柔性软工装在样车试制中的应用

汪红 张正举 黎志梅 张惠立

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 引言

前期开发阶段，试制样车目的是为了进行产品设计、性能、零件匹配、产品制造过程等一系列验证，每个阶段样车制造为小批量生产。如果采用正式工装夹具来定位焊装白车身，不但会增加设计和制造成本，还大大延长了开发制造周期。因此，在样车试制阶段，采用不太正式的工装夹具来焊装白车身，此种方式缩短了设计时间和制造周期，降低了人员成本和制造成本，且能满足每个零件的定位夹紧状态，称这种工装为软工装。

同一款车型在不同试制阶段，钣金状态存在一定差异性，但是个别位置变动不是太大，有的定位和夹紧点可以沿用上一阶段的软工装夹具焊装，部分夹具改动也不是太大，重新设计和加工这部分夹具都造成了一定资源的浪费。不同车型试制中，每个车型都独立开发一套专用拼台进行焊装，也会造成很大的浪费。为实现不同车型、同一车型不同阶段软工装夹具设计和制造的时间、成本都能得到有效控制，本文探讨开发柔性化的软工装夹具应用于样车试制。

2 软工装夹具结构

工装夹具应用在焊装过程中，目的是实现不同零件装配的定位和夹紧固定，在工艺指导下，进行准确的相对位置定位及各个零件的贴合夹紧，保证了在焊接前，零件间搭接与数模状态的稳定性和一致性。同样，软工装夹具也能达到相同的效果。

软工装造车过程中，软工装定位可以分为两部分：软工装拼台和软工装夹具。

2.1 软工装拼台

软工装拼台主要是固定布局软工装夹具。根据白车身结构特点，软工装拼台一般可以分为：下车体拼台、侧围拼台、总拼拼台、门盖拼台。现对软工装总拼拼台结构进行示意分析，如图1所示，总拼拼台主要由支撑座、下车体底板、立柱底板、上车体立柱、锁紧机构、推动气缸、滑移导轨、限位插销等构成。

下车体底板主要固定定位支撑下车体总成的软工装夹具，上车体立柱主要固定侧围总成的软工装夹具。通过水平调平仪设备调节支撑座实现下车体底板的水平；连接气路后，可以通过气路开关进行上车体立柱Y方向的开合夹；锁紧机构和限位插销保证了上车体开合夹时需达到的安全性和精确性。

2.2 软工装夹具

软工装夹具目的是实现零件间的定位和夹紧。根据每个零件提供的CDLS定位策略，一般在定位孔处，需要定位销对其定位，压紧机构对其支撑和夹紧，定位和压紧机构集成在一套软工装夹具上，称之为一套定位单元。现对一套标准的软工装夹具机构进行示意分析，如图2所示，软工装夹具主要由过渡板、支基、连接板、L块、定位销座、定位销、定位块、压紧臂、压紧块等构成。

每套定位单元通过过渡板用螺栓、销固定连接在对应拼台底板位置上，过渡板尺寸主要根据固定在拼台上的位置进行设计；支基对上部构件起支撑连接作用，尺寸根据零件与拼台底板的距离确定；定位销和压紧机构固定在连接板上，定位销尺寸根据零件定位孔直径确定，定位块、压紧块匹配零件型面进行设计。

传统设计、制造软工装的方式是软工装拼台和软工装夹具对应单个车型某个阶段开展设计、制造，如果不考虑该软工装用于后续其它车型或同一车型不同阶段的焊装，而直接进行报废，这种方式势必造成一定程度的资源浪费。为合理利用资源，实现软工装拼台和软工装夹具重复利用，现探讨以下几种软工装柔性化方法的应用。

3 软工装柔性化方法

3.1 软工装拼台柔性化

开发制造柔性化的拼台，可以兼顾不同车型在同一拼台上进行焊装车身。如下是几种软工装拼台柔性化方式。

（1）设计模块化的柔性孔系。每套定位单元通过M10螺栓和 12销固定布局在拼台底板上，拼台底板上的孔位采用标准孔系加工制造，每组孔系的螺栓过孔、销孔的开孔直径 12，间距100mm，均匀分布在拼台底板上。只需更改定位单元过渡板位置和尺寸就可以实现不同车型的软工装夹具固定。

