在大多國產自動夾具領域目前仍然以氣動夾具為主，結構比較復雜，維修比較麻煩，國外一體式夾具先對應用較多，也是未來的發(fā)展趨勢。小型精密化、模塊化的發(fā)展方向
焊接工裝夾具及其在汽車上的發(fā)展
一.焊接工裝夾具
1.1 夾具
夾具是加工時用來迅速緊固工件，使機床、刀具、工件保持正確相對位置的工 藝裝置。也就是說Workholding工裝夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。
夾具又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安 全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具；在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術要求，加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）；應用機床夾具，有利于保證工件的加工精度、穩(wěn)定產品質量；有利于提高勞動生產率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產；有利于擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)“一機多用”；夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置、對刀引導元件(確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向)、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成；夾具在電子廠商使用也是非常高的，在生產中為了提高生產效率和產品質量，在生產的中段和后段就常用工裝夾具來進行功能測試或者輔助裝配（能裝配出固定的外形及高度等）。從菲克雄和廣大電子廠商打交道的情況來看還有很多工裝夾具是用在測試時的一個信號轉接和電氣老化工位。實際在電子生產制造廠中的用途是非常廣，因為是非標定制的在，所以只有想不到而沒有做不到的。
焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠加緊，便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結構精度方面要求的工藝設備。在現(xiàn)代焊件生產中積極推廣和使用與產品結構相適應的工裝夾具，對提高產品質量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產實現(xiàn)機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。
在焊接生產過程中，焊接所需的工時較少，而約占加工工時的2/3以上的時間是用于備料、裝配及其他輔助的工作，極大地影響著焊接的生產速度。為此，必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。
1.2 夾具的作用
焊接工裝夾具的主要作用有以下幾方面：
（1）準確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可換性。
（2）有效地防止和減輕了焊件變形。
（3）是工件處于最佳的施焊部位，焊縫的成形性良好，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。
（4）以機械裝置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作，改善了工人的勞動條件。
（5）可以擴大先進的工藝方法的適用范圍，促進焊接結構的生產機械化和自動化的綜合發(fā)展。
二.汽車焊接工裝夾具
