汽车焊装夹具设计的步骤与方法

汽车焊装夹具设计的步骤与方法汪小霞;黄星丽【摘要】汽车焊装夹具设计是保证车身精度和质量的关键步骤.简述了焊装夹具设计的一般步骤、基本原则及过程中需要注意的问题.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷)，期】2015(000)005【总页数】4页(P72-75)【关键词】汽车车身;焊接夹具;设计方法【作者】汪小霞;黄星丽【作者单位】安徽江淮股份有限公司技术中心，安徽合肥230001;安徽江淮股份有限公司技术中心，安徽合肥230001【正文语种】中文0引言焊接夹具就是将汽车零件准确定位并通过夹紧机构可靠夹紧进行焊接、保证汽车零件相互位置精度和结构强度方面要求的工艺装备［1］。焊装夹具的开发和设计是车体开发的关键，对于保证汽车车身质量、缩短研制周期有着非常重要的作用。焊装夹具设计是一门综合性很强的技术，需要熟知和考虑的知识点很多，在设计过程中必须不断对夹具数模进行评审和修改，才能设计出合格的焊装夹具。1焊装夹具设计的准备工作1.1生产纲领[2]生产纲领即合格产品的年产量，它决定了焊接夹具的自动化水平及焊接工位的配置，是通过生产节拍体现的，而生产节拍由夹具动作时间、装配时间、焊接时间、搬运时间等组成。所以在焊装夹具设计之前，分析生产纲领、计算生产节拍是必要的准备工作。1.2产品工艺数模产品工艺数模就是产品的结构三维图，它准确表达了产品的各种几何关系、装配关系、设计信息。熟悉产品工艺数模，是设计焊装夹具的前提。1.3焊接流程树焊接工艺流程树，是根据产品结构数模和焊点，对工序进行拆分，是一种表达焊接各工位操作内容，上件顺序、信息及各工位间层级关系的树状图表。图1是焊接流程树的结构，它是焊装夹具设计的关键信息。图1焊接流程树的结构1.4MCP指导文件MCP是MasterControlPoint的缩写，是定义夹具定位销形式、夹紧定位点位置及夹紧方式的规范文件（图2是MCP的模板格式）。它确定了各工位间关键控制位置的一致性，对提高夹具的设计合理性、缩短夹具调试周期起到十分关键的作用，在焊装夹具设计之前，必须充分掌握MCP的内容，指导夹具的具体设计。图2MCP的模板格式2焊装夹具设计的过程工作2.1焊装夹具设计原则夹具方案设计分为4个阶段:定位方案设计、夹紧方案设计、辅助元件选择、夹具空间布置设计[3],其中定位和夹紧方案设计是关键。6点定则是汽车车身焊装夹具设计应遵循的基本原则，即限制6个方向运动的自由度。通过面、孔等定位方式的结合将零件6个方向上的自由度全部限制，使零件具有确定的位置。在设计过程中应参照以下具体定位原则：（1）以工件的平面或外形轮廓为基准进行定位时，常采用定位块、支撑柱进行定位。面定位主要限制零件定位面法向移动的自由度。（2）以工件圆孔内表面为基准进行定位时常采用定位销定位。孔定位主要限制垂直于孔轴线的切面中两个移动方向的自由度。（3）以工件圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器。限制的自由度同孔定位。在确定了定位点后就需要确定夹紧机构，夹紧机构针对每个定位点选择可靠的方式进行夹紧，将各压紧块连接为整体，选择合适的开合角度及运动方式便可实现夹紧机构的功能。2.2焊装夹具设计的典型结构焊装夹具主要由BASE板、夹具单元、辅助设备（如顶升、输送装置）、电器系统组成。BASE板是所有夹具安装及自身定位的地方。为了方便设计和检测，在BASE板上还确定基准孔和辅助基准孔（见图3）。夹具单元一般是定位部分和夹紧部分的混合体，定位部分通过限制零件的自由度，使零件在夹具中具有准确的位置;夹紧部分将压力作用在零件表面，使零件充分与定位面贴合，防止零件滑动。图4是夹具单元的典型结构，根据设计需求对图4中各要素进行增减。图3Base板图4夹具的典型结构2.3焊装夹具的三维绘制焊装夹具设计一般采用三维软件。先进成熟的三维软件不仅能准确地反映各种结构关系，还能实现二维图的需要，也大大缩短了设计修改和设计补充的时间。某公司主要采用CATIA软件，其中的零件造型、部件装配功能对夹具设计很方便。焊接夹具是典型的非标设计，但其中很多夹具组件具有很大的相似性，可以标准化，建立夹具零件标准件库，采用Catalog进行标准件和标准结构的管理，可以让设计员方便快捷地查找和调用所需要的标准零件和标准结构，大大缩短有效设计时间［4］。夹具零件几何建模思路。