車身焊裝夾具設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化

黃松

摘 要：夾具是車身設(shè)計(jì)制造中的一個(gè)重點(diǎn)，其直接關(guān)系到汽車設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。本文先對車身焊裝夾具的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行簡要介紹，然后針對實(shí)際設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的情況提出幾點(diǎn)優(yōu)化方法，指出夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化流程，供同行參考。

關(guān)鍵詞：夾具;焊裝;定位銷;氣缸

車身是一種殼體零件。為縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須將車身的設(shè)計(jì)與制造結(jié)合起來，設(shè)計(jì)人員親自進(jìn)行車身制造，制造人員也參與車身的生產(chǎn)制造。車身設(shè)計(jì)一般可以分成功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，而焊裝夾具設(shè)計(jì)則貫穿于這三個(gè)階段的設(shè)計(jì)之中，故而必須重視夾具的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，汽車車身焊裝夾具還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這一定程度上影響了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，不利于夾具生產(chǎn)成本的降低，對此，推動(dòng)夾具的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.車身焊裝夾具設(shè)計(jì)方法

汽車車身焊裝夾具一般由定位板、氣缸、支座和定位銷組成，其工作順序?yàn)槎ㄎ?夾緊-焊接-取出工件。定位板是焊裝工具的核心部分，其他零部件都通過定位板連接定位。定位板上有一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，而如何確定該點(diǎn)所在具體位置，需要根據(jù)該夾具的夾緊力大小、方向、定位銷能否打開來確定。另外，定位板上還有一個(gè)與工件表面接觸的定位頭，它將直接影響到車身的焊接質(zhì)量以及裝配精度。

2.車身焊裝夾具設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化

車身焊裝夾具設(shè)計(jì)與車身產(chǎn)品設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。我們可以將焊裝夾具的設(shè)計(jì)分成這樣四個(gè)步驟：定位方案設(shè)計(jì)——夾緊方案設(shè)計(jì)——輔助元件選擇——夾具空間布置。由于夾具設(shè)計(jì)需要考慮的因素多，經(jīng)驗(yàn)性非常強(qiáng)，故而每一步設(shè)計(jì)都應(yīng)盡量采用實(shí)例進(jìn)行合理推理，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，最終獲得最佳設(shè)計(jì)方案。

2.1 壓臂設(shè)計(jì)的優(yōu)化

如圖1所示，要求夾緊工件的A位置，該工件有一段翻邊B，向右36mm，而夾具的壓臂必須繞開翻邊B，考慮到夾具設(shè)計(jì)中氣缸夾緊力方向以及工件的易取易放，初始設(shè)計(jì)方案如圖1（a）。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，氣缸頭在進(jìn)行垂直向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓臂為繞著F點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿會(huì)繞D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而造成壓頭的運(yùn)動(dòng)軌跡與翻邊B發(fā)生部分的相連，因此對初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)方案中沒有考慮到F點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)定位銷在40°的初始選擇打開階段時(shí)保證F點(diǎn)不動(dòng)，那么就壓頭就可以繞過翻邊B。如圖1（b）所示為修改后的設(shè)計(jì)方案，該方案去除原先的氣缸支架C，使氣缸能進(jìn)行上下、左右運(yùn)動(dòng);在定位板上增加了一個(gè)導(dǎo)向板E，使其引導(dǎo)氣缸頭的運(yùn)動(dòng)，氣缸頭在導(dǎo)向板的圓弧段運(yùn)動(dòng)時(shí)可保證F點(diǎn)不動(dòng)，這時(shí)將壓臂打開40°，之后雖然F點(diǎn)會(huì)隨著D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是壓臂不會(huì)碰到翻邊B。

圖1 壓臂設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2 氣缸設(shè)計(jì)的優(yōu)化

如下圖所示，需要將工件的A、B位置夾緊，但這兩個(gè)位置上方的工件翻邊較長，夾具要想從其上方繞過工件進(jìn)而夾緊A、B位置，難度較大。考慮到工件需要易取易放，需要將C、D設(shè)計(jì)成翻轉(zhuǎn)打開式壓頭，將E設(shè)計(jì)成固定定位頭。由于C、D的方向相反，故而通常采用雙氣缸設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方案不僅夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且成本高。對此，需要對氣缸設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以只采用一個(gè)氣缸，如圖2所示，先通過氣缸頭G的向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)H的水平向左運(yùn)動(dòng)，然后通過連桿F，將H的向左運(yùn)動(dòng)變成打開壓頭C進(jìn)而夾緊。這個(gè)方案結(jié)構(gòu)非常緊湊，雖然運(yùn)動(dòng)起來較為復(fù)雜，但是成本較低，比雙氣缸方案成本低30%左右。

圖2 氣缸設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.3 定位銷設(shè)計(jì)的優(yōu)化

如圖3所示，需要夾緊工件的A位置，用定位銷B定位工件上的基準(zhǔn)孔C，由于定位銷與基準(zhǔn)孔的設(shè)計(jì)精度要求非常高，故而若先旋轉(zhuǎn)定位銷使其離開基準(zhǔn)孔，則旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D必須位于基準(zhǔn)孔C的延長線上。在這里，常規(guī)設(shè)計(jì)方法會(huì)大大加長壓臂，不利于節(jié)省材料，也不便采用小型氣缸。而且，此時(shí)將旋轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)計(jì)在任何一個(gè)位置都不太合適。為解決這一問題，決定采用如圖3（a）所示的方案。在這個(gè)優(yōu)化方案中，D、F為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，G、H為壓臂，他們之間用彈簧連接起來。當(dāng)氣缸壓緊時(shí)，兩個(gè)壓臂G、H貼合到一起，這樣能保證壓頭E具有足夠的壓緊力和位置精度;當(dāng)氣缸打開時(shí)，壓臂F在彈簧的作用下被拉起來。在這個(gè)設(shè)計(jì)方案中，雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是壓臂短，且可以使用小氣缸，整體效果優(yōu)良。當(dāng)氣缸頭向下運(yùn)動(dòng)15mm時(shí)，壓臂F不會(huì)與工件接觸，當(dāng)氣缸頭向下運(yùn)動(dòng)50mm時(shí)，夾具處于打開狀態(tài)，機(jī)械手可以順利取件。

圖3 定位銷優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.結(jié)束語

汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，我國的夾具設(shè)計(jì)制造還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，與發(fā)達(dá)國家還存在較大差距。隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，夾具將走向標(biāo)準(zhǔn)化、精密化道路，推動(dòng)我國汽車行業(yè)的發(fā)展，大大提高夾具的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，降低生產(chǎn)成本，為汽車制造做貢獻(xiàn)。

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