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1、总装整车装配工具选型基本原则培训材料培训目的：受训人员通过对以下相关资料进行认真自学或经系统学习后，达到对整车装配过程中所需的装配工具进行选型、匹配，从而提高工具选型的准确性。受训对象：总装工艺规划人员关 键 词：螺纹联接、工具、整车装配、工具选型匹配在轿车生产的四大工艺中，整车装配是完成产品的最后一道重要工序，主要实现将轿车的各类总成通过各种联接，按组合一定的关系形成一辆整车，而在进行批量化、大规模、高效率的整装配车间，选择得心应手的装配工具是确保生产正常进行的基础，但选择品质优良的装配工具是确保产品质量的必要条件，所以装配工具是整车装配车间重要的工装设备之一。那么装配工具在整车生产装配前期
2、准备阶段，我们应该根据哪些参数来予以装配工具的选型和匹配呢？其基本的原则又是什么?为此本文主要阐明总整车装配工具选型的基本原则。而对于工艺规划人员或工艺人员来说，选择和匹配合适、经济的装配工具，不是一件十分容易的事情，需要在全面掌握装配工艺的基础上，了解和掌握相关工具选型、匹配的基本常识、结构原理、技术性能等知识。螺纹联接的基本知识在机械制造业的过程当中，联接的形式很多，如焊接、铆接、粘接、螺纹联接等，但由于螺纹联接具有：联接简便、易拆卸、且拆解时对联接件的表面一般不会造成破坏，固广泛地应用于机械制造业中。1、拧紧中力的分布原则-541法则螺栓紧固两工件时有三组作用力，即：工件两外表面与螺栓两
3、内端的摩擦力、螺栓头部螺纹副的摩擦力、工件内部的夹紧力。在这三个力中只有两工件内部的夹紧力才是装配所需要的，通过大量的试验得出：工件两外表面与螺栓两内端的摩擦力为扭矩的50%，螺栓头部螺纹副的摩擦力为扭矩的40%，两工件内部的夹紧力为扭矩的10%，这就是“541”法则。这种法则是一种正常情况下螺纹紧固件拧紧力矩的分配比例，但对于加润滑剂装配的螺纹紧固件以及紧定螺钉并不适用。2、螺纹联接中的硬联接与软联接按国际标准ISO5393规定，从螺栓接触工件表面至螺栓达到目标力矩所转过的角度若小于30的称为硬联接（Hard Joint），大于720的称为软联接(Soft Joint)，而介于30-70之间
4、联接称为过渡联接（也称中性联接）。3、螺纹拧紧力矩的检测方法螺纹力矩的检测方法分为：静态检测，动态检测，应变片检测等。 静态检测：用针式力矩扳手（或其它类型手工力矩扳手）直接检测拧好的螺栓称为静态检测，其方法简单易操作，但不够精确、误差较大、对螺栓可能造成破坏。 动态检测：在紧固螺栓的同时进行检测，测得的值是螺栓的拧紧力矩，不是所需要的夹紧力，但通过一定的试验，可以得出在一定扭矩下螺栓所得到的夹紧力，动态检测速度快，所得到的扭矩值较准确，例如：采用机械式自动断气式离合器来予以保证。 应变片检测：它主要通过应变片式力矩传感器来检测在螺栓拧紧过程中的各个阶段的拧紧力矩，但由于变片式力矩传感器制造要
5、求较高、造价较贵，在目前力矩控制领域尚未得到广泛的使用，一般用在拧紧过程要求较高的力矩控制场合，例如：发动机缸体、缸盖等零部件的拧紧采用电动拧紧机来保证其拧紧精度，其内部就有内置式应变片式扭矩传感器。工具的常识简介“工欲善其事，必先利其器”，没有质量过硬的工具，再好的能工巧匠也做不出精细的作品，就像巧妇难为无米之炊一样。那么是不是在整车装配过程所有工位都需要品质极优的装配工具呢？答案肯定是不是的，那么我们如何给整车装配过程中的各个生产工位匹配合乎实际生产要求、工艺要求、质量要求等多方面要求的装配工具呢？是不是凭空想象，随心所欲地匹配呢？当然不是，这就需要对工具的基本性常要有所了解。一、 工具的
