焊装夹具偏差

柔性薄板冲压件多工位焊装是车身装配的典型特征。焊装夹具偏差是影响车身尺寸质量的一个非常重要的因素。在焊装过程中，由于薄板件刚性差易变形，为了保证零部件之间正确的相对位置和焊接间隙，必须通过装焊夹具将其固定。为保证白车身装配尺寸的准确性，最重要的手段就是正确的工装定位。

汽车装焊夹具与其他夹具相比，其定位夹紧元件型面复杂、精度要求高、设计制造难度大。另外，由于汽车零件尺寸大，定位元件无法做成整体结构，一般是采用独立的定位板，安装在整体底板上。在夹具使用过程中，如果夹具发生偏移、磨损等现象，将会导致零部件扭曲变形，出现定位偏差，引起焊接间隙的变动，最终导致装配尺寸误差和构件受力状态的恶化，直接影响到车身的质量。

焊装夹具定位的理论很多，如最早的工件闭合机制理论和后来的螺旋理论。本节主要介绍一种新的定位理论即Cai、Hu和Yuant（1996）提出的定位原理——“N21”定位原理，该定位原理与广泛应用于刚性件的“321”定位原理相比可以减少薄板工件的变形，更适用于薄板件的定位。

（1）焊装夹具的定位误差

定位误差是指工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。对车身装焊来说，车身零件在定位过程中，会由于定位基准与工件的工序基准不重合，以及工件的定位基准与定位元件工作表面存在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置。

定位误差由基准不重合误差Δjb、基准位置误差Δjw和定位元件制造误差3部分组成。假如定位元件制造准确，误差较小可以忽略，则定位误差可写成基准不重合误差Δjb与基准位置误差Δjw的矢量和，即

ΔDw＝Δjb＋Δjw（10．1）

且有：定位误差等于工序基准的最大位移量；基准不重合误差等于定位基准与工序基准（或设计基准）间的尺寸公差；基准位置误差等于定位基准在尺寸方向上的最大位移量。

（2）考虑定位误差时的“N21”定位原理

对于车身柔性零件的定位，如果仅靠六点定位规则定位，将无法保证其位置和形状，因此通常采用工件表面或形面过定位的方式定位。当零件尺寸比较吻合，过定位支承与零件间存在的间隙在许可的范围内时，过定位支承实质上还起到校验稳定零件的作用。同时，一定数量的定位装置和夹紧装置的配合，还可以起到减少焊装过程中零件变形的作用，因此过定位在夹具设计中是既允许又必要的。有关分析表明，对于一块长宽各为400mm，厚度为1mm的薄板，用321原理定位，在其自重作用下可能产生1～3mm的平均变形。因此，对于薄板而言，最合理的夹具系统是要求在第一基准面上存在3个以上的定位点以限制此方向上的零件变形，即N（定位点数）的数目通常会大于3。但是，过定位并非越多越好，随着定位元件的增多，会导致零件产生附加的变形，尤其是定位元件存在定位偏差的时候。另外，定位元件过多也会导致夹具过于复杂，不方便工人进行焊接装配的操作。

定位销的直径大小略小于加工零件上的孔径，其位置精度为±0．1mm，尺寸公差为0～0．1mm；定位块的位置精度为±0．1mm，尺寸公差为±0．1mm。在讨论柔性零件定位元件数目时，必须考虑定位元件存在偏差的情况。

基于以上考虑，对于传统的基于321定位的车身柔性件焊装夹具偏差分析模型要进行相应的修正。对于定位销的定位偏差，由于主要影响零件在主定位平面径向的偏差，因此在修订模型时不予考虑。对于定位块和夹紧块的偏差，可以将其位置偏差和尺寸偏差综合起来考虑，认为对零件装配偏差起作用的是定位块和夹紧块在定位法向上的偏差，在分析时取一预设值。

当定位元件存在微小定位偏差时，随着定位元件数量的增加，零件的装配偏差逐渐减小，但减小的程度越来越小；而当定位元件的定位偏差增大时，定位夹件数目的增加对零件装配偏差减小的作用越来越不明显，并且还有增大零件装配偏差的趋势。

从车身焊接装配的实际过程需要出发，在保证可靠定位的前提下，N越小越好。这主要基于以下3个方面的考虑：由于制造误差上的关系，定位元件过多，只会导致零件定位不准确；定位元件多，定位件与零件的接触面积也大，导致焊接热量的大量流失；定位元件增多，相应的夹紧及其他辅助装置也必然增加，焊装夹具的设计时间和生产成本也相应增加。

对车身焊装装配时的定位元件数量的选取有一个基本结论：在定位元件有定位误差的前提下，夹具定位元件的数目N取为4～6时，既能够比较好地减小车身零件的装配偏差，又比较经济合理，这也和生产实际中的焊装夹具定位情况相吻合。

焊装夹具偏差贯穿焊接夹具设计、制造、调整、使用和维护等各个环节。每个环节产生的误差累计最终将反映出夹具的精度。为了减少夹具误差的产生，应对每个环节加以有效的控制。