汽車作為20世紀最顯著的人文標志之一，己成為人類社會科技與文明進步的一個象征。中國汽車工業(yè)經歷了從無到有、從小到大，從貨車時代到轎車時代，從“公車”到“私車”的發(fā)展過程，其創(chuàng)建、成長的每一步都成為中國制造業(yè)發(fā)展與開拓的見證。而作為汽車生產四大工藝之一的車身焊裝生產線，也經歷了一個從低端到高端，從手動到自動的發(fā)展過程。為了趕上國際水平，在提高產量的同時，要求努力提高汽車制造質量，因此對焊裝夾具也提出了新的要求，以滿足更快的新品開發(fā)速度。在研發(fā)新車型的過程中，需要一種柔性化、模塊化的三維組合工裝替代傳統(tǒng)的專用工裝，可以大量縮短設計、制造時間，并可以反復使用，節(jié)約研制成本。同時，在專用車輛，工程車輛和大客車的生產中，由于批量小、客戶要求不同，使用柔性化工裝制造也是非常實用和經濟的方法。
焊裝工裝夾具的發(fā)展
焊裝夾具也稱焊接工裝夾具，它與焊接變位機械裝備在焊接結構生產中總稱為工藝裝備。其中，工裝夾具包括夾緊器、定位器、推拉裝置等。夾緊器是焊裝夾具 中最基本、應用量最多的設備，通過夾緊器對焊接工件的夾緊，可有效保證焊接工件的焊接精度和焊接質量。 從50年代開始發(fā)展的中國汽車制造業(yè)，以手工焊和電阻點焊作為主要加工手段，跨出了汽車制造的第一步，其焊裝夾具也主要是以手工操作為主。夾緊器的應用經歷了以手動夾緊器為主，到以拉桿式氣缸驅動夾緊機構為主，再到現(xiàn)今的以氣動一體式夾緊器為主的一個發(fā)展過程。
2.1國內篇
目前，國內夾緊器主要分為兩大類：一類是以主流汽車廠如上海大眾、一汽大眾、上海通用、武漢神龍等歐系汽車廠應用為代表的一體式夾緊器；另一類是以北京現(xiàn)代、廣州本田、天津豐田等日韓系汽車廠應用為代表的拉桿式氣缸驅動夾緊機構。而一體式夾緊器以其優(yōu)越的技術性能被越來越多的國內汽車制造企業(yè)所青睞，在焊裝夾具上使用一體式夾緊器已成為一種趨勢和潮流，如長安汽車廠的6350線，長安汽車五廠的CV9線，長安福特的340線，東南汽車的戴-克線，上海匯眾及一些汽車零配件制造廠都已經開始使用一體式夾緊器，并逐步開始由原先的日韓系拉桿式氣缸夾緊機構向一體式夾緊器升級換代。
2.1.1焊裝夾具對夾緊器/機構的基本要求
1、夾緊作用準確，處于夾緊狀態(tài)時應能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠；
2、夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不應損壞零件表面質量；
3、夾緊件應具備一定的剛性和強度，夾緊作用力應是可調的；
4、結構力求簡單，便于制造和維修。
2.1.2夾緊器/機構的標準制定
由于國內汽車工業(yè)發(fā)展較晚，技術力量薄弱，國內汽車生產廠還沒有形成完善的標準制造體系，對焊裝夾具夾緊機構技術指標工作做的也不十分詳細。目前，主要靠焊裝夾具廠根據(jù)自己的標準制造夾緊機構，而汽車廠焊裝線較多，因此造成了如下問題：
1、國內焊裝夾具廠的發(fā)展水平參差不齊，主要采用拉桿式氣缸驅動的夾緊機構，雖然驅動氣缸可以得到統(tǒng)一，但與其配合使用的支座連接件、連桿等零配件沒有統(tǒng)一的標準。如果一個汽車廠有幾條焊裝線，且由幾個夾具制造廠以拉桿式氣缸夾緊機構制造，會造成非標件的數(shù)量較多，不僅增加了備件壓力，而且也使維修成本增高。
2、由于沒有細致的制造標準，汽車廠在采購焊裝夾具時，對夾緊機構單元無法準確得到真實的采購成本預算。在目前成本預算壓力日漸增大的形勢下，汽車廠越來越需要明確細分的成本構成，以進行采購比價核算。拉桿式氣缸夾緊機構非單獨的工作單元，由拉桿式氣缸、連桿壓臂、支座等元件共同組成，評價項目多，難以樹立標準、統(tǒng)一規(guī)格。
3、隨著焊裝線自動化程度越來越高，對夾緊機構要求狀態(tài)信號輸出的需要也越來越多。尤其需要輸出氣動信號時，拉桿式氣缸夾緊機構由于沒有統(tǒng)一的標準規(guī)定信號輸出端口的位置，易使夾具布局紊亂。同時，汽車廠對工裝夾具的合格性評審也缺乏依據(jù)，為今后的正常生產和設備維修留下了隱患
1、國內焊裝夾具廠的發(fā)展水平參差不齊，主要采用拉桿式氣缸驅動的夾緊機構，雖然驅動氣缸可以得到統(tǒng)一，但與其配合使用的支座連接件、連桿等零配件沒有統(tǒng)一的標準。如果一個汽車廠有幾條焊裝線，且由幾個夾具制造廠以拉桿式氣缸夾緊機構制造，會造成非標件的數(shù)量較多，不僅增加了備件壓力，而且也使維修成本增高。
