基于CATIA的汽車水箱焊裝夾具的設(shè)計(jì)

夏云

摘要： 中國(guó)的汽車制造業(yè)從無(wú)到有發(fā)展至今，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，由于汽車水箱外觀的復(fù)雜性和高低不一，對(duì)于水箱的焊裝夾具提出了更加嚴(yán)格的要求，。在焊裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)，組成水箱的零件大多結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，數(shù)量又相對(duì)較多，這就暴露了國(guó)內(nèi)技術(shù)的不足之處，使得在具體操作過(guò)程當(dāng)中非常復(fù)雜，工作量也比較大，周期也比較長(zhǎng)，存在一系列弊端。而在數(shù)字化不斷進(jìn)步的當(dāng)下，在進(jìn)行汽車制造行業(yè)發(fā)展的時(shí)候，可以利用相對(duì)應(yīng)的知識(shí)來(lái)建立一個(gè)零部件庫(kù)，這樣可以提高整體的工作效率，對(duì)于車型的研發(fā)也非常具有幫助。

關(guān)鍵詞： 汽車水箱;焊裝夾具;工作效率

本文所研究的內(nèi)容是對(duì)于一套專用夾具的設(shè)計(jì)，從焊裝夾具的組成、設(shè)計(jì)步驟、總體方案設(shè)計(jì)、仿真干涉檢查等方面作設(shè)計(jì)說(shuō)明。

汽車焊裝夾具的組成

夾具基板、夾緊機(jī)構(gòu)、定位裝置還有輔助系統(tǒng)，這四部分構(gòu)成了汽車的焊裝夾具。

夾具底板

夾具底板是汽車焊裝夾具中最基本的原件，它的精度決定了定位機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確度。因此，要實(shí)時(shí)考察夾具底板是否平整，有無(wú)粗糙面。

在夾具基板設(shè)計(jì)之初，要考慮到焊裝夾具的測(cè)量也是在夾具基板上進(jìn)行的，所以需要留有一定的空間來(lái)放置測(cè)量裝置的各類零部件。

定位裝置

定位裝置是由固定銷、插銷、移動(dòng)銷等五類工件所構(gòu)成的零部件組成的。定位元件必須要有非常強(qiáng)的剛性和硬度，不然頻繁使用汽車焊裝夾具會(huì)造成元件的磨損，為了可以及時(shí)快速修復(fù)定位元件，對(duì)夾具提出了柔性的要求，要盡量使主要定位元件是可以替換的。

夾緊機(jī)構(gòu)

焊裝夾具中的夾緊機(jī)構(gòu)分成快速夾緊機(jī)構(gòu)與氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)兩種類別，這兩種夾緊機(jī)構(gòu)各有自己的特點(diǎn)?？焖偌泳o機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是它的動(dòng)作很迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它的快速反應(yīng)非常符合生產(chǎn)量大時(shí)的要求;而快速夾緊裝置一般不是一個(gè)獨(dú)立的整體，是由幾個(gè)串聯(lián)或是并聯(lián)在一起進(jìn)行使用，這樣能夠達(dá)到同步的目的[13]。有一些對(duì)于精度要求比較低的焊接件里面，定位和夾緊是能夠同步實(shí)現(xiàn)，這樣就可以不再需要專門的定位元件，后期也可以轉(zhuǎn)換成一些其他的機(jī)構(gòu)用于其他的應(yīng)用，就使得使用的范圍被進(jìn)一步擴(kuò)大，通過(guò)墊片的方式來(lái)調(diào)節(jié)壓塊，能夠保證整個(gè)工件更加完整。焊點(diǎn)和焊點(diǎn)之間的配合，可以使每一個(gè)焊點(diǎn)都落實(shí)到位，沒(méi)有虛焊的現(xiàn)象產(chǎn)生，會(huì)提高焊接的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)的結(jié)合混用。

輔助機(jī)構(gòu)

輔助機(jī)構(gòu)是焊裝夾具不能忽略的一個(gè)重要部分，它在焊裝夾具中發(fā)揮了自己的獨(dú)特的作用。目前常見的幾種輔助機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、反作用焊接機(jī)構(gòu)以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這三種。在夾具基板的布置中，應(yīng)該要放置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作用之下，夾具就能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度的旋轉(zhuǎn)，這樣就不必布置很多的焊機(jī)，減少焊機(jī)的使用量。當(dāng)遇到一些特殊情況時(shí)，只需移動(dòng)焊點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)焊接工作，既能夠保證整體的工作質(zhì)量又非常的便捷。此外為了能夠保證整個(gè)工件處于穩(wěn)定的狀態(tài)，必須要設(shè)置止動(dòng)裝置。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行整體操作過(guò)程當(dāng)中，做成翻轉(zhuǎn)的樣子，使夾具的翻轉(zhuǎn)和焊件的方向配合，讓工人可以保持在水平的位置進(jìn)行焊接工作，這樣就降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)就要求配置一個(gè)防動(dòng)的裝備，預(yù)防夾具會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)元件。

汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)步驟

汽車水箱的焊接是一個(gè)非常復(fù)雜過(guò)程，一般涉及三個(gè)領(lǐng)域，分別是電氣控制，氣動(dòng)技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而具體的設(shè)計(jì)步驟如下：

在設(shè)計(jì)之前首先要了解各個(gè)部分的東西，了解各類知識(shí)，包括結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的形勢(shì)，對(duì)于生產(chǎn)工藝的要求，還可以參照其他國(guó)家的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。

根據(jù)它焊接的要求來(lái)確定它的方式以及定位基準(zhǔn)，此外還要根據(jù)相關(guān)理論來(lái)確定基準(zhǔn)點(diǎn)，只有這樣才能保證基準(zhǔn)點(diǎn)分布的位置比較合適，也能夠更好確定夾緊的位置以及定位點(diǎn)，并制定合適的方案。

