汽车零件柔性焊接夹具设计与研究

李登祥

身份证号码：371122198407154613

汽车零件柔性焊接夹具设计与研究

李登祥

身份证号码：371122198407154613

柔性夹具作为工艺装备的一部分，在汽车白车身的生产过程中起着重要的作用。柔性夹具组装迅速，方便灵活，夹具灵活多变；部件通用性强，互换性好，并可长期重复使用。保证加工质量的前提下，应用柔性夹具替代专用夹具，可以极大的缩短工艺准备时间，降低成本，提高效率，对于推进白车身生产的快速发展有着重要意义。基于此，文章就汽车零件柔性焊接夹具设计进行简要的分析，希望可以提供借鉴。

汽车零件；柔性焊接；夹具设计

1.柔性工装制造系统拓展考虑

柔性工装的优势在于“快速化设计，快速化制造”，而这必须建立在企业从产品设计、工艺确定、工装设计和制造、管理等统一理念和协同工作的基础上，否则其优越性很难体现，甚至不如专用工装。因此，在以往的柔性制造系统的基础上，增加了“产品相似性设计”和“柔性化程度评估”的过程。

1.1 产品设计的相似性分析

为了保证工装的柔性方向正确，必须从产品的设计开始。设计部门在进行新产品设计时，同类产品的结构应尽量保持主结构稳定，差异部分与现有的工装柔性趋势相近或相同。这样大大降低了焊接夹具柔性部件的数量，可有效降低因增加工装柔性而带来的成本增加和设计难度。

1.2 工装柔性程度分析

柔性程度的确定是柔性工装制造中的重要环节。柔性过小，没有实际意义；柔性过大，将造成设计复杂，一次投入巨大。如果产品发展方向错误将造成无用的柔性，最终造成柔性投入失败，影响企业柔性工装投入的积极性。因此，建议在以往的系统中拓展增加“柔性程度评估”的环节。

柔性程度评估，主要可以通过以下两个过程完成：

过程1：分模块确定柔性程度。首先制定统一的原则，按照柔性系统中已有的以下单元，分别确定柔性的原则和程度。具体的操作如下：①基础单元：工装的主体结构，一般不更换，相对固定，只预留柔性接口。②定位单元：本身专用化设计，接口标准化设计，可以不设置柔性。③夹紧单元：形状、尺寸归类标准化设计，储备柔性调节范围，与基础单元接口标准化设计。④动力单元：液压或风动系统，接口标准化，管路连接储备调整量。⑤控制单元；包括动力系统和设备的PLC控制，只预留柔性接口。⑤扩展接口：评估产品发展趋势，只预留柔性接口。

过程2：参考工装使用频率确定柔性程度。从使用频率出发，合理的确定柔性的程度，专用工装部分和柔性部分配合使用。示例如下：①产品范围：只考虑近5年内可能使用的产品类型，如高速车的侧墙、车顶和底架。②转产周期：时间太短没有太大的实际意义，因此确定转产周期为1～2天/次。③转产频次：考虑工装寿命约10年，转产的频次确定为2～3次/a。④柔性扩展费用：应小于整体工装费用的20%。拓展前后新、旧制造系统的经济性对比如附表所示。

通过以上的对比，得知拓展后的新柔性夹具制造系统在转产时与拓展前的柔性工装同样具备：基础单元保留，只需要更换标准件(在工装库中已有)，接口标准化，提前仿真模拟等优势，并且在保证转产周期的前提下，有效降低了经济投入。

2.基于NX的柔性焊接夹具方案设计

2.1 横梁定位夹紧模块

横梁定位夹紧模块由X、Z向定位夹紧模块和Y向定位夹紧模块组成，分别完成对横梁X向、Z向和Y向的定位夹紧功能。横梁定位夹紧模块具体工作流程为：变换构架时，横梁定位夹紧模块各装置先复位到系统原点，然后再调整新构架到对应的X、Y、Z向定位位置。同种构架横梁定位夹紧时，X、Y向定位夹紧装置后退5mm，横梁吊运放置在横梁定位夹紧模块上。依次分别调节Z向定位装置、X向定位装置和Y向定位装置，实现对横梁的Z向、X向、Y向定位调整，至此横梁定位夹紧完成。横梁定位夹紧模块可通过X、Y、Z3个方向的调整来满足多种车型不同尺寸构架的定位夹紧要求；实现方式为电动调节，操作简便，且效率提高一倍以上；通过精确控制，大大提高了定位精度；定位后锁止功能的实现，可避免操作过程发生危险；保证了柔性焊接夹具系统的连续使用。

2.2 侧梁定位夹紧模块

该焊接系统的侧梁定位夹紧模块共有4组，每组侧梁定位夹紧模块包含三轴平台模块、三轴平台Z向动力模块和定位调整夹紧模块。三轴平台模块实现更换构架时X、Y、Z向的位置调整，三轴平台Z向动力模块提供三轴平台Z向调整动力，定位调整夹紧模块完成同种构架侧梁的定位调整和夹紧。

侧梁定位夹紧模块具体工作过程为：更换构架时，4组侧梁定位夹紧模块同步调整；Z向平台沿Z向返回系统原点，再调整到新构架相应位置，X、Y向平台同时进行平动，返回系统原点，再调整到新构架相应位置。侧梁定位夹紧模块可实现X、Y、Z3个方向的调整，构架变更时所需3个方向的尺寸调节由模块下部的3向调整平台实现，X、Y向调整方式为电动调节，通过涡轮丝杆提升机实现Z向调节，3个方向的调节均可实现调节后锁止；通过电动微调模块实现定位微调，调整后实现锁止；另外具备手动调节备用设备，防止电动调节装置出现故障造成生产停止，从而保证柔性焊接夹具系统的连续使用。

2.3 垂向减振器座定位夹紧模块

垂向减振器座定位夹紧模块包括垂向减振器座压板和垂向减振器座Z向定位装置两部分，垂向减振器座Z向定位装置实现变换构架时垂向减振器座Z向位置调整和Z向定位微调；垂向减振器座压板用于垂向减振器座定位后夹紧。该模块具体工作过程为：变更构架时，将垂向减振器座Z向定位装置升降到特定位置，X、Y向跟随侧梁定位夹紧模块调整；同种车型构架定位时，放置垂向减振器座于垂向减振器座Z向定位装置上，采用划线找正法，手动调整垂向减振器座X、Y向的定位；X、Y向定位完成后，进行Z向定位调整。当X、Y、Z3个方向定位完成后，利用垂向减振器座压板夹紧垂向减振器座。

[1]乔砚斌.多型号铁路客车构架柔性焊接夹具系统研究[D].青岛理工大学，2015.

[2]翟浩.工程机械大型结构件焊接自动化柔性生产技术研究[D].山东大学，2015.

[3]郭孔斌.汽车后门内板总成焊装夹具的设计与分析[D].东华大学，2015.