汽车焊装夹具

汽车焊装夹具（精选8篇）

汽车焊装夹具 篇1

摘要：本文在焊装夹具设计的一般方法的基础上, 分析介绍了夹具设计所必需满足的几个基本要求, 如零件定位准确, 易于焊接以及满足生产规划等, 并对夹具设计中的关键因素之一的定位元素进行了分析和介绍。

关键词：焊装,夹具设计,生产规划,定位元素

汽车工装夹具是伴随着汽车行业的兴起而迅猛发展的一个新兴行业。汽车的焊装夹具是整车四大工艺之一焊装工艺中的重要装备, 焊装夹具的设计水平直接关系到白车身总成的焊接质量和生产节拍。另外据统计, 在汽车焊接流水线上, 真正用于焊接操作的工作量仅占30%~40%, 而60%~70%为工件的上件夹紧工作。合理的设计焊装夹具是保证焊接质量、提高劳动生产率、减轻工人劳动强度、降低车身制造成本的根本途径。因此, 提高焊装夹具的设计质量, 缩短设计周期, 降低设计成本, 对新车型的开发、提高流水线生产节拍都具有非常重要的意义。

1 白车身焊装夹具设计一般方法

分析汽车焊装工艺特点:

汽车车身的组成零件主要由外覆盖件、内覆盖件和白车身整体骨架件组成。一般来说, 覆盖件钣金厚度在0.8~1.2mm以内, 车身骨架件一般由1.2~2.5mm的钢板材料制作而成, 它们大多为薄板件, 从焊装夹具设计的角度来看, 可以归纳出如下特点:

(1) 钣金件结构相对复杂, 三维设计有一定难度。

汽车白车身大部分是由薄板冲压件经过焊装, 最终形成的空间壳体, 为了达到车身造型美观的效果, 同时又保证壳体具有符合要求的刚度, 白车身零件大多采用拉延成型工艺, 其空间结构比较复杂。

(2) 钣金件刚度小, 容易变形

虽然钣金件在前期设计的时候考虑过保证一定的刚度, 但它相对机加工件来说刚度受它的板材厚度, 结构形状影响, 相对就比较小。另外, 单个的白车身件因为刚性较差, 在转移, 拿取, 运输等方面很容易变形, 只有经过焊装总成后, 整体刚度才会提高。所以总的来说, 钣金件比较容易变形。

(3) 以空间三维坐标标注尺寸

汽车车身产品图以空间三维坐标来标注尺寸, 为了表示覆盖件在汽车上的位置和便于标注尺寸, 我国的汽车车身一般每隔200mm或400mm划一坐标网线 (也简称车线) , 3个坐标的基准是:前后方向 (x向) ——以汽车前轮中心为0, 往前为负值, 向后为正值;左右方向 (y向) ——以汽车对称中心为原点, 面向车行驶方向, 向右为正, 向左为负;上下方向 (Z向) ——以纵梁上平面为0, 往上为正值, 往下为负值。车线图及整车参考方向简图如图1, 图2所示。

1.2 分析焊接方法

汽车白车身焊接中主要使用电阻焊和CO2保护焊, 针对具体的零件选择合适的焊接方法。

1.3 选择定位基准

分析车身数据, 根据数据中的相关基准孔, 定位夹紧信息, 确定所要设计的焊装夹具相关信息, 确保夹具的设计基准与零件的设计基准一致, 便于后续的检验及分析改进。

1.4 夹具结构方案选择

这一部分主要包括定位方案选择, 确定辅助支撑方式, 夹紧方案选择, 其他部分结构形式的选择, 以及结构经济性分析。

1.5 具体的夹具结构设计

在确定了基准以后, 根据零件的焊接方法, 及零件结构特点选择合适的夹具结构, 并对主要夹具零件加以设计。

2 焊接夹具设计必需满足的要求

2.1 夹具设计要满足定位和焊接的要求

对于焊接夹具的设计, 首先必需满足对零件定位的要求保证良好的焊接质量。因而在设计的时候, 就必需严格按照主机厂提供的数模及定位夹紧信息 (RPS) 去设计。其次要满足焊接的要求。汽车白车身是经过焊接, 将各单件, 总成通过焊装后而形成。所以满足焊接要求是夹具设计比较重要的要求。要达到这一要求也即是必需考虑焊接操作高度, 焊钳的通过性以及操作者位置等因素的要求。焊接操作高度是指工人站立位置到焊枪操作把手的高度。考虑到操作者高度会有不同, 我们一般取操作者身高为175cm, 焊钳立放的操作在200-1500mm范围内。焊钳通过性主要是指焊钳不能和夹具干涉, 各压紧块要避开焊钳;操作者的位置主要取决于焊枪的分布, 一般来说, 我们会根据零件结构和RPS信息来设置操作位置实现焊接, 在最利于焊接操作的位置设置操作者位置;当一个零件需要实现两侧焊接时, 我们有必要将夹具改为旋转结构, 这样就便于操作者更快更方便地焊接。满足焊接必需考虑防止零部件错放问题。具体的如图3后围板, 及图4后围板在夹具上的夹紧状态示意图。

如图4所示, 针对实际工作中遇见的某车型的后围板焊接夹具, 后保险杠安装支架其左右两件在夹具上的定位孔位置及大小完全一致, 而上件的左右两件区别较小, 这就造成工人操作上可能产生误操作, 将两件放错, 在量产的时候放错将造成后围板大量报废或是返修, 经济损失较大, 针对这一夹具问题, 我们判定夹具结构必须加以改进, 在右件定位孔附近增加防错结构, 让零件在放错的情况下无法夹紧, 作为一种被动保护, 从而保证焊接工作的正确进行。

2.2 夹具设计要满足汽车生产的规划要求

夹具的设计要满足汽车生产的规划要求。生产的节拍, 焊点的分配, 车身各零部件的焊接工艺流程, 夹具在生产车间的位置分布, 这些对生产规划来说都比较重要。因为我们设计的夹具是为了最终的汽车生产而设计的, 无论是试制还是量产, 它都必需满足生产规划的要求。当夹具设计与规划的中的一些因素有冲突的时候, 我们要能够及时地同他们部门沟通, 在条件允许的情况下, 各自做出适当的更改以满足夹具设计和生产规划的要求, 从而最终将工作干好。

3 夹具设计的定位元素

3.1 定位销

定位销是用于零部件定位的重要元素。在设计车身零件的焊接夹具时, 通常我们会设计一组由一个圆形定位销和菱形销组成的定位销组来进行定位, 保证在焊接过程中零件定位的精度, 和放取件的方便性。定位销我们根据使用形式可分为固定销, 伸缩销, 和摆动销。我们将使用方式为固定安装的销称为固定销。因为固定销易于安装, 并且制造加工比较方便所以在夹具设计时常常会使用到。但它的数量也不能太多。因为我们知道, 零部件都是通过销孔和定位销的销体接触, 形成定位。当一个零部件上的固定销太多时, 虽然在短期内易于保证精度, 但是由于定位销太多, 钣金件加工质量一致性难于保证, 而设计时设计的定位孔和销的公差范围比较小, 造成工人焊接上件, 和焊接完取件不方便, 经过多次的拿取操作后会造成定位销的磨损, 定位销的刚度也会受一定影响, 从而影响定位精度。因此, 我们设计的时候, 一套夹具的固定销数量一般不超过两个。伸缩销和摆动销也是用的比较多的一种定位销。当一套夹具需要多个定位销时, 而固定销的数量又受到限制, 我们就考虑设计时增加伸缩销或者摆动销。当然, 改变销的结构形式也需考虑零件的结构, 和预留的操作空间, 不能与零件有干涉。当定位销由于受到零件结构限制而不是水平的, 而是带有一定角度或者垂直于BASE板, 考虑到取放件的便易性, 我们也应将定位销设计成摆动或伸缩的。

3.2 定位块及压块

定位块和压块在夹具设计中也用的比较多, 他们分别起定位和压紧作用。定位块主要用于对面的定位, 它能保证一些重要的型面和功能面的尺寸。在设计的时候, 我们要根据工艺上要求的RPS并结合自己的经验来设计定位块的结构形式进行定位块的设计。压块主要是用于保证零件的压紧。它的设计主要考虑因素是能不能在保证压紧零件的同时, 又能保证焊枪良好的操作性。它的结构形式因而也会因为零件和其他夹具结构体的形式而不同。

结语

汽车白车身焊装夹具设计不仅涉及到夹具设计的基本理论和方法, 他同时与车辆工程, 车辆理论的相关知识密切相关。我们在设计焊装夹具的时候, 不仅要考虑夹具结构是否能满足准确定位零件, 我们还得考虑我们的夹具是否能保证重要功能尺寸, 在优先保证我们需要控制的尺寸的情况下, 满足其他的定位精度。要做到这一点, 我们就需要了解RPS的设置经验, 白车身零件的总装相关用途。另外, 对于在夹具设计中使用的定位销, 定位块和压紧块等元素也必需根据经验和相关标准进行分类选取和设计, 保证零部件的质量要求, 保证最大程度地满足生产要求。

参考文献

[1]杨握拴.汽车装焊技术及夹具设计[M].北京:北京理工大学出版社出版社, 1997.

[2]李丽霞.LG-1汽车车身焊装系统夹具的开发[D].天津:天津大学硕士学位论文, 2007 (07) .

[3]李坤宏.基于CATIA的汽车焊装夹具设计方法应用研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文, 2007 (10) .

车身焊装夹具的设计研讨 篇2

关键词：车身；夹具；定位基准；RoboGate

中图分类号： U466 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）04-0064-07

Study on Cab Welding Fixture Design

YUAN Zheng-tao，YUAN Bo

（1.Senior Scientists and Technicians Association Expert Committee of DFM，Shiyan 442000，China；

2. Cab Plant of Dongfeng Commercial Vehicle Corporation，Shiyan 442040，China）

Abstract:This paper firstly try to refer to the classify methods of welding fixture in automotive industry. According to the characteristic of shell cab，it should set at six rules correctly and do a reasonable choice on location datum and clamping focus in fixture designing. To meet the welding size of cab，it must know how to control fixture accuracy. And do the general introduction from using“RoboGate”system in multi-species production.

