一、汽車夾具研究現(xiàn)狀

　　變化的市場(chǎng)、“工業(yè)4.0”的來(lái)到和大眾消費(fèi)心理的轉(zhuǎn)變，使得汽車的生命周期越來(lái)越短，車型越來(lái)越多，甚至出現(xiàn)“個(gè)性化”定制。這就催生了多品種的柔性、敏捷生產(chǎn)方式。

　　柔性?shī)A具大致上可以分為：相變材料式柔性?shī)A具、自適應(yīng)夾具、模塊化程序控制夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具等，近幾年來(lái)，相變和偽相變材料式柔性?shī)A具發(fā)展非 常，相繼出現(xiàn)了溫度致相變的液體相變固緊夾具、電流變夾具、磁流變夾具及偽相變材料夾具等。但這些夾具無(wú)論從性能還是 價(jià)格，都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，許多問(wèn)題尚待研究。自適應(yīng)性?shī)A具可用于夾持橫截面不規(guī)則變化的長(zhǎng)工件，此類夾具只適合帶有曲面或特定的工件，所以發(fā)展較慢。模塊化程序控制夾具因結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，成本過(guò)高，而且柔性程度有限，因而在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到限制。針對(duì)汽車生產(chǎn)的實(shí)際情況，模塊化程序控制夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具在汽車焊裝夾具柔性化上具有高的應(yīng)用價(jià)值。

　　三維柔性焊接工作臺(tái)早在上世紀(jì)九十年代，東風(fēng)公司就通過(guò)使用滑動(dòng)導(dǎo)軌或?qū)е蜌飧鬃鳛閵A具部件的移動(dòng)裝置來(lái)提高焊裝夾具的柔性。隨著伺服控制技術(shù)、在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，可編程柔性變位機(jī)和多軸工業(yè)機(jī)械手開(kāi)始廣泛應(yīng)用在焊裝生產(chǎn)線上；   通用汽車采用工業(yè)機(jī)械手和模塊化與柔性化的焊裝夾具搭建的車身焊裝線，能夠適應(yīng)多種車型的焊裝；日本豐田的“車身生產(chǎn)系統(tǒng)”(GlobalBodyLine)中，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、傳感控制技術(shù)、邏輯控制技術(shù)的三套柔性焊裝夾具，應(yīng)用于三種不同的車型，與常規(guī)的傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比，這種生產(chǎn)線投資降低了50%，年產(chǎn)量提高了46%，并且了白車身的焊裝精度，提高了汽車生產(chǎn)制造的質(zhì)量和效率。德國(guó)大眾汽車公司在位于沃爾夫斯堡的高爾夫、寶來(lái)焊裝工廠里設(shè)置的3條平行混流柔性焊裝線，采取多工位柔性焊裝夾具和多機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊以及激光焊接作業(yè)使其日產(chǎn)量達(dá)2400輛。三維柔性焊接夾具的柔性化直接影響著汽車生產(chǎn)線的柔性，這就使得焊裝夾具柔性化的研究具有重要的實(shí)際意義。

　　可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)在夾具設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用，RMS是    Y.Koren教授于1997年提出的。RMS是 一種為調(diào)整在一個(gè)零件族內(nèi)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)功能以響應(yīng)市場(chǎng)或客戶需求的突然變化，而在初始就設(shè)計(jì)成的可改變結(jié)構(gòu)、硬件與軟件構(gòu)件的制造系統(tǒng)。RMS可以整體通過(guò)其構(gòu)件間的重新構(gòu)形而實(shí)現(xiàn)對(duì)加工任務(wù)的適應(yīng)，其生產(chǎn)能力和生產(chǎn)功能可以調(diào)整，具有很高的柔性。這種特點(diǎn)比較符合夾具柔性化的思想，在夾具設(shè)計(jì)中優(yōu)先大量采用通用的元件，定位結(jié)構(gòu)與夾緊結(jié)構(gòu)單獨(dú)設(shè)計(jì)，以此來(lái)增強(qiáng)夾具元件的互換性并降低夾具新的成本。在RMS基礎(chǔ)上，孔系定位和組合式模塊在   程度上也能提高焊裝夾具的柔性。

　　二、汽車夾具的發(fā)展趨勢(shì)