先將設(shè)計(jì)出來(lái)的元件統(tǒng)稱為非標(biāo)準(zhǔn)部件結(jié)構(gòu)，然后從中選擇可以作為標(biāo)準(zhǔn)部件的元件，進(jìn)一步完成夾具的總設(shè)計(jì)。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)的仿真運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)焊裝夾具進(jìn)行測(cè)評(píng)，不斷對(duì)設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行分析，提出改進(jìn)的方案。如果發(fā)現(xiàn)存在不合理的地方，就要及時(shí)的進(jìn)行改進(jìn)，直到它能夠和整體的結(jié)構(gòu)相符合，符合整體設(shè)計(jì)要求。

水箱分總成焊接夾具的總體方案設(shè)計(jì)

夾具體方式的選擇與設(shè)計(jì)

根據(jù)前述夾具體的選擇方法以及常用的夾具體的方式有如下2種，結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示。

考慮到該組件沒(méi)有特殊焊接位置要求的分裝夾具和有自動(dòng)輸送裝置的全自動(dòng)或半自動(dòng)生成線上的夾具，故該組件采用常用的固定式夾具體，根據(jù)水箱焊接組件的大小與形狀，以及焊接場(chǎng)所的現(xiàn)有條件，繪制了夾具的底板，該底板長(zhǎng)度20000mm，寬760mm，厚為30mm，如圖3所示。

在夾具底板的基礎(chǔ)上，通過(guò)基本平面尺寸大小確定底板厚度，再考慮焊接工人的高度與人體工程學(xué)，并且結(jié)合夾具體的安裝距離，將夾具體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為長(zhǎng)2000mm，高度為760mm，寬度為70mm。這種情況下，假如焊接工人為175cm左右的高度，身體機(jī)能處于工作情況，操作者的手部距離工作臺(tái)的高度差不多齊平，那樣方便工人裝件和取件，其三維圖如下圖4所示。

確定裝焊方案

從焊接件產(chǎn)品圖中看出，該組件采用一次裝夾即可把所有的零件焊到位，不需要分焊。首先把水箱兩側(cè)連接板放入焊接夾具定位銷內(nèi)，然后把兩側(cè)加強(qiáng)筋支架放入夾具內(nèi)，壓緊兩側(cè)邊的手動(dòng)夾鉗。將水箱外殼插入腰形孔中，臺(tái)階銷插入水箱外殼相應(yīng)的孔中，按住氣缸的開關(guān)。氣缸壓緊到位即可施焊。由于該組件的焊點(diǎn)分布在左右兩側(cè)，故焊接順序可以按操作者方便焊接的順序來(lái)定。初步擬定為為先焊右側(cè)U型支架的兩處角焊縫（圖5a）→水箱外殼與左側(cè)加強(qiáng)筋支架焊點(diǎn)5x（圖5b）→水箱右側(cè)連接板與右側(cè)加強(qiáng)筋支架焊點(diǎn)1x（圖5c）水箱外殼與左側(cè)加強(qiáng)筋支架焊點(diǎn)5x→（圖5d）水箱左側(cè)連接板與左側(cè)加強(qiáng)筋支架焊點(diǎn)1x。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，該裝焊夾具采用固定式夾具體，在夾具體上安裝有立柱、定位塊、輔助支撐塊、在立柱上安裝有氣缸、連接塊、限位器、定位銷等構(gòu)成。

干涉檢查

為了保證焊裝夾具設(shè)計(jì)的可靠性，在設(shè)計(jì)結(jié)束后，使用CATIA自帶的運(yùn)動(dòng)分析模塊（DMU）對(duì)焊裝夾具部件進(jìn)行仿真和干涉檢查，如果部件之間發(fā)生干涉，重新調(diào)整或者設(shè)計(jì)這些基本元件。

裝配夾具體

各零部件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行建模，完成夾具體的整體裝配，如圖6。

建立焊槍模型

如圖7所示。當(dāng)焊槍焊接時(shí)，焊槍應(yīng)垂直于焊件表面。同時(shí)，焊槍應(yīng)該不受到其他結(jié)構(gòu)件的影響。從人體工程學(xué)角度看，作業(yè)者的手應(yīng)該與操作臺(tái)齊平，這樣的工作高度使工人感到最舒適。該焊槍為C型焊槍，其工作有效行程為20mm，最大開啟行程為100mm，臂間距為210mm，焊槍圓轉(zhuǎn)臺(tái)的直徑為300mm，焊槍可用于圓轉(zhuǎn)臺(tái)。

運(yùn)動(dòng)仿真

在夾具設(shè)計(jì)中，利用CATIA的運(yùn)動(dòng)分析模塊（DMU）對(duì)焊接夾具運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行仿真，通過(guò)定義構(gòu)件之間的連接、運(yùn)動(dòng)關(guān)系、動(dòng)力源，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬仿真。工位上有14個(gè)焊點(diǎn)，對(duì)應(yīng)相對(duì)的焊槍，如圖8。

總結(jié)

本章內(nèi)容中，具體的提出了什么是汽車焊裝夾具，如何設(shè)計(jì)一套合理可行的汽車焊裝夾具，為汽車焊裝夾具的定位提供了一個(gè)基準(zhǔn)以及評(píng)價(jià)夾具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。為了設(shè)計(jì)的便利行，通過(guò)汽車焊裝夾具專用軟件CATIA設(shè)計(jì)了夾具的單元，進(jìn)行了裝配，并運(yùn)用CATIA自帶的運(yùn)動(dòng)分析模塊（DMU）對(duì)焊裝夾具部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)關(guān)系仿真和干涉檢查。

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