6、分类工具的范畴十分广泛，就汽车生产的各个专业而言，就可以说是举不胜举。常见的分类有：1、按动力供给形式：工具可分为手动工具、气动工具、电动工具、液压工具等；2、按使用场合：工具可分为焊接工具、喷涂工具、装配工具、测量工具等；3、按工具自身类别：工具可分为扳手类、螺丝刀类、锤类、钳类、切削刀具类等；4、按是否为专用：工具可分为标准工具、专用工具（各类非标工具）。当然上述分类并不是一种很专业的分类，且工具分类远远不止是上述所涉及到的。二、常用工具的结构原理及性能描述各类工具都有各自的用途，本文前面已提到，对于总装而言，拧紧作业占据整个整车装配联接总和的90%，因此，下面主要就常见手动力矩扳手、气功
7、元器件，以及适应用批量化、高效率的气动、电动工具的结构原理、技术性能进行相应的分析。 手动力矩扳手 力矩扳手按外形结构可分成：手动可调力矩扳手、手动开口可调力矩扳手、手动表盘指针力矩扳手、手动定置力矩扳手、手持式数显力矩扳手等多种类型。不论是何种类型力矩扳手，其主要部件和结构原理是相同的。手动力矩扳手主要由扭力主弹簧、扭力调整机构、锁止机构、驱动方头、外壳以及手柄等组成，其中扭力主弹簧是该类工具的核心零部件，可以通过改变扭力猪弹簧受压状态而实现改变所需力矩的大小，其自身精度为3，一般用在零部件装配完毕后，用于测量动力工具的拧紧状况，是否达到实际规定的工艺要求。 气动元器件的种类很多，与气动装配
8、工具有关的主要有球阀、气动三联件、空气软管、各类快换接头等。气动三联件主要有油水分离器、调压器、油雾器组成，主要是将动力部门提供的压缩空气进行过滤、稳压、油雾化的中间过滤稳压装置。其中油水分离器（也称过滤器）主要是过滤压缩空气管路中的铁锈、尘埃、水蒸气，内有滤芯。调压器主要动能是将动力部提供的脉动压缩空气进行调节稳压，以确保气动工具在稳定的气压下工作，油雾器上有油量调节阀，可根据各类不同工具调节所需油量。另，三联件外有压力表，以供使用人员察看气压值。气动工具使用的气动三联件过滤精度为一般要求在50m，耐压为10bar的三联件，对于气缸等对压缩空气要求较高的用气设施，其过滤精度要求更高些。 气动
9、弯角定扭扳手气动弯角定扭扳手按前端弯角结构形式可以分为：90弯角式、鸭嘴扁头式、开口棘轮式、内嵌套筒式以及专用固定驱动（Hold and Drive形式）等多种结构型式。上述这些气动工具主要是为了满足各种不同的特殊装配型式，它们都是在90弯角式的基础上进行演变而来，即主要由工具主体部分和工具头部两部分组成。气动弯角离合器自动断气扳手是目前轿车生产装配最为常见使用的一种扳手，广泛用于整车相对关键重要的零部件工位的拧紧，诸如：转向柱托架装配、安全带装配、动力总成分装装配、后轴分装装配等，其主要结构如下图所示：转角齿轮齿轮离合器气动马达断气阀消声器压杆上图各类零部件的主要作用描述如下：1) 气动马达
10、：主要是实现将压缩空气的动能转变为旋转运动的机械能对外进行输出；2) 离合器：这里的离合器即是担负整个工具到达力矩之后自动实现断气的离合器，也是担负整个工具力矩调整和力矩设置的重要装置；3) 齿轮组：从严格上说应该是行星齿轮组，它的主要作用是将气动马达输出的小扭矩的高速旋转运动转变为大扭矩的低速旋转运动，起到降速增扭的作用；该类工具的工作机基本原理是：操作人员压下工具压杆压缩空气通过气路进入工具内部压缩空气吹动气动马达高速旋转气动马达的输出轴将力矩传输给机械式离合器离合器在正常情况下将力矩传输给行星齿轮组，行星齿轮组将减速增扭后的旋转运动传递给转角齿轮组转角齿轮组实现90后，其驱动方头上安装的
