汪紅 張惠立 李福貴 張正舉
摘 要:新車型研發(fā)的樣車階段,白車身焊接定位過程中,每個(gè)新車型的車身前、后大梁焊合件定位孔的直徑一致,但基于各個(gè)車型定位孔的坐標(biāo)一般不相同,以前在設(shè)計(jì)軟工裝定位單元時(shí),對(duì)應(yīng)不同車型需要設(shè)計(jì)不同的定位夾具。該設(shè)計(jì)滿足了在不同車型白車身焊接過程中,可以柔性使用同一套定位單元實(shí)現(xiàn)不同車型大梁在下車體和總拼焊接過程中的定位夾緊。對(duì)樣車試制階段在成本、質(zhì)量、時(shí)間等方面的控制得到了提升。
關(guān)鍵詞:樣車試制;白車身焊接定位;機(jī)械可調(diào)式;柔性三維定位單元
1 背景
在新車型樣車試制過程中,定位夾緊車身大梁焊接的定位單元夾具一般不能重復(fù)利用,因?yàn)樵诿總€(gè)車型中存在X向、Y向、Z向位置的變化。在正式工裝線或樣車試制軟工裝線中已有存在NC柔性三維定位單元機(jī)構(gòu),此類機(jī)構(gòu)通過數(shù)控程序可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的位移移動(dòng),但是,在樣車試制階段使用該機(jī)構(gòu)成本高,占用空間大。
為提升軟工裝夾具在各個(gè)新車型白車身焊接定位過程中的柔性,減少夾具制作成本,提高裝夾效率和質(zhì)量,現(xiàn)設(shè)計(jì)一種機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元夾具,實(shí)現(xiàn)軟工裝定位單元夾具的模塊化通用性,如圖1所示。
2 車身前、后大梁定位及現(xiàn)狀分析
2.1 車身前、后大梁定位策略
本公司的新車型在PPO焊接過程中,零件一般以總成焊合件方式運(yùn)送到焊接現(xiàn)場(chǎng),通過下車體、側(cè)圍、總拼工位拼焊成白車身。前大梁也是以焊合件總成形式進(jìn)廠焊接。對(duì)于后大梁,后大梁與后地板焊合在一起,以后部下車體焊合件形式進(jìn)廠,定位策略方式與前大梁類似。
2.2 車身前、后大梁傳統(tǒng)定位單元夾具方式
車身前、后大梁傳統(tǒng)定位單元,通過每個(gè)車型的定位策略進(jìn)行設(shè)計(jì),每套定位單元對(duì)應(yīng)匹配于各個(gè)車型,由于每個(gè)車型結(jié)構(gòu)、尺寸不一致,各個(gè)定位點(diǎn)的汽車坐標(biāo)位置也不一樣,所以不能實(shí)現(xiàn)柔性。
3 車身前、后大梁定位單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)
為提升軟工裝夾具的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化,現(xiàn)設(shè)計(jì)了一種機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)在下車體和總拼焊接的柔性使用。
3.1 機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元的裝配結(jié)構(gòu)
如圖1所示是前、后大梁優(yōu)化設(shè)計(jì)定位單元夾具的裝配結(jié)構(gòu)示意圖,該定位單元主要由1-X向滑移組件、2-Y向滑移組件、3-支撐柱、4-Z向滑移組件、5-勾銷組件、6-頂出機(jī)構(gòu)、7-夾緊機(jī)構(gòu)、8-連接板裝配組成。
X向滑移組件(1)與Y向滑移組件(2)通過螺栓連接重疊固定,Y向滑移組件底板固定在X向?qū)к壗M件上,實(shí)現(xiàn)位移一致性;支撐柱(3)連接到Y(jié)向?qū)к壗M件(2)上;Z向滑移組件(4)固定在支撐柱(3)垂直面,增加支基或過渡板,可以避免Z向滑移組件(4)與Y向滑移組件(2)發(fā)生干涉;連接板(8)與Z向滑移組件(4)裝配連接;勾銷組件(5)與頂出機(jī)構(gòu)(6)沿X向布局在連接板(8)上;夾緊機(jī)構(gòu)(7)沿Y向固定在連接板(8)上。
3.2 機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元的工作原理
定位單元各組件裝配完成后,作為一個(gè)整體,通過X向滑移組件底板固定在基礎(chǔ)拼臺(tái)設(shè)計(jì)位置。
工作原理:通過移動(dòng)X向滑移組件(1),實(shí)現(xiàn)X方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合;移動(dòng)Y向滑移組件(2),實(shí)現(xiàn)Y方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合;移動(dòng)Z向滑移組件(4),實(shí)現(xiàn)Z方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合。X、Y、Z三個(gè)方向通過三坐標(biāo)測(cè)量移動(dòng)到設(shè)計(jì)位置后,勾銷組件、頂出機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)也移動(dòng)到定位單元理論開夾狀態(tài)。拿取大梁焊合件放到拼臺(tái)大梁定位單元勾銷里,關(guān)夾時(shí),開啟勾銷組件(5)的氣動(dòng)開關(guān),使勾銷處于工作狀態(tài),夾緊大梁,實(shí)現(xiàn)Z方向零件夾緊;操作夾緊機(jī)構(gòu)(7),手動(dòng)(軟工裝)夾緊大梁焊合件的Y方向。零件焊完后,開夾時(shí),打開夾緊機(jī)構(gòu)(7),打開勾銷組件(5),開啟頂出機(jī)構(gòu)(6)的氣動(dòng)開關(guān),頂起零件總成脫離勾銷,方便整個(gè)焊接總成的起吊。
3.3 機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元的各組件結(jié)構(gòu)分析
