在汽車廠中，焊接生產(chǎn)線相對于涂裝線和總裝線來說，剛性強，多品種車型的通用性差，每更新?lián)Q代一種車型，均需要更新車間大量專用設(shè)備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝設(shè)計可以稱得上是焊接生產(chǎn)線的“靈魂”，涉及的專業(yè)知識較多，如機械化、電控、非標設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、水道、暖通、動力、電氣、計算機、環(huán)保和通訊等，從宏觀上決定車間的工藝水平、物流、投資和預(yù)留發(fā)展，具體決定著生產(chǎn)線的工藝設(shè)備種類和數(shù)量、夾具形式、物流工位器具形式、機械化輸送方式及控制模式等。因此，焊接工藝設(shè)計在焊接生產(chǎn)線的開發(fā)中占有舉足輕重的地位，是產(chǎn)生高性價比焊接生產(chǎn)線的關(guān)鍵。

1、車身焊接工藝設(shè)計的前提條件

1.1產(chǎn)品資料

a.產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型（簡稱數(shù)模）。在汽車制造行業(yè)中，一般情況下用UG,Catia,ProE等三維軟件均能打開數(shù)模（如圖1），并在其中獲取數(shù)據(jù)或進行深人的工作。在工藝設(shè)計過程中，將所有數(shù)模裝配在一起就構(gòu)成了一個整車數(shù)模，從數(shù)模中可以獲得零部件的結(jié)構(gòu)尺寸、位置關(guān)系。由數(shù)模還可以生成整車、分總成、沖壓件的各種視圖（包括軸測圖），以及可以輸出剖面圖。

b.全套產(chǎn)品圖紙。

c.樣車、樣件（包括整車車身總成、各大總成、分總成和沖壓件）。

d.產(chǎn)品零部件明細表（包括各部件的名稱、編號，沖壓件的名稱、編號、數(shù)量，標準件的規(guī)格、數(shù)量）。

工藝設(shè)計時，業(yè)主必須提供上述a、b、c中至少1項，d項可以從前3項中分析出來，正常狀態(tài)下d項（如圖2）早在汽車設(shè)計結(jié)束時就已經(jīng)確定了。如果僅提供b項，那么需要增加大量的車身拆解、分析工作。

1.2工廠設(shè)計的參數(shù)

工廠設(shè)計的參數(shù)包括以下幾方面：

a.生產(chǎn)綱領(lǐng)即年產(chǎn)量；

b.年時基數(shù)即生產(chǎn)班次、生產(chǎn)線的利用率等；

c.生產(chǎn)線的自動化程度（機器人＋自動焊鉗焊點數(shù)／全車身焊點數(shù)x 100%=自動化率）；

d.生產(chǎn)線的工藝水平要求（如主要設(shè)備選用原則、生產(chǎn)線的輸送方式，電氣控制水平等）；

e.各種材料、外購件的選用原則（如型材、控制元件、氣動元件、電機、減速器）；

f.各種公用動力介質(zhì)的供應(yīng)方式、能力、品質(zhì)等參數(shù)，建廠所在地的環(huán)境狀況如溫度、濕度等；

g.當生產(chǎn)線布置在原有廠房內(nèi)時，應(yīng)收集原有房的土建、公用有關(guān)資料，如廠房柱頂標高、屋架承載能力、電力和動力介質(zhì)的余富程度等。

2、工藝分析

2.1工藝線路分析

根據(jù)業(yè)主提供的產(chǎn)品資料進行產(chǎn)品工藝線路分析（如業(yè)主僅提供樣車及樣件則需經(jīng)過樣車分析→樣車拆解→樣車測量→樣車再裝配過程），完成裝焊工藝線路圖或爆炸圖設(shè)計。

2.1.1產(chǎn)品分塊

同類型車身的分塊基本相同（一般車身均由地板、側(cè)圍、前／后圍、門、頂蓋等大總成組成），但各總成之間的連接方式及順序往往有較大區(qū)別，合理的分塊才能保證車身的裝配和焊接。例如，解放平頭駕駛室的裝配順序就比較特殊，先形成側(cè)后圍焊接總成（左／右側(cè)圍與后圍形成焊接總成），而后形成駕駛室總成。