Key words: cab; fixture; location datum；“RoboGate”system

1 焊接装配夹具概论

焊接装配夹具设计技术发展得比较晚，国内外相关的专著也较少见。随着我国汽车工业的发展，焊接技术在汽车生产中的应用越来越多，生产效率和产品质量要求越来越高，焊接装配夹具及各种机械化、半自动化和自动化的焊接装配生产线也随之发展起来。随着生产的需要，国内较大的汽车厂都有了专门从事焊接装配夹具设计的专业人员，这门处于机制和焊接专业边缘的专业技术，正在实践中得到发展。

在汽车零件的焊接中，除飞轮齿环、轮辋等个别情况是将一个环状和其他封闭体自身的某道焊缝接起来外，大多数情况都是把几个不同形状的工件焊接到一起，组成一个焊接合件，因此，焊接和装配一般是联系在一起的，故通常把焊接过程中所用的夹具称为焊接装配夹具。所谓焊接装配夹具，是指在焊接工艺过程中，根据工件结构的要求，用来保证被焊工件的正确相对位置及形状，并籍以得到牢固的焊接接头而使用的除焊接设备本身以外的附加装置，统称为焊接装配夹具，并简称为焊接夹具。焊接夹具中的消耗件易损件和独立起导电作用的一些工具，称为焊接辅具。

1.1 焊接装配夹具的分类

1.1.1 按汽车零部件结构特点分类

1）薄壳体装焊夹具：以车身为代表的薄板冲压件焊接夹具，有它特定的设计、制造方法和结构特点，是设计、制造、调整工作量最大的一部分。

2）薄板箱筒型及特殊组件装焊夹具：如燃油箱、储气筒、液压变速箱中泵轮总成和涡轮总成等，其夹具结构就又是一种风格。

3）中厚板冲压件，机加件和刚性较好的其他焊接件装焊夹具：如传动轴、焊接桥壳、焊接车架、减震器、车轮、刹车蹄片、变速箱齿轮与轴等焊接用夹具。在结构上也有它的特点，这类夹具除有的需要导电外，结构上与机加夹具比较接近。

1.1.2 按焊接工艺方法和焊接接头形式综合分类

1.2 对焊接夹具的一般要求

1）满足产品结构、工艺和生产纲领要求；有可靠的定位夹紧机构；处于焊接回路内的夹具应有良好的导电通路；能减少焊接变形或能适应变形的需要；对夹具上急剧受热的部位要进行通水冷却；要根据生产纲领选择夹具结构，产量低用简易结构，高产量用气动和自动化程度高的夹具。

2）容易制造和便于维修。

3）操作方便和安全：要便于装卸工件，特别注意防止焊接后工件从夹具中取不出来；能使焊缝处于最佳施焊位置；防止机构压手和松开打手。

4）结构简单合理，降低制造成本：大型焊接夹具价格很贵，要充分利用工件的装配关系，了解焊接件的作用，简化结构，降低成本。焊接夹具设计中的一个通病，是结构不必要复杂化，很多机构实际上是不需要的。

2 车身焊装夹具设计研讨

2.1 汽车车身的结构特点和一般精度要求

设计夹具时，要了解产品结构，吃透工艺要求。车身一般由外复盖件、内复盖件和骨架件组成。复盖件的板厚一般在0.8～1.2 mm范围内，骨架件多为1.2～2.5 mm，也就是说它们大都为薄板件，对夹具设计来说，有以下特点。

1）结构形状复杂，构图困难

车身都是由薄板冲压件经过装配焊接而成的空间壳体。为了造型美观和壳体具有一定的刚性，组成车身的零件通常是经拉延成型的空间曲面体，结构形状相当复杂。

2）刚性差、易变形

3）以空间三坐标标注尺寸

车身产品图以空间三个坐标来标注尺寸，各种车型对坐标原点和坐标间隔的规定略有不同。在设计车身夹具时只要记住，凡是在夹具上要标注坐标尺寸的地方，都必须与产品图上的坐标体系完全一致。

车身复盖件图纸只标注外形的某些限定尺寸，因此在设计夹具时，有时要用到产品设计的主样板、线图和主模型。主模型是汽车车身形状的原始数据，也是制造冲模、焊接夹具、检验夹具和辅具以及检查复盖件形状和尺寸的依据。

4）车身的一般精度要求

由于车身门框与车门间有门锁、密封件，前后风窗要装玻璃，因此这些部位的装配精度都比较高，加上市场竞争和用户对车身外观要求的提高，特别是轿车车身。现在，载重车驾驶室的装配精度实际上也是向轿车车身靠近的。其型面与轮廓允差一般控制在±1 mm以内，车门与支柱内外间隙允差为±2 mm，门洞轮廓偏移允差±2 mm，前风窗轮廓偏移允差±2 mm，腰线错位3 mm以下。实际检查车身，用车身指定的定位基准，放置在三相坐标仪上进行测量，主要测量点的位置偏移允差一般都应控制在±2 mm以内，对车身精度来说，这个数值具有普遍意义。表面上看，允差数值不小，但对车身制造来说，要求是很严的。因为，车身从设计时的线图—主样板—主模型—冲模—冲压件—焊接夹具等，每一个子系统中都有偏差，只有在子系统得到严格控制的情况下，最终才能生产出合格产品。

对车身焊接夹具、辅具设计者来说，对产品要求的控制精度应以客户提供的产品图纸要求为准。在焊接夹具设计这个子系统中，夹具的定位精度，一般取产品控制精度的1/3～1/5的允差数值。

2.2 六点定位原则在车身焊装夹具上的应用

六点定则在一般的夹具设计书上都有详细的讲解，此处就不再重复。但在车身焊装夹具设计时，常有两种误解：一是认为六点定则对薄板装焊夹具不适用；二是看到薄板装焊夹具有非可调的超定位，而不加分析的认为是定位原则错误。

应该肯定六点定则对车身焊装夹具是适用的，设计时应遵守这个原则，另一方面还需要分析车身冲压件的特点，只有正确认识其生产特点，同时又正确理解了六点定则，才能正确应用这个原则。

1）薄板冲压件刚性差，在储存和运输时会产生弹性变形。在装配过程中，为了克服弹性变形，必须用外力使有弹性的工件与夹具的定位件紧紧地靠在一起，与定位件一起形成一个刚性体，然后才能焊接成刚性较强、尺寸合格的空间壳体——车身总成。而刚性体工件在夹具中定位，其超定位的支承可以采用浮动或可调支承去适应，如果对有弹性的工件也把超定位的支承设计成浮动的，那就是在弹性体上装弹性工件，永远得不到一个确定的装配尺寸。

2）车身冲压件有的长或宽达1～2 m，尺寸允差和形状允差相对较大，由于定位件与工件的间隙，使大零件的装配位置变化在边界部位表现得较明显。为了纠正装配中的错位现象，以使装配误差能均衡分布，在大型焊装夹具的重要部位适当增设工艺定位件，以防止装配误差向某一方向集中，冲压件的精度越低，这种工艺定位越有必要。但这样做无疑又增加了超定位现象。

3）由于薄板件易变形，所以凡是夹紧力的作用点，都必须有相应的支承块。由于工件的结构限制，夹紧力的作用点往往又不能直接落到原定位支承点上，这时必须增加支承点。从定位原则看，这种支承是多余的，但对薄板件是必不可少的。超定位会使接触点不稳定，产生装配位置上的干涉，应该尽量避免，但并非在任何情况下均不允许出现超定位，只要超定位所产生的不良后果没有超出工件装配要求所允许的范围，超定位是允许存在的，对薄板冲压件来说，超定位有时是必要的。

现在，有的汽车厂家对车身零部件装焊过程的定位基准用指导文件的形式做了明文规定，这对基准的统一及质量的提高是有好处的。如图1所示，根据六点定则制定了六个定位基准，在图中以实心箭头表示，它们限制了该件在空间的六个自由度。由于工件大，为防上偏差向前侧集中，在上部增加了一个工艺支承点，其裙部刚性差，为防止弹性变形，又增加了两个工艺支承，就是图中以空心箭头所示的部位。这样在工件被夹紧后，才能与所有定位支承一起形成一个尺寸合格的刚性体，并最终焊接成合格部件。

根据我们自己的实践以及从国外的指导文件中的例子都能说明，薄板件定位应遵守六点定则，但同时又有它的特点，不同质的矛盾用不同质的方法去解决，这就是理论联系实际。

2.3 车身分块和定位基的选择

载重车驾驶室总成（不包括车门）一般由地板、前围、后围、侧围和顶盖几大分总成组成；轿车车身多由地板总成，包括发动机仓、行李箱隔板、侧围、顶盖等分总成组成。在选择定位基准时，首先要了解该车型是否有车身装配过程的定位基准指导性文件。如果有，则全过程应按指导文件的规定执行，以保证冲压件、装焊夹具、检验夹具等基准的统一性；如无指导文件，应根据车身的功能要求和特性按以下原则确定。

1）保证门洞的装配尺寸

门洞内要装车门、门锁等，其装配尺寸是要求最高的部位，不保证装配精度就会出现门锁不上、打不开等情况。如东汽早期车型的驾驶室、门洞由前、后支柱、底板门槛、门上梁等部件组成，结构比较零散，因此在驾驶室总成装焊时，门洞的定位就比较复杂，如图2所示，其中符号 为门洞的定位基准，符号为夹紧的着力点。

随着技术的进步，现在载重车的驾驶室和小轿车的车身都采用了侧围总成。侧围外板都是整体冲压件，门洞的尺寸精度就由冲压件决定了。装焊侧围总成时，只需解决内加强板与侧围外板的相对位置，夹具结构简单，门洞还更加精准。在总成装焊时，先用侧围总成底部和底板上预留的工艺孔，在预装工位上用塑料柱塞把侧围初步固定在底板上，其他分总成装配直接靠侧围定位，然后送入车身主装夹具中定位，夹紧并点定成型，再进入后续焊接工位补焊，在后续焊接工位上只有底板定位夹具。

2）保证底板悬置孔位置精度

载重车驾驶室装焊完成后，要装到车架上，因此，底板上有悬置孔，该孔一般冲压在底板加强梁上，装焊时一定要用悬置孔作定位基准，轿车底板上最重要的是车轮独立悬挂用孔，因此，底板总成装焊时要以该孔组定位，保证车轮悬挂位置正确。

3）保证前、后风窗口的装配尺寸

前、后风窗口一般由外复盖件和内复盖件组成。有的是在前、后围总成上形成，在分装夹具上要注意解决其定位；有的是窗口在总装夹具上形成，一般有专门的窗口定位装置对风窗口精确定位，以保证风窗玻璃的装配。

抓住了以上主要矛盾，车身装焊的基准选择问题就基本解决了。

2.4 定位夹紧方法及其元件的单元组合

2.4.1 关于定位方法的几个特殊问题

车身焊接夹具大多以冲压件的曲面外型，在曲面上经过整形的平台、拉延和压弯成型的台阶，经过修边的窗口和外部边缘，装配用孔和工艺孔定位，这就在很大程度上决定了它的定位元件形状比较特殊，很少能用上机加夹具通用的标准定位元件。

焊接夹具上要分别对各被焊工件进行定位，并使其不互相干涉。在设置定位元件时，要充分利用工件装配的相互依赖关系作为自然的定位支承。有的工件焊接成封闭体，无法设置定位支承，可要求产品设计时预冲凸台、翻边作为定位控制点。有的工件仅起加强作用，装配位置要求不严格，可在与之相配的工件上冲出位置标记，只要按标记放在规定位置上焊牢即可，在定位方法上采取这些措施，可大大简化夹具结构。如车身上有不少电线束卡子，有的夹具上为之设计了很复杂的活动定位装置，这是对车身零件的作用不了解造成的一种浪费。

车身焊接夹具上，板状定位件较多，定位板一般用A3钢板，厚度12～16 mm。定位板的位置除有特殊要求外，最好选在坐标网格线上，因为这些地方一般有主样板，加工时可借用样板划线。定位件按坐标标注位置尺寸，不注公差，但不是没有要求，另外还有一套精度标准和检查、验收管理办法。