2、由于沒有細致的制造標準，汽車廠在采購焊裝夾具時，對夾緊機構單元無法準確得到真實的采購成本預算。在目前成本預算壓力日漸增大的形勢下，汽車廠越來越需要明確細分的成本構成，以進行采購比價核算。拉桿式氣缸夾緊機構非單獨的工作單元，由拉桿式氣缸、連桿壓臂、支座等元件共同組成，評價項目多，難以樹立標準、統(tǒng)一規(guī)格。
3、隨著焊裝線自動化程度越來越高，對夾緊機構要求狀態(tài)信號輸出的需要也越來越多。尤其需要輸出氣動信號時，拉桿式氣缸夾緊機構由于沒有統(tǒng)一的標準規(guī)定信號輸出端口的位置，易使夾具布局紊亂。同時，汽車廠對工裝夾具的合格性評審也缺乏依據(jù)，為今后的正常生產和設備維修留下了隱患。
2.2 外國篇-一體式和三維組合焊接
在歐美，汽車制造工業(yè)已經相當發(fā)達，焊裝夾具95%以上應用的是一體式夾緊器。其中，歐系汽車廠所使用的一體式夾緊器90%以上來自于德國Tuenkers Maschinenbau GmbH公司。Tuenkers公司有40多年的汽車廠焊裝設備制造經驗，并已在上海成立了分公司，以實現(xiàn)一體式夾緊器的國產化。此外，Tuenkers公司還與各大汽車廠合作制訂各項一體式夾緊器制造技術標準和要求，如德國大眾標準（DIN標準），美國通用標準（NAAMS標準），法國PSA標準（CNOMO標準）等，保證了汽車廠對焊裝夾具技術性能的評審以及采購成本核算的緊密控制。
2.2.1一體式夾緊器的特點
縱觀整個汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀，不難分析出汽車工業(yè)焊接夾具的發(fā)展趨勢，即發(fā)展自動化柔性生產系統(tǒng)。而一體式夾緊器，因集自動化生產和標準化一體式結構可靈活性設計等特點于一身，近年來快速在轎車焊裝生產線上得到大規(guī)模的推廣使用。其特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、“連桿機構”原理設計，用相對較小的工作氣壓就可以產生很大的夾緊力；消耗同等的壓縮空氣，一體式夾緊器比拉桿式夾緊機構產生的壓力大4~6倍；
2、在夾緊位置自動鎖死，即使失去工作氣壓，工件也能被安全夾緊；而拉桿式夾緊機構本身不具備自鎖功能，需另外設計增加鎖死機構；
3、全封閉的一體式設計，可防止焊接過程中，焊渣飛濺對氣缸活塞桿的損傷；拉桿式氣缸的活塞桿暴露在外，容易磨損，需要經常維修；
4、標準模塊化結構，輸出扭矩值固定，方便了夾具設計及型號選擇；而用拉桿式夾緊機構設計時，需根據(jù)夾緊力要求分別計算氣缸行程，額外設計拉桿支點及連桿，并且需要另行安排連桿及支點機構的零件加工，費時費力；
5、一體式夾緊器可內置電感式或氣動傳感器，以實現(xiàn)自動化控制；而拉桿式氣缸只能外置傳感器，尤其對于氣動傳感器，需另外設計結構來實現(xiàn)，占用額外的夾具空間。
綜上所述，一體式夾緊器無論是在功能性、可維護性方面，還是在夾具的設計制造性上都遠比拉桿式氣缸夾緊機構優(yōu)越，這也是一體式夾緊器逐步取代拉桿式氣缸機構，成為現(xiàn)在和將來汽車焊裝夾具制造主流趨勢的原因。
2.2.2德國西格芒三維組合工作臺
焊接工裝夾具過去一直沒有受到機械焊接與切削行業(yè)的重視。各廠家都實行自己開發(fā)設計制造，專用性強，費時費工，工裝成本非常高。柔性組合焊接工裝基本上是一個空白。德國西格芒公司在自身承接客戶變化多樣的結構件的生產過程中，應用組合夾具的設計思想，以其創(chuàng)意和創(chuàng)新的巧妙構思、靈活多樣的結構組合，獨創(chuàng)了組合式三維焊接工作臺，并逐漸從滿足自我的使用到供應給各行各業(yè)的用戶。柔性化的焊接工裝免除了設計人員重復設計和制作工裝的投入,在短短10年左右的時間內，就已經在幾千家歐美著名的機械焊接與切削行業(yè)成功應用。在德國金屬加工領域是有口皆碑的工裝助手。西格芒公司三維柔性化組合焊接工作臺技術在歐洲、美國和中國已經獲得了多項專利。
三維組合焊接夾緊系統(tǒng)介紹
