試制總拼夾具多車型混線生產技術研究

蘇明，張吉輝，耿滏，陳紹翰，張錦良

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著汽車工業的發展，在競爭日趨激烈的汽車行業中，各汽車公司每年都需要不斷研發更多的新車型。在未來幾年，汽研院將有越來越多的全新車型研發項目，需要試制大量的樣車白車身，并且因為試驗需求，項目試制時間也主要集中在二三季度，經常出現多個項目在同一周期內需要制造白車身的情況。但目前試制總拼夾具是按車型定制化設計制作的，即每個定位孔、夾持點都是固定的，無法實現柔性切換，從而導致總拼夾具生產能力低下，一般一套總拼夾具同一周期內只能生產1種車型，無法滿足項目新產品快速研發的需求。因此針對以上的問題，通過研究、分析以及CATIA仿真模擬，汽研院設計、制造的白車身柔性試制總拼夾具，使試制總拼夾具不僅能兼容A0～C級平臺車型試制，并通過手動快速切換不同的夾具定位機構，可在同一周期內混線生產2個以上A0～C級平臺項目的白車身，實現試制總拼多車型混線生產。

1 白車身總拼焊接工藝分析

一般車型的白車身總成主要由下車體總成、左/右側圍總成、頂蓋前/后橫及頂蓋總成等主要車身總成零部件的組成。白車身總拼工位即白車身總成合拼焊接工位，該工位定位點操作包含兩道工序，第一道工序主要完成白車身的下車體總成、左/右側圍總成、頂蓋前/后橫梁的焊接；第二道工序主要完成上序合件和頂蓋總成的焊接（圖1為白車身總拼焊裝流程圖）。樣車試制過程中使用的總拼拼焊夾具不能像量產總拼夾具那樣細分工位，而是將2道工序集中在一套總拼夾具上完成。而傳統的總拼拼焊夾具往往是針對不同車型專門設計的，其特點是使用方便，但成本高、制造和調試周期長、使用效率低。

2 白車身試制柔性總拼夾具的研究與設計

白車身總拼夾具主要實現白車身產品的下車體總成、左/右側圍總成及頂蓋總成等主要車身總成零部件的組合焊接，是樣車焊裝試制的關鍵工藝裝備，其合裝的穩定性直接影響白車身的質量。而白車身試制夾具結構和功能模塊較量產夾具簡單，夾具單元主要以手動為主和輔以部分氣動銷釘缸，左/右側圍總成和頂蓋總成主要采用手動快速夾鉗翻轉定位機構，下車體總成主要采用銷釘缸氣動夾緊機構。

白車身總拼試制夾具由左側圍夾具平臺、地板夾具平臺和右側圍夾具平臺三大部分組成。如圖2所示，左側圍夾具平臺由左側圍夾具基板、左側圍夾具支撐立柱及左側圍夾具單元構成；地板夾具平臺由地板基板、地板夾具單元構成；右側圍夾具平臺由右側圍夾具基板、右側圍夾具支撐立柱及右側圍夾具單元構成。下車體總成通過銷釘缸裝夾在地板夾具平臺上，左右側圍夾具平臺帶動安裝在其上的左右側圍總成移動，與下車體總成組合，通過各夾具平臺的定位夾緊、焊接，完成車身組焊。

圖2

2.1 總拼夾具平臺柔性化設計

在汽車行業中，按車型的不同可分為A0級、A級、B級、C級，不同的車型有不同的車身尺寸，導致各個車型的A、B、C、D柱間距差別較大，傳統夾具平臺無法滿足跨平臺車型共平臺生產。為了提高總拼夾具平臺的兼容性，研究開發了跨平臺白車身試制柔性夾具平臺，實現A0～C級平臺車型的共平臺生產。

跨平臺白車身試制柔性夾具平臺設計思路具體如下：試制柔性夾具平臺，包括基板、導軌安裝臺、滑動臺導軌、滑動臺、立柱、第四根立柱的導軌、滑動臺定位銷座、滑動臺夾緊機構、滑動臺限位機構、立柱的柔性安裝定位孔、滑動臺定位銷座的柔性安裝孔、滑動臺定位銷、立柱加強肋板、連接板等。夾具平臺的導軌安裝臺可在基板的長度方向(X向)上平行移動，導軌安裝臺上布置有四根立柱（A,B,C,D立柱），A立柱的位置固定不變，B根、C立柱能沿長度方向上0-200mm范圍內平行移動，D立柱能沿長度方向上0-500mm范圍內平行移動，根據A0級、A級、B級、C級車型的A、B、C、D柱間距，調節導軌安裝臺和立柱的位置，使立柱處于車型的A、B、C、D柱的相對位置處，使白車身總拼試制夾具有很好的夾緊空間和焊接空間。在導軌安裝平臺上設置的柔性安裝定位孔，能實現滑動臺和立柱在車身寬度方向的移動，滿足車型不同寬度的兼容性。同時，立柱高度為1900mm，能適應高度在1900mm范圍內的車型試制共用，立柱頂部也布置有銷孔和定位孔，為高度上超過總拼夾具平臺的車型的夾緊單元布置作準備。為保證白車身總拼柔性試制夾具平臺的強度和精度要求，導軌安裝臺設計為一體式結構，導軌安裝臺與基板的連接形式為整體式的，白車身總拼柔性試制夾具的基板厚度增加到55mm，立柱加強肋板長度貫通整個立柱的高度方向使平臺有很高的強度，滑動臺定位銷座、滑動臺夾緊機構、滑動臺限位機構使平臺有很高的精度。因此，白車身總拼柔性試制夾具平臺能適應不同車型的試制過程，有高柔性和共用性，并可兼容A0～C級平臺車型共平臺生產。

