汽車焊裝夾具設計理論研究

史月萍 劉華

摘要：焊裝夾具是汽車焊裝生產線的核心工裝設備，它可以確保車身結構件形狀、尺寸、精度符合產品技術要求，合理的焊裝夾具便于平衡生產節拍，降低勞動強度，提高生產效率。

關鍵詞：汽車焊接;車身結構件;焊裝夾具

引言

氣路以其特性，廣泛應用于汽車自動化生產設備領域。本人多年從事汽車焊裝夾具的開發設計工作，發現在接觸到無論是整車企業，還是專業氣路供應商以及設備制造商，在該專業領域中只有較為籠統的資料。如何結合實際，以及當前自動化趨勢設計一個好的氣路回路，如何優化回路，這些問題本人在多年實踐中慢慢總結歸納出來。本文就是介紹總體的方法與思路，旨在焊裝夾具氣路相關方面做出更好的設計提供參照。

1焊裝夾具的設計原則

①夾具必須保證待焊零件相對位置準確，提供可靠夾緊，焊后獲得正確的形狀和尺寸。②夾具應有足夠的強度及剛度，確保在焊接生產操作過程中夾具自身狀態穩定。③夾具應有足夠的裝配、焊接操作空間，確保施工操作的靈活性。④夾具結構應盡量簡潔，便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。⑤夾具盡量選用標準化夾緊機構、氣動元件、及配件，盡量只選用一種動力源。⑥夾具應設置必要的安全互鎖保護裝置，以保證操作者的安全。

2氣路優化設計

2.1時序圖構思

在氣路回路設計前，首先需要注意的是整臺設備的運行周期動作，這影響著整體回路的分布。先通過時序圖構思設備的主要動作，再結合實際的設備情況細化動作。在時序圖最終決定后，就可以正式開始設計氣路回路。時序圖，也成為甘特圖，橫道圖。橫軸表示時間，縱軸表示要安排的活動，中間的線條表示在整個期間計劃的和實際的活動完成情況。在設備的設計中，可以將整個工作流程詳細的展開來。如圖1，縱向是工序，按照作業順序排布，可以合并多個同步動作在一個橫道中。橫道是持續的時間，圖樣可以區分人工動作以及設備動作。通過時序圖的設計，整個設備的全部動作就已經確認了，就可以正式開始進行回路的設計了。當然，在回路設計中，也可以反過來利用時序圖以及流程圖來對氣路進行重新優化。

2.2電控優化思路

2.2.1同時序動作

在設計詳細的設備時序時，盡可能的將各動作的周期設計成一致，這樣可以將其放置于同一閥組上，節省了空間與電氣信號I/O端口。在方向閥的選擇上，需要注意方向閥的氣體流量是否足夠提供全部氣缸所需的流量。一般需要按照20%或者更多的氣流量來保證氣缸的平穩運轉。

2.2.2獨立回路

在多工位的設備中，為了節省成本，很多時候會多設備公用一個回路。這在安全性，維保性方面有不太適合。在自動化設備中，控制區分是非常重要的一環。其中，氣路的控制區分就是其中的一環。合適的區分，可以保證氣路的穩定。例如，在某處損壞時，其他控制獨立的設備可以繼續運轉，不會帶來太多的影響。

3焊裝夾具的構成及要求

3.1夾具基板

夾具基板是整個焊裝夾具的基礎，因此對基板的強度、加工精度均有著較高的要求：①基板材料強度不低于Q235A，加工后厚度需≥20mm，采用槽鋼框架加強。工作基準面平面度≤0.1mm/1000mm、粗糙度為Ra1.6。基準面上各定位孔與設計基準面的公差為±0.05mm，定位孔之間的公差為±0.02mm;②基板工作基準面上刻坐標網格線，網格線坐標系與整車坐標系相同，深度及寬度均為0.5mm，間距為200mm。坐標網格線的平行度誤差：相鄰單一間隔距0.10/100mm，累積間隔距0.30/全長，并在刻線的兩端刻上坐標號，坐標號應與汽車產品圖上的坐標號相一致;③基準面上必須設計至少4個φ10H7標準圓形基準塊，基準孔位置公差±0.02，基準孔不與其余安裝部件干涉，各個基準孔均配有基準孔坐標牌。

3.2定位單元

定位單元是夾具設計的核心，一般由支座、規制塊、銷座、定位銷、限位塊和壓臂氣缸等零部件組成。為保證剛性差的鈑金零件能獲得正確的形狀和尺寸，一般采用“6點定位原則”進行設計。夾具所有基準銷座、支撐塊、夾緊塊、擋塊均為三維可通過調整墊片進行調整。夾具定位單元一般情況下各部件技術要求如下：①定位銷是焊裝夾具常用定位機構，一般采用圓銷主定位，菱銷輔定位。采用方便拆卸的螺母鎖緊機構，定位銷材料采用40Cr，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面鍍硬鉻處理;②銷座材料不低于45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發黑處理;③規制塊材料不低于45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發黑處理;④限位塊材料45#，淬火處理，硬度值不低于HRC35-40，表面發黑處理。一般情況下限位塊結構可不增加，但當夾緊臂長度大于250mm時等一些特殊情況下必須有限位塊;⑤支座材料一般為采用Q235A，表面處理根據客戶要求執行。

3.3控制檢測系統

隨著汽車制造行業的發展，控制檢測系統在焊裝夾具上已成為必備機構，一般主要由機械防錯裝裝置、電磁防錯漏傳感器組成。①機械防錯裝置起到防止工件漏裝、防止工件錯裝的作用。避免了產品缺件及裝夾不到位的情況發生;②電磁防錯漏傳感器+PLC能對每個操作步驟進行控制及邏輯分析，對出現問題的步驟進行報警，并強制保證錯誤操作不能繼續執行，直至操作者恢復正確的操作流程。控制檢測系統能在問題出現的第一時間停止夾具運轉，阻止問題繼續擴大，減少后續處理、返修的時間，可以避免大批量的產品報廢。

4常用焊接方法及其夾具特點

汽車車身結構件最常用的焊接方法包括點焊、氣保焊，由于其焊接原理、焊接工藝及焊接設備的不同，因此對應的焊裝夾具也有不同的特點：①點焊夾具結構相對簡單，但由于焊鉗自身尺寸限制，點焊夾具需要留有一定的操作空間，以便于焊鉗動作。為確保焊點位置，人工點焊夾具還需增加導向裝置。②氣保焊夾具要比點焊夾具復雜，由于氣保焊夾具熱輸入量大，導致工件焊后變形較大，為確保方便操作者上下件，夾具需增加焊后頂出機構。氣保焊焊接過程中極易產生焊接飛濺，因此夾具上管路及控制線路等均需進行保護、防燙處理。氣保焊對焊槍的焊接姿態要求較高，因此結構復雜產品的焊接夾具、需配備回轉或翻轉機構。

結語

以上是焊裝夾具設計需要考慮的幾個主要因素，在具體的設計過程中需要針對實際情況綜合考慮各個方面，在滿足焊件技術要求的前提下，提升焊接效率，降低夾具制作成本，這樣才能適應現代工業生產的要求。

參考文獻

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