夾具翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

石猛 梅新朋

摘 要：本文主要通過CAD模擬和幾何計算的方式分析夾具設(shè)計過程中翻轉(zhuǎn)定位銷與板件干涉的原因，指導，規(guī)范夾具設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞：試制夾具翻轉(zhuǎn)機構(gòu)；定位銷；鈑金干涉

中圖分類號： U46 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-156-2

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車已經(jīng)進入千家萬戶，人們的眼光越來越挑剔，人們對汽車的外觀質(zhì)量及乘坐舒適性的要求也越來越嚴格。由于車身焊接精度直接影響著整車的外觀質(zhì)量及零件的裝配性能，因而車身焊接精度成為評定汽車產(chǎn)品品質(zhì)的一個重要因素。

汽車白車身焊接精度主要靠夾具進行保證，在試制階段使用的試制焊裝夾具為適應(yīng)試制階段車身精度的需要，同時為降低成本，在設(shè)計時會減少夾具數(shù)量，增加夾具復(fù)雜性，故很多制件需要用翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進行定位，因而對夾具的設(shè)計也提出了更高的要求。

如果設(shè)計不合理會造成帶定位銷的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)在開閉時，定位銷與鈑金件發(fā)生干涉的現(xiàn)象，如圖1所示。

1 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)運動軌跡分析

在CAD中對工裝翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上的定位銷進行運動軌跡模擬。如圖2所示（位置1、2、3分別代表在不同位置的旋轉(zhuǎn)軸）。當快卡的旋轉(zhuǎn)軸到定位銷的距離一定時，快卡的旋轉(zhuǎn)軸與圖3中定位銷A—A截面的延伸面越接近時，產(chǎn)生干涉的可能性越小。

通過在CAD中對定位銷與鈑金件的相對運動過程進行模擬，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生干涉的臨界點為下面兩種情況（如圖4所示）：①定位銷的F點與鈑金件的E點產(chǎn)生干涉；②定位銷的B點與鈑金件的C點產(chǎn)生干涉。

2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)干涉原因分析

將快卡旋轉(zhuǎn)軸與定位銷的A—A截面延伸面重合，通過改變快卡旋轉(zhuǎn)軸到定位銷的距離，發(fā)現(xiàn)當旋轉(zhuǎn)軸到定位銷中心線的距離小到一定程度后，會發(fā)生第①種干涉情況，即定位銷的F點與鈑金件的E點干涉，當旋轉(zhuǎn)軸到定位銷中心線的距離越大時，干涉的可能性越小。

當F點與E點產(chǎn)生臨界干涉條件時，確定定位銷中心線與旋轉(zhuǎn)軸的最小距離（最小轉(zhuǎn)動半徑）：

連接E、F兩點，做EF連接線的中垂線HI，與定位銷A-A截面交于一點H，以交點為圓心，做通過E、F兩點的圓，圖4所示。該圓的半徑與定位銷的半徑相加，即為定位銷的最小轉(zhuǎn)動半徑。

由于帶有定位的壓緊結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)軸到定位銷中心線的距離均在200mm以上，遠大于表1中得出的最小轉(zhuǎn)動半徑的要求。故當旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計在定位銷A-A截面的延伸面上時，定位銷與鈑金件之間不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，因此干涉的發(fā)生只能是第②種“定位銷的B點與鈑金件的C點產(chǎn)生干涉”。

現(xiàn)假設(shè)旋轉(zhuǎn)軸到定位銷中心線的距離為d（圖5所示），在產(chǎn)生臨界干涉的情況下，確定旋轉(zhuǎn)軸相對于定位銷A-A截面上下偏移量（以定位銷為BZX-10-4為例）。

①旋轉(zhuǎn)軸向上偏移，如圖5，可以看出圖6中的A點是產(chǎn)生干涉的臨界點。

連結(jié)AB，做AB連接線的中垂線，定位銷運動軌跡的圓心在AB連線的中垂線上。將定位銷的中心線偏移d，與AB連接線的中垂線相交于一點N，該點即為定位銷運動軌跡的圓心。計算定位銷旋轉(zhuǎn)軸的上偏移量NK：（LA=0.05mm，LB為定位銷的定位長度4mm，M為AB的中點，設(shè)定位銷半徑為r，α為旋轉(zhuǎn)軸上偏時NM與MK的角度）

② 旋轉(zhuǎn)軸向下偏移，如圖7，可以看出圖8中的C點是產(chǎn)生干涉的臨界點。

連結(jié)CD，做CD連接線的中垂線，定位銷運動軌跡的圓心在CD連線的中垂線上。將定位銷的中心線偏移d，與CD連接線的中垂線相交于一點H，該點即為定位銷運動軌跡的圓心。計算定位銷旋轉(zhuǎn)軸的下偏移量HI：（CE=0.05mm，ED為定位銷的定位長度4mm，F(xiàn)為CD的中點，設(shè)定位銷半徑為r，β為旋轉(zhuǎn)軸下偏時HF與IF的角度）

即當定位銷的定位長度一定時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸到定位銷中心線的距離不同，定位銷的旋轉(zhuǎn)中心偏移位置的連線形成一條直線，這條直線與定位銷的A-A截面的延伸面存在一定的角度（偏移角），該角度只與鈑金件與定位銷之間的單邊間隙和定位銷的定位長度有關(guān)，且旋轉(zhuǎn)軸上偏所形成的角度（上偏角）和旋轉(zhuǎn)軸下偏所形成的角度（下偏角）相等。當旋轉(zhuǎn)軸的圓心在上偏角與下偏角之間時，不會產(chǎn)生干涉，圖9中陰影部分所示。

③通過以上計算得出影響翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中定位銷與鈑金件干涉的原因。由于各汽車廠在設(shè)計夾具時，夾具定位銷與鈑金件定位孔之間的間隙均為定值，故翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中影響定位銷與鈑金件干涉的原因為定位銷的定位長度。

偏移角與定位銷的定位長度存在如下關(guān)系：定位銷的定位長度越長，偏移角越小，越容易產(chǎn)生干涉；定位銷的定位長度越短，偏移角越大，越不容易產(chǎn)生干涉。

其中，R為鈑金件上定位孔的半徑，r為定位銷的定位半徑，L為定位銷的定位長度。

3 總結(jié)

通過CAD模擬和幾何計算相結(jié)合的方式，確定了造成夾具翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中定位銷與鈑金件干涉的原因，并通過理論與計算相結(jié)合的方式得出設(shè)計參考數(shù)據(jù)，提高夾具設(shè)計的合理性。

另一方面希望通過此篇文章，傳播利用CAD模型解決相關(guān)實際問題的理念。