基于CATIA的汽車水箱焊裝夾具的設計

夏云

摘要： 中國的汽車制造業從無到有發展至今，已經成為國民經濟中的支柱型產業之一，由于汽車水箱外觀的復雜性和高低不一，對于水箱的焊裝夾具提出了更加嚴格的要求，。在焊裝設計的過程中，可以發現，組成水箱的零件大多結構形狀復雜，數量又相對較多，這就暴露了國內技術的不足之處，使得在具體操作過程當中非常復雜，工作量也比較大，周期也比較長，存在一系列弊端。而在數字化不斷進步的當下，在進行汽車制造行業發展的時候，可以利用相對應的知識來建立一個零部件庫，這樣可以提高整體的工作效率，對于車型的研發也非常具有幫助。

關鍵詞： 汽車水箱;焊裝夾具;工作效率

本文所研究的內容是對于一套專用夾具的設計，從焊裝夾具的組成、設計步驟、總體方案設計、仿真干涉檢查等方面作設計說明。

汽車焊裝夾具的組成

夾具基板、夾緊機構、定位裝置還有輔助系統，這四部分構成了汽車的焊裝夾具。

夾具底板

夾具底板是汽車焊裝夾具中最基本的原件，它的精度決定了定位機構的準確度。因此，要實時考察夾具底板是否平整，有無粗糙面。

在夾具基板設計之初，要考慮到焊裝夾具的測量也是在夾具基板上進行的，所以需要留有一定的空間來放置測量裝置的各類零部件。

定位裝置

定位裝置是由固定銷、插銷、移動銷等五類工件所構成的零部件組成的。定位元件必須要有非常強的剛性和硬度，不然頻繁使用汽車焊裝夾具會造成元件的磨損，為了可以及時快速修復定位元件，對夾具提出了柔性的要求，要盡量使主要定位元件是可以替換的。

夾緊機構

焊裝夾具中的夾緊機構分成快速夾緊機構與氣動夾緊機構兩種類別，這兩種夾緊機構各有自己的特點?？焖偌泳o機構的特點是它的動作很迅速，結構簡單，它的快速反應非常符合生產量大時的要求;而快速夾緊裝置一般不是一個獨立的整體，是由幾個串聯或是并聯在一起進行使用，這樣能夠達到同步的目的[13]。有一些對于精度要求比較低的焊接件里面，定位和夾緊是能夠同步實現，這樣就可以不再需要專門的定位元件，后期也可以轉換成一些其他的機構用于其他的應用，就使得使用的范圍被進一步擴大，通過墊片的方式來調節壓塊，能夠保證整個工件更加完整。焊點和焊點之間的配合，可以使每一個焊點都落實到位，沒有虛焊的現象產生，會提高焊接的質量，實現手動自動的結合混用。

輔助機構

輔助機構是焊裝夾具不能忽略的一個重要部分，它在焊裝夾具中發揮了自己的獨特的作用。目前常見的幾種輔助機構由旋轉機構、反作用焊接機構以及翻轉機構這三種。在夾具基板的布置中，應該要放置旋轉機構，在旋轉機構作用之下，夾具就能夠實現任意角度的旋轉，這樣就不必布置很多的焊機，減少焊機的使用量。當遇到一些特殊情況時，只需移動焊點就可以實現焊接工作，既能夠保證整體的工作質量又非常的便捷。此外為了能夠保證整個工件處于穩定的狀態，必須要設置止動裝置。翻轉機構，在進行整體操作過程當中，做成翻轉的樣子，使夾具的翻轉和焊件的方向配合，讓工人可以保持在水平的位置進行焊接工作，這樣就降低了工人的勞動強度，這樣在設計時就要求配置一個防動的裝備，預防夾具會自動翻轉元件。

汽車焊裝夾具設計步驟

汽車水箱的焊接是一個非常復雜過程，一般涉及三個領域，分別是電氣控制，氣動技術和結構設計。而具體的設計步驟如下：

在設計之前首先要了解各個部分的東西，了解各類知識，包括結構，生產的形勢，對于生產工藝的要求，還可以參照其他國家的優秀設計。

根據它焊接的要求來確定它的方式以及定位基準，此外還要根據相關理論來確定基準點，只有這樣才能保證基準點分布的位置比較合適，也能夠更好確定夾緊的位置以及定位點，并制定合適的方案。

