焊接工装夹具

焊接工装夹具及其在汽车上的发展

一.焊接工装夹具

1.1 夹具

夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说Workholding工装夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

夹具又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具；在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）；应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”；夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成；夹具在电子厂商使用也是非常高的，在生产中为了提高生产效率和产品质量，在生产的中段和后段就常用工装夹具来进行功能测试或者辅助装配（能装配出固定的外形及高度等）。从菲克雄和广大电子厂商打交道的情况来看还有很多工装夹具是用在测试时的一个信号转接和电气老化工位。实际在电子生产制造厂中的用途是非常广，因为是非标定制的在，所以只有想不到而没有做不到的。

焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠加紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺设备。在现代焊件生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。

在焊接生产过程中，焊接所需的工时较少，而约占加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大地影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。

1.2 夹具的作用

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：

（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。

（2）有效地防止和减轻了焊件变形。

（3）是工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成形性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

（5）可以扩大先进的工艺方法的适用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。

二.汽车焊接工装夹具

汽车作为20世纪最显著的人文标志之一，己成为人类社会科技与文明进步的一个象征。中国汽车工业经历了从无到有、从小到大，从货车时代到轿车时代，从“公车”到“私车”的发展过程，其创建、成长的每一步都成为中国制造业发展与开拓的见证。而作为汽车生产四大工艺之一的车身焊装生产线，也经历了一个从低端到高端，从手动到自动的发展过程。为了赶上国际水平，在提高产量的同时，要求努力提高汽车制造质量，因此对焊装夹具也提出了新的要求，以满足更快的新品开发速度。在研发新车型的过程中，需要一种柔性化、模块化的三维组合工装替代传统的专用工装，可以大量缩短设计、制造时间，并可以反复使用，节约研制成本。同时，在专用车辆，工程车辆和大客车的生产中，由于批量小、客户要求不同，使用柔性化工装制造也是非常实用和经济的方法。

焊装工装夹具的发展

焊装夹具也称焊接工装夹具，它与焊接变位机械装备在焊接结构生产中总称为工艺装备。其中，工装夹具包括夹紧器、定位器、推拉装置等。夹紧器是焊装夹具

中最基本、应用量最多的设备，通过夹紧器对焊接工件的夹紧，可有效保证焊接工件的焊接精度和焊接质量。

从50年代开始发展的中国汽车制造业，以手工焊和电阻点焊作为主要加工手段，跨出了汽车制造的第一步，其焊装夹具也主要是以手工操作为主。夹紧器的应用经历了以手动夹紧器为主，到以拉杆式气缸驱动夹紧机构为主，再到现今的以气动一体式夹紧器为主的一个发展过程。

2.1国内篇

目前，国内夹紧器主要分为两大类：一类是以主流汽车厂如上海大众、一汽大众、上海通用、武汉神龙等欧系汽车厂应用为代表的一体式夹紧器；另一类是以北京现代、广州本田、天津丰田等日韩系汽车厂应用为代表的拉杆式气缸驱动夹紧机构。而一体式夹紧器以其优越的技术性能被越来越多的国内汽车制造企业所青睐，在焊装夹具上使用一体式夹紧器已成为一种趋势和潮流，如长安汽车厂的6350线，长安汽车五厂的CV9线，长安福特的340线，东南汽车的戴-克线，上海汇众及一些汽车零配件制造厂都已经开始使用一体式夹紧器，并逐步开始由原先的日韩系拉杆式气缸夹紧机构向一体式夹紧器升级换代。

2.1.1焊装夹具对夹紧器/机构的基本要求

1、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠；

2、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损坏零件表面质量；

3、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调的；

4、结构力求简单，便于制造和维修。

2.1.2夹紧器/机构的标准制定

由于国内汽车工业发展较晚，技术力量薄弱，国内汽车生产厂还没有形成完善的标准制造体系，对焊装夹具夹紧机构技术指标工作做的也不十分详细。目前，主要靠焊装夹具厂根据自己的标准制造夹紧机构，而汽车厂焊装线较多，因此造成了如下问题：

1、国内焊装夹具厂的发展水平参差不齐，主要采用拉杆式气缸驱动的夹紧机构，虽然驱动气缸可以得到统一，但与其配合使用的支座连接件、连杆等零配件没有统一的标准。如果一个汽车厂有几条焊装线，且由几个夹具制造厂以拉杆式气缸夹紧机构制造，会造成非标件的数量较多，不仅增加了备件压力，而且也使维修成本增高。

2、由于没有细致的制造标准，汽车厂在采购焊装夹具时，对夹紧机构单元无法准确得到真实的采购成本预算。在目前成本预算压力日渐增大的形势下，汽车厂越来越需要明确细分的成本构成，以进行采购比价核算。拉杆式气缸夹紧机构非单独的工作单元，由拉杆式气缸、连杆压臂、支座等元件共同组成，评价项目多，难以树立标准、统一规格。

3、随着焊装线自动化程度越来越高，对夹紧机构要求状态信号输出的需要也越来越多。尤其需要输出气动信号时，拉杆式气缸夹紧机构由于没有统一的标准规定信号输出端口的位置，易使夹具布局紊乱。同时，汽车厂对工装夹具的合格性评审也缺乏依据，为今后的正常生产和设备维修留下了隐患。

2.2 外国篇-一体式和三维组合焊接

在欧美，汽车制造工业已经相当发达，焊装夹具95%以上应用的是一体式夹紧器。其中，欧系汽车厂所使用的一体式夹紧器90%以上来自于德国Tuenkers Maschinenbau GmbH公司。Tuenkers公司有40多年的汽车厂焊装设备制造经验，并已在上海成立了分公司，以实现一体式夹紧器的国产化。此外，Tuenkers公司还与各大汽车厂合作制订各项一体式夹紧器制造技术标准和要求，如德国大众标准（DIN 标准），美国通用标准（NAAMS标准），法国PSA标准（CNOMO标准）等，保证了汽车厂对焊装夹具技术性能的评审以及采购成本核算的紧密控制。

2.2.1一体式夹紧器的特点

纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业焊接夹具的发展趋势，即发展自动化柔性生产系统。而一体式夹紧器，因集自动化生产和标准化一体式结构可灵活性设计等特点于一身，近年来快速在轿车焊装生产线上得到大规模的推广使用。其特点主要体现在以下几个方面：

1、“连杆机构”原理设计，用相对较小的工作气压就可以产生很大的夹紧力；消耗同等的压缩空气，一体式夹紧器比拉杆式夹紧机构产生的压力大4~6倍；