11、套筒将螺栓（螺母）拧紧，该类工具在标准作业状况下的其自身精度能够达到7。 气动枪式螺丝刀 气动螺丝刀按离合器断气形式可分为：气动枪式定扭螺丝刀、气动枪式打滑螺丝刀，前者精度在标准作业状况下的其自身精度能够达到7，一般用于硬联接的装配工况，后者精度在标准作业状况下的其自身精度能够达到15左右， 一般用于软联接或中性联接的装配工况。目前总装整车装配主要采用的是瑞典Atlas-Copco公司生产的LUM系列，该系列工具与同类其它品牌工具相比具有噪音小、重量轻、手感好、精度相对较高以及运转平稳等优点。广泛的用于汽车内饰件装配。该类工具的内部主要部件同气动弯角定扭扳手一致，不同之处只是外形不同而已，其使
12、用注意事项及维护保养要求与气动弯角定扭扳手一样。 气动枪式液压脉冲扳手气动枪式液压脉冲扳手最初是由日本瓜生公司开发研制，瑞典Atlas-Copco公司在此基础上对主要核心部件进行了重新开发，使精度更高，外形更好。该类型工具具有转速高、重量轻、操作舒适、反作用小等优点。广泛用于汽车装配中预拧紧时的快速拧紧，例如：轮胎与轮毂装配时的预拧紧、动力总成与车身装配时的的预拧紧等。气动枪式液压脉冲扳手主要由进气口、进气开关、正反转开关、气马达、断气杆、液压缸、驱动方头、壳体等主要部件组成，其主要结构如下图所示：消声器排气通道进气通道气动马达液压缸断气杆排气通道驱动方头当接上气源后扣动进气开关压缩空气顺进气
13、通道进入气动马达并使气动马达高速旋转马达输出轴直接带动液压缸和驱动方关作用于工件当到达设定力矩后液压缸开始动作使断气阀封闭马达进气口实现定扭断气。该类工具与气动弯角定扭扳手相比，中间省去了机械式离合器、行星齿轮组等重要部件，其工具自身的力矩设定和调整均依靠工具内部的液压缸，并且该液压缸还担负到达力矩后实现工具的自动断气的功用，但该类工具力矩设定和调整以及到达力矩后自动断气的重要部件是液压缸，由于液压缸内的液压油主要成分为蓖麻油，其性能在经过长时间的使用后将发生变化，影响整个工具自身的精度，所以该类工具一般用在装配预拧紧的作业，工具自身的精度为20左右，在整车装配生产中一般很少采用该类工具。 电
14、动工具便携式蓄电池螺丝刀蓄电池螺丝刀主要动力来源工具自身所带的蓄电池，一般为9.6V。蓄电池螺丝刀其基本结构与气动枪式定扭螺丝刀的基本结构大致相同，其不同之处在于马达的不同，蓄电池螺丝刀的马达为直流无刷电动马达，相对而言该类马达的动力输出比气动马达的动力输出相对平稳，受蓄电池电量多少的影响很小，加之该类工具使用时不需任何动力管线，故一般多用于小力矩且不能使用或无条件使用气动螺丝刀的内饰件装配的场合。 电动工具电动拧紧机在现代化高品质的机械装配行业领域内，为更有力的保障机械装配过程中的拧紧质量要求，确保产品质量得到有效监控和追溯，在越来越多的机械装配领域开始广泛使用电动拧紧机和电动拧紧控制系统。
15、该类工具完全不同于传统的气动拧紧工具，它有效的应用了微电子技术、传感技术、计算机技术等高尖端技术，是一种机电一体化的产品。其主要组成部分如下图所示：电动拧紧机电控柜电缆其中上图整套电动拧紧机各部分的作用如下：1) 电动拧紧机：它是整套工具的主体部分，其内部有无刷电动伺服马达、应变片式扭矩传感器、角度编码器、内置电路、转角齿轮等部分组成，主要实现按电控系统的相关电信号和输入的电力，将电能转化为机械能对外输出，实现拧紧螺栓或螺母的目的；2) 电缆：是联接拧紧机和电控柜的重要部件，在这里它不仅向拧紧机输入电力，还向拧紧机输入/输出电信号；3) 电控柜：它主要有两大部分组成，即由控制单元和驱动单元两部
