李登祥

身份證號碼：371122198407154613

汽車零件柔性焊接夾具設計與研究

李登祥

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柔性夾具作為工藝裝備的一部分，在汽車白車身的生產(chǎn)過程中起著重要的作用。柔性夾具組裝迅速，方便靈活，夾具靈活多變；部件通用性強，互換性好，并可長期重復使用。保證加工質(zhì)量的前提下，應用柔性夾具替代專用夾具，可以極大的縮短工藝準備時間，降低成本，提高效率，對于推進白車身生產(chǎn)的快速發(fā)展有著重要意義?；诖?，文章就汽車零件柔性焊接夾具設計進行簡要的分析，希望可以提供借鑒。

汽車零件；柔性焊接；夾具設計

1.柔性工裝制造系統(tǒng)拓展考慮

柔性工裝的優(yōu)勢在于“快速化設計，快速化制造”，而這必須建立在企業(yè)從產(chǎn)品設計、工藝確定、工裝設計和制造、管理等統(tǒng)一理念和協(xié)同工作的基礎上，否則其優(yōu)越性很難體現(xiàn)，甚至不如專用工裝。因此，在以往的柔性制造系統(tǒng)的基礎上，增加了“產(chǎn)品相似性設計”和“柔性化程度評估”的過程。

1.1 產(chǎn)品設計的相似性分析

為了保證工裝的柔性方向正確，必須從產(chǎn)品的設計開始。設計部門在進行新產(chǎn)品設計時，同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應盡量保持主結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，差異部分與現(xiàn)有的工裝柔性趨勢相近或相同。這樣大大降低了焊接夾具柔性部件的數(shù)量，可有效降低因增加工裝柔性而帶來的成本增加和設計難度。

1.2 工裝柔性程度分析

柔性程度的確定是柔性工裝制造中的重要環(huán)節(jié)。柔性過小，沒有實際意義；柔性過大，將造成設計復雜，一次投入巨大。如果產(chǎn)品發(fā)展方向錯誤將造成無用的柔性，最終造成柔性投入失敗，影響企業(yè)柔性工裝投入的積極性。因此，建議在以往的系統(tǒng)中拓展增加“柔性程度評估”的環(huán)節(jié)。

柔性程度評估，主要可以通過以下兩個過程完成：

過程1：分模塊確定柔性程度。首先制定統(tǒng)一的原則，按照柔性系統(tǒng)中已有的以下單元，分別確定柔性的原則和程度。具體的操作如下：①基礎單元：工裝的主體結(jié)構(gòu)，一般不更換，相對固定，只預留柔性接口。②定位單元：本身專用化設計，接口標準化設計，可以不設置柔性。③夾緊單元：形狀、尺寸歸類標準化設計，儲備柔性調(diào)節(jié)范圍，與基礎單元接口標準化設計。④動力單元：液壓或風動系統(tǒng)，接口標準化，管路連接儲備調(diào)整量。⑤控制單元；包括動力系統(tǒng)和設備的PLC控制，只預留柔性接口。⑤擴展接口：評估產(chǎn)品發(fā)展趨勢，只預留柔性接口。

過程2：參考工裝使用頻率確定柔性程度。從使用頻率出發(fā)，合理的確定柔性的程度，專用工裝部分和柔性部分配合使用。示例如下：①產(chǎn)品范圍：只考慮近5年內(nèi)可能使用的產(chǎn)品類型，如高速車的側(cè)墻、車頂和底架。②轉(zhuǎn)產(chǎn)周期：時間太短沒有太大的實際意義，因此確定轉(zhuǎn)產(chǎn)周期為1～2天/次。③轉(zhuǎn)產(chǎn)頻次：考慮工裝壽命約10年，轉(zhuǎn)產(chǎn)的頻次確定為2～3次/a。④柔性擴展費用：應小于整體工裝費用的20%。拓展前后新、舊制造系統(tǒng)的經(jīng)濟性對比如附表所示。

通過以上的對比，得知拓展后的新柔性夾具制造系統(tǒng)在轉(zhuǎn)產(chǎn)時與拓展前的柔性工裝同樣具備：基礎單元保留，只需要更換標準件(在工裝庫中已有)，接口標準化，提前仿真模擬等優(yōu)勢，并且在保證轉(zhuǎn)產(chǎn)周期的前提下，有效降低了經(jīng)濟投入。