圖3

2.2 總拼夾具定位機構柔性化設計

總拼夾具定位機構主要分為下車體定位機構和左右側圍夾緊機構兩部分。下車體定位機構主要采用銷釘缸夾緊，不同車型的下車體總成定位孔孔徑大小一致，定位孔位置規定在一定的范圍內，因此銷釘缸通過線性移動可以滿足不同車型共用。左右側圍夾緊機構主要采用快速夾鉗鉸鏈機構和支撐、壓塊定位夾緊，不同車型的側圍總成結構相差較大，因此側圍的支撐、壓塊很難實現共用。綜合以上總拼夾具結構特點：實現總拼多車型混線生產主要從下車體定位機構和左右側圍夾緊機構兩方面柔性化設計考慮。

2.2.1 下車體柔性定位機構

下車體總成包括發動機艙總成、前地板總成和后地板總成，一般車型都是按照標準化、系列化原則設計的，但不同平臺的車型下車體總成定位基準還是很難設計成完全一致，導致不同平臺車型無法共用下車體定位機構。為了實現不同平臺車型下車體定位機構柔性共用，汽研院通過工藝分析，將不同平臺車型的下車體總成定位孔直徑、定位孔基準以及定位孔空間位置等規范化、標準化（圖3所示），為下車體定位機構柔性共用奠定基礎。根據下車體總成的諸多共同點及定位孔空間位置規律布置的特征，汽研院開發了一種下車體柔性定位機構，實現X(400mm)，Y(200mm)，Z(200mm)三個方向線性移動，能夠隨著車型變化在空間不同位置而進行切換。在下車體總成夾具上根據定位孔數量和空間范圍進行組合布置，滿足不同車型下車體總成的定位要求，從而實現混線生產。

圖4 下車體總成定位孔基準及空間范圍

下車體柔性定位機構工作原理：根據不同車型定位位置，設計、加工對應的Y向、X向及Z向的限位機構，并安裝到對應平臺上，Y向、X向通過插銷保證平臺孔和限位機構孔一致，根據不同車型定位位置選取對應孔和插銷鎖止平臺，實現Y向、X向切換，Z向通過更換不同限位機構，實現Z向位置切換。下車體柔性定位機構能夠隨著車型變化在空間不同位置而進行切換，通過導軌滑移進行精度傳遞，保證汽車焊裝夾具定位可靠性，能夠實現多車型的柔性切換，從而提高汽車焊裝夾具的重復利用率；并且其結構簡單、可靠、空間利用率高，具備較高重復定位精度，從而降低夾具導入成本，節約了資源。

圖5

2.2.2 左右側圍快速切換夾緊機構

左右側圍總成是組成車身結構的主要總成件，通常由側圍外板、側圍內板、中柱加強件、門檻加強件、尾燈安裝支架、后輪罩等部分組成，在車身焊裝中零部件數量眾多、結構復雜，不同的汽車類型，側圍結構、RPS定位點存在較大差異，傳統的定位夾緊機構只能對應一款車型，無法滿足共線要求。通過對不同平臺車型結構和定位夾緊機構的分析、研究，汽研院開發了快速切換夾緊機構，把傳統的定位機構拆分為共用組件和定位組件，通過插拔塊把共用組件和定位組件配合連接。在A車型生產完，生產B車型時，只需把A車型的定位組件從插拔機構中快速拔出來，然后把B車型的定位組件快速插進插拔機構中，通過這樣循環更換對應車型的定位組件，可以滿足不同平臺車型混線生產。

圖6

快速插拔切換機構工作原理：插拔柔性切換機構包括連接角座、連接塊、蓋板和用于鎖緊定位滑塊的限位組件，連接角座上設有插孔，連接塊通過插孔和連接角座能相互插接或分離；限位組件設于連接角座上，能鎖緊或松開連接塊和連接角座之間的連接；限位組件包括彈簧按鈕、鎖緊螺栓和若干限位螺紋件，

連接塊的一端開有凹槽，在插接入連接角座插孔時彈簧按鈕扣入或脫出凹槽，約束或釋放滑塊在插孔軸線方向上的運動。

3 小結

通過設計創新、機構研發，開發柔性快速切換裝置并應用在試制領域，實現了 A0～C級多車型總拼混線生產，提高了試制白車身總拼的柔性能力，為公司解決了車型試制周期重疊的問題，避免了項目試制節點和項目進度延遲，順利保證了項目的開發進度。同時該技術已應用于公司多款車型試制生產中，試制夾具工裝費用比過往項目降低 30%以上；另外節省了6m×8m的工位占地空間，節省了6名操作工人，節省了一套樣車試制所需的配套鋼結構及焊接系統。

參考文獻

[1] 王金良.樣車試制總拼夾具研究,2009.

[2] 鄭明,彭欣強,劉美娜,蘇明,王世明,高菁菁.白車身總拼柔性試制夾具平臺.ZL 2016 2 1227842.1.

[3] 席升印.基于實例的車身總拼柔性夾具方案設計研究. 20081201.