德國西格芒公司三維組合焊接工作臺有D28和D16兩個系列。在高精度的臺面上，每隔100mm均布D28的圓孔或每隔50mm均布D16的圓孔，這些孔可用于拼接各種功能的定位模塊和夾具。各種功能模塊除臺面外，還有定位塊，直角塊，立柱，任意角度調整，V形塊，銷栓，各類快速夾具，間隙調整片及各種輔助模塊。模塊的設計構思巧妙，可以進行各種組合和反復應用。
用于模塊之間互相緊固連接的銷栓，內部采用五個同心鋼珠。銷栓松開時，鋼珠退入銷栓內，此時銷栓可方便地插入模塊的孔內。當用手逐漸擰緊時，五個鋼珠逐漸彈出，自動對中并夾緊模塊。用扳手扳緊后，其對模塊的夾緊力可達5噸，剪切力可達25噸。
1.臺面
臺面采用帶孔格板形式。在臺面的上面和側面，每隔100mm均布φ28mm的圓孔(system28系列)，或每隔50mm均布φ16mm的圓孔(system16系列)，并以同樣的間隔劃有尺寸線，臺面邊緣有毫米刻度線。這些圓孔可用于拼接各種功能的定位模塊和夾具。臺面尺寸從500mm×1000mm到2000mm×4000mm，并且可以根據(jù)需要組合成任意大小的尺寸和條塊形狀。臺面的支撐腳有標準腳、伸縮腳、帶移動輪腳、固定腳和剪式升降腳等，以適應各種不同的需要。這一系列的精心設計，給使用者提供了極大的方便。
2.銷栓
一套孔系夾緊系統(tǒng)的關鍵就在于固定銷栓。西格芒銷栓采用鋼球夾緊結構，既簡單實用安全穩(wěn)固，又便于清潔，而且只要單手就可以使用。夾緊銷栓用優(yōu)質材料制造，并具有一定的硬度。
3.直角塊
直角塊可用于止位、定直角、構建三維立體結構和延伸工作臺面等。大型的直角塊上還配有寬度為28mm或16mm的滑槽，可以前后、上下滑動，并在任意需要的位置用銷栓緊固定位。
4.立柱
各種長度的立柱有(100*200*h)或(200*200*h)工作面，工作面上配有φ28mm或 φ16mm的系統(tǒng)孔。立柱可用于構建三維立體結構，或者與臺面配合，構成各種異形臺面。
5.夾具
夾具品種繁多，可歸納為以下三種形式：
(1)懸臂夾具 按照夾具的插入方向與夾緊力方向，有180°、90°、45°三種。按照夾緊手柄的類型，有手工螺旋式、快速夾緊式、短六角螺釘式等。
(2)補償懸臂夾具 由于夾具在臺面上是采用圓棒插入孔中的形式，棒孔間的間隙和夾具本身的微小柔性，使得夾具在夾緊過程中有帶動工件偏轉的傾向。為了防止這種偏轉，西格芒公司發(fā)明了補償懸臂夾具。這種夾具在懸臂中增加了彈性伸縮，化解掉夾緊時的側向分力，以補償夾具本身的變形和插入過程中的間隙，保證夾具的夾緊力與夾緊方向一致。
(3)快速夾具 西格芒產品中揉合了德國另一家著名的AMF公司的手動或氣動快速夾具。垂直壓緊式、水平推拉式等品種繁多的手動、氣動夾具，通過一φ28mm的過渡件，可方便地安裝在需要的地方。
6.任意角度調整塊
可以連續(xù)調節(jié)0°～ 225°的任意角度，在需要的角度處可以用油壓的方式鎖緊，可平臥或豎立使用。夾角臂上的兩側分別有系統(tǒng)孔和槽，可在其上面進一步安裝模塊定位或夾緊。
7.止位塊
各種小型的止位塊設計有系統(tǒng)孔或槽，以便在構建工裝時方便地在需要的地方定位。止位塊的尺寸設計非常科學合理，可以達到最小25mm的調整量。進一步調整25mm以下尺寸時可用配套的間距調整套件。理論上使用西格芒工作臺構建工裝時，量具變得是多余的了。
8.各種輔助模塊
這類模塊中包括：專門用于定位圓管的V形塊和鏈式夾具；定位法蘭的標準法蘭板；臺面角上45°方向延伸時用的角模塊；間距調整套件； φ28mm和φ16mm系統(tǒng)過渡銷；使用一件夾具壓緊兩點(夾緊圓管)的夾緊橋；用于用戶自制件與西格芒標準件連接的過渡接口塊；起重吊環(huán)；防止焊接時臺面與焊接電纜間出現(xiàn)電火花的專用插頭及防止焊接飛濺用的專用套件等。 三維組合焊接夾緊系統(tǒng)特點：
德國西格芒三維柔性組合焊接夾具系統(tǒng)廣泛應用于各類鋼結構、工程機械制造、壓力容器、建筑框架、汽車工業(yè)、自行車(摩托車)制造、鈑金加工、金屬家具、工業(yè)管道(法蘭)、機器人技術以及設備裝配和檢測設備等。這種組合夾具的突出優(yōu)點是：
1） 模塊化：所有組件分門別類，進行了標準化和系列化，互相匹配。選用最少的模塊，就可以實現(xiàn)各種快速定位和夾緊的功能。