2.4.2 关于工件的夹紧

1）不使用夹紧机构的条件

车身冲压件装配后，多使用电阻焊焊接，工件不受扭转力矩，当工件的重力与点焊时加压方向一致，焊接压力足以克服工件的弹性变形，并仍能保持正确的装配位置，而与定位基准贴合时，可以省去夹紧机构。另外，在固定式点焊机上用焊接样板定位焊接时，要尽可能用焊工的双手控制被焊工件，而不用夹紧机构。

2）高效快速、多点联动夹紧

焊接通常在两个以上工件间进行，夹紧点一般都比较多，电阻焊是一种高效焊接工艺，为减少装卸工件的辅助时间，夹紧应采用高效快速装置和多点联动夹紧机构。

3）夹紧力作用点的安排

对于薄板冲压件，夹紧力作用点应作用在支承点上，只有对刚性很好的工件才允许作用在几个支承点所组成的平面内，以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准。

4）夹紧力大小的确定

对车身焊接夹具，夹紧力主要用于保持工件装配的相对位置，克服工件的弹性变形，使其与定位支承或导电电极贴合。对于板状结构，夹紧力应使装配件之间或使工件与电极之间的贴合间隙不大于0.8 mm；对于刚性冲压焊接件，要使其缝隙不大于0.15 mm，才能使焊接不发生困难，避免因夹紧不好而使焊点不牢或工件烧穿。夹紧力的大小与冲压件的质量、导电块的调整位置和磨损情况有很大关系，现在还提不出一个夹紧力的计算公式，根据经验，1.2 mm厚度以下的钢板冲压件，每个夹紧点的夹紧力一般选在300～750 N范围内，钢板厚度在1.5～2.5 mm之间的冲压件，每个夹紧点的夹紧力大致可在500～5 000 N范围内。

5）常用的夹紧机构及夹紧力计算

焊接夹具常用各种手动铰链夹紧器和气动铰链夹紧器等。

图3是标准铰链夹紧器的计算示意图，可按下面的公式计算夹紧力。

式中，Q为手的作用力（一般按80 N考虑）；F为夹紧力；β为摩擦角。备用行程长度S可按下式计算：

S=l（1-cosα）（2）

α角在夹紧时一般应调在5°～10°的范围内。气动铰链夹紧机械也可仿上式计算。

2.4.3 定位、夹紧元件的单元组合

焊接夹具的定位夹紧元件设计有两种模式：一种是非标准的定位、夹紧和其他联接机械，这种形式结构一般比较紧凑，但设计和制造周期较长；另一种是单元组合式，如图4、图5所示。图4中的定位销较长是为了能伸进焊钳。图5中除定位板和压板要按工件形状设计外，其余都由标准件组合，设计、装配和调整都比较方便。

2.5 夹具结构及精度控制

2.5.1 焊接夹具结构设计简介

如图6所示，驾驶室总成装焊夹具体积庞大，结构也相当复杂，为了便于制造、装配、检测和维修，必须对夹具结构进行分解，否则将无法进行测量。图6中有三个装配基准，就是底板1、右侧板2和左侧板3。在它们的平面上都加工有基准槽和坐标线，定位、夹紧组合单元4、5，分别按左右侧板和底板1上的基准槽进行装配。各单元的内部结构和尺寸另有单元组合图，并按单元检测合格，最后将三大部分组合起来，成为一套完整的夹具。

2.5.2 焊接夹具的精度控制

1）夹具精度标准由设计单位制订。图7是对夹具底板上基准槽的形状和尺寸要求，槽宽10 mm，深5 mm，图上标明加工要求，两槽互相垂直。在槽的两侧每200 mm或400 mm还要刻上坐标网格线，线的形状各设计单位都有各自的标准。基准槽是夹具精度的唯一测量基准，其他网格线只能作部件装配时找相对坐标位置用。一般定位销的位置精度允差±0.2 mm，定位板的形状允差±0.3 mm。

2）夹具精度检查表

夹具设计完后，由设计师将夹具全部定位件上要求检测的数值绘简图填入表1中，承制单位必须对表中要求数值逐个进行检测，并将实测数值填入夹具精度检查表中，然后按设计单位制订的精度标准判定是否合格，并进行调整，合格后打定位销。

3）夹具装配过程的测量

在夹具装配中，通常用方箱、高度仪、特制量块以底板上的基准槽为测量基准进行装配测量，如图8所示。

夹具装配完成后，要用三坐标仪测量夹具精度表中要求的各组数值，合格后交使用单位验收。

2.6 车身系列化和多品种生产

当今，为满足人们对汽车的多样化，特别是车身外部造型结构新颖的要求，厂家不得不频繁推出新产品。为使产品具有竞争力，就必须要用最少种类的车身冲压件、最少的生产装备，生产出质优价廉的汽车，以获得更好的经济效益，为此必须实现多品种混流生产。混流生产的先决条件是产品的系列化和实现计算机管理。

2.6.1 使用RoboGate系统

1）“RoboGate”一词，由Robot和Gate组成，前者是机器人，后者可译成门框式，就是由机器人和门框式定位夹具组成的柔性生产线。它是意大利Fiat公司首创，直到今天还是车身生产柔性化的中心议题。

2）该系统的组成

现以车身总成焊装线为例，如图9、10所示，它由台车、焊接机器人、门框式定位夹具、车身底板定位托盘和计算机控制系统构成，其中门框式定位夹具是系统的基础，计算机控制是系统的灵魂。

台车：是地面行走的无轨车，以电池为动力，沿埋在地下的感应电缆运动。其运行路线由计算机预设程序决定。

底板定位托盘：靠定位销装在台车上，可根据生产的不同车型更换。

门框式定位夹具：它是车身主要尺寸和形状的定位依据，不同的车身都有一套不同的夹具。

3）该系统的工作过程

在装配工位，将带发动机仓的底板总成装到托盘上，再装上侧围、顶盖等分总成，用卡子夹牢。由台车按不同车型送到不同的门框式定位夹具内。当车身到达后，夹具上的定位夹紧机构从侧面伸入车身，控制各洞口尺寸，并进行强力夹紧，以防止变形。再由机器人焊接约50个焊点，形成车身壳体。然后，按计算机的指令，送到各后续焊接工位进行300～400个焊点的补焊，直到车身壳体装焊完成。

4）该系统的不足之处

该系统的全过程是自动的，结构很复杂，操作工人虽少，但需要较多经过充分培训的技工维护，弄得不好，故障增多；由于系统复杂，造价比较昂贵。

2.6.2 采用直线往返式传送装焊线

为简化结构，降低造价和维护成本，现采用直线往复传送装置的车身焊装线的情况更多一些。线上也是只有一台门框式定位夹具，车身壳体的装配也是在预备工位的托盘中进行，生产过程中和用台车的RoboGate系统基本是一致的。只是托盘的传送是往返、升降传送机构，顶盖也一般在主装夹具的后面工位装焊。

装配时，用侧围下部预冲的刺头直接插入地板下预冲的槽孔中，然后将刺头打弯，使两者连在一起；或者两者都预冲有圆孔，装配时用特制的弹性柱塞将两者初步联在一起。

在门框式定位夹具这一工位的焊接上，有用机器人的，也有用挂在夹具框架上的自动焊钳焊接的，后者更经济一些。当然，要根据车身结构来决定。

为了实现多品种生产，布线时一般在主装夹具的前后各留一空工位，并在其中一个工位上预装有另一个车型的夹具，当换车型时，启动相关程序，导电电缆、压缩空气管路、液压油管、冷却水管等自动断开，原夹具自动移出，新夹具进入装焊工位，并将电缆等接通，机器人按计算机指令进行调整，完成后就可生产新的车身品种。

3 结束语

根据汽车车身的结构特点，对车身焊接夹具的设计进行了必要的研讨。对定位基准的选择方法、薄板冲压件的定位特点、超定位的形成等因素进行了分析说明。结论是：有弹性的冲压件，只有进行正确的定位夹紧后，才能在夹具中形成一个相对的刚性体，并最终焊接成合格的车身壳体。这方面是与机加夹具的设计原理不同的。根据作者本人的设计实践，给出了一些夹紧力的数据，仅供初学者参考。

文中给出的一些车身精度数据，仅为说明车身是有精度要求的，而且其要求是很严的，只有按规定控制了夹具精度才能生产出合格产品。

最后，通过对“RoboGate”系统的介绍，简单说明了车身焊接生产线的发展趋势。

参考文献：

［1］ 东汽车身厂关于夹具底板上基准槽和夹具精度检查表的有关标准［S］.

汽车焊装夹具 篇3

传统的焊装夹具设计在二维下进行,不能直观地表达夹具的三维模型,车身覆盖件多是线框图表示,导致数据残缺或不准确,而且绘图工作占据了设计者很多的时间[1],由此可见,将CAD技术引入到汽车焊装夹具的设计中势在必行。本文以汽车前地板预总成焊装夹具的设计为例,阐述了基于UG的汽车车身焊装夹具的3D设计方法,并与二维设计相比突出了UG软件在焊装夹具设计中的优越性。

1 车身焊装夹具的结构特点

汽车车身焊装夹具通常由支架、压板、定位板、限位块、夹紧器等组成(如图1)。

1.1 支架

夹具的基础单元,用于连接定位板和压板,将夹具按其所在的车线位置固定在焊装线的基座上。支架的精度直接影响夹具的定位准确性。[2]

1.2 压板

夹具的运动单元,用于实现对工件的夹紧和松开。加紧时工件的定位基准预定位板接触,保证焊接过程中工件位置不发生变动。

1.3 定位板

夹具的核心单元,用于支撑定位,它在焊装夹具中预工件表面直接接触,其制造精度直接影响车身的焊装精度和互换性。

1.4 限位块

限制压板的压紧程度,保护工件不因压板压紧力过大而变形。

1.5 夹紧器

夹具的驱动单元,有气动夹紧和手动夹紧两种,现代夹具设计中常选用气动夹紧方式。

2 车身焊装夹具的基本要求

在进行焊装夹具设计之前,除了解焊装夹具的结构外,还必须要了解夹具设计的基本要求。

(1)要保证焊装的车身各部分具有正确的互相位置和几何形状。

(2)要满足汽车变型产品结构、生产工艺和生产纲领的要求。

(3)保证车身装配工艺的正常进行。

(4)结构合理、制造简单、成本低廉、维修方便。[3]

3 车身焊装夹具的3D设计流程

以某汽车的前地板预总成工位的某一焊装夹具为例,阐述焊装夹具3D设计的要点。

3.1 方案设计

3.1.1 设计及准的确定

为保证车身各部分能正确的装配,要采用与汽车车身设计基准一致的标准方法,以空间坐标网格线(即车线)来标注尺寸,从而使焊装夹具的空间位置与被焊车身的位置保持一致。

3.1.2 设计方案的确定

首先是对设计知识的提取,分析设计式样书,了解过程信息和主控点信息。转换PANEL文件,将PANEL按指定的位置放置在机床坐标系中,取截断面,生成车线。然后根据PANEL夹紧部位形状和位置设计加工件定位板和压板。最后再装配标准件支架和外购件气缸及其他辅助部件。

3.2 设计定位板和压板

定位板和压板是焊装夹具中与工件表面直接接触的部分,工件复杂的外形决定了加工件在设计是要有较高的形状、尺寸精度。定位板采用孔定位方式,通过销的位置精度来保证定位板的定位精度[4]。