2.1.2確定基準

整個車身的設(shè)計、制造、檢驗均建立在同一坐標系上，在車身設(shè)計時一般已經(jīng)考慮到裝配、焊接、總裝配和搬運過程中所需的基準（孔、面），車身裝焊的整個過程必須建立在一定的基準上才能保證整車的幾何形狀和尺寸，同時這些基準也是夾具設(shè)計、制造、調(diào)整、檢測和維修的基準。確定基準時應(yīng)注意以下幾個方面：

a.基準的統(tǒng)一性，在焊接過程中基準是逐步傳遞的；

b.基準應(yīng)便于測量；

c.基準應(yīng)保證零件的準確定位；

d.基準應(yīng)考慮便于焊接操作。

2.1.3確定車身裝配的幾何精度及檢測的基準面

幾何基準是零件或部件的某個明顯部位，用來確定該零部件在X,Y,Z坐標系統(tǒng)內(nèi)的理論位置；準確的部件基準位置用以保證裝配的幾何形狀的準確性，因此基準位置對裝配工作非常重要，在研究焊接過程之前需要仔細分析部件的基準，必須與用戶一起完成幾何形狀的分析，由用戶確定其基準位置、或由設(shè)計人員確定后再取得用戶同意。

為了使這些基準能一直保持準確，在夾具制造與安裝調(diào)試過程中必須嚴格控制以下幾方面。a.在制造焊裝夾具時進行調(diào)整（檢測）；b.在生產(chǎn)時，對裝配好的部件的最后幾何尺寸進行校核；C．在維修裝焊夾具時進行檢測。

2.1.4確定裝配順序

車身的每個沖壓件、分總成和總成都是按照嚴格的順序進行組裝、焊接從而完成整個車身焊接的，每個零件的裝配順序必須保證能完成全部焊接工作且便于焊接。

2.1.5焊點分析

表明焊點的主要參數(shù)（焊點的數(shù)量、位置、幅度、重要程度）是產(chǎn)品設(shè)計時決定的，但目前部分業(yè)主僅提供產(chǎn)品數(shù)模而沒有產(chǎn)品圖紙。這時，焊點的主要參數(shù)需要工藝設(shè)計人員確定。

2.1.5.1定形焊點的確定

相對復(fù)雜的工件之間的焊接，往往需經(jīng)過組裝、補焊的過程完成。在組裝工位，由于生產(chǎn)節(jié)拍限制、設(shè)備數(shù)量布置空間需要和夾具有效空間占用等原因，不可能完成全部焊接工作，但必須完成部分焊點，這些焊點應(yīng)能保證工件離開夾具時的形狀尺寸，這部分焊點稱為定形焊點，一般情況下定形焊點占總焊接點數(shù)的1/3左右。

2.1.5.2焊點分組

車身每個總成上都要完成許多焊點，在編制工藝時必須對焊點進行分組，即將1把焊鉗在1個工作節(jié)拍內(nèi)完成的焊點分為1個焊點組。

2.1.5.3焊鉗初步選型

焊點分組工作完成后即可進行焊鉗選型，確定焊點組的數(shù)量即焊鉗的最小數(shù)量，根據(jù)工件的形狀及尺寸確定焊鉗的形式（X形,C形）及喉深、開檔、行程、電極形狀，焊鉗的吊掛形式（橫吊、縱吊、轉(zhuǎn)環(huán)）根據(jù)焊點位置和操作位置確定。焊鉗型號的確定要在夾具總圖設(shè)計完成之后，根據(jù)選定的焊鉗制造商提供的型譜進行焊鉗型號的選擇，對于在型譜中找不到合適焊鉗焊接的焊點，需要重新設(shè)計焊鉗與之匹配。2.2編制工藝過程卡

在具備前提條件下，經(jīng)過工藝分析，就可以開始編制裝焊工藝過程卡。工藝過程卡是裝焊線設(shè)計、制造和調(diào)試整個過程的指導(dǎo)性文件，是裝焊線全部工作的基礎(chǔ)，裝焊工藝過程卡的編制深度和質(zhì)量對裝焊線設(shè)計、制造。調(diào)試整個過程的質(zhì)量甚至成敗起決定性作用。2.2.1生產(chǎn)節(jié)拍

一般生產(chǎn)節(jié)拍可按式（1)計算：

T節(jié)＝全年工作日x每日班次x每班工時xK1 x

K2/年綱領(lǐng)（1）式中，K1 為工時利用率，一般取 0.9；K2為設(shè)備利用率，一般取0.8-0.9。

2.2.2工位設(shè)置及工位生產(chǎn)周期

工位是構(gòu)成生產(chǎn)線的基本單元，工位生產(chǎn)周期必須小于或等于生產(chǎn)線節(jié)拍。工位生產(chǎn)周期是從待焊接零部件上料（裝件）開始到完成本工位全部作業(yè)并將工件取出的整個過程時間，同時應(yīng)考慮工時利用率及設(shè)備利用率。工位生產(chǎn)周期與操作工人的熟練程度有很大關(guān)系，一般準確的工位生產(chǎn)周期需由實測確定，工藝設(shè)計舊寸應(yīng)使所有工位的工位生產(chǎn)周期盡可能相等并接近生產(chǎn)節(jié)拍。