3.3.1 X、Y、Z向滑移組件
如圖2所示是X向滑移組件結(jié)構(gòu)示意圖,Y、Z向滑移組件結(jié)構(gòu)類似?,F(xiàn)就以X向滑移組件作結(jié)構(gòu)分析說明。
(1)組成:X向滑移組件由11-X向底板、12-限位塊、13-螺桿、14-導(dǎo)軌、15-螺桿導(dǎo)套組成。
(2)工作原理:在X向滑移組件(1)上,通過導(dǎo)軌(14)滑移塊滑移到理論設(shè)計(jì)位置,然后借助內(nèi)六角扳手扭動(dòng)螺桿(13)扭緊。螺桿(13)裝配在限位塊(12)里,起到支撐固定作用,也避免導(dǎo)軌滑移脫落,螺桿導(dǎo)套(15)保證螺桿各向位移的一致性。Y向滑移組件(2)與Z向滑移組件(4)的位移調(diào)節(jié)方式類似。
(3)各結(jié)構(gòu)分析
X向底板:底板上等距布局10個(gè)100×10012銷孔,可以保證在基礎(chǔ)拼臺(tái)上任意位置實(shí)現(xiàn)2銷3螺釘固定連接。
限位塊:固定在X向底板的2端,加工一個(gè)20的過孔裝配螺桿,對(duì)螺桿起支撐固定作用。
導(dǎo)軌:沿X向布局固定在底板上,導(dǎo)軌滑塊連接在Y向滑移組件的底板中間,相向錯(cuò)位布置螺桿,實(shí)現(xiàn)±100mm值調(diào)整。
螺桿:2根螺桿加工M12的螺紋,固定在限位塊上,起到對(duì)導(dǎo)軌滑移位移的固定。
導(dǎo)套:固定在Y向滑移組件底板上,起到引導(dǎo)固定作用。
3.3.2 支撐柱
支撐柱通過過渡板固定在Y向滑移組件上,通過增高或縮短尺寸來滿足Z向滑移組件能保證±100mm值調(diào)整,支撐柱一般按50的倍數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。
3.3.3 勾銷組件
勾銷組件直接選用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件,便于采購(gòu)。
3.3.4 夾緊機(jī)構(gòu)
此機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與軟工裝其它定位單元的夾緊方式一致,在這里是為實(shí)現(xiàn)Y向的夾緊。
3.3.5 頂出機(jī)構(gòu)
如圖3所示是頂出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖,現(xiàn)就頂出機(jī)構(gòu)作如下分析
(1)組成:頂出機(jī)構(gòu)由61-L連接板、62-抗扭氣缸、63-頂撐基座、64-頂撐塊組成。
(2)工作原理:先確保勾銷處于打開狀態(tài),再開啟頂出氣缸開關(guān),頂撐塊跟隨頂撐基座一同上升,頂起焊接總成,脫離勾銷,確保了總成的順利起吊。
(3)結(jié)構(gòu)分析:
L連接板:設(shè)計(jì)為L(zhǎng)型,方便與氣缸連接后固定在連接板(8)上。
抗扭氣缸:選用扁平抗扭氣缸,保證了頂出過程的平順進(jìn)行。
頂撐基座:與氣缸連接,隨氣缸一起運(yùn)動(dòng),基座上再用螺栓固定頂撐塊,便于裝拆。
頂撐塊:采用尼龍加工,型面匹配產(chǎn)品頂出位置,留有5mm間隙,避免與勾銷定位面干涉。不同車型的型面不一致,需要匹配車型加工更換。
4 機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元的應(yīng)用
經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后,前、后大梁的定位單元夾具可以重復(fù)利用在不同車型或同一車型的不同階段。每個(gè)車型在下車體焊接時(shí),前、后大梁焊合件定位時(shí)共需8個(gè)定位孔,也就是說,在下車體可以用8套這種機(jī)械可調(diào)式柔性三維定位單元進(jìn)行定位夾緊。以后其它車型可以不需再設(shè)計(jì)這8套夾具(除個(gè)別構(gòu)件需重新加工外);總拼下車體定位同理。對(duì)定位大梁夾具優(yōu)化后,可以實(shí)現(xiàn)總計(jì)14套定位單元的柔性?,F(xiàn)場(chǎng)使用情況如圖4所示。
5 總結(jié)
對(duì)大梁定位單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在三方面:
1.增加了X、Y、Z三向滑移組件。各組件機(jī)構(gòu)可以三維各向獨(dú)自直接進(jìn)行機(jī)械移動(dòng)調(diào)整,不存在干涉??梢詫?shí)現(xiàn)±100mm移動(dòng)。
2.增加勾銷組件。在軟工裝夾具上加氣動(dòng)構(gòu)件,使用勾銷定位夾緊大梁,提升了大梁的定位夾緊精度。
3.增加頂出機(jī)構(gòu)。車身在焊接完成后,在起吊總成時(shí)常會(huì)出現(xiàn)定位孔與定位銷刮擦情況,這可能會(huì)引起總成變形,也不方便吊起。布局4個(gè)頂出機(jī)構(gòu)在4套定位單元上,頂撐塊作用于前、后大梁上,把大梁頂出勾銷,再進(jìn)行起吊總成操作,避免了焊接總成與定位銷的碰撞。
該三維定位單元不但結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小;還可以三向可調(diào),能實(shí)現(xiàn)位移大范圍調(diào)整,而且精度高;使用氣動(dòng)裝置提升了裝夾效率、焊接精度;而且此種定位單元可以柔性在不同的車型上,實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用,節(jié)約成本。軟工裝定位單元后續(xù)還有很多可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)軟工裝夾具的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。
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