基于UG建模的参数化设计的技术,采用自顶而下的设计方法,将车身数据一级一级的自顶而下的传递,利用草图来控制整个装配中所有零部件的形状、位置和精度。

3.2.1 在UG建模模块中利用自顶而下的方法建立夹具装配目录树(如图2)。

3.2.2 转换PANEL文件,根据焊装夹具设计式样书过程信息中给出的夹具定位位置来做出车身断面线(车线)。[5]3.2.3通过WAVE-Linker技术将车线链接到夹具单元中,将WCS移动到夹紧面附近,以Section为基准建立夹具单元的草图(如图3)。

3.2.4 通过WAVE-Linker技术将草图链接到定位板和压板零件单元中,然后在UG建模模块中分别对各自的草图进行拉伸处理,得到相应的零件单元。

3.3

装配标准件支架和外购件气缸及其他辅助部件。

3.4

生成总装图,设计定位销,进行干涉检验。

3.5 二维出图

利用UG制图模块,通过恰当的投影自动生成二维图,并可随时更新视图。

基于UG的焊装夹具的三维设计和二维出图,大大缩短了设计周期,提高了设计效率。

4 结束语

随着生产力水平的提高,汽车行业也在飞速的发展,基于UG的焊装夹具的3D设计正适应汽车市场的发展,并以其制造成本低、设计周期短、设计标准化等优势逐步取代了传统的二维平面的设计。

而且在汽车焊装夹具设计中经常会遇到车身数据改变的情况,只需要根据设计式样书随时改变草图的细节,后续结构的设计会同时自动进行更新,无需重新设计。由此便可缩短设计周期,极大地提高设计效益,这在实际工程设计中有很大的应用价值。

摘要：汽车夹具是保证车身焊装质量的重要因素,影响整个汽车的制造精度和生产周期。以某汽车前地板预总成焊装夹具的设计为例介绍了汽车车身焊装夹具的结构特点和基本要求,阐述了基于UG的汽车车身焊装夹具的3D设计方法。同时采用WAVE的设计思想和方法进行设计,使设计周期缩短,设计效益大为提高。

关键词：焊装夹具,汽车车身,WAVE

参考文献

[1]付红,张伯权,李勇,史月丽,王洪涛.UG/WAVE技术在汽车焊装夹具设计中的应用.机械设计与制造,2007,(10):35～36.

[2]熊晓萍.汽车车身焊装夹具运动机构浅析.工艺与工艺装备,2005,(1):80～82.

[3]粟鸿斌.汽车车身常见装焊夹具结构的分析.广西机械,2000,(3):25～26.

[4]熊晓萍,陶明元.汽车车身装焊夹具的结构设计.汽车工艺与材料,1998,(5):38～41.

提高车身焊装夹具尺寸精度的研究 篇4

汽车车身是具有复杂型面的薄板壳体,焊装是车身制造的关键环节,它直接影响着车身质量、生产效率和制造成本。焊装夹具的作用是保证所属装焊零件之间的相对位置和焊合件的尺寸精度,减少装焊过程中焊合件的变形,是保证焊接质量的重要因素。焊装夹具的精度影响整个汽车的制造精度和生产周期,随着汽车工业的高速发展,汽车焊装生产线精度及自动化程度的提高使得对焊装夹具的要求越来越高。

汽车车身焊装夹具的设计是一项非常复杂的工作,车身零件大多为薄板弹性体,易变形,在焊接过程中常采用工件型面过定位的方式对其设置定位夹紧点,以增加其刚性,保证装配精度和焊接质量。车身焊接件外形大多为空间曲面,这就要求焊装夹具定位元件的工作表面必须与车身上相应的定位表面形状保持一致,才能在焊装时保证车身的形状。而装焊夹具没有统一规格和标准,属于非标准设计和制造的工艺装备,要根据具体车型的结构特点、生产条件和实际需求来自行设计与制造,这在一定程度上也增加了提高尺寸精度的难度。根据笔者的工作经验,认为应从以下四个方面进行控制。

1. 明确夹具设计的基本要求

把车身冲压件在一定工艺装备中定形、定位并夹紧,组合成车身组件、合件、分总成及总成,同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程。装焊过程所使用的夹具称为焊装夹具,如图1所示。一般而言,用于车身冲压件焊装夹具的设计的基本要求为:

1.1 保证工件良好的定位精度

在装配时,夹具必须使被装配的零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧,保证车身组件、分总成或总成具有正确的相互位置及几何形状。并且在焊接时它能够防止焊件产生变形。

1.2 结构设计可靠

在夹具上,凡是受力的各种器件,都应具有足够的强度和刚度,它足以承受重力和因焊件变形所引起的各个方向的力。

1.3 满足生产纲领

能够满足汽车变型产品结构、工艺和生产纲领的要求。根据生产纲领的大小,确定夹具的复杂程度和自动化水平,产量低采用简单结构,产量高采用气动和自动化程度高的夹具。

1.4 便于施焊和操作

夹具应使装配和焊接过程简化,操作程序合理;工件装上或卸下相当方便,不受夹具上的各种器件干涉,也不被夹具卡住而无法卸下;焊缝能处于最方便施焊的位置等。在保证强度与刚度的前提上,应轻巧灵便;定位、夹紧和松开过程省力而又快速等。

1.5 缩短制造周期

夹具上所用的各种零件和部件应易于加工制作;对易磨零件便于更换。在一套夹具的设计中,选用同种或同规格的通用件可占全部通用件的2/3。

1.6 调整方便

在夹具的工作台面上,采用孔系定位,以其作为调整时的测量基准。当要调整定位块某一方向尺寸时,只须改变垫片的数量,即可调到所需尺寸,套合式Z向调整结构,如图2所示。

2. 把握好装焊夹具的设计步骤

2.1 确定夹具的设计基准

为了保证车身零件正确的装配和保证装配精度,在装焊工装设计中也应该采用与汽车车身产品图相同的标注方法,都以空间三维座标(坐标网格线)来标注尺寸,从而使装焊夹具的空间位置与被焊工件位置一致。装焊夹具的设计基准与汽车车身产品图的设计基准相同,在装焊夹具的底座及大型的平面上都按设计基准设计出基准刻线。

2.2 明确设计依据

清楚工件的产品图,被焊工件的焊接位置、焊接顺序、焊接方式、焊钳的种类和规格尺寸、焊点数量、夹紧方式及工件先后顺序等。

2.3 定位部位的选择

夹具的核心作用在于定位冲压件和焊接总成准确,精度高,在允许的范围内,焊装的车身误差小,因此定位基准的选取尤为重要。根据笔者实践经验,工件定位基准尽量采用产品图上已有的孔或定位面,焊接夹具的定位一般包括孔定位和面定位两种。孔定位时要优先考虑用冲压工序的定位孔,这些孔的尺寸和位置相对准确可靠;尽量用下道工序的装配孔,因为这些孔的尺寸有误差会影响下道工序的装配。因此,设计夹具用孔定位时不仅要了解冲压工序,还要考虑下道装配工序的关键尺寸。定位孔尽可能选用较大的孔,这样定位销可以有足够的强度,否则定位销容易折断。要优选冲压件上形状可靠、稳定的面作为定位面,优先选择平面,尽量避免选择曲线面,否则定位板的设计和加工难度加大。同时,夹紧定位面的选择除应满足本工序夹紧定位的需要外,应尽量使本工序与下道工序特别是分总成装焊胎与总成装焊胎所取的夹紧定位面选择在同一部位。这样做有利于统一定位基准,有利于提高夹具的重复定位精度,有利于简化设计,便于夹具的加工制造。

此外,在工装设计当中,允许过定位现象存在,定位夹紧点的数量由刚性较差的零件所确定。为了减少过定位现象,在设计过程中应优先考虑工艺孔定位。对于外形定位,其定位块的定位包容面一般不宜过大,在满足定位精度及定位稳定性的前提下,夹具定位点的数量越少越好。

3. 提高夹具各元件的设计制造精度

常见结构有定位元件和夹紧元件。夹具常用定位方式有孔、型面定位两种(即有定位销、定位面),夹紧机构有手动、气动两种夹紧方式,车身焊装夹具组成如图3所示。

3.1 定位销的设计

定位销的直径应略小于工件上的孔径,其位置精度为±0.1 mm,尺寸公差为0～-0.1 mm,这样才能保证工件的孔定位精度。常见的有固定式、移动式两种,其中移动式又分为直线、旋转两类,如图4所示。在车身焊装过程中,若销的固定位置妨碍了工件的装卸,就必须将销设计成移动式结构。如在自动化程度不高的手工操作中,设计成结构简单、实用方便的活动销;在大批量、自动化生产线上可设计成以气缸为动力源的移动销结构。

3.2 定位板的设计

由于冲压件外形复杂,在焊装过程中与定位板相接触,这就决定了定位面形状复杂。为了使元件的制造和调整方便,可将定位板和夹具本体分别设计,从而减小定位板尺寸,避免整体加工。定位板上的定位面形状取决于与其相接触的冲压件的CAD数据,在制造过程中,为保证定位面的形状、尺寸精度,应采用数控加工或靠模加工。若冲压件断面形状庞大,同一方向上有两个或两个以上位置需要定位时,为便于装配时的调整,应考虑将定位板设计成分离式结构。

3.3 夹紧机构的设计

当冲压件在夹具上正确定位后,为保持焊接过程中各工件的装配位置以及克服工件的弹性变形,通常需要一定的夹紧机构。利用该装置,可以使工件和支承面、工件和定位面以及工件和工件之间紧密贴合。对于1.2mm厚度以下的钢板,每个夹紧点的夹紧力一般在300-750N范围内;对于1.5-2.5mm之间的冲压件,每个夹紧点的夹紧力在500-3000N范围内。为减少装卸工件的辅助时间,夹紧装置应采用高效快速装置和多点联动机构。对于薄板冲压件,夹紧力作用点应作用在支承面上,只有对刚性很好的工件才允许作用在几个支承点所组成的平面内,以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准。另外设计时要防止在夹紧机构由夹紧到打开时夹住手。

4. 重视夹具的调试及验证

在使用新的焊装夹具时,首先要对其进行充分的调试和验证,只有调试验证合格的夹具才能投入正常生产。由于受冲压件的回弹以及焊接件焊后变形等多种因素的影响,使得焊装夹具的调试较为复杂。因此,调试操作人员必须具有好的技术和丰富的经验。下面是一些调试夹具的技巧。

4.1 保证夹具实物和图纸尺寸一致

如果条件允许,对于大焊合件的装焊夹具要用三坐标仪进行测量。汽车大型夹具(比如前围夹具、驾驶室总成夹具)上的空间尺寸较多,用常规的测量仪器一般很难测量准确。因此,对于大型夹具图纸上的关键尺寸要用三坐标仪测量并调准。但该仪器的测量比较麻烦,成本较高,对于夹具上的一般尺寸,可以用其它方法测量验证。夹具尺寸和图纸一致是下一步夹具调整的基础。

