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摘要：車身柔性夾具在汽車焊接中占據了重要位置，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中的作用進行分析，設計有利于車身制造的柔性化方案，從而達到實際應用的目的。
關鍵詞：柔性夾具；優化設計；焊接工作站
1車身夾具應用生產線的基本特征
隨著工業技術的進步，汽車制造的自動化已不可逆轉，尤其是在焊接方面，由于焊接質量可靠、工作效率高、重復率高的特點得到各大制造廠商的認可，應用已經非常普遍[1]。楊旭樂[2]介紹了專用焊裝線和柔性化焊裝線的區別。特別是在汽車制造行業，整車的穩定性在很大程度上依賴于白車身的焊接質量，而焊接作業一半以上都是有工業機器人作業完成，機器人作業是按照既定的程序執行，無法按照傳統的經驗加工方式靈活調整，導致經常有機器人工作順序不合理，進而影響機器人焊接作業的效率[3，4]。新車型需要開發，老車型又要通知生產，在這種情況下，規劃出一條既能提供焊接效率，同時又能加速迭代，保證焊接質量的機器人作業路線就顯得十分重要[5]。焊接機器人的應用必須依賴于工件的加持定位[6]，采用靜態加持的方式，夾具會因固定對象的不同而不同，由此會產生大量的夾具，在生產時也會因此而不能夠靈活的調整，即便調整也需要花很多的時間，生產的效率和連續性受到很大的影響[7]。
2車身柔性夾具在汽車焊接中的應用
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調速時間。近年來，隨著計算機水平迅速提高，汽車焊裝夾具在結構和形式上不斷創新，柔性夾具、可重構夾具也更多的應用于汽車焊裝中，汽車焊裝生產線逐漸向敏捷化、柔性化過渡。進行汽車焊裝夾具零件的標準化研究，能促進焊裝夾具設計生產效率不斷提高，為焊裝夾具的柔性化發展奠定結構基礎。
2.1車身柔性夾具結構
車身夾具的結構一般包括氣缸、角座、調整墊片、銷支架、夾緊型塊、定位銷、調整墊片等附屬件組成，如圖1所示。
2.2柔性夾具設計要求
柔性焊接線屬于工業領域一種高度自動化，智能化的生產線。根據柔性焊接工位設計要求，需要達到如下要求：（1）實現不同車型的混流生產，采用具有高可靠性的自動化設備，考慮車型變更和車型追加設備的柔性化。（2）減少設備投資，關鍵工位要用有品質保證的設備，考慮對重的部件和復雜工作的傳輸方法。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中，不需換槍。（4）確保焊接品質，車身精度的改善，產品零件數據與工藝數據的統一，對易引起偏差的部件考慮設備的穩定性，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。（5）考慮設置充分的緩存設置，以提高維護生產線時的效率。（6）整線平衡：作為生產線的單元，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化，實現每個工作站、每臺機器人的工作量的均衡。以滿足設備的最大化利用。
2.3傳統車間夾具存放問題
近年來隨著人們對汽車車身質量要求、穩定性的提高，及人工成本的提高、工人對工作環境要求的提高等，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展。自動化生產線主要包含的內容有：夾具部分、轉運部分、機器人系統、焊接及涂膠系統、供料系統、檢測系統、安全系統及自動化控制系統等。隨著車型增多，夾具數量巨大，傳統車企車間通常存在如下問題：①隨著車型增多，定位夾具、工位輸送工具數量大增，夾具、抓手等存放空間需要巨大。②生產節拍快，全機器人生產，焊接質量的要求提高。③車型種類多，生產切換要求頻繁，需要有存放場地及倉庫。
2.4焊裝線組成及關鍵工位
傳統的焊裝線一般包含焊裝夾具，輸送裝置（抓手），焊接設備（伺服焊鉗），修模裝置，控制設備，機器人，切換裝置，水電氣供給系統，物流料箱、料架等等車身焊裝線，有多條分拼直線組成。焊裝線的關鍵工位一般包括兩部分：底盤零件合拼工位側圍和底盤合拼（如圖2所示）。其車身特點包括兩方面：（1）定位零件多且關系整個車身的尺寸、質量。（2）需要定位的零件多，夾具多，焊點分布多方向分散。
2.5MCP點選擇
傳統的MCP（mastercontrolpoint）設計原則包括：一致性原則、穩定性原則、最少化原則、關鍵點控制等原則。白車身關鍵定位點一般包括：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，以實現共用夾具、抓手。如圖2所示為底盤區域選擇八處MCP點定位。
2.6柔性焊接工作站布置設計
柔性工作站的組成主要包括機器人，工裝定位夾具、焊接設備（焊槍）及其他輔助設備。機器人本身柔性很大，根據工作站的布置應遵循的規則，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計。另外，還需要對該工位的安全防護進行設計，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計如圖4所示。
3車身柔性夾具在未來汽車焊接方面的發展方向
多品種、小批量、短周期是現代機械制造業的主要特征。這一特征的生產方式，導致了柔性夾具理念的產生與技術的發展。柔性工作站主要由焊接機器人，工裝定位夾具、焊接設備（焊鉗）及其他輔助設備組成。柔性夾具是柔性工作站的重要部分。目前夾具設計依舊處于非標準件設計。如何進行模塊化設計，集成化設計和標準化設計仍然需要進行很長時間的探索。通過標準件庫的使用，減少了加工件的數量，從而節省了大量零件二維出圖、審圖的時間，提高了夾具設計生產速度，縮短了夾具生產周期。由于標準件可以優先于加工件加工，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展。
4結語
精益生產和敏捷制造是焊裝柔性制造的核心。本文從車身夾具應用生產線的基本特征、車身柔性夾具在汽車焊接中的應用和車身柔性夾具在未來汽車焊接方面的發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，是實現工位柔性的關鍵設備。國內車企通常需要根據零件定位理論，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計。柔性夾具不僅能夠企業成本，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計還處于初級階段，尚未形成標準。如何進行模塊化設計，集成化設計和標準化設計仍然需要進行很長時間的探索。所以其應用技術的發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。目前夾具設計依舊處于非標準件設計。
作者：肖春燕 單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司