2.2.3工作密度

工作密度是指一個工位上設(shè)置的焊接設(shè)備數(shù)量及操作工人數(shù)量，主要由工件外形尺寸、焊接工藝方法和焊接工作量決定。

a.按工件外形尺寸決定工作密度。

外形尺寸小于1000 mmxl 500 mm，工作密度取1；外形尺寸小于2 000 mmxl 500 mm，工作密度取1-2；外形尺寸小于3 000 mmx 1500 mm，工作密度取2-3；外形尺寸小于6 000 mmx 1 500 mm，工作密度取3-4.

b.按照焊接工作量和生產(chǎn)節(jié)拍確定工作密度。

2.2.4工時定額估算

工時定額＝焊接工作時間＋輔助工作時間

每一工位或工序的時間定額一般由裝件、夾具動作夾緊、焊接、松開夾具和將工件送至下一工位的時間累計構(gòu)成，也可用焊接時間放大而得出，即概算定額，工序時間定額（工時）＝焊接工作量÷焊接速度xK。

以下是幾種焊接方法焊接速度的一般狀況估算值，其焊接速度與焊點及焊縫的間距、分布、焊鉗及焊槍的接近性、工人操作難易程度等有一定的關(guān)系，故僅供工藝編制參考。a.手工焊鉗點焊15點/min;b．機械手焊鉗點焊20點/min ; c.C02半自動焊300 mm/min ; d.機械手C02自動焊400 mm/min; e.螺柱焊（手工8 個/min; f.凸焊螺母（手工）3個/min; g.銅釬焊100 mm/min 。

2.2:5工藝卡的內(nèi)容

a.焊件（總成或合件）簡圖一般為軸測圖（立體圖），圖中：應(yīng)標出進入裝配沖壓零件的名稱、圖號及數(shù)量；同時要標出焊點的位置、數(shù)量，甚至施焊的順序；各種標準件如螺母、螺柱、支架等位置、數(shù)量及焊接方法。

b二工藝過程描述：從工件（零、合件）的裝入、定位夾緊、焊接及焊后將合件送往下工序的整個過程，按先后順序既簡單又全面的描述。

c.工序所采用的夾具、設(shè)備、輔具及工具的名稱、編號及數(shù)量作定性及定量分析。

d.給出工序的時間定額，甚至分每一工步給出，而工時的確定有如下幾種方法：憑經(jīng)驗；采用人工模仿，秒表測定；計算機仿真。

2.2.6工藝卡的格式

工藝卡格式見焊接工藝卡附表（如表1）。

2.2.7工藝卡編制的工作量

以三廂轎車為例估算：簡圖約100張，工藝卡約200張，需要3個有經(jīng)驗的能夠獨立工作的技術(shù)人員花兩個月的時間完成。

3、工藝設(shè)計

工藝設(shè)計是焊接生產(chǎn)線設(shè)計的基礎(chǔ)，其他專業(yè)（機械化、非標設(shè)備、土建、公用、電控）設(shè)計均以工藝設(shè)計文件為指導(dǎo)，工藝設(shè)計文件的深度必須滿足相關(guān)專業(yè)的設(shè)計需要。工藝設(shè)計文件一般包括以下內(nèi)容。

3.1工藝設(shè)備安裝圖

標明工藝設(shè)備安裝位置、設(shè)備外形、編號，原材料、半成品、成品存放地及通道，工人操作位置，預(yù)留面積（如果有），起重設(shè)備質(zhì)量、跨度、軌道線，機械化運輸懸鏈、單軌等的范圍軌跡，水、電、氣供應(yīng)點及局部通風(fēng)位置的坐標等。

3.2設(shè)備明細表

3.3焊機、時控箱布置圖

表示焊機、時控箱及相關(guān)設(shè)備的型號、數(shù)量、安裝位置、安裝方式、接管尺寸等內(nèi)容，供公用各專業(yè)設(shè)計支管線和焊機、時控箱安裝時使用。簡單的裝焊線可直接在車間工藝設(shè)備安裝圖中表示。

3.4焊鉗、平衡器布置圖

表示焊鉗、平衡器的型號、數(shù)量、安裝位置、吊掛方式，供焊鉗安裝使用。簡單的裝焊線可直接在車間工藝平面圖中表示。

3.5滑軌、滑車布置圖

表示滑軌型號、長度位置，滑車形式、尺寸、位置、數(shù)量，供機械化專業(yè)設(shè)計滑軌、滑車安裝圖使用。簡單的裝焊線可直接在車間工藝設(shè)備安裝圖中表示。

3.6標準設(shè)備訂貨任務(wù)書

3.7非標設(shè)備設(shè)計任務(wù)書

說明對機械化運輸方式的要求，與機械化相關(guān)的吊掛要求，設(shè)備長、寬、高及其技術(shù)要求，工藝參數(shù)，最大工件尺寸、面積和質(zhì)量等。