4.2 检查各冲压件尺寸

检查项目主要有:定位面的形状和尺寸,夹具所用冲压件上的定位面应该表面光滑、成形到位;定位孔位置和尺寸;下道工序所用到的装配孔;冲压件之间的搭接和对接部位。

4.3 冲压件与夹具的贴合情况

在不用夹紧装置的情况下,观察定位块和冲压件定位面的贴合情况,如果间隙过大,有可能是冲压件不合格,或者定位块尺寸及形状不合适;其次观察定位销和定位孔的配合情况,定位销应该位于孔的中心,不应该有过大的偏差。合上夹紧机构,焊合件形状已经基本确定,在没有焊合的情况下,首先要观察各冲压件之间的搭边及贴合处是否自然均匀,对于1.2mm厚度以下的钢板,贴合间隙应不大于0.8mm,对1.5-2.5mm之间的冲压件,贴合间隙不大于0.15mm;其次按产品图测量各个关键尺寸,对于不容易测量的尺寸和位置要事先做好样板。如果有偏差,首先应检查定位块的强度是否足够,是否发生了变形;然后再检查夹紧后的定位块和零件外形是否完全贴合。

4.4 确保左右件的状态一致

左右对称的焊接件,可以利用其对称性来判定夹具左右的定位夹紧状态是否处于良好一致的对称状态。判定标准是左右夹具的定位基准精度是否一致,左右焊合件与左右夹具的贴合间隙及搭边状态是否均匀一致。

4.5 严格检查焊后变形及外观质量

按要求焊好以后,要能很自然地把焊合件从焊装夹具上取下。因为存在焊接变形,即使在夹具上测量合格的尺寸,当工件离开夹具后也可能会出现较大的偏差,还有些尺寸在夹具上可能测量不到。因此,焊合件在下夹具以后,重新测量尺寸很重要。对于因为焊接变形造成的误差要在夹具上采取措施。其次,要检查与夹具接触的定位面以及定位孔的外观是否完好,定位面不应该有明显的压痕,定位孔不应该凹凸不平。

4.6 使用样件验证

以上是在没有样件的情况进行的焊装夹具调试和验证,如果有样件,可以先用样件来验证焊接夹具。主要方法是将样件按几个定位点放到焊接夹具上,看其它定位销、定位块和样件的贴合情况,然后再夹紧观察,一切正常后,再用冲压件来调试。通过样件,可以增加夹具调试的针对性,缩短调试周期。

5. 结论

通过以上论述分析可知,正确把握焊装夹具设计要点,改善和提高焊装夹具的设计手段和设计水平,并提高夹具的调整和验证水平,对提高装焊夹具尺寸精度具有重要的意义。焊装夹具精度的提高是汽车制造企业在激烈的市场竞中得以生存和发展所必须解决的问题。

参考文献

[1]杨握全.汽车装焊技术及夹具设计[M].北京:北京理工大学出版社,1996.

[2]熊晓萍.汽车车身焊装夹具运动机构浅析[J].工艺与工艺装备,2005,(1):80-82.

[3]韩根云.汽车车身焊接夹具的设计[J].新技术新工艺,2001(8):32-33.

[4]游海.汽车车身夹具的设计要点、调试及发展[J].机械工程师,2007(8):68-69.

[5]雷玉成.车身焊装夹具设计方法的研究[J].农业机械学报,2002(5):104-104.

车身焊装夹具设计及实际应用解析 篇5

通过对车身焊装车间生产线上典型夹具结构设计要素进行解析,点评实际案例应用,总结设计经验,避免在设计开发工作中重复出错,以提高生产效率和企业效益。笔者根据近10年的设计开发经验,重点介绍夹具结构设计要素,并针对夹具在实际应用中出现的一些典型问题进行解析和总结。

2 典型夹具结构设计

2.1 典型结构(如图1所示)

根据设计需求对图1中各要素进行增减。

2.2 要素说明

2.2.1 MCP厚度要求

生产线底部定位部分MCP厚度一般为20 mm,其余部分通常取16 mm。

2.2.2 调整垫片要求

采用可调式结构的定位块(MCP BLOCK)、定位销座,统一将垫片厚度调整为3 mm (1+1+0.5+0.25+0.25),将垫片材质调整为不锈钢,推荐使用OCr13。

优先选用标准调整垫片,对其标准规格无法满足要求的,经上级部门(或用户)许可方可采用非标准结构调整垫片,厚度按3 mm要求配置(如图2所示)。

2.2.3 定位块的要求

(1)夹具定位块材料为45#钢,定位型面硬度为HRC38～42,优先采用表面淬火方式,淬硬层深度≥2 mm,也可采用整体淬火+低温回火的方式;重要的安装面、定位面及销孔要求热处理后进行精加工,确保达到规定的粗糙度要求(型面、安装面的粗糙度为Ra3.2,销孔的粗糙度为Ra1.6)。安装面不得上色漆,要涂防锈油。

(2)当接触面为非复合单角(即平面,曲率半径很大接近于平面的曲面)且与安装面的夹角≤45°时,采用一向可调整的结构(夹角≥45°的,安装面旋转90°;如果是水平安装则安装面变成竖直安装),定位块接触面夹角如图3所示。

(3)原则上定位块应独立调整,但当定位块定位2个不同方向且距离太近的面或曲率半径较小的曲面时,采用双向可调整的结构(如图4所示)。

(4)定位块一般采用2个圆柱销加1个螺钉的安装方式,且2个销应尽可能外露以利于装卸,空间受限时也可采用不外露的盲销安装方式(如图5所示)。

2.2.4 限位块的使用要求

(1)限位块的材料为45#钢,热处理为HRC42～45,类型如图6所示:①A型、B型为单孔型,导向定位面较短。A型配合精度较差,用于位置度要求相对不高的单点或多点夹紧的导向定位;B型配合精度高,用于短小摆杆的工件定位销的导向定位。②C型为B型的加长型,导向定位面较长,配合精度高,多用于带工件定位销夹紧的导向及定位,对多级夹紧结构的除最后一级之外的摆动件的导向及定位优先使用。③D型为“V”形块导向定位型,特点是精度高、占用空间较小,但无导向定位行程,对上下件配合的紧密度要求较高,经上级部门或用户许可方可使用。

2.2.5 与压板相关的要求

(1)压板铰链的结构要求(如图7所示):①压板铰链优先采用锁紧螺母紧固型铰链销,铰链销具体结构参照图8所示标准MISUMI的CLBDGH12-35 (轴面粗糙度取Ra0.8)。当空间结构受限(如与焊钳干涉等)时,铰链销采用如图9所示结构MISUMI的HCDGH12-35。②铰链销的标准组合:除压板及支撑板的铰链座以外,必须有图10所示的一些标准件。③焊接式压板的结构要求:原则上应尽量减少或避免出现焊接结构,压板采用焊接连接方式的必须进行去应力处理,且安装面及配合面必须在焊接及应力处理完成后经精加工而成,设计压板时必须为此类加工做出合理的精加工台阶或痕迹,以图11为例进行说明。④为了避免焊接而产生二次定位加工安装面的情况,压板耳座结构也可采用如图12所示形式,但必须确保其有足够的稳定性,使其在使用过程中不会松动。

(2)压板夹紧力的取值与选用气缸的关系如图13所示。

(3)当出现下列情形时,必须加长压板耳座间距及铰链轴、衬套等的长度及直径,并使用适当加大的铰链销及衬套组件:①转轴为水平布置的压板及安装在其上的组件总重量≥10kg;②转轴为非水平布置的压板,其与水平面的夹角≥15°且总重量≥5 kg;③压板耳座间距与压板铰链轴到最远夹紧点的距离之比X/L≤5/100 (如图14所示)。

2.2.6 定位销的相关要求

(1)零件定位销应尽量考虑在标准序列中选用,标准序列中未满足使用要求的则按非标准件的编号要求及规范设计。定位销的定位面要有热处理硬度要求,具有一定的防锈性能,定位销经热处理后要求具有良好的抗冲击性能(即韧性)。

(2) 4位销(圆柱销)和2位销(菱形销、扁销):①针对刚性较差的零件,为了减少工件在焊接过程中变形移位,夹具的定位销以4位销为主;②针对刚性较好的零件(例如大梁、小螺母板等),采用4位销有可能会因工件定位孔相对于定位销出现微小偏差而无法定位,此时应采用4位销加2位销的定位方式。

(3)定位销与工件被定位孔的配合尺寸关系:定位销的定位直径=(工件被定位孔径理论值-0.15)+h7,定位销直径对照表见表1。

采用螺孔定位时,因螺孔位置精度较差,应适当放大间隙,推荐螺孔定位销的定位直径=(被定位螺孔小径理论值-k)+h7;M6、M8、M10,取k=0.2;≥M12,取k=0.3。

(4)对于薄壁孔,标准销的定位位置要求基本按图15(a)结构;销的插入深度受限时采用图15 (b)结构。

(5)对于翻边孔、螺孔,定位销的有效段插入深度要求≥7 mm,且螺孔定位销插入深度≥螺母厚度。

(6)定位销安装一般要满足径向4向可调的要求,调整垫片要求如图16所示。

2.2.7 支撑板的要求

在一般情况下,支撑板不直接与工件接触,不直接对工件定位(工件是由安装在支撑板上的定位块负责),支撑板的材料一般为Q235A。支撑板应尽量避免焊接;当支撑板需要焊接时,焊接件必须在精加工前进行去应力处理。

3 夹具实际应用典型问题分析

(1)现象:如图17所示圆圈内气缸与连接板实际装配容易造成干涉。原因:设计避让尺寸太少(1 mm),没有考虑焊接件的外形误差大。解决办法:更改数据模型设计尺寸(如图18所示),设计避让5 mm,实物可以补充加工(按照新尺寸铣5 mm)。

(单位:mm)

(2)现象:如图19所示安装面板向箭头方向弯曲变形。加工后最薄处厚度为16 mm,最厚处厚度为21 mm,理论值为22 mm。原因:由于安装面板焊接变形较大(缺少加强筋,如图19所示向箭头方向弯曲变形)。解决办法:增加加强筋,以增强结构的刚性(如图20所示)。

(3)现象:如图21、图22所示圆圈中的面板孔组无法采取机械加工,因为正上方方钢挡住了钻头的作业方向,且人工钻孔也无法实施。原因:结构设计不合理,设计人员不了解机械加工的基本原理、方法。解决办法:考虑到要加工的孔组对位置精度要求不高,可以采用将结构分割出来钻孔后再焊接的方式,但应尽量避免出现类似设计(无法实现加工)。

(4)现象:如图23所示导轨两端的防尘罩上端存在安装干涉,下端不存在安装干涉。原因:设计人员没有充分考虑防尘罩的安装空间(防尘罩端盖高于收缩体),导致防尘罩上端预留空间不足。解决办法:取消上端防尘罩,改装简易防尘措施。设计时要检查各部件的安装尺寸、规格。

(5)现象:如图24所示限位块沉孔深度不够,M10内六角螺栓头突出配合面,影响“公”“母”限位块的配合。原因:设计人员进行设计时没有考虑内六角螺母头的高度,导致沉孔深度尺寸设计不足。解决办法:完善图纸,使沉孔至少比螺母头深1 mm,并注意查询GB件尺寸。

(6)现象:如图25所示连接板与过渡块连接为二钉一销(虚线圈),连接板上装有定位销及定位块(实线圈)。连接板与过渡块的连接方式,容易引起定位销的精度误差及维护复位的准确性与唯一性。原因:设计人员忽略设计准则,对关键设计要素不清楚,经验不足。解决办法:如图26所示增加1个销钉(圆圈所示位置),防止定位销转动,保证结构的稳定性、准确性。