16、分组成，它自身可以直接在操作面板上进行程序编辑，也可外接PC机进行拧紧程序的编辑，功能十分强劲。该类工具的工作机基本原理是：操作人员根据装配工况的实际需求进行整套工具的拧紧程序编辑操作人员压下工具电源按钮工具在设定的程序下运作，并随时通过电缆向电控输入/输出力矩和角度的传感信号，以便整套拧紧系统的实时监控到达力矩后电动拧紧机自动切断电源，并对操作人员显示拧紧合格与否。该类工具由于采用了应变片式扭矩传感器和角度编码器进行对工具的整个拧紧过程进行了实时监控，并应用计算机技术进行拧紧过程控制，所以该类工具的拧紧控制精度相对较高，目前国际流行的电动拧紧机的扭矩精度能控制在2以内，拧紧旋转角度精度能控制
17、在1以内，因此其价格比普通的气动工具要昂贵的多，在一般的装配过程中很少进行广泛使用，所以主要用于要求较高的机械装配拧紧过程，例如：发动机缸体与缸盖的联接等。 上述气动、电动工具的结构简要说明后，那么从这些工具的结构原理上看，这些工具是不能直接使用的，他们必须和相关的工具附件进行有效组合才能使用。一般这些工具附件都是一些易耗材料。按使用环境可以分为：手动工具附件和动力工具附件，按用途可以分为：套筒类、接杆类、刀头类等。一般来说手动工具附件主要与手动主体工具（例如：棘轮扳手、各类手动力矩扳手等）配合使用，因此注意使用在低转速、低频次的工况。而动力工具附件主要与动力主体工具（例如：气动弯角定扭扳手、
18、液压脉冲扳手等）配合使用，相对而言其使用的工况为高转速、高频次、多冲击的场合，所以其材质相对手动工具附件的材质要求较高，一般为铬钼钢、铬钒钢等，其同种规格大小的动力工具附件要比手动工具附件一般来说要昂贵，由于使用环境的不同，在给动力工具匹配工具附件时，一般不要用手动工具附件代替动力工具附件，以防动力工具接上手动工具附件后，动力工具高速旋转运动时，将手动工具附件打坏，造成对操作人员的伤害和工具附件的早期损坏。下面就相关的工具附件的相关技术参数做如下详细描述：在汽车或其它机械制造行中，前文已阐述一般以螺纹拧紧的联接形式居多，那么实现螺纹副联接的工件主要是各类不同的螺栓、螺母、螺钉等，对于工件尺寸较
19、小的联接，一般采用螺钉联接，特别是内饰件的装配，对于工件尺寸较大的联接，一般采用螺栓、螺母联接，例如：发动机动力总成分装时，各类发动机附件的支架与发动机的联接，以及各类发动机附件（空压机、发电机、张紧器、动力转向油泵、起动电机）等。 套筒类套筒类工具主要承担把联接工件与被联接工件用螺栓或螺母等进行拧紧，套筒类工具工艺技术基本参数有：套筒对边尺寸S，套筒长度尺寸L以及套筒接口尺寸B。其中套筒对边尺寸S，主要是指套筒六边的对边或十二边的对边尺寸，它的选择主要取决于被拧螺栓或螺母的对边尺寸，套筒长度尺寸L，主要是指套筒自身的长度尺寸，一般选用时根据被拧紧工件的空间位置而定，上述套筒两个参数尺寸一般有
20、英制和公制之分，选择时要根据实际工况而言。套筒接口尺寸主要是套筒后端套筒联接在诸如棘轮扳手等主体工具的尺寸，目前的套筒接口尺寸均为英制尺寸，常见的有1/4、3/8、1/2、3/4等，所以套筒的一般技术参数表示为B=1/2、S=15、L=30，表示接口为1/2，对边为15mm，长度为30mm的普通套筒。 接杆类在某些联接件与被联件因为空间位置所限其套筒很难伸出很长，无法将螺栓或螺母拧紧，则需要在套筒和棘轮扳手等主体工具增加相关的工具附件接杆类工具，它的主要作用是延长筒套类工具拧紧零部件的装配能力，其主要参数有接杆的接口尺寸B，接杆的长度尺寸L。其中接口尺寸B的选择主要取决于棘轮扳手等主体工具驱动
