在汽車廠中，焊接生產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，每更新換代一種車型，均需要更新車間大量專用設備和生產工藝。焊接工藝設計可以稱得上是焊接生產線的“靈魂”，涉及的專業知識較多，如機械化、電控、非標設備、建筑、結構、水道、暖通、動力、電氣、計算機、環保和通訊等，從宏觀上決定車間的工藝水平、物流、投資和預留發展，具體決定著生產線的工藝設備種類和數量、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，焊接工藝設計在焊接生產線的開發中占有舉足輕重的地位，是產生高性價比焊接生產線的關鍵。

1、車身焊接工藝設計的前提條件

1.1產品資料

a.產品的數學模型（簡稱數模）。在汽車制造行業中，一般情況下用UG,Catia,ProE等三維軟件均能打開數模（如圖1），并在其中獲取數據或進行深人的工作。在工藝設計過程中，將所有數模裝配在一起就構成了一個整車數模，從數模中可以獲得零部件的結構尺寸、位置關系。由數模還可以生成整車、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、數量，標準件的規格、數量）。

工藝設計時，業主必須提供上述a、b、c中至少1項，d項可以從前3項中分析出來，正常狀態下d項（如圖2）早在汽車設計結束時就已經確定了。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工廠設計的參數

工廠設計的參數包括以下幾方面：

a.生產綱領即年產量；

b.年時基數即生產班次、生產線的利用率等；

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

d.生產線的工藝水平要求（如主要設備選用原則、生產線的輸送方式，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.各種公用動力介質的供應方式、能力、品質等參數，建廠所在地的環境狀況如溫度、濕度等；

g.當生產線布置在原有廠房內時，應收集原有房的土建、公用有關資料，如廠房柱頂標高、屋架承載能力、電力和動力介質的余富程度等。

2、工藝分析

2.1工藝線路分析

根據業主提供的產品資料進行產品工藝線路分析（如業主僅提供樣車及樣件則需經過樣車分析→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計。

2.1.1產品分塊

同類型車身的分塊基本相同（一般車身均由地板、側圍、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，先形成側后圍焊接總成（左／右側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

整個車身的設計、制造、檢驗均建立在同一坐標系上，在車身設計時一般已經考慮到裝配、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計、制造、調整、檢測和維修的基準。確定基準時應注意以下幾個方面：

a.基準的統一性，在焊接過程中基準是逐步傳遞的；

b.基準應便于測量；

c.基準應保證零件的準確定位；

d.基準應考慮便于焊接操作。

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坐標系統內的理論位置；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整（檢測）；b.在生產時，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（焊點的數量、位置、幅度、重要程度）是產品設計時決定的，但目前部分業主僅提供產品數模而沒有產品圖紙。這時，焊點的主要參數需要工藝設計人員確定。

2.1.5.1定形焊點的確定

相對復雜的工件之間的焊接，往往需經過組裝、補焊的過程完成。在組裝工位，由于生產節拍限制、設備數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個工作節拍內完成的焊點分為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，確定焊點組的數量即焊鉗的最小數量，根據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、轉環）根據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計完成之后，根據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計、制造和調試整個過程的指導性文件，是裝焊線全部工作的基礎，裝焊工藝過程卡的編制深度和質量對裝焊線設計、制造。調試整個過程的質量甚至成敗起決定性作用。2.2.1生產節拍

一般生產節拍可按式（1)計算：

T節＝全年工作日x每日班次x每班工時xK1 x

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

2.2.2工位設置及工位生產周期

工位是構成生產線的基本單元，工位生產周期必須小于或等于生產線節拍。工位生產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并將工件取出的整個過程時間，同時應考慮工時利用率及設備利用率。工位生產周期與操作工人的熟練程度有很大關系，一般準確的工位生產周期需由實測確定，工藝設計舊寸應使所有工位的工位生產周期盡可能相等并接近生產節拍。

2.2.3工作密度

工作密度是指一個工位上設置的焊接設備數量及操作工人數量，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節拍確定工作密度。

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工藝卡的內容

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

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、設備、輔具及工具的名稱、編號及數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個有經驗的能夠獨立工作的技術人員花兩個月的時間完成。

3、工藝設計

工藝設計是焊接生產線設計的基礎，其他專業（機械化、非標設備、土建、公用、電控）設計均以工藝設計文件為指導，工藝設計文件的深度必須滿足相關專業的設計需要。工藝設計文件一般包括以下內容。

3.1工藝設備安裝圖

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

3.2設備明細表

3.3焊機、時控箱布置圖

表示焊機、時控箱及相關設備的型號、數量、安裝位置、安裝方式、接管尺寸等內容，供公用各專業設計支管線和焊機、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、數量，供機械化專業設計滑軌、滑車安裝圖使用。簡單的裝焊線可直接在車間工藝設備安裝圖中表示。

3.6標準設備訂貨任務書

3.7非標設備設計任務書

說明對機械化運輸方式的要求，與機械化相關的吊掛要求，設備長、寬、高及其技術要求，工藝參數，最大工件尺寸、面積和質量等。

3.8夾具設計任務書

夾具設計任務書（如圖3）是夾具設計的指導文件，也是夾具最終驗收的依據，所以夾具任務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.按合同與業主商定的技術條件，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（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據（理論數據）。

3.9檢具設計任務書

3.10工位器具設計任務書

工位器具設計任務書是工位器具設計的指導文件，也是工位器具最終驗收的依據；工位器具任務書必須符合設計深度要求，必須經業主簽字確認后方可進行工位器具設計。說明放置工件的名稱、編號、數量，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

用以指導廠房管線設計的管線總體布置：規劃圖，避免管線之間或管線與建筑物／構筑物之間直接相碰或不滿足規定的安全距離要求。

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、工藝流程，是工藝設計的第一步。

b.工藝設計不能只顧眼前，應該遠近結合、滾動發展，做到近期合理、遠期可行。

c.要充分考慮混線生產的可能性，在夾具設計任務書和工藝設備選型上盡可能柔性化。

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

e.生產線的布置要考慮空中機械化運輸設備和水、電、氣管線布置流暢。

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

g.焊鉗的選型不容易做好，在焊接生產線調試過程中更換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模擬，提高選型準確性。

h.有條件的項目建議應用數字化工廠軟件虛擬焊接車間，將以往設計中不宜發現的問題經過計算機仿真，較早地被發現和解決，提高設計方案、圖紙的準確性和節拍平衡。

i: 工藝設計不能脫離生產管理系統，計算機系統在那些工位取得生產信息，就要求在設備定貨技術任務書明確功能及接口條件。

5、結束語

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