自吸式駕駛室側圍工具箱蓋定位裝置的制作與使用

摘要：隨著重型汽車工業的高速發展，如何保證在快速提高產能的同時保持產品質量穩定，持續滿足客戶需求，成為每個企業發展過程中產品快速增長都會遇到的重要課題。駕駛室總成尺寸穩定性是整車駕駛室內飾的重要保障。駕駛室總成焊接和裝配質量，不僅僅影響整車外觀，而且對客戶的使用效果也具有重大的影響，更為后續整車裝配提供基礎保障，是汽車制造中的一個關鍵環節，起著承上啟下的特殊作用。

關鍵詞：白皮駕駛室；裝配；定位；工裝夾具

中圖分類號：U463" 收稿日期：2022-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.012

1 前言

重型載貨汽車駕駛室本體是一個復雜的結構件，由數百種薄板沖壓件經焊接、裝配連接而成，是車身內飾的裝調基準。由于薄板沖壓件剛性較差，所以在其拼焊過程中必須使用多點定位夾緊的專用焊接夾具夾持，以保證各零件、部件之間的相對貼合和位置關系，從而降低焊接應力帶來的變形［1-3］。本文介紹了一款重型載貨汽車用于工具箱蓋快速裝調的工裝夾具-自吸式駕駛室側圍工具箱蓋定位裝置的制作與使用。

2 現狀分析

駕駛室本體中工具箱蓋安裝工序是駕駛室本體裝調的關鍵工序，其涉及客戶對駕駛室外觀間隙美觀性的評價，同時對其啟閉靈活性和閉合后的密封性能要求很高，因此其裝調尺寸精度也顯得尤為重要［4-5］。

駕駛室側圍工具箱蓋在修車工序安裝，其組件主要組成如下：

a.駕駛室側圍總成。這是工具箱蓋安裝的基體，由側圍外板及工具箱框架內板、2個鉸鏈盒小總成拼焊而成，主要用于整車隨車工具等車載日常用品的存儲。

b.工具箱蓋。該總成由工具箱蓋外板和內板組成，均為一體沖壓成形單件，裝配后沿周均勻形成5 mm間隙。

c.工具箱蓋鉸鏈。單車2個，雙鉸鏈共有12個螺栓過孔，螺栓穿過孔與總成中的螺母形成擰緊連接。

駕駛室側圍總成上的工具箱蓋裝配調整生產節拍要求在300 s以內，單車操作人員1人，隨生產線移動安裝，主要的工作內容是裝配調整工具箱蓋間隙，并通過氣動工具緊固鉸鏈總成2個，合計22個螺栓。

2.1 工具箱蓋裝調難點

駕駛室工具箱蓋在裝配時，需要工人先用螺栓將2個鉸鏈支架安裝在駕駛室側圍總成上，在安裝好鉸鏈支架后，將鉸鏈支架向外翻轉，之后再將工具箱蓋用螺栓緊固到鉸鏈支架上。

由于工具箱蓋和鉸鏈支架之間沒有定位裝置，無法保證工具箱蓋和側圍總成洞口之間的間隙和面差等相對位置精度和穩定性，需要操作工人憑自己的眼力和經驗反復多次拉扯、敲打調整后，確定工具箱蓋和側圍總成洞口之間的相對位置關系，以達到裝配精度要求。

此種裝配方式對工人的技術水平和熟練程度有較高的要求，安裝時費力、費神。

2.2 安裝工具箱蓋的常規方法

安裝工具箱蓋的常規方法如圖1所示。

2.3 主要技術指標及測量結果

工具箱蓋裝調精度主要由工具箱蓋與側圍總成洞口沿周間隙、工具箱蓋與側圍總成洞口表面的面差匹配度來評價，包括配合間隙和面差，共需測量沿周六點，如圖2所示，技術要求間隙[5+1-1] mm，面差0-2 mm。

為掌握現狀，定位裝置研發團隊，在生產線尾隨機抽檢了五臺裝調后的駕駛室本體工具箱蓋與側圍總成洞口匹配度，采取精確測量的方法來評價匹配度。

測量結果如表1所示。經驗證，工具箱蓋與側圍總成洞口間隙極差在1～1.5 mm之間，面差極差在0.9～1.8 mm之間，裝調的穩定性較差，雖然數據均符合精度要求，但間隙的不均勻性仍可輕易察覺。

3 方案制定

駕駛室側圍工具箱蓋在裝配時，設計一款實用的定位裝置，簡單有效地確定好工具箱蓋和側圍總成洞口之間的相對位置關系后，再用螺栓進行安裝緊固，就能大大減小裝配完后再調整的幾率，從而達到準確、省時省力、確保裝配精度的要求。

