吳程遠 劉憬賢 張恒語 敬屹陽 吳祚堯
摘 ?要:驅動橋殼是屬于驅動橋的一部分,驅動橋殼的作用是支承并保護主減速器、差速器、半軸,使左右驅動車輪的軸向相對位置固定。在驅動橋的生產制造中,焊接夾具是保證焊接精度和防止焊接變形的重要設備。焊接夾具定位設計是夾具設計的重要環(huán)節(jié)。本文以驅動橋殼焊接夾具為對象,采用SolidWorks軟件對夾具主要定位組件進行虛擬定位設計,為相關機械產品定位設計提供借鑒意義。
關鍵詞:焊接夾具,驅動橋殼,定位設計
1.緒論
在驅動橋的生產制造中,焊接是一項十分重要的工藝。在焊接中,普遍存在焊接構件變形、應力集中、精度難以達到設計要求等問題,因此需要應用焊接夾具來解決這類焊接問題。一套合格的焊接夾具可以提升焊接質量和焊接效率,這對提高整個驅動橋殼焊接工藝的效率有著很大的幫助[1]。在國內,隨著汽車制造技術的不斷提升,汽車焊接夾具的設計形式也豐富多樣化。但和一些發(fā)達國家對比,特別是汽車工業(yè)發(fā)達的德國、日本等國家,我國的科技水平相對落后,而且焊接夾具的設計也留有很多問題,比如焊接夾具定位設計等問題[2]。
初期的夾具大多數(shù)是以手動為主,因為那時夾具的自動化程度比較低。隨著機械化程度的提升,自動化夾具逐漸代替了手動夾具。氣動夾具的使用,使得工作效率提高,并且使得勞動強度也大大降低,因此被廣泛推廣和使用。目前,在一些制造業(yè)發(fā)達的國家,例如美國、德國、日本等,已經(jīng)開始應用工業(yè)機器人的柔性自動化了,并且在一些大型的國際汽車制造商,全自動焊接生產線已經(jīng)開始被應用[3,4]。這使得夾具定位設計更應具有穩(wěn)定性和無人干預性。本文考慮到以上兩點,針對全自動焊接生產線驅動橋焊接夾具組件進行定位設計。
2.設計軟件及坐標系選擇
本文所述的驅動橋殼焊接夾具定位設計主要采用SolidWorks軟件完成,所使用的模塊是零件建模、裝配體[5]。對于零件建模,可以通過特征工具進行拉伸、旋轉、陣列、掃描等操作完成零件的建模;對于裝配體,是將已設計完成的零件模型,按約束關系進行虛擬裝配,形成夾具組件。需要說明的是是根據(jù)基準一致性要求,在零件特征設計初期就應該考慮后期裝配關系,即配合關系;在虛擬裝配形成組件中,就要考慮組件的定位關系。
對于所有設計都應該遵循整體的坐標系統(tǒng),本文設計焊裝夾具整體坐標系統(tǒng),橫坐標為X軸、縱坐標為Z軸,Y軸作為高度坐標[6]。建立整體坐標系統(tǒng)可以方便后續(xù)夾具組件定位設計。
3.夾具主要組件定位設計
驅動橋殼焊接夾具由定位器、夾具體以及夾緊機構組成。定位器大多是固定式的,并以手動、液壓、氣動等驅動方式為主;夾緊機構相對復雜,而且結構形式很多;夾具體大多根據(jù)焊接結構進行專門設計。本文所述的設計中,主要使用到的定位組件包括端頭定位組件、工件支撐架、浮動卡盤和方形側頂?shù)取TO計思路采用六點定位原理,即通過六個適當分布的支撐點來分別限制工件的六個自由度(其中三個移動自由度、三個轉動自由度),從而使工件在空間得到確定定位。如果違反,則不能確定工件在夾具中的位置。
(1)端頭定位組件:主要用定位心軸(長銷)對驅動橋殼進行定位。定位心軸用來支承轉動零件并且只承受彎矩而不傳遞扭矩,主要用于以內孔表面為定位基準的工件。以第2節(jié)定義的坐標系統(tǒng)為標準,該定位心軸(長銷)限制了Z軸的移動自由度、Y軸的移動自由度、Z軸的轉動自由度、Y軸的轉動自由度。
(2)工件支撐架組件:主要用于承受物體重量以及固定工件。由短V型塊、護桿、工件支撐架墊片以及工件底支撐架等組成。一般定位設計是采用在兩端各放置一個短V型塊,組成了一個長V型塊。這種設計限制了驅動橋殼的Y軸的移動自由度、Z軸的移動自由度、Y軸的轉動自由度、Z軸的轉動自由度。這種設計會造成降低定位精度、定位質量不穩(wěn)定等影響,但對提高工件的穩(wěn)定性和剛性有一定的好處。
(3)浮動卡盤組件:主要用在定位橋殼中段,由三爪卡盤進行定位。三爪卡盤定位分為相對夾持長和相對夾持短,這里采用相對夾持短的定位,主要限制了兩個自由度,為X軸的移動自由度、Z軸的移動自由度。
(4)方形側頂組件:主要用于定位和夾緊橋殼中段。主要由油缸安裝座、頂緊組件、底座組成。該組件主要限制了X軸的轉動自由度和Z軸的轉動自由度。
4.夾具整體布局
夾具主要組件定位設計完成后,將各組件虛擬裝配為整體焊裝夾具,再通過其他裝配定位分析軟件進行校核,例如VIS-VSA或3DCS軟件。整體夾具虛擬裝配示意圖,如圖1所示。
5.總結
本文以驅動橋殼焊接夾具為對象,建立夾具整體坐標系統(tǒng),采用SolidWorks軟件對夾具主要定位組件(端頭定位組件,工件支撐架組件,浮動卡盤組件和方形側頂組件)進行了定位虛擬設計,最后給出夾具整體布局。本文所述的設計思路對相關機械產品定位可以起到借鑒作用。期望后期工作能夠繼續(xù)采用VIS-VSA或3DCS軟件對整體裝配體進行3D定位設計與優(yōu)化。
參考文獻
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資助情況:本文受到上海工程技術大學校級大學生創(chuàng)新訓練項目(CX1901015)資助。