　　當(dāng)前汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)正在向智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和柔性化的方向發(fā)展，具體來(lái)說(shuō)：

　　1、智能化

　　夾具CAD/CAM/CAE技術(shù)是 夾具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，通過(guò)CAD虛擬設(shè)計(jì)和焊接仿真模擬，可以詳盡、直觀地焊炬在每個(gè)焊點(diǎn)處的位姿，使得夾具體可以合理地布置，CAM技術(shù)使得定位支撐點(diǎn)處的夾具零件能夠與工件表面“隨型”，即夾具零件和工件能夠   地配合，提高了定位的性，CAE技術(shù)可以模擬出工件在夾具工位上接受焊裝時(shí)的形變和應(yīng)力情況，為夾具設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參數(shù)；同時(shí)智能化也表現(xiàn)在焊裝線的高度自動(dòng)化，成熟的控制技術(shù)和日益發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人使焊裝線的智能化逐漸成為可能。

　　2、標(biāo)準(zhǔn)化

　　將焊接夾具中典型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，實(shí)現(xiàn)夾具零件的通用化和系列化，比如壓塊、定位銷等零件可以從形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸角 度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化工作可以為三維柔性焊接夾具和輔助設(shè)備(如三維柔性焊接平臺(tái))的設(shè)計(jì)、制造和維修帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　3、模塊化

　　模塊化設(shè)計(jì)方法逐漸成為汽車焊裝夾具的基點(diǎn)，分析并劃分零件定位點(diǎn)和焊點(diǎn)信息，依據(jù)劃分結(jié)果同步設(shè)計(jì)模塊化的夾具體，可以地搭建出一套夾具工位。模塊化設(shè)計(jì)為夾具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，能夠建立夾具產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶使用檔案庫(kù)。

　　4、柔性化

　　一個(gè)焊裝線通過(guò)少量便捷地調(diào)整即可地焊裝另外一種工件，這樣的焊裝線稱為柔性焊裝線。在夾具周期越來(lái)越短、汽車車型越來(lái)越多的市場(chǎng)趨勢(shì)下，能夠節(jié)約相當(dāng)?shù)某杀?、制造成本和?chǎng)地成本的柔性化夾具已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。

　　汽車是 一個(gè)多層次復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)體，由眾多分總成和總成焊裝而成。其中，白車身和四門兩蓋是 重要、代表性的焊接結(jié)構(gòu)部件。白車身是 指完成焊接但未涂裝之前的車身，四門兩蓋是 指四個(gè)車門、引擎蓋和后備箱蓋。它們 是 由數(shù)十?dāng)?shù)百個(gè)鋼板沖壓件按著   的空間位置裝配焊接而成的，在這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中需要大量的三維柔性焊接夾具把各個(gè)零件定位夾緊在合適的位置，然后進(jìn)行焊接。焊裝誤差是 影響汽車車身匹配誤差的主要來(lái)源之一，統(tǒng)計(jì)表明，焊裝誤差有72%左右是 夾具定位夾緊誤差所致。焊裝誤差主要產(chǎn)生于兩個(gè)方面，一是 零件在焊裝夾具上的定位誤差，二是 零件在夾緊和焊接過(guò)程中產(chǎn)生的形變。這就需要三維柔性焊接夾具提供的的定位方式和適當(dāng)大小的夾緊力。

　　隨著汽車制造業(yè)的高速發(fā)展，汽車的新?lián)Q代周期越來(lái)越短，同型產(chǎn)品越來(lái)越多。目前世界各大汽車公司從樣車到新車投產(chǎn)的周期己由原來(lái)的5年縮短為3到4年，而焊裝線、三維柔性焊接夾具的設(shè)計(jì)制造周期從原來(lái)的一年縮短為4到6個(gè)月為了縮短汽車量產(chǎn)周期，提高焊裝精度，減少制造成本，同時(shí)為了簡(jiǎn)化焊裝夾具的流程、節(jié)省廠房面積、實(shí)行“精益生產(chǎn)”和“敏捷制造”，焊裝夾具的柔性化已經(jīng)成為一種研究方向和設(shè)計(jì)趨勢(shì)，即一套焊裝夾具系統(tǒng)可以通過(guò)少許的便捷調(diào)整甚至不調(diào)整就能地用于另一款相似車型相應(yīng)汽車零件的生產(chǎn)。