驅動橋殼焊接夾具定位設計

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節。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。但和一些發達國家對比，特別是汽車工業發達的德國、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，在一些制造業發達的國家，例如美國、德國、日本等，已經開始應用工業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開始被應用[3，4]。這使得夾具定位設計更應具有穩定性和無人干預性。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，本文設計焊裝夾具整體坐標系統，橫坐標為X軸、縱坐標為Z軸，Y軸作為高度坐標[6]。建立整體坐標系統可以方便后續夾具組件定位設計。

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等。設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節定義的坐標系統為標準，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、定位質量不穩定等影響，但對提高工件的穩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，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采用VIS-VSA或3DCS軟件對整體裝配體進行3D定位設計與優化。

參考文獻

[1] ?李念沖. 重型汽車驅動橋殼焊裝夾具設計研究[D]. 青島理工大學，2016.

[2] ?尹明英，張振. 汽車焊接夾具的結構設計研究[J]. 科技創新與應用，2016，000（030）：159-159.

[3] ?劉瑞娟. 汽車焊接夾具的設計研究分析[J]. 科技創新與應用，2016（35）：121-121.

[4] ?田占永. 白車身尺寸控制與夾具工藝設計分析[J]. 城市建設理論研究：電子版，2016（15）：1832-1832

[5] ?李潤，鄒大鵬，徐振超等. SolidWorks軟件的特點、應用與展望[J]. 甘肅科技，2004，20（5）：57-58.

[6] ?何甘林. 關于一種卡車輕量化橋殼優化設計方法[J]. 低碳世界，2018（8）：299-300.

資助情況：本文受到上海工程技術大學校級大學生創新訓練項目（CX1901015）資助。