可重構車身底盤焊裝夾具設計

鄭永佳 唐鼎 李大永 彭穎紅

1.上海鑫燕隆汽車裝備制造有限公司 上海市 201906 2. 上海交通大學 機械與動力工程學院 上海市 200240

1 引言

夾具的可重構化使該系統能夠滿足多種應用需求，并且裝配需求改變后，能夠快速地通過夾具結構使之滿足裝夾要求。本文的研究對象為車身底盤焊裝夾具系統，該系統通過調整少數零部件滿足8種車型的底盤裝夾需求，節省了夾具制造及管理成本。

2 車身底盤焊裝隨行夾具系統

該隨行夾具系統主要由信息控制系統、重構單元立體庫、夾具、夾具運輸系統組成。由信息控制系統輸入車型信息并判斷出所需夾具重構單元編號；夾具運輸系統運輸重構單元至重構站，由機械抓手對焊裝夾具進行重新裝配；重構后的夾具由傳送機構運送至焊裝生產線上配合汽車裝配使用。為滿足混線生產，焊裝夾具能兼容3個平臺、8個車型，并具有可擴展性。

3 夾具結構設計

圖1為某車型的焊裝夾具結構。汽車底盤支撐定位機構為該焊裝隨行夾具核心部件，包括底座、共用定位單元、固定單元、可重構單元和切換抓手等。其中，底座由兩條長鋼條和五條短鋼條組成，底座上面鋪設有兩個通氣管路并連接有氣動裝置，通氣管路上分別設有若干通氣口。

考慮到車型之間其夾具差異較小，不同車型的夾具除左右兩側布置由兩個可重構單元部件不同外，其余部件如定位單元部件與固定單元部件等均相同。共用的定位單元包括四個銷釘式夾緊氣缸，四個夾緊氣缸通過連接塊對稱固定在兩條長鋼條中段位置設有的支撐柱上，并于通氣管路的通氣口連通，從而控制支柱的運動方式。固定單元包括3個固定組件，其中一個固定組件橫向固定于底座的一端，另外兩個固定組件相互對稱并縱向固定于底座的另一端兩側。每個固定組件包括定位銷、定位塊以及氣缸等零件。定位銷和定位塊零件分別固定在底座上的支撐柱起到支撐固定作用。定位塊內設有兩個快速對接母頭，對接母頭下端分別通過氣管與通氣管路上的通氣口連通，從而控制支柱的位移。

根據兼容的車型數量，固定單元可匹配多套可重構單元，每套可重構單元均包括三套切換組件，分別安裝在三個固定組件上。切換組件包括方管以及固定板零件，方管兩端的下表面和上表面分別固設有固定板。方管兩端分別通過連接板固定有銷釘式夾緊氣缸。方管底部中間位置設有兩個定位塊，定位塊上有兩個快速對接公頭，快速對接公頭與氣缸的通氣口連通，當然，為減少成本和占據空間多套可重構單元可以共用方管零件，只需在切換前將銷釘式夾緊氣缸更換即可。

圖1 汽車底盤焊裝夾具

圖2 切換抓手

切換抓手如圖2所示，頂部與機器人連接，底部設有三個并排的氣缸。每個氣缸上固設有位于底部的定位塊，兩側鉸接有對稱的夾臂部件，進而實現零件的抓取。圖3所示為與焊裝夾具配套的線下檢測臺，線下檢測臺包括托板和檢測單元。安裝或更換切換單元之前，需要通過在線下檢測臺的檢測，只有當切換組件準確安裝于檢測元件后才可進行線上安裝，以此保證切換單元線上的安裝切換的精確性和穩定性。

圖3 線下檢測臺

4 隨行夾具工作實例驗證

以某車型切換組件的抓取為例，抓取前，切換抓手氣缸上的兩個夾臂張開；抓取時，控制切換抓手移動至儲放在托盤上的切換組件的上方，并使得氣缸下方的定位塊下表面與切換組件一側的定位塊上表面貼合，進行豎直方向的定位，然后向第二個氣缸通氣，驅動兩個夾臂將定位塊夾緊，通過夾臂斜側面的長條凸起和定位塊斜側面的長條凹槽嚙合，從而可進行水平方向的定位，以此完成三維定位。將切換抓手安裝在機器人上，可控制三個氣缸分別獨立地進行通氣，對應的兩個切換組件相互獨立工作，可同時抓取一套可重構單元。

以切換組件的安裝為例，未安裝切換組件時，固定組件氣缸上的夾臂張開，由機器人控制切換抓手移動，使得切換組件和固定組件上下對準，進而通過支撐面和下固定板的底面貼合進行豎直方向的定位，通過定位銷與襯套的穿插配合進行水平方向的定位，以此進行三維定位。定位塊上的快速對接母頭和公頭完成對接，將夾緊氣缸和通氣管路接通。完成定位后向氣缸通氣，驅動夾臂擺動，進而帶動壓板從方管兩側下擺并將固定板兩側壓住進行固定，最后氣缸放氣泄壓，夾臂張開后即可通過機器人控制切換抓手移開，至此切換組件安裝完成。

兩個固定組件全部安裝完成后即可用于定位固定對應車型的汽車底盤。將汽車底盤放置在該機構上面時，銷釘式夾緊氣缸與汽車底盤預留的定位孔上下對應，向通氣管路中通氣即可驅動銷釘式夾緊氣缸將汽車底盤夾緊。當更換車型底盤，需要將安裝在固定單元上的可重構單元拆卸，該操作可通過切換抓手來完成。首先通過機器人控制切換抓手移動至切換組件上方并將切換組件抓取，進行抓取定位，然后氣缸泄壓放氣，夾臂張開，最后通過機器人控制切換抓手移動即可將切換組件抓取移開。

由于同一企業的不同車型的底盤中間段兩側的定位孔的位置和形狀通常是固定的，而兩端的兩側的定位變化很小，其中中間段兩側的定位孔與銷釘式夾緊氣缸對應，因此實際工作切換車型時，銷釘式夾緊氣缸可以不用切換，只需通過機器人控制切換抓手更換切換單元即可，那么整個安裝切換過程可通過上述的切換組件的抓取、安裝、拆卸等簡單操作來完成，而通過線下檢測臺的安裝前的檢測，可保證切換單元的安裝切換的精確性和穩定性。

5 總結

為了滿足汽車焊裝行業高度柔性、快速切換和空間緊湊等方面的嚴苛要求，本文設計了一套可重構車身底盤焊裝隨行夾具并進行了應用驗證，可獲得的結論如下：

1）根據汽車焊裝工藝特點，焊裝夾具由底座、共用定位單元、固定單元、可重構單元和切換抓手等組成，改變可重構單元零件可適用于不同車型。

2）實例應用研究發現該夾具系統可實現切換組件的自動抓取、安裝與拆卸操作，并可通過配設多套切換單元，即可實現多種車型的兼容，而且具有自動化程度高、定位精確、切換穩定可靠、切換速度快等特點，可廣泛應用于各種自動化生產線，有效降低生產線的投資。