(7)现象:如图27所示虚线圈内的销子可以安装,实线圈内的销子无法安装(安装位置受空间结构限制)。原因:设计人员没有考虑装配对空间的要求,没有考虑限制自由度的合理性。解决办法:取消内侧不容易安装的2个销子,保留外侧的2个销子。

(8)现象:如图28所示在气缸伸出的情况下,轻轻晃动前面的定位销,会有3 mm的活动量,机构不能精确定位零件。原因:定位机构采用带导向杆的气缸,由于气缸的导向杆已经全部伸出,真正起导向作用的导向杆很短,不能起到定位作用。解决办法:设计人员进行设计时不能让气缸完全打出(导向杆有较长一段在导向套内),气缸导向杆伸出方向需设置有限位装置。

4 总结

通过对典型夹具结构要素及典型问题进行分析后,可以从以下几个方面提高夹具的设计质量。

(1)加强设计人员对设计标准的培训、灌输,设计人员必须熟悉工装夹具设计和检验标准。

(2)加强校对、审核检查力度。

(3)提高标准化设计程度。

(4)设计人员应多下车间了解夹具的使用情况,对用户反馈的意见认真总结、反思。

(5)设计人员应经常翻査《机械设计手册》,多学习机械加工原理与方法,避免在设计过程中出现一些常识性的错误。

(6)设计人员应向经验丰富的老师傅请教,对新材料的选取要慎重,选用前应了解新材料的性能。

(7)设计人员要了解各部件的安装尺寸,避免预留空间不够造成部件间干涉。

(8)设计人员在设计有运动的机构时,要进行运动轨迹分析,避免部件干涉或无法打开运行的情况发生。

(9)善于观察和比较别人的设计,分析其他设计人员可学习之处并加以借鉴和发挥。

(10)设计人员应了解工装夹具的基本要求:①尺寸精度(零件良好的配合,获得稳定的尺寸控制状态);②安全性(必要的安全防护装置、防夹装置及防松、锁紧装置等);③操作性(合理的人机操作空间、焊钳导向等);④维修性(方便的零件拆换及维护,润滑方式,工具的操作空间等);⑤机械性能及可靠性(足够的刚性及稳定性足以支持机构长时间运行而不失效);⑥经济性(去除不必要的材料,减少材料的使用量;去除不必要的精加工,缩短加工周期与时间);⑦良好的外观(设计风格统一、采用标准件等);⑧设计人员应充分考虑本企业现有的制造、加工水平,尽可能采用国内外先进技术和经验。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1991.

微型车车身焊装夹具的调试和验证 篇6

1 测量焊装夹具尺寸

焊装夹具运到生产现场后, 首先进行底板水平调试, 而对整体式输送的生产线还要进行串线对中心调试, 对于装焊夹具拼台的定位单元要用三坐标测量仪器进行测量和调试, 将定位夹紧组合单元的测量尺寸调准到理论尺寸的公差范围内。某微型车总拼焊接夹具拼台见图1。

原因分析如下。

(1) 保证夹具底板和侧框的安装面的垂直度、平面度

由于底板和侧框是其他定位单元 (定位销和定位面等) 的安装基础, 是保证工装可靠性、稳定性和一致性的前提, 也是影响车身装焊精度的最重要的因素。

(2) 保证夹具定位销和定位面的形位公差

定位销和定位面是在夹具刚性化过程中将焊接零件正确定位的工具, 必须参照车身数模或者工装设计数模, 测绘定位销大小及定位面的三维空间尺寸, 对偏差尺寸通过增加或者减少调整垫片进行微调, 保证定位销和定位面在设计的公差范围内。

(3) 保证夹具定位基准面、冲压件基准面及检具基准面的一致性

车身焊接零件大多是薄板件, 保证定位基准面一致性, 能减少累积误差, 保证车身装配精度。

(4) 保证工装定位和夹紧的有效性和稳定性

定位压板夹紧的作用:保证零件在焊接的过程中按照BL、WL、TL方向的正确定位, 焊接零件与定位基准面应贴合紧密。方法如下。

a.压板夹紧零件时, 依据对焊接零件变形量, 对压板接触面进行修磨或者堆焊修配。

b.汽缸夹紧力应能克服因焊接零件刚性不足或者焊接引起的变形, 保证焊接精度。

c.夹紧和松开动作要灵活自如, 夹紧自锁要可靠。

d.与零件接触面的修配顺序是先基准面, 再支撑面, 后压紧面。

e.车身尺寸大, 零件薄且形状复杂, 焊接变形难控制, 压板的夹紧顺序也对焊接变形的影响很大, 选择合理的汽缸动作顺序控制和不同型号的汽缸满足零件对夹紧力的要求, 能减少零件的焊接变形。

2 夹具调试的流程和样件的准备

夹具调试的顺序见图2。

检查调试与验证工装的焊接样件是否合格的内容如下。

a.定位面的形状和尺寸, 夹具所用焊接样件上的定位面应该表面光滑、成形到位。

b.定位孔位置和尺寸。

c.下道工序所用到的装配孔、工艺孔等。

d.焊接样件之间的搭接和对接部位。

最重要的是要知道焊接样件是否是全工装样件, 还是手工样件, 是否有检具和检测过, 以及冲压模具的状态, 因为它的状态关系到对工装问题的判断。

3 焊装夹具调试与验证

(1) 在汽缸不夹紧的情况下, 首先要观察定位块和焊接样件定位面的贴合情况, 如果间隙过大, 有可能零件下降不到位, 定位块尺寸及形状不合适, 或者定位块的棱与零件的圆角干涉, 这就需要修配定位块倒角;其次, 观察定位销和定位孔的配合情况, 定位销应该位于孔的中心, 不应该有过大的偏差;再次, 观察压板与焊接样件定位面的贴合情况, 如果配合不好, 则要修配压板的接触面。见图3、图4。

(2) 利用汽缸夹紧, 焊合件形状已经基本确定, 在没有焊合的情况下, 首先观察各冲压件之间的搭边及贴合处是否自然均匀, 对于1.2 mm厚度以下的钢板, 贴合间隙不大于0.8 mm, 对于1.5�2.5 mm厚的冲压件, 贴合间隙不大于0.15mm;其次, 还要检查夹紧后的定位块和零件外形是否完全贴合。

(3) 对于总拼夹具, 在夹紧机构夹紧后, 首先要测量和控制整个产品对角线是否在误差范围之内, 保证前风窗、尾门框的尺寸。

(4) 左/右对称的焊接件, 可以利用其对称性来判定夹具左、右的定位夹紧状态是否处于一致的对称状态。判定标准是左/右夹具的定位基准精度是否一致, 在散件与夹具贴合到位的情况下, 左/右焊合件与左/右夹具的贴合间隙及搭边状态是否均匀一致。利用零件的左、右对称性判定工装的左/右定位状态, 如左/右B柱下内板、左/右门槛内板、左/右前护板和左/右后护板等。见图5。

(5) 焊接夹具的定位销是否处于良好的定位状态。判定标准是散件在无夹紧力的作用下与夹具的定位面贴合良好, 在有夹紧力的作用下, 定位销处于定位孔的中心, 不能偏向某一边。

(6) 定位块要有足够的刚性, 尤其对于一些受约束力较大的定位块, 必须验证定位块的刚性, 判定标准是测定其在受力与非受力状态下定位面位置的差异。

(7) 臂伸较长的活动定位块或活动定位销的活动间隙必须满足定位精度, 判定标准是活动件在受外力作用下处于两种极限状态时, 定位块或定位销的摆动不超过定位精度。

(8) 过渡铜板与焊接零件表面贴合良好, 并有一定的活动余量。活动余量的选择必须经过散件的试焊来验证, 判定的标准是过渡铜板处焊点表面光滑、无凹痕。

以上是在没有焊合总成样件的情况下进行的焊装夹具调试和验证, 如果有样件, 可以先用样件来验证焊接夹具。主要方法是将样件按几个定位点放到焊接夹具上, 看其定位销、定位块和样件的贴合程度, 然后将样件夹紧观察, 一切正常后, 再用冲压件来调试。通过使用样件, 可以有针对性地进行夹具调试, 缩短夹具的调试周期。

4 焊件合装试焊

当定位基准、夹紧机构调试工作告一段落, 接下来依据焊接夹具作业指导书和焊接工艺对夹具上的焊件试焊, 焊接夹具的调试和验证不能仅依据与样件的贴合状况来判定, 还必须进行散件的装焊。焊接件的精度是由焊接夹具来保证的, 由于存在冲压件的回弹与焊接件焊后变形, 对于一些刚性较差的焊接件, 完全用焊接样件来调试焊接夹具往往不能取得令人满意的效果, 需要经过散件的装焊及后续工序的验证才能最终判定。

通过试焊主要确定:a.焊接后零件是否方便取出, 如何通过调试夹具减少焊接变形造成的误差;b.焊接空间的可操作性和连续性;c.焊接后的变形和零件搭接平整度等外观质量, 检查与夹具接触的定位面及定位孔的外观是否完好, 定位面不应该有明显的压痕, 定位孔不应该凹凸不平;d.焊接工艺及夹紧顺序是否合理。

试焊为总成件的理由如下。

a.焊接样件是一个刚性较强的焊接整体, 自由度相互制约, 靠样件很难判定夹具定位与夹紧的可靠性;而散件是一个刚性较小的分散体, 其定位与夹紧的可靠性即自由度的限制很容易判定。

b.焊接样件总是存在变形, 其存在的原因是冲压件的回弹及焊接热变形。焊接夹具结构的不同、焊接工艺的不同, 其变形也不相同。

c.通过散件的装焊可以验证焊接样件的精度是否达到良好的状态。

5 夹具修整的主要方法

(1) 夹紧

定位面调整及修配必须在一定夹紧力的作用下进行, 夹紧力的大小要使样件在受力状态下贴合定位块 (对气动夹紧机构可拆卸下汽缸而采用手动压紧) , 对定位面修配完成后, 再对压紧面进行修配。

(2) 研磨

研磨前在样件与夹具定位接触面上涂色, 依据定位面上接触颜色的面积, 判定两者贴合状况, 确定研磨量。在研磨过程中, 当着色定位面逐渐贴近样件接触面时, 每次研磨着色部位量逐渐减少, 反复研磨直到合格。

(3) 堆焊

对于压板的压紧面与零件接触面存在间隙或者研磨过量而导致零件不能夹紧, 此时就需要用堆焊来弥补。由于夹具上定位夹紧面小, 补焊操作比较困难, 根据经验, 补焊时先沿定位块边缘堆焊成一道围墙, 再填补中间凹处, 然后研磨确认。

6 结束语

车身焊接夹具的调试与验证是一项涉及到夹具设计、机械制造、焊接技术、车身焊接工艺制定、三坐标检测等多方面综合性很强的技术工作, 因此调试人员必须具备一定的理论知识和丰富实践经验, 否则会出现花费很多的时间和精力解决了一个问题, 又导致出现另外一个问题。总之, 车身焊接夹具的调试与验证, 必须依据具体的产品结构特点、工艺特点、夹具结构特点、零件受力特点去寻求一种综合的调试状态。