先將設計出來的元件統稱為非標準部件結構，然后從中選擇可以作為標準部件的元件，進一步完成夾具的總設計。

運用計算機的仿真運動來對焊裝夾具進行測評，不斷對設計不合理的地方進行分析，提出改進的方案。如果發現存在不合理的地方，就要及時的進行改進，直到它能夠和整體的結構相符合，符合整體設計要求。

水箱分總成焊接夾具的總體方案設計

夾具體方式的選擇與設計

根據前述夾具體的選擇方法以及常用的夾具體的方式有如下2種，結構如圖1，圖2所示。

考慮到該組件沒有特殊焊接位置要求的分裝夾具和有自動輸送裝置的全自動或半自動生成線上的夾具，故該組件采用常用的固定式夾具體，根據水箱焊接組件的大小與形狀，以及焊接場所的現有條件，繪制了夾具的底板，該底板長度20000mm，寬760mm，厚為30mm，如圖3所示。

在夾具底板的基礎上，通過基本平面尺寸大小確定底板厚度，再考慮焊接工人的高度與人體工程學，并且結合夾具體的安裝距離，將夾具體長度設計為長2000mm，高度為760mm，寬度為70mm。這種情況下，假如焊接工人為175cm左右的高度，身體機能處于工作情況，操作者的手部距離工作臺的高度差不多齊平，那樣方便工人裝件和取件，其三維圖如下圖4所示。

確定裝焊方案

從焊接件產品圖中看出，該組件采用一次裝夾即可把所有的零件焊到位，不需要分焊。首先把水箱兩側連接板放入焊接夾具定位銷內，然后把兩側加強筋支架放入夾具內，壓緊兩側邊的手動夾鉗。將水箱外殼插入腰形孔中，臺階銷插入水箱外殼相應的孔中，按住氣缸的開關。氣缸壓緊到位即可施焊。由于該組件的焊點分布在左右兩側，故焊接順序可以按操作者方便焊接的順序來定。初步擬定為為先焊右側U型支架的兩處角焊縫（圖5a）→水箱外殼與左側加強筋支架焊點5x（圖5b）→水箱右側連接板與右側加強筋支架焊點1x（圖5c）水箱外殼與左側加強筋支架焊點5x→（圖5d）水箱左側連接板與左側加強筋支架焊點1x。

經過對比分析，該裝焊夾具采用固定式夾具體，在夾具體上安裝有立柱、定位塊、輔助支撐塊、在立柱上安裝有氣缸、連接塊、限位器、定位銷等構成。

干涉檢查

為了保證焊裝夾具設計的可靠性，在設計結束后，使用CATIA自帶的運動分析模塊（DMU）對焊裝夾具部件進行仿真和干涉檢查，如果部件之間發生干涉，重新調整或者設計這些基本元件。

裝配夾具體

各零部件設計完成后，進行建模，完成夾具體的整體裝配，如圖6。

建立焊槍模型

如圖7所示。當焊槍焊接時，焊槍應垂直于焊件表面。同時，焊槍應該不受到其他結構件的影響。從人體工程學角度看，作業者的手應該與操作臺齊平，這樣的工作高度使工人感到最舒適。該焊槍為C型焊槍，其工作有效行程為20mm，最大開啟行程為100mm，臂間距為210mm，焊槍圓轉臺的直徑為300mm，焊槍可用于圓轉臺。

運動仿真

在夾具設計中，利用CATIA的運動分析模塊（DMU）對焊接夾具運動部件的運動關系進行仿真，通過定義構件之間的連接、運動關系、動力源，進行運動過程模擬仿真。工位上有14個焊點，對應相對的焊槍，如圖8。

總結

本章內容中，具體的提出了什么是汽車焊裝夾具，如何設計一套合理可行的汽車焊裝夾具，為汽車焊裝夾具的定位提供了一個基準以及評價夾具設計的標準。為了設計的便利行，通過汽車焊裝夾具專用軟件CATIA設計了夾具的單元，進行了裝配，并運用CATIA自帶的運動分析模塊（DMU）對焊裝夾具部件進行運動關系仿真和干涉檢查。

參考文獻

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