图1 软工装总拼拼台结构示意图

图2 软工装夹具结构示意图

（2）总拼拼台上车体立柱布置4根立柱。根据车身结构会有A、B、C、D柱而均匀布置4根立柱，便于实现软工装夹具对侧围的定位与夹紧，孔系布局与底板孔位方式一致。根据不同车型结构合理布局定位单元在立柱上面，实现侧围总成的定位夹紧。

（3）下车体拼台、侧围拼台AB面柔性使用。下车体、侧围拼台的AB面布局夹具时不存在干涉情况，合理利用拼台和场地，对下车体、侧围拼台AB面均开孔，实现拼台底板的A、B面能同时布局不同车型的软工装夹具，需要焊接某个车型时进行AB面切换，这样可以保证2个项目车型分班次同时在1条线上进行焊装作业，避免了因场地有限影响造车。

3.2 大梁定位软工装夹具柔性化

前、后大梁焊合件定位软工装夹具柔性化。根据以往不同车型样车焊装定位情况的分析，前、后大梁焊合件的定位点在不同车型和同一车型不同试制阶段的差异性不大。前大梁定位孔直径一般为 20，支撑、夹紧位置结构变化不大，变化点主要表现在X、Y、Z向的位移距离。后大梁零件定位点情况与前大梁相似。

采用X、Y、Z三向可调的定位单元结构，来实现一套定位单元可以对不同的车型进行定位。一种是采用电控伺服机构对定位单元三向进行调节，此种方式调节方便，但是成本较高；另一种方式可以采用三向机械可调的滑移定位单元结构，此方法的优点是成本低，调节可靠性有保证。另外，大梁定位孔采用勾销定位，一般车型的大梁定位孔定位都适应。

大梁定位采用柔性软工装夹具后，缩短了一部分的开发、制造周期，节约了加工成本、人力成本。而且还有助于解决了同一车型不同配置焊接时不能共用同一套夹具问题。

3.3 构件的标准化设计

每套定位单元的构成形式类似，不同定位单元构件主要在尺寸上有一定差异，传统的软工装夹具设计方式是匹配对应车型零件定位点的定位夹紧，项目造车完成后，夹具状态折旧不大，但由于不能匹配其它项目车型焊装，只能进行报废处理，造成了一定程度的浪费。为提升定位单元的重复利用率，需提升构件的标准化设计，便于后续实现互换重复利用。

（1）支基标准化。支基主要起支撑、连接作用，每个零件定位点到拼台底板间的距离因结构特点而不同，不同的支基结构一致，只是高度方向尺寸不同，设计按50mm整数倍规格变化的支基（如ZZJ100、ZZJ150），可以满足不同距离的定位单元使用。项目造车完成后，可以回收支基进行重复使用。

（2）定位销标准化。固定销已经实现了标准化，根据定位孔直径直接选用相应的定位销即可。插销定位销设计时为了保证插销和翻转时不发生干涉，尺寸有一定变化，可把插销的结构形式统一设计，后面根据不同孔径和不同长度进行更改，节省了设计时间，且有些还可以重复利用。

（3）定位销座标准化。固定定位销的销座可以直接选用。对插销销座结构尺寸进行优化设计后，同一个插销销座可以满足大部分插销的固定，个别定位点需进行匹配更改。

（4）定位块规范化设计。定位块主要有2种尺寸规格设计，根据不同零件型面进行匹配修剪即可完成设计，节省了设计时间。

（5）压紧、翻转机构规范化设计。规范压紧块、翻转臂连接结构形式，不同定位点只需进行型面匹配修改，节省设计时间。

（6）过渡板与拼台连接孔系采用M10螺栓、 12销固定，孔距100mm；支基与过渡板、连接板孔系采用M10螺栓、 10销固定；定位块、定位销座孔系采用M8螺栓、8销固定；插销销座孔系采用M6螺栓、 6销固定，便于装拆方便。

4 结束语

柔性软工装在样车试制中应用越来越多，极大的缩短了样车阶段软工装设计、加工时间，节约了人员成本、制造成本，而且实现了对焊接现场的充分利用。通过不断的优化软工装夹具，实现其规范化、标准化，为建立一套完善的设计标准流程提供了积极的例证。