21、方头尺寸和套筒的接口尺寸，一般接杆两头的接头尺寸一致，即接口头的尺寸与输出头的尺寸一致，但也有两头的尺寸不一样的接杆，例如输入头接口尺寸为1/2，而输出头方头尺寸为3/8，但一般很少使用。 刀头类在整车装置中，还有很多力矩小，装配空间有限的内饰件装配，它们主要依靠螺钉等小的联接件加以联接，对于拧紧螺钉常用的拧紧工具便是螺丝刀，在大批量规模化生产的过程当中，常采用的是将螺丝刀的头部（俗称“刀头”）与气动或电动螺丝刀组合使用，以提高装配作业效率，根据所拧螺钉的槽口形状不同，常见刀头可分为：一字刀头、十字刀头、TORX刀头等。一字刀头的主要技术参数是六角柄B的尺寸，刀体长度L，刀头宽度l及刀头厚度b
22、，六角柄B的尺寸多为1/4，很少用到5/16和3/8，它的选择主要取决于工具主体内插式驱动方头的尺寸，刀体长度L是指整个刀头的总长，一般取决于实际拧紧装配的位置空间，刀头宽度l主要是指与螺钉槽口接触的刀尖部分的宽度l，而刀头厚度b主要是指刀尖部分的厚度，该两个参数主要取决于螺钉实际的开槽情况，槽口越宽越厚，所需的一字刀外部尺寸便愈大。十字刀头的主要参数是六角柄B的尺寸，刀体长度L及刀头的号数，同样六角柄尺寸多为1/4，很少用到5/16和3/8，刀体长度L同一字刀头刀体长度L的描述一样，刀头号数主要是刀头尖端部分号数，一般为3类，即1号、2号和3号，其中1号刀头的刀头尖角为30，2号刀头的刀头夹
23、角为90，3号刀头的刀头夹角为120。刀头的号数选择主要取决于拧紧螺钉的头部外形尺寸。 综合上述，上面所阐述的只是一般常工具的结构原理，技术性能等相关主要技术参数，对于专用特殊工具在此就不予详细描述。阐明了相关汽车装配的拧紧常识及常用工具的简介后，下面就新项目工艺策划阶段工具的选型与匹配做如下说明。众所周知，工艺策划的前期阶段，选择与匹配合适的装配工具是工艺规划前期重要工作之一，对于工艺规划人员和工艺人员来说，必需在掌握拧紧常识，工具常识及相关工艺知识等基础上，才能选择和匹配出合乎生产实际要求的装配工具，在选择和匹配工具时需综合相关因素予以多重考虑，这样才能使所选和所配的工具既符合生产的需要、
24、工艺的需要、质量的需要也投资成本的需要等。一般来说主要考虑以下因素：一、用产品规划阶段的新产品年产能力和产品自身的装配复杂程度确定工具选型的大致方向根据产品初期规划设计的年产能力，产品的总体规划设计方案，结合实际工艺布置及工位数量多少，计算出整车生产节拍，并根据产品自身的工艺特点和产品在装配时的难易程度，采取讨论的形式，共同确定新项目选择和匹配工具大致的方向和类别，以确定是以动力工具居多还是以手动工具为主，以便为接下的现场实质性选择和匹配提供明确的指导方向，当然确定这样的工具选择指导方向，其前提条件是必须满足生产工艺的实际需求。二、以产品技术和产品质量要求确定工具选型的档次、要求产品的总体技术
25、要求及质量要求是确定选择和匹配生产工具技术条件及其质量要求的重要参考依据，这里所说的产品总体技术要求是指产品的总体类别是属于高档汽车、中档汽车还是低档汽车，其产品生产制造的质量等级是何标准？以使工艺规划人员确定所选择和匹配的档次，是国外进口品牌，知名品牌还是国内一般品牌，以达到确定工具选型和匹配的大致种类、技术要求和基本档次。三、兼顾项目总体投资规划要求确定工具选型的投资装配工具的选型和匹配是整个新项目的一个组成部分，在选型和匹配时要考虑整个项目的总体投资，若项目总体投资有所限制和要求，那么整个项目装配工具的选型和匹配需要所考虑，一旦工具选型和匹配的投资过大，势必对整个新项目的总体要求有所影响