可以先建立草图，然后利用草图平面进行拉伸、旋转等操作，建立各个零件的毛坯，再利用特征建模、布尔运算等方法完成各个零件的三维建模。部件的装配设计思路。目前部件的装配主要采用自上而下和自下而上的混合装配设计方法，先建立一个装配部件，然后加入车身零件，在此基础之上，利用自上而下的方法逐一设计相关零件。由于标准件已经有现有的三维模型，对于标准件采用自下而上的装配方法，加入到焊接夹具装配当中。当整个装配设计完成后，零件三维模型和装配图三维模型便同时生成了，大大提高了设计效率。2.4焊装夹具的焊钳选型焊钳按其结构类型可分为X型焊钳、C型焊钳和异型焊钳，见图5。在选型时优先考虑C型枪和X型枪，若二者都不能满足焊接工艺要求则考虑异型焊枪［5］。根据车身产品结构、夹具结构、焊钳作业内容、焊接方位，以及焊点可达性、操作方便性等综合确定合适的焊钳结构。焊钳选型应与焊接夹具设计并行。因为焊钳与板件及夹具的相互制约性很强，设计夹具时考虑焊钳的选型能有效地避免诸多干涉情况，可减少浪费。图5X型、C型焊钳结构2.5焊装夹具的干涉检查焊装夹具的干涉可分为产品与夹具之间、产品与焊钳之间、焊钳与夹具之间、夹具内部零件之间干涉4种，以前经常出现夹具在制造完成之后产生干涉或者由于操作空间不足而造成修改甚至报废的情况［6］。现在，该公司引进了焊装仿真Tecnomatix软件，在数模环境下，对各部件之间进行干涉检查和空间关系判定。对焊接夹具的运动部件进行运动关系模拟仿真，验证焊点是否干涉、可达，验证生产节拍是否达标，并重新进行焊点布局、机器人布局等，提前发现工艺设计中存在的问题，大幅度提高了设计质量和效率。3焊装夹具设计的后续工作3.1焊装夹具制造工程图的生成车身夹具设计过程中，修改次数和内容非常频繁，三维图形修改直观、方便，而二维图修改起来比较困难，但到目前为止，仍是以二维工程图样形式输出来指导生产，通过CATIA三维图导出dwg格式的二维工程图，当对三维设计进行修改后，只需对相应工程图更新即可。3.2焊装夹具的制造与验收在夹具制造过程，主机厂应派专业人员到生产厂家监督夹具的生产，按照夹具设计制造标准和设计制造进度表对其质量和进度进行管控，严格按照预验收标准验收。预验收标准见表1。表1焊装夹具的预验收标准检查类型检查内容检查标准检查类型检查内容检查标准外观铭牌是否安装按钮牌是否安装基准孔保护盖是否安装三坐标牌是否安装吊耳是否安装正确位置颜色是否符合JAC要求POST编号是否标记百位线是否加工BASE清漆是否涂漆夹具动作夹具POST是否有干涉夹具与顶升器是否有干涉夹具与翻转器是否有干涉动作速度速度合适，动作统一限位块是否安装，压臂无晃动夹具动作顺序是否符合操作要求手柄是否安装行程开关是否安装磁铁是否安装夹具完整性夹具完整性定位销定位块回转是否安装举升是否安装翻转是否安装销子是否安装完整定位块是否安装完整垫片是否是1+1+0.5+0.3+0.2气缸是否安装完整脚轮安装是否需要安装水中调整螺栓是否安装拧紧螺钉是否安装完整调整支腿是否安装完整销子是否镀铬销子双向可调基准销的直径是否符合要求菱形销是否有止转菱形销的方向是否垂直两销连线支撑块，压紧块是否加工正确支撑块，压紧块是否要求双向可调定位块，转接块是否发黑处理气动元件焊接取件安全防护精度气动元件品牌是否符合JAC要求气路接头是否符合JAC要求气路走线是否合理气管颜色是否符合JAC要求操作高度是否合适焊点导向是否安装三联件是否影响操作按钮盒是否影响操作弧焊是否有镀彩锛保护夹具打开角度是否与板件边镜不小于25mm销子伸缩销是否收回螺钉防尘盖是否安装外板件保护尼龙块是否安装外观焊点保护铜垫板是否安装铬锆铜零件倒角防护是否安装底板减重是否减重硬度抽检硬度10%夹具三坐标抽检精度10%上件工件导向是否安装支撑块，压紧板是否与板件有干涉4结束语焊接夹具的设计是车身焊接的前提和基础，在焊接夹具的设计中，应掌握夹具的基本工作原理和设计准则，不断地学习和探索先进的设计思路和方法，制造出合格的焊装夹具，以提高车身精度、确保车身质量。参考文献：【相关文献】【1】尹龙军.汽车焊接夹具设计[J].经济技术协作信息，2010(25):130.【2】奉孝君.汽车车身焊装夹具的设计[J].汽车制造业，2008(13):48-51.【3】雷玉成，王存堂，韩向东，等.车身焊装夹具设计方法的研究[J].农业机械学报，2000(1):102-104.【4】曲智.CATIAV5在汽车白车身焊装与检验夹具