2） 柔性化：拼裝方式多樣，用戶只要充分發(fā)揮想象力，幾乎可達到任何專用夾具同樣的定位和夾緊功能。拼裝快速，裝拆方便；工作臺面可以根據(jù)工件形狀、大小進行拼裝組合。臺面上的刻度和模塊尺寸的設計，使操作工人不用量具就可以根據(jù)工件尺寸迅速搭出所需要的工裝。
3） 高精度：工作臺面和各種功能模塊上每隔50或100mm 配套的D16或D28的圓孔，任意孔的孔間距尺寸公差小于0.02mm，這種精度將會反映在用戶所加工的產品中。所以，也有用戶將此工作臺用作檢具的基準平臺。
4） 專利設計：各功能模塊中有不少是專利產品，如模塊間連接采用的銷栓，為防止工件在夾緊過程中移位而特殊設計的帶補償?shù)膹椥詩A具等。
5） 三維立體設計：模塊中的立柱，直角塊可用于向三維空間拼接，便于生產各類立體構件。
三維組合焊接夾緊系統(tǒng)的應用實例 有了這種組合焊接工作臺，對于不斷重復設計工裝的用戶來說，就可大大節(jié)約重復投資耗費在工裝上的設計制作時間和資金。用戶可根據(jù)需要快速拼接出不同要求的工裝，就像兒童玩拼裝式玩具一樣。這種三維柔性工裝可用于汽車制造行業(yè)，工程機械行業(yè)，鋼結構生產行業(yè)，扳金加工行業(yè)，自行車（摩托車）制造行業(yè)，與焊接機器人或專用焊機配套等等。如：德國Benz公司（斯圖加特工廠）在汽車模具和檢具上的應用； Liebherr和MAN公司在生產工程車輛和機械中應用siegmund工裝, 焊接拼裝底盤和車架；Schwing Stetter公司應用 siegmund工裝生產攪拌車和建筑機械；用siegmund工作臺作為Trumpf 公司的激光焊接和切割設備的工作平臺。當然，作為日常工作必不可少的輔助工具， siegmund產品更廣泛地應用在各種焊接場合中。相信在我國焊接工藝不斷發(fā)展中，siegmund產品一定能得到越來越多的中國用戶歡迎。
(1)應用實例一 下圖所示為某廠生產裝載機的承重臂。由于這一承重臂規(guī)格多，批量不大，以前在焊接前必須制作專用焊接工裝，以保證左右臂的平行度及彎角的角度。這樣僅從設計到制作完成工裝，就至少需要4周的時間，而且要投入大量資金；用完以后，工裝還需要一定的空間存放，以備下次使用。有了西格芒柔性組合工裝后，從考慮構思工裝到拼裝完成，最多一天時間(隨著對西格芒柔性工裝熟悉程度的提高還可大大縮短)。用完后這套工裝可立即拆除，再搭建其他工裝，不占用空間。即使過若干年后，用戶再來訂做更換備件，也不用擔心工裝的問題。這一實例中比較重要的定位尺寸為左右臂兩端部及轉角部位軸孔的同心度。建議焊接前使用輔助的芯棒對穿兩孔，然后將芯棒夾持于工作臺面上。完成焊接后松開并抽出芯棒。
(2)應用實例二 下圖為某著名汽車廠在開發(fā)新車中使用的西格芒柔性工裝。整個汽車的框架都用西格芒工裝定位和夾緊。這樣做的目的，一是這種車型本身的批量不大，不適用專用流水線焊裝；另一種是為大批量生產的焊裝生產尋找最佳的夾緊工藝。
(3)應用實例三 下圖所示為某管道中一節(jié)彎管(法蘭)的焊接實例，由于使用了西格芒柔性工裝，保證了法蘭定位的精確，避免了管道最后安裝時的錯位。 由于西格芒三維組合工裝的靈活性，它的應用實例是大量的。對于較簡單的平面構件、立體框架、箱體等焊接時的定位，它可以非常方便地實現(xiàn)。即使是較復雜的構件，實際上也可以通過分步焊接來實現(xiàn)。這樣既實現(xiàn)了操作的方便性，又大大提高了工作臺的利用率。實踐證明，該三維組合焊接夾緊系統(tǒng)可以按照用戶的充分想象，在絕大部分的焊接過程中獲得應用。
三.展望未來 中國的汽車制造業(yè)已有50多年的歷史，只是在近幾年中才得到了飛速的發(fā)展。相比之下，我國汽車制造業(yè)的工藝水平，特別是焊接工裝夾具水平，顯得越來越不適應這種快速發(fā)展速度的要求。這種現(xiàn)象的存在原因在于我國機械加工行業(yè)的傳統(tǒng)習慣中，焊接制造工藝的地位不高，而在世界先進發(fā)達國家，焊接工藝則備受關注。目前全世界使用德國戴美樂三維柔性焊接組合夾具的工廠有7000多家�？梢灶A見，柔性化的組合工裝在汽車制造業(yè)、軌道客車制造行業(yè)、機械加工行業(yè)、鋼結構制造行業(yè)等將會得到越來越普遍的使用。
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