3.1 設計出發點

a.要確定工具箱蓋和側圍總成洞口之間的相對位置，應以側圍總成洞口的內型位輪廓尺寸為基準來制作定位裝置。

b.該定位裝置在使用時應該能準確定位且能夾持在側圍總成洞口上，以防止定位后移動或脫落，保持穩定。

c.為保證裝調尺寸精度要求，該定位裝置的型面與工具箱蓋和側圍總成洞口輪廓必須完全覆型。

d.該定位裝置應該盡可能減輕自重，只有重量較輕，才能便于操作工人取放，降低其勞動強度。

3.2 設計思路

a.以工具箱側圍總成洞口內側輪廓為定位基準，用6顆定位銷定位。

b.定位裝置的夾持采用鑲嵌強磁鐵的方式實現自吸式。

c.裝調夾具采用“工”字形連桿結構，內外兩側的型面分別與側圍總成外板及蓋輪廓覆型。

d.為了減輕定位裝置整體重量，同時保持剛度，定位裝置的材料選用鋁合金。

e.采用駕駛室側圍總成洞口上定位和非全尺寸覆型設計，通過簡化結構來進一步減輕重量，提高拿取的便捷性。

f.定位裝置使用的定位銷為提高耐用度，防止早期磨損失準，采用合金鋼材料制作。

3.3 主體組成部分

a.左右覆形雙面曲板。該曲板截面為L形，其內側輪廓要求與駕駛室本體側圍總成工具箱框架止口匹配，外側輪廓要求與工具箱蓋外沿邊緣匹配，起輔助定位作用。雙面曲板是定位裝置的基體部分。

b.雙面曲板連接橫梁。該橫梁用于將左右覆形雙面曲板連接為一體，用于定位裝置抓持，是定位裝置取放時的結構組件。

c.精確定位銷。定位銷10顆，分2組，左右覆形雙面曲板中各嵌入5顆，其中單曲板內側定位銷3顆，外側定位銷2顆，要求與工具箱蓋內外板曲面匹配。定位銷是定位裝置的核心定位。

d.紐扣式強磁性磁鐵。磁鐵12顆，分別鑲嵌入定位裝置左右覆形雙面曲板之中，其中內側強磁鐵6顆，外側強磁鐵6顆，主要起定位裝置和工位箱蓋使用時的吸附作用，是定位裝置的主要設計亮點。

3.4 制作調試要點

a.保證6顆工具箱蓋側圍總成洞口內側定位銷定位精度0.2 mm。工裝與洞口定位方式如圖3所示。

b.保證4顆工具箱蓋外沿定位銷定位精度0.2 mm。工具箱蓋間隙定位方式如圖4所示。

c.保證定位裝置內側與側圍總成外板洞口型腔覆型，定位裝置外側與工具箱蓋型面覆型度達85%。

d.保證定位裝置的夾持效果，同時考慮取下來的用力程度，多次試驗后選用單面6顆、雙面12顆紐扣式強磁性磁鐵鑲嵌入定位裝置作為自吸夾持材料。

4 制作、裝配、調試

4.1 制作精度的保證方法

考慮到定位裝置內側與側圍總成外板的覆型及外側與工具箱蓋的覆型、定位銷定位的多重精度要求，定位裝置的加工采用整塊鋁合金銑削的制作方法，覆型面先由機床銑削后手工研磨修配的模式，定位銷采用螺紋旋入的方式夾持在定位裝置上，對于尺寸偏差的部分進行現場微調修配。

4.2 定位裝置加工難點的解決方法

由于定位裝置的弧形曲面覆型，需要不斷對覆型面進行手工研磨修配，同時對存在較大偏差的6顆側圍總成洞口定位銷和4顆工具箱蓋定位銷進行微調修配，修配完成后重新車削定位銷。通過不斷修配，最終使內外型面與工具箱門洞和蓋覆型率達95%以上，方能滿足精確定位的要求。

4.3 裝配與調試

定位裝置完成后，通過反復的現場調試，最終確定在使用該定位裝置保證定位精度的同時，在不增加操作者勞動量的前提下，操作人員的施工位置由定位裝置使用前駕駛室外部側面施工，改變為駕駛室內部直接定位夾緊施工，這種方法能很好地保證工具箱鉸鏈支架與工具箱蓋之間的相對位置關系。

4.4 定位裝置使用方法

定位裝置使用方法如圖5所示。

4.5 主要技術指標及測量結果

定位裝置應用后，定位裝置研發團隊在生產線尾部再次隨機抽檢五臺裝調后的駕駛室本體工具箱蓋與側圍總成洞口匹配度，采取精確測量的方法來評價匹配度。

定位裝置應用后，工具箱蓋裝調間隙測量結果如表2所示。經過驗證，工具箱蓋與側圍總成洞口間隙極差由原在1～1.5 mm之間減少至0.7～1 mm，面差極差由原在0.9～1.8mm之間減少至0.7～1 mm，可以穩定地控制在1 mm之內（公差范圍為2 mm），裝調的穩定性得到明顯改善。

5 結語

自吸式駕駛室側圍總成工具箱蓋安裝定位裝置的使用，大大降低了裝配后工具箱蓋位置的調整時間，避免了因敲擊、拉扯等操作導致的產品質量問題，提高了焊接裝配效率，工具箱蓋裝調精度一次到位率在90%以上，產品質量保證能力顯著提高，達到了預期效果。

未來，隨著更加先進的智能化、自動化設備的應用，對制件的定位和夾持要求會更高，類似工裝夾具在駕駛室裝焊過程中的需求將會更加廣泛、更加迫切。

參考文獻：

[1]王純祥焊接工裝夾具設計及應用［M］2版北京：化學工業出版社，2014

[2]陳煥明焊接工裝設計［M］北京：航空工業出版社，2006

[3]程建輝工程機械系列教材—總體與工裝設計［M］北京：國防工業出版社，2012

[4]孫光華工裝設計［M］北京：機械工業出版社，2014

[5]趙靜，張俊華，李春植，等汽車車身焊裝生產線和焊裝夾具簡介［J］現代制造技術與裝備，2007（1）：51-53

作者簡介：

黃國，男，1974年生，工程師，研究方向為機械制造。