26、，故在新项目工具选型和匹配时在考虑满足生产条件、产品质量要求、工艺要求等条件的基础上，尽量降低项目的投资成本，以达到小投入大收获的目的。装配工具在不同生产阶段匹配与选型的具体方向性原则一、 新车型在现有车型共线生产的工具选型与匹配（一）、新车型在现有车型共线生产的工具阶段：新车型由试生产、小批量生产向批量生产的过渡阶段，其产量是很小的，一般单班产量在几辆到十几辆不等，其整车的零部件状态还相对不稳定，生产节拍相对较低。此时在进行工具选型与匹配时，要着重以手动工具为主，动力工具为辅的原则，予以考虑工具的选型与匹配。对于质量要求的拧紧工位，可适当考虑采用可调手动力矩扳手满足校准或复紧不同拧紧点要求，
27、另外由于新车型处于一个试生产和小批量生产阶段，其油漆车身的状态还不是很稳定，所以在工具匹配时，还应考虑车身修复工具的选择，包括各类铣、锉、钻、磨等切削工具的匹配。该阶段生产所需整套工具要全而精，但数量不能过大，否则在转入正常生产后，需要很长的一段时间才能将其消耗掉，占用大量的库存资金。总体匹配时从以下几方面入手：1、 查看目前现有库存各类工具的现状，并形成相应的详细工具清单，对能确保生产正常进行超出安全库存的工具和长期不用的工具，加以重点标识；2、 根据新车型与老车型共线生产各工位所需增补的工具，列出详细工具清单和装配内容，并对所装配的内容与工作量做出不同的区分，对装配内容较多、工作量大工位予
28、以重点标识；3、 结合上述两方面的基本技术参数，对所需增补工具中其装配内容较多、工作量较大的工位所需工具，首先查看库存工具清单中是否存在，若没有，可适当予以增补符合生产装配要求的动力工具，对装配内容较少，工作量不大的工位所需增补工具，同样首先查看库存工具清单中是否存在，若没有，可进行选型增补符合生产装配要求的手动工具；4、 对质量要求较高的拧紧工位可分班组或工段，按拧紧目标力矩范围的要求，匹配和增补相应的可调手动力矩扳手。当然，前提是库存工具清单中是没有同类型、同技术要求的工具。对于为修复车身钣金或油漆的各类锉刀、铣刀、钻头、喷枪、漆罐等工具，要考虑现有车身修复量的大小及今后车身修复工作的轻重
29、，不能盲目增补；5、 对于上述所增补的各装配工位的工具，最终要形成相应的详细清单，表明其用途、规格型号、技术要求等基本技术参数，以便生产转入正常进行后用相应的动力工具将其替代工作的进行。（二）、新车型批量生产阶段新车型由小批量生产向批量生产转变后，其单班产量将有较大幅度的变化，车身状态及各类装配零部件状态，也逐渐趋于稳定，生产节拍将大大加快，且对产品制造的质量要求不断提高。期初各工位为完成生产所增补的手动工具，已经不能满足实际生产的需求，这时将考虑给装配现场匹配适应生产节拍要求的动力工具，将期初的增补的手动装配工具予以替换。该项工作主要从以下几个方面入手：1、 根据期初给各工位增补相应手动工具
30、的清单，了解相应工位的装配内容、工作量大小及重要程度，对装配内容多、工作量大及要求较高的装配点期初所增补的手动工具加以标识；2、 结合现有库存工具清单等详细资料，对上述标识需要替换为动力工具的，首先查看库存工具内是否所需的工具，若没有，可进行相应动力工具的选型匹配与增补，用于替换相应的手动工具。一般而言，单个装配工位的动力工具总数为3-4把，对于零部件装配点少、工作量小且不重要的装配工位，可采用手动工具予以完成相应的装配作业；3、 由于正常批量生产，整车下线量变大、交车速率变快，相应的整车调试工作量将增多，对于被替换下来的手动工具，可充分利用在整车的调试工段，因此整车调试工段所需的各类调试工具的匹配可放在次要位置考虑。二、新车型在新生产线生产的工具选型与匹配与新车型在现有车型生产线共线生产的情况相比，相对而言新车型在新生产线生产的工具选型与匹配的工作要简单的多，不需要考虑现有车型装配工位工具的实际状况，只需考虑现有公司内部各类工具的库存资源，其选型和匹配的方法与上述分析大同小异。
