輸送時間，焊接時間等進一步優(yōu)化，實現(xiàn)每個工作站、每臺機器人的工作量的均衡。以滿足設(shè)備的最大化利用。

2.3 傳統(tǒng)車間夾具存放問題

近年來隨著人們對汽車車身質(zhì)量要求、穩(wěn)定性的提高，及人工成本的提高、工人對工作環(huán)境要求的提高等，車身焊裝正逐步向自動化、機器人大面積代替人工作的方向發(fā)展。

自動化生產(chǎn)線主要包含的內(nèi)容有：夾具部分、轉(zhuǎn)運部分、機器人系統(tǒng)、焊接及涂膠系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及自動化控制系統(tǒng)等。

隨著車型增多，夾具數(shù)量巨大，傳統(tǒng)車企車間通常存在如下問題：

①隨著車型增多，定位夾具、工位輸送工具數(shù)量大增，夾具、抓手等存放空間需要巨大。②生產(chǎn)節(jié)拍快，全機器人生產(chǎn)，焊接質(zhì)量的要求提高。③車型種類多，生產(chǎn)切換要求頻繁，需要有存放場地及倉庫。

2.4 焊裝線組成及關(guān)鍵工位

傳統(tǒng)的焊裝線一般包含焊裝夾具，輸送裝置（抓手），焊接設(shè)備（伺服焊鉗），修模裝置，控制設(shè)備，機器人，切換裝置，水電氣供給系統(tǒng)，物流料箱、料架等等車身焊裝線，有多條分拼直線組成。焊裝線的關(guān)鍵工位一般包括兩部分：底盤零件合拼工位側(cè)圍和底盤合拼（如圖2所示）。其車身特點包括兩方面：（1）定位零件多且關(guān)系整個車身的尺寸、質(zhì)量。（2）需要定位的零件多，夾具多，焊點分布多方向分散。

2.5 MCP點選擇

傳統(tǒng)的MCP（master control point）設(shè)計原則包括：一致性原則、穩(wěn)定性原則、最少化原則、關(guān)鍵點控制等原則。白車身關(guān)鍵定位點一般包括：底盤安裝點，前端模塊安裝點。而底盤安裝點一般包括前后副車架安裝點，前后懸減震器安裝點等。一般通過選取MCP，同平臺的車型（甚至不同平臺的車型）采用共同的定位點，以實現(xiàn)共用夾具、抓手。如圖2所示為底盤區(qū)域選擇八處MCP點定位。

2.6 柔性焊接工作站布置設(shè)計

柔性工作站的組成主要包括機器人，工裝定位夾具、焊接設(shè)備（焊槍）及其他輔助設(shè)備。機器人本身柔性很大，根據(jù)工作站的布置應(yīng)遵循的規(guī)則，機器人的選取流程，電阻點焊的原理及機器人焊槍的選取等，共同完成了柔性車架合拼焊接工位的布局設(shè)計。另外，還需要對該工位的安全防護進行設(shè)計，確保工作站的的安全運行及人員的安全防護，最后通過對柔性焊接機器人工作進行評價介紹，檢查各個工位的柔性合理性。通常柔性焊接工作站的布置設(shè)計如圖4所示。

3 車身柔性夾具在未來汽車焊接方面的發(fā)展方向

多品種、小批量、短周期是現(xiàn)代機械制造業(yè)的主要特征。這一特征的生產(chǎn)方式，導(dǎo)致了柔性夾具理念的產(chǎn)生與技術(shù)的發(fā)展。柔性工作站主要由焊接機器人，工裝定位夾具、焊接設(shè)備（焊鉗）及其他輔助設(shè)備組成。柔性夾具是柔性工作站的重要部分。目前夾具設(shè)計依舊處于非標準件設(shè)計。如何進行模塊化設(shè)計，集成化設(shè)計和標準化設(shè)計仍然需要進行很長時間的探索。

通過標準件庫的使用，減少了加工件的數(shù)量，從而節(jié)省了大量零件二維出圖、審圖的時間，提高了夾具設(shè)計生產(chǎn)速度，縮短了夾具生產(chǎn)周期。由于標準件可以優(yōu)先于加工件加工，使加工能夠分批次進行，項目進行更加從容有序。標準化率的提高使夾具的互換性更好，有利于夾具的修改和變更，促進焊裝夾具向柔性化發(fā)展。

4 結(jié)語

精益生產(chǎn)和敏捷制造是焊裝柔性制造的核心。本文從車身夾具應(yīng)用生產(chǎn)線的基本特征、車身柔性夾具在汽車焊接中的應(yīng)用和車身柔性夾具在未來汽車焊接方面的發(fā)展方向三方面闡述了汽車車身柔性夾具的特征。柔性焊接夾具，是實現(xiàn)工位柔性的關(guān)鍵設(shè)備。國內(nèi)車企通常需要根據(jù)零件定位理論，白車身平臺化的MCP要求，完成合拼工位的同平臺車型的定位柔性夾具設(shè)計。柔性夾具不僅能夠企業(yè)成本，減少車間用地面積，而且能夠提高減少的工件的裝夾時間。目前車身柔性夾具的設(shè)計還處于初級階段，尚未形成標準。如何進行模塊化設(shè)計，集成化設(shè)計和標準化設(shè)計仍然需要進行很長時間的探索。所以其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展仍然是解決目前加工制造中的瓶頸問題。柔性夾具是柔性工作站的重要部分。目前夾具設(shè)計依舊處于非標準件設(shè)計。

參考文獻：

[1]單利華，劉曉晨，王玉光.汽車行業(yè)數(shù)字化車間技術(shù)探索[J].汽車實用技術(shù)，2017（10）：117-119.

[2] 楊旭樂，崔占生.專有化與柔性化焊裝線輸送方式的比較[J].汽車與配件，2014（10）：67-69.

[3]漆俊杰.轎車白車身焊裝生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃與布局設(shè)計[J].南方農(nóng)機，2018，49（12）：53.