汽車零件柔性焊接夾具設計與研究

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

身份證號碼：371122198407154613

柔性夾具作為工藝裝備的一部分，在汽車白車身的生產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的快速發展有著重要意義?；诖耍恼戮推嚵慵嵝院附訆A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.柔性工裝制造系統拓展考慮

柔性工裝的優勢在于“快速化設計，快速化制造”，而這必須建立在企業從產品設計、工藝確定、工裝設計和制造、管理等統一理念和協同工作的基礎上，否則其優越性很難體現，甚至不如專用工裝。因此，在以往的柔性制造系統的基礎上，增加了“產品相似性設計”和“柔性化程度評估”的過程。

1.1 產品設計的相似性分析

為了保證工裝的柔性方向正確，必須從產品的設計開始。設計部門在進行新產品設計時，同類產品的結構應盡量保持主結構穩定，差異部分與現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節。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。如果產品發展方向錯誤將造成無用的柔性，最終造成柔性投入失敗，影響企業柔性工裝投入的積極性。因此，建議在以往的系統中拓展增加“柔性程度評估”的環節。

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。首先制定統一的原則，按照柔性系統中已有的以下單元，分別確定柔性的原則和程度。具體的操作如下：①基礎單元：工裝的主體結構，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，儲備柔性調節范圍，與基礎單元接口標準化設計。④動力單元：液壓或風動系統，接口標準化，管路連接儲備調整量。⑤控制單元；包括動力系統和設備的PLC控制，只預留柔性接口。⑤擴展接口：評估產品發展趨勢，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，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產品范圍：只考慮近5年內可能使用的產品類型，如高速車的側墻、車頂和底架。②轉產周期：時間太短沒有太大的實際意義，因此確定轉產周期為1～2天/次。③轉產頻次：考慮工裝壽命約10年，轉產的頻次確定為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、舊制造系統的經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在轉產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，提前仿真模擬等優勢，并且在保證轉產周期的前提下，有效降低了經濟投入。

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：變換構架時，橫梁定位夾緊模塊各裝置先復位到系統原點，然后再調整新構架到對應的X、Y、Z向定位位置。同種構架橫梁定位夾緊時，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。依次分別調節Z向定位裝置、X向定位裝置和Y向定位裝置，實現對橫梁的Z向、X向、Y向定位調整，至此橫梁定位夾緊完成。橫梁定位夾緊模塊可通過X、Y、Z3個方向的調整來滿足多種車型不同尺寸構架的定位夾緊要求；實現方式為電動調節，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，可避免操作過程發生危險；保證了柔性焊接夾具系統的連續使用。

2.2 側梁定位夾緊模塊

該焊接系統的側梁定位夾緊模塊共有4組，每組側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整夾緊模塊。三軸平臺模塊實現更換構架時X、Y、Z向的位置調整，三軸平臺Z向動力模塊提供三軸平臺Z向調整動力，定位調整夾緊模塊完成同種構架側梁的定位調整和夾緊。

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

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向定位裝置實現變換構架時垂向減振器座Z向位置調整和Z向定位微調；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向跟隨側梁定位夾緊模塊調整；同種車型構架定位時，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.多型號鐵路客車構架柔性焊接夾具系統研究[D].青島理工大學，2015.

[2]翟浩.工程機械大型結構件焊接自動化柔性生產技術研究[D].山東大學，2015.

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