汽车焊装夹具 篇7

随着汽车行业的发展, 人们对汽车质量要求越来越高, 对汽车制造过程中各方面也提出更高的要求, 车身夹具焊装线是整个汽车生产流程中最重要的环节之一, 车身夹具焊装线的质量决定后续总装能否正常进行, 更有可能影响到整个车身的强度和安全性能, 而夹具焊装线质量直接取决于夹具焊装线的定位精度。车身夹具焊装线定位精度设备一般为便携式三坐标测量设备, 如三坐标测量臂、光电CCD式便携测量仪、激光跟踪仪, 这些设备共同特点是通用性强、精度高、效率高, 与CAD紧密结合, 能够迅速检测焊装线上的定位元件并显示定位精度测量数据, 同时判断数据结果是否符合技术要求。

车身焊装线需经数次测量调试验证后才能正式开始焊车, 而检测一般有两种情况, 一种是在供应商加工制造完成后进行三坐标测量设备检测并调试, 达到技术要求精度范围内交付于使用方汽车厂, 使用方重新安装并使用三坐标测量设备检测确认精度;另一种为焊装线搬迁, 这需要在搬迁前进行一次数据采集, 安装完成后再进行三坐标检测, 两次测量数据存在差异, 因此需分析测量数据来源并进行处理。

2 三坐标测量仪工作原理及测量方法

2.1 三坐标测量仪工作原理

三坐标测量设备是指在空间范围内, 能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力、且方便携带的移动测量仪器, 又称为便携式三坐标测量仪或便携式三次元。

a.便携式三坐标测量臂工作原理。便携式三坐标测量臂是在测量机的关节和臂身处分别设置由角度传感器、温度传感器、应变传感器及单片机组成的智能传感器单元, 各传感器单元由RS485总线进行连接, 并通过数据线 (或蓝牙/WIFI) 与PC机进行通信。单片机完成各个传感器数据的采集并将数据上传到PC机, PC机程序由虚拟仪器平台Lab VIEW完成, 实现与单片机间的通信及数据处理, 并通过动态链接库将坐标数据传送到标准测量软件进行比对、分析。

b.光电CCD式便携测量仪工作原理。光电CCD式便携测量仪由传感器组件、探测系统、电脑、软件及电缆等组成。其中, 传感器组件包括相机、安装座及三脚架, 探测系统包括测量光笔、探针组无线通讯装置。采用精确的数字摄影技术, CCD通过测量镶嵌在光笔上的多个红外线发光二极管 (LED) 的三维坐标, 得到光笔在空间的位置和姿态 (六维参数) 。连接在光笔上的探针经过精确校准, 因此探针与光笔的位置关系唯一确定, 系统从而可以精确计算出探测点的三维坐标。

c.激光跟踪仪工作原理。激光跟踪仪是球坐标系典型的坐标测量系统, 靶标或测头与主体无机械联系, 可以在40 m甚至更大的测量半径范围内。跟踪仪包括利用激光干涉系统 (IFM) 与反射镜组成测距系统, 两个角度编码器确定两个极角 , 形成完整 的球坐标 ;利用绝对 距离探测 器 (ADM进行) 断光再续;利用影像探测器上反射回的激光与伺服控制点的位置差来控制两个电机转动进行靶标跟踪, 在工业环境下进行空间坐标测量。

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2.2 三坐标测量仪测量方法

三坐标测量仪的测量功能包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等, 测量步骤如下。

a.项目准备。根据项目要求, 明确项目测量元素并抽取CAD, 导成IGES (或STEP等) 格式输出;

b.建立坐标系。安装设备并建立坐标, 使设备坐标与工作坐标统一。

c.测量。导入CAD, 开始对测量元素进行测量比对、分析并调试使之符合要求。

d.测量报告。根据测量调试结果作测量报告。

3 三坐标测量数据分析与处理

车身夹具焊装线在每次测量中, 相同的测量元件存在不同的测量数据, 如表1所示为某车型车身焊装线中一个拼台部分测量数据, 表中第一次测量数据为在供应商处检测调试所得结果, 第二次测量数据为主机厂安装后首次测量结果, 第三次测量数据为调试测量结果, 这三次测量的数据均不同, 因此应针对不同测量数据来源进行分析及处理。

3.1 测量人为因素

测量人为因素为不同的评价人采用相同的测量仪器测量同一零件的同一特性时, 测量平均值的变差。每个技能员工对设备运用的熟练程度对测量结果有一定影响, 即在相同的焊装线采用同一测量设备和相同的测量基准对同一元件进行测量时, 每个人测量结果有变差, 见图1。

对于上述不同测量人员造成的变差, 其主要处理方法就是每个操作者在操作之前必须经过严格的的培训且合格后才能应用工作中, 否则将导致人员测量结果变差较大。

3.2测量设备工具因素

在过去, 大部分工厂根据经验选择测量设备, 通常选择测量设备的测量极限误差占工件公差的1/3~1/5或1/3~1/10。对一些高精度工件, 甚至可取1/2。总之, 没有统一的标准, 往往因人因厂而异。不仅如此, 大多数工厂用测量设备检测工件时, 均按图样上标注的极 限尺寸作 验收极限。对于车身焊装线精度检测设备的选择, 目前主要有便携式三坐标测量臂、激光跟踪仪和光电CCD式便携测量仪, 这些测量设备精度与测量空间、设备型 号、制造厂 家有关。如测量同个车身焊装线拼台, 选择上述三种不同型号测量设备, 测量结果数据可能如表1所示, 这三次测量结果是由于设备测量精度不同造成, 同时造成表1三次不同测量数据可能由于同种型号不同规格、同种型号不同的制造厂家、同种设备不同的辅助工具、同种设备使用不同年限。

为了保证测量数据的稳定性和一致性, 对同一焊装线精度测量采用同一型号测量设备和辅助工具, 并时常对设备的精度进行校准, 使其在最佳使用状态。

3.3 测量操作规范

采用不同的测量方法测应对同一零件同一特性测量平均值的变差。三坐标测量工艺对整个测量数据变差有很大的关系, 统一测量操作规范, 是对三坐标测量数据一致性的保证。对于整条焊装线而言, 三坐标测量操作过程见图2。

根据三坐标测量流程图可知, 拼台水平度调整对拼台平面度有直接影响, 而拼台平面度精度对测量数据偏差影响较大。首先, 平面度不一, 三坐标测量设备放置位置不同, 拼台上支基定位元件相对整个拼台平面位置有偏差, 测量数据无法保持一致性;其次, 三坐标测量建标, 拼台有两种建标基准, 即基准槽和基准孔, 由于加工存在偏差, 同时基准槽基本无保护盖, 容易生锈及受损, 如建标基准和方向不统一, 建标不能保证一致性, 导致测量数据有偏差。

针对上述问题, 为使测量数据偏差最小化及测量速度最大化, 在每个测量环节调试公差均在要求范围内, 即提高设备测量精度和调试人员技术水平, 保证拼台水平度、直线度、平行度和垂直度, 技术要求见表2。

测量建标要求基准统一, 并标好建设标顺序, 因基准槽一般无保护装置, 无特殊情况, 采用基准孔中心点对齐 (迭代) , 技术要求见表3。

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测量方法和测量调试是最终保证焊装线的定位精度, 是焊装线的测量数据偏差的体现, 为保证测量数据的稳定性, 则要遵循以下技术要求。

定位块测量点应遵循图3所示规则, 所测量点允许有偏差, 偏差为±2 mm, 具体如下。

a.平面定位块见图3a。要求测量4点, 4点分布在边角处;每点距离相邻边的距离为2 mm。

b.曲面定位块见图3b。要求测量5点, 其中4点分布在边角, 另一点在曲面中心;分布边角4点距离相邻边2 mm。

c.曲面定位块见图3c。要求测量7点, 其中4点分布在边角, 另外3点分布在曲面中心截面线上;每点距离相邻边的距离为2 mm。

定位销测量规则如下。

a.测量各销的位置精度, 并调整到设计要求公差 (对绝对坐标±0.15) , 注意尽量将主定位销调到靠理论零点值。定位销测量点见图4。

b.分别以主定位销位置为读数基准, 微量调整辅助定位销位置, 使其位置同时符合绝对坐标和相对坐标精度要求见表4。

mm

在满足位置精度的基础上, 分析销子的垂直度, 使其偏斜角度小于规定范围。定位销检测见图5。定位销角度偏差最大值见表5。

3.4 测量环境因素

由于便携式三坐标测量设备是一种高精度的检测设备, 环境条件对便携式三坐标测量设备的影响很大。包括检测工件状态及环境、温度、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。检测工件的物理形态对测量结果有一定的影响, 最普遍的是工件表面粗糙度及加工切屑。类似影响测量精度的情况还很多, 大多数可以避免, 建议在便携式三坐标测量设备开始工作之前和完成工作之后进行必要的清洁工作。

a.温度条件。温度是影响测量的主要环境因素。便携式三坐标测量设备环境温度的变化主要包括短时间温度变化、长时间温度变化、温度梯度变化。为保证测量精度, 使用人员必须对环境温度进行严格限定。便携式三坐标测量设备工作环境温度是10~40℃, 温度周期3℃/5min, 在便携式三坐标测量设备操作时必须按照这个温度, 但实际状况并不如此。现代化大生产, 便携式三坐标测量设备基本在生产车间现场使用, 鉴于生产现场的条件往往不能满足对温度的要求, 大多数便携式三坐标测量设备制造商开发了温度自动修正系统。同时在过冷或过热的工作环境, 设备热机时间大于30 min, 连续工作2 h, 应休息至少10 min。

b.振动。由于较多的便携式三坐标测 量设备应 用在生产 现场 , 振动成为 一个经常 性的问题。比如冲压机、空压机、或其他重型设备在便携式三坐标测量设备的 周围将会 对其产生 严重影响。较难察觉的是小幅振动, 对于测量精度也会产生较大影响。因此, 需预防测量环境的振动频率与振幅。

c.湿度。相对其他环境因素, 湿度并不是个大问题。

d.供电电源。为保证控制系统和计算机系统同外部联网的良好运作, 对于供电电源有一定的要求, 包括电源电压变化、频率要求及接地装置、屏蔽装置的要求等。

4 结论

测量结果可检验产品是否符合设计要求, 是控制加工和装配的质量保证。通过对焊装线三坐标测量数据进行分析和处理, 避免因为各种因素造成测量数据偏差过大, 保证焊装线质量, 提高白车身合格率;同时, 在设计和制造中进行完善, 提高设计和加工制造能力。

参考文献

[1]林洪桦.测量误差与不确定度评估[M].北京:机械工业出版社, 2009.8.

[2]海克斯康测量技术 (青岛) 有限公司.实用坐标测量技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[3]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社, 1999.

[4]廖念钊, 古莹菴, 莫雨松, 李硕根, 杨兴骏.互换性与技术测量[M].中国计量出版社, 2011.9.