2.基于NX的柔性焊接夾具方案設計

2.1 橫梁定位夾緊模塊

橫梁定位夾緊模塊由X、Z向定位夾緊模塊和Y向定位夾緊模塊組成，分別完成對橫梁X向、Z向和Y向的定位夾緊功能。橫梁定位夾緊模塊具體工作流程為：變換構(gòu)架時，橫梁定位夾緊模塊各裝置先復位到系統(tǒng)原點，然后再調(diào)整新構(gòu)架到對應的X、Y、Z向定位位置。同種構(gòu)架橫梁定位夾緊時，X、Y向定位夾緊裝置后退5mm，橫梁吊運放置在橫梁定位夾緊模塊上。依次分別調(diào)節(jié)Z向定位裝置、X向定位裝置和Y向定位裝置，實現(xiàn)對橫梁的Z向、X向、Y向定位調(diào)整，至此橫梁定位夾緊完成。橫梁定位夾緊模塊可通過X、Y、Z3個方向的調(diào)整來滿足多種車型不同尺寸構(gòu)架的定位夾緊要求；實現(xiàn)方式為電動調(diào)節(jié)，操作簡便，且效率提高一倍以上；通過精確控制，大大提高了定位精度；定位后鎖止功能的實現(xiàn)，可避免操作過程發(fā)生危險；保證了柔性焊接夾具系統(tǒng)的連續(xù)使用。

2.2 側(cè)梁定位夾緊模塊

該焊接系統(tǒng)的側(cè)梁定位夾緊模塊共有4組，每組側(cè)梁定位夾緊模塊包含三軸平臺模塊、三軸平臺Z向動力模塊和定位調(diào)整夾緊模塊。三軸平臺模塊實現(xiàn)更換構(gòu)架時X、Y、Z向的位置調(diào)整，三軸平臺Z向動力模塊提供三軸平臺Z向調(diào)整動力，定位調(diào)整夾緊模塊完成同種構(gòu)架側(cè)梁的定位調(diào)整和夾緊。

側(cè)梁定位夾緊模塊具體工作過程為：更換構(gòu)架時，4組側(cè)梁定位夾緊模塊同步調(diào)整；Z向平臺沿Z向返回系統(tǒng)原點，再調(diào)整到新構(gòu)架相應位置，X、Y向平臺同時進行平動，返回系統(tǒng)原點，再調(diào)整到新構(gòu)架相應位置。側(cè)梁定位夾緊模塊可實現(xiàn)X、Y、Z3個方向的調(diào)整，構(gòu)架變更時所需3個方向的尺寸調(diào)節(jié)由模塊下部的3向調(diào)整平臺實現(xiàn)，X、Y向調(diào)整方式為電動調(diào)節(jié)，通過渦輪絲桿提升機實現(xiàn)Z向調(diào)節(jié)，3個方向的調(diào)節(jié)均可實現(xiàn)調(diào)節(jié)后鎖止；通過電動微調(diào)模塊實現(xiàn)定位微調(diào)，調(diào)整后實現(xiàn)鎖止；另外具備手動調(diào)節(jié)備用設備，防止電動調(diào)節(jié)裝置出現(xiàn)故障造成生產(chǎn)停止，從而保證柔性焊接夾具系統(tǒng)的連續(xù)使用。

2.3 垂向減振器座定位夾緊模塊

垂向減振器座定位夾緊模塊包括垂向減振器座壓板和垂向減振器座Z向定位裝置兩部分，垂向減振器座Z向定位裝置實現(xiàn)變換構(gòu)架時垂向減振器座Z向位置調(diào)整和Z向定位微調(diào)；垂向減振器座壓板用于垂向減振器座定位后夾緊。該模塊具體工作過程為：變更構(gòu)架時，將垂向減振器座Z向定位裝置升降到特定位置，X、Y向跟隨側(cè)梁定位夾緊模塊調(diào)整；同種車型構(gòu)架定位時，放置垂向減振器座于垂向減振器座Z向定位裝置上，采用劃線找正法，手動調(diào)整垂向減振器座X、Y向的定位；X、Y向定位完成后，進行Z向定位調(diào)整。當X、Y、Z3個方向定位完成后，利用垂向減振器座壓板夾緊垂向減振器座。

[1]喬硯斌.多型號鐵路客車構(gòu)架柔性焊接夾具系統(tǒng)研究[D].青島理工大學，2015.

[2]翟浩.工程機械大型結(jié)構(gòu)件焊接自動化柔性生產(chǎn)技術研究[D].山東大學，2015.

[3]郭孔斌.汽車后門內(nèi)板總成焊裝夾具的設計與分析[D].東華大學，2015.