3.8夾具設(shè)計任務(wù)書

夾具設(shè)計任務(wù)書（如圖3）是夾具設(shè)計的指導(dǎo)文件，也是夾具最終驗收的依據(jù)，所以夾具任務(wù)書一定要得到甲方的認可并簽字。

3.8.1編制的前提條件

a.已編好的工藝卡，認為確實可行并得到用戶的認可。

b.按合同與業(yè)主商定的技術(shù)條件，如手動或氣動，外購件的來源等。

3.8.2編制步驟

a.根據(jù)工藝卡了解裝配順序、焊接順序、焊鉗類型、操作位置來確定工件的位置，以及工作臺面的高度，同時確定臺面是固定或是可旋轉(zhuǎn)（水平或垂直），是否需要帶舉升取件的裝置。

b.確定進人裝配的零部件定位及夾緊點，并表示出來，給出序號。

c.確定定位銷及支承夾緊器的形式，并將斷面圖畫出。

d.確定測量點及計算出其數(shù)據(jù)（理論數(shù)據(jù)）。

3.9檢具設(shè)計任務(wù)書

3.10工位器具設(shè)計任務(wù)書

工位器具設(shè)計任務(wù)書是工位器具設(shè)計的指導(dǎo)文件，也是工位器具最終驗收的依據(jù)；工位器具任務(wù)書必須符合設(shè)計深度要求，必須經(jīng)業(yè)主簽字確認后方可進行工位器具設(shè)計。說明放置工件的名稱、編號、數(shù)量，工件放置形式、運輸形式，必要時畫出簡圖及注明尺寸。

3.11公用管道司令圖

用以指導(dǎo)廠房管線設(shè)計的管線總體布置：規(guī)劃圖，避免管線之間或管線與建筑物／構(gòu)筑物之間直接相碰或不滿足規(guī)定的安全距離要求。

3.12車間土建資料

3.13 車間公用資料

4、工藝設(shè)計的主要注意事項

a.汽車車身在裝焊過程中，合理分塊非常重要，而車身總成的分塊大體相同，但往往對頭接縫處有所變化，要認真分析。分塊決定夾具的套數(shù)、工藝流程，是工藝設(shè)計的第一步。

b.工藝設(shè)計不能只顧眼前，應(yīng)該遠近結(jié)合、滾動發(fā)展，做到近期合理、遠期可行。

c.要充分考慮混線生產(chǎn)的可能性，在夾具設(shè)計任務(wù)書和工藝設(shè)備選型上盡可能柔性化。

d.生產(chǎn)方式盡可能精益，盡量減少在制品存放，大型外覆蓋件的物流盡量短；靈活布局車間內(nèi)的各條生產(chǎn)線，使各生產(chǎn)線之間工件輸送及與其他車間的銜接盡量短捷、順暢，提高生產(chǎn)效率。

e.生產(chǎn)線的布置要考慮空中機械化運輸設(shè)備和水、電、氣管線布置流暢。

f.小件生產(chǎn)盡量集中布置，提高設(shè)備利用率。按照工藝流程在線旁布置小件的模式，從節(jié)約成本的角度看是不可取的。

g.焊鉗的選型不容易做好，在焊接生產(chǎn)線調(diào)試過程中更換5%的焊鉗是比較低的，故需要進行三維焊鉗與夾具的焊接過程動態(tài)模擬，提高選型準確性。

h.有條件的項目建議應(yīng)用數(shù)字化工廠軟件虛擬焊接車間，將以往設(shè)計中不宜發(fā)現(xiàn)的問題經(jīng)過計算機仿真，較早地被發(fā)現(xiàn)和解決，提高設(shè)計方案、圖紙的準確性和節(jié)拍平衡。

i: 工藝設(shè)計不能脫離生產(chǎn)管理系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)在那些工位取得生產(chǎn)信息，就要求在設(shè)備定貨技術(shù)任務(wù)書明確功能及接口條件。

5、結(jié)束語

焊接工藝設(shè)計涉及的知識領(lǐng)域?qū)?，受到制約同樣比較多，比如產(chǎn)品系列、用戶觀念、工藝水平、質(zhì)量精度要求、周邊物流狀況、投資限制、原有廠房及廠區(qū)等，因此要求工藝設(shè)計人員見多識廣。生產(chǎn)線技術(shù)水平和自動化率不是越高越好，也不是生產(chǎn)線投資越低越好，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，高性價比的焊接生產(chǎn)線是工藝設(shè)計永恒的追求目標。隨著我國汽車行業(yè)自主品牌的不斷增加，焊接工藝設(shè)計也必實現(xiàn)由國外設(shè)計多而轉(zhuǎn)變成國內(nèi)設(shè)計多，將會有更多的自主品牌焊接生產(chǎn)線得到廣泛應(yīng)用。