汽车焊装夹具 篇8

1 可重构夹具的研究应用现状

在可重构夹具研究方面, 国外已开发出几种用于柔性部件的可重构夹具装置, 其中一种可重构夹具装置称为“通用保持夹具”, 由均匀分布的气动弹簧阵列组成;另一种可重构夹具装置称为“多样灵活通用保持夹具”, 由西班牙纳瓦拉公司制造, 主要由伺服驱动销阵列组成, 每一个销不仅能在垂直方向调整, 还可以在水平X、Y方向定位, 因此允许销按照最优的配置定位。

目前, 国外可重构夹具主要有槽系和孔系两类。其中, 德国Demmeler公司将金属切削加工领域使用的组合夹具理论成功地运用到焊接加工领域, 开发出基于圆孔的三维柔性可重构焊装夹具, 已在国内外多个企业得到实际应用。德国Demmeler公司开发的三维标准组合夹具见图1。根据焊装夹具的结构性质, 夹具支座、限位块、销轴等均可按一定的尺寸规格设计成系列的标准件。主要技术特点是根据被焊接件特点由预先制造好的具有各种不同形状和规格尺寸的标准元件、组合件快速组合成夹具。缺点是不能实现X、Y、Z三方向调整, 需预先准备的夹具元件数量较多。

国内学者开发设计了一种新型汽车焊装夹具, 见图2。该夹具结构采用了孔系基台、套合式立柱支座、可重构定位板等特别设计方案。实现了焊装工件的快速安装和定位, 降低了因车型改变而带来的焊装夹具维护升级的成本。该夹具与Demmeler公司的三维标准组合夹具的结构类似, 但夹具元件数量减少, 且夹具可实现Z向定距调整。

槽系、孔系二类可重构焊装夹具主要针对形状较为简单平整的柔性工件, 在强度、刚性和对焊接件预变形控制等方面未进行特殊设计, 很难适用于薄壁、易变形的汽车冲压件的批量焊装生产。

目前, 可重构夹具在汽车生产中已有少量的应用, 主要应用在冲压件焊后检测上, 以可重构检具为主要表现形式。在汽车车身焊装夹具上, 只有部分学者对相关焊装夹具进行了理论上的研究。

2 可重构焊装夹具结构设计

(1) 焊装夹具的基本要求

一般情况下, 设计焊装夹具需要满足如下要求。

a.定位与夹紧:为了保证产品的形状和尺寸精度符合图纸及技术要求, 必须保证被装配的零件或部件具有正确的位置精度和可靠迅速地夹紧, 并在焊接时能够防止焊接件产生变形。

b.夹具结构:夹具结构应开放, 应在最有利的状态下进行装配焊接工作, 如平焊位置等;夹具要有足够的强度和刚度, 且质量要轻, 受力的夹具部件都应有足够的强度和刚度;夹具的定位件和夹紧点距焊缝应有一定的距离, 以避免因受热产生变形, 避免将定位面、螺纹等夹具元件烧毁, 同时为了减少流失工件加热量, 工件与定位件等夹具元件的接触面应尽量小。

c.施焊和操作:工件的装卸简捷方便, 操作过程简单、合理, 无干涉且有合理的施焊、检修空间, 在保证焊装夹具强度和刚度的前提下应操作轻巧灵便, 定位、夹紧和松开过程应省力而又快速。

d.制造周期与成本:应采用标准化夹具元件以降低制造成本和缩短制造周期, 非标零部件应易于加工制作, 对易磨损零件应使其便于更换。

e.夹具调整:在夹具工作台面上采用孔系定位, 将其作为调整时的测量基准, 孔系的定位精度依照产品要求而确定, 这样既便于测量定位块的空间位置又便于校核被焊零件的位置, 当要调整定位块某一方向尺寸时, 只需改变系列垫片的数量即可调整所需尺寸。

(2) 焊装夹具支座及基板设计

夹具支座及基板设计主要考虑夹具的强度、刚度及装配件尺寸范围等要求。同时, 还要考虑夹具移动的灵活性, 以便于调整夹具位置。本文涉及的夹具支座及基板采用分层组装搭接方式, 支座采用等间距定位孔板连接架结构 (图3a) , 支座可根据制件尺寸进行放大拼接;连接板上孔的间距为50mm的倍数 (图3b) , 以便于搭接组装;基板采用系列孔隙连接板 (图3c) , 在基板上安装支撑部件、限位部件, 基板孔位间距为50 mm, 支座与基板的连接采用螺钉和圆柱销, 以便于标准化和通用化;基板与连接板的装配见图3d。基板上可进行定位元件、夹紧元件的拼装, 完成制件的定位夹紧, 实现快速安装调试。

(3) 定位元件设计

定位元件分为直线定位和角度定位2种, 见图4。直线定位有50、75、100 mm (孔长) 3种规格 (图4a) , 满足定位及尺寸调整;角度定位采用一端固定, 另一端圆弧孔定位, 其侧边采用螺纹销钉进行尺寸调整, 可完成3600范围内角度的定位, 见图4b。定位元件与基板的连接采用螺纹销, 材料选择Q235, M10螺纹销螺纹的应力截面积为58 mm2, 性能3.6级, 其有效拉力为10 400 N, 连接件间的摩擦因数按0.17计算, 产生的摩擦阻力为:

(4) 夹紧元件设计

采用凸轮夹紧原理设计夹紧元件, 由凸轮夹紧楔块、压板、支杆、螺纹拉杆、聚氨酯橡胶块、手柄等主要构件组成, 见图5。使用时可根据制件的高度对支杆、螺纹拉杆进行调整。压板有2种, 即普通压板和带聚氨酯橡胶块的压板。压板位置根据被夹紧制件的高度分为前置和后置2种。夹紧元件的安装与夹紧状态见图6。

(5) 柔性可调支座设计

柔性可调支座是焊接夹具装置的核心部件, 由X向可调滑座部件、Y向可调滑座部件、Z向可调滑座部件、可摆动定位夹紧件安装座部件构成, 见图7。

柔性可调支座X向调整 (调整范围为100 mm) 由导向轴、滑动座和上座3个元件完成, 上座开有通孔, X向位置调整后采用螺栓锁紧。Y向调整 (调整范围为100 mm) 由底座、滑动座和导向座3个元件完成, Y向位置调整后采用螺栓锁紧, 底座开有4个定位销孔, 通过联接螺纹销钉与连接孔板连接。Z向调整 (调整范围可根据实际情况进行调整, 一般大于100 mm) 由连接杆、上座和锁紧钮3个元件完成, Z向位置调整辅助锁紧钮定位后采用螺栓锁紧。绕X轴的旋转调整由连接杆、连接块和销轴3个元件完成, 实现间隔15°的定位旋转, 采用啮合齿定位。绕Z轴的旋转调整由上座、锁紧钮和连接杆完成, 实现间隔15°的定位旋转, 采用锁紧钮定位。

孔系基座是汽车车身柔性焊装夹具的基础安装单元, 在基座板上开设间隔为50 mm的方形孔系, 柔性可调支座通过该孔系与基板定位连接。见图8。

汽车车身柔性焊装夹具装置对于不同车型的车身焊装, 只需要根据车身焊接件位置, 定位安装柔性可调支座, 即可快速构建出一套新焊装夹具。

(6) 夹具特点

与现有的焊装夹具相比, 本文设计的焊装夹具的结构特性如下。

a.通过采用模块化、标准化、系列化的夹具元件, 便于各个组件之间的连接组合, 能使一定范围和类型的不同工件进行重构安装, 可以有效减少生产成本, 提高生产效率。

b.采用柔性可调支座结构, 可实现X、Y、Z三维直线调整和二方向旋转调整, 安装在夹具上的定位及夹紧元件可实现四自由度连续调整和一自由度定角度调整。

c.具有独立的主定位模块, 定位机构和夹紧机构分层设计, 有利于夹具的设计和制造, 同时有利于实现焊装夹具柔性重构。

3 可重构夹具在偏置驾驶室生产中的应用

(1) 产品特点

矿用自卸车偏置驾驶室采用骨架蒙皮的结构, 骨架、蒙皮之间的连接方式采用CO2气体保护焊焊接, 驾驶室具有如下特点。

a.批量较小, 生产集中。

b.驾驶室种类分为3种, 不同驾驶室之间有差别。

c.从试制初期开始, 不断地进行产品设计优化, 不能最终锁定产品。

d.全部采用弧焊焊接, 焊接变形较大。

(2) 夹具特点

基于以上几点, 制定了焊装夹具的方案, 焊装夹具应具有如下特点。

a.焊装夹具能满足3种车型或多种驾驶室骨架总成的混流生产, 每种产品通过夹具的重新组合和变换, 实现不同种类产品的定位和夹紧功能。

b.在产品优化设计细节变更时, 不需要做夹具改动, 通过夹具重构适应产品结构的变化。

c.夹紧及定位夹紧部件具备三维可调功能, 便于生产时的产品匹配和调整, 以及日后恢复夹具精度。

d.产品试制阶段工装夹具满足日产5辆份驾驶室焊装总成需求, 如需提高产能可通过重组焊装夹具实现需求。

e.夹具具有足够的强度和刚度, 并具备预变形功能, 能够根据焊接生产情况, 对总成和分总成的焊接变形进行预调整。

(3) 应用方案

按以上特点设计制造的可重构夹具在偏置驾驶室的生产中首次得到应用。下面以偏置驾驶室右侧围骨架为例, 简要说明可重构夹具在偏置驾驶室生产中的应用情况。偏置驾驶室右侧围骨架见图9。偏置驾驶室侧围骨架应用可重构焊装夹具系统见图10。

从图10中可以看到, 夹具的底板是由多块孔系板拼接而成, 不同尺寸的孔系板通过安装孔和销孔与主体框架连接, 通过调节孔系板的尺寸和位置就可适应不同型号的偏置驾驶室侧围骨架焊装生产准备的需求。通过对直线定位元件、角度定位元件、夹紧元件的定位和调整, 可以满足偏置驾驶室开发过程中对偏置驾驶室侧围骨架高度、宽度、前挡角度、内饰挂板和操纵件挂板不断变化的需求。

实践证明, 本套夹具在偏置驾驶室试制过程中具有很好的产品适应性, 该夹具在解放公司卡车厂矿用自卸车偏置驾驶室焊装生产中发挥了重要的作用。

4 结束语

在产品生产准备阶段采用可重构焊装夹具克服了以往车身焊装夹具适应性不强、开发周期较长的弊端, 可有效降低因车型设计不断变更而带来夹具维护更新的时间成本和材料成本。进一步提高柔性可调支座的强度和刚度, 将可重构焊装夹具应用到批量生产过程中是今后研究工作的重点。

摘要：一汽解放公司开发的新型偏置驾驶室与以往的驾驶室结构不同, 采用骨架蒙皮结构。在焊装生产准备过程中, 针对该产品设计了一套可重构焊装夹具系统。该夹具由孔系板底板、三维可调柔性支座、直线定位/角度定位元件、夹紧元件等构成, 具有快速安装定位、调整方便、适应性强等特点。本文着重介绍了可重构焊装夹具在骨架蒙皮结构驾驶室生产中的应用。

关键词：可重构,焊装夹具,驾驶室,应用

参考文献

[1]M.N.Sela, O.Gaudry and E.Dombre.A ReconfigurableModular Fixturing System for Thin-Walled FlexibleObjects[J].Advanced Manufacturing Technology.1997, (13) :611-617.

[2]阮冬, 杨建国, 李蓓智, 解奇军, 王毅.可重构汽车车身焊接夹具的研究[J].装备制造技术, 2008, (2) :19-21.