轎車（兩驅）后地板前段總成焊裝夾具設計

張春燕，喬印虎，馬云飛，陳杰平

(安徽科技學院 機電與車輛工程學院，安徽 鳳陽 233100)

轎車（兩驅）后地板前段總成焊裝夾具設計

張春燕，喬印虎，馬云飛，陳杰平

(安徽科技學院 機電與車輛工程學院，安徽 鳳陽 233100)

以轎車后地板前段總成為對象進行夾具設計，應用CATIA軟件設計三維汽車焊裝夾具，通過計算、分析及軟件進行干涉檢查等方法保證夾具設計方案的優化和設計質量，同時，提高了設計效率，并實現夾具結構的合理化。

轎車后地板前段；裝焊夾具；CATIA；應力分析；干涉檢查

0 前言

焊裝夾具是構成車身焊裝生產線的核心，是保證車身焊接質量的重要因素，它影響著整個汽車的制造精度和生產周期，因此，焊裝夾具的設計[1]尤為重要。

焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠夾緊，便于焊件進行裝配和焊接，保證焊件結構精度方面要求的工藝裝備。合理的夾具結構有利于合理安排流水線生產，便于平衡工位時間，降低非生產用時和生產成本，對提高產品質量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產實現機械化、自動化進程等方面起著十分重要的作用[2]。在此應用CATIA軟件對焊裝夾具[3]進行結構優化設計。

1 后地板前段總成焊裝夾具設計

1.1 工件分析

首先對工件進行分析，選定夾具的設計方案，選定之后應用CATIA軟件設計出三維實體。后地板前段總成如圖1所示，主要由后地板前段本體(厚0.7 mm)、后排座椅右前安裝板總成(厚1.6 mm)、油箱維修口左加強板總成(厚1.8 mm)、油箱維修口右加強板總成(厚1.8 mm)、后排座椅左前安裝板總成(厚1.6 mm)五部分組成。工件均為薄板件點焊，焊點共32個。

1.2 夾具設計

一個典型的夾緊單元通常包括L型板、支撐板、壓頭、夾緊塊、調整墊片、鉸鏈銷、定位銷、定位銷調整塊、限位塊、連接塊、氣缸等部件，如圖2所示。

夾具設計的關鍵是確定定位方案。轎車車體焊裝夾具設計的原理采用六點定位原理，即限制每個被焊裝工件的六個自由度，并夾緊，保證焊裝的精度和質量，通常采用如圖2所示的典型結構，其具體實現原理如圖3所示，實線代表夾具壓緊狀態，虛線代表夾具打開狀態。隨著活塞桿的移動，壓緊臂和氣缸圍繞支點轉動，從而使工件被夾緊或取出。需要注意的是：在夾具打開時，為方便取出工件，要有一個合理的張開角度α。α主要與活塞桿的行程s和兩支點的相對位置有關。所以在設計夾具時需注意合理布置支點的位置和氣缸的選擇，并保證零部件之間不發生碰撞[4]。根據夾具設計原理，應用CATIA設計該工位所有夾具單元[5]并進行干涉檢查，在理論上保證夾具的合理性和可行性，設計完成的夾具單元如圖4所示，裝配圖如圖5所示。

圖1 后地板前段總成(焊點32個)

圖2 夾具典型結構

圖3 夾具設計原理

圖4 夾具單元裝配

2 關鍵零部件的優化設計

夾具主要由加工件、標準加工件、外購件和標準件組成，夾具關鍵零部件的設計主要是指加工件，包括壓緊塊、支撐塊、壓緊臂、過渡塊和連接板等[6]，其中決定夾具結構和性能指標的是連接板和壓緊臂，所以本研究主要對壓緊臂等進行結構優化設計[7-8]。壓緊臂與上限位塊和壓緊塊連接，在氣缸的帶動下往復運動。材料為45號鋼，厚16 mm，熱處理HRC38-43。壓緊臂的設計要考慮在滿足使用要求的前提下，減少材料浪費，有兩種方案，如圖6所示。

通過分析、比較這兩種方案(見圖7)，兩種方案均能滿足使用要求。

根據壓緊臂受力分析(見圖8)，由杠桿原理f1l1＝f2l2計算壓緊臂的壓力F和應力σ。

該單元氣缸壓力f＝100 kg×10 N／kg＝1 000 N，轉化壓緊臂給壓塊的壓力F和應力σ為

試驗證明，該單元氣缸規格為100 kg；工件壓緊力300～700 N，合格；Q235材料的許用應力值約160 MPa。

比較兩種方案可知，材料用量基本相同；方案一加工工藝略微復雜；方案二受力較均勻、適中，既

圖5 總裝圖

圖6 壓緊臂方案

圖7 壓緊臂結構分析

圖8 壓緊臂受力分析示意

圖9 壓緊臂工程三視圖

3 輸出工程圖

確定方案后，輸出壓緊臂工程圖如圖9所示。

4 結論

以轎車后地板前段總成為對象，應用CATIA軟件設計三維汽車焊裝夾具，通過計算、分析和軟件方法相結合進行干涉檢查、運動仿真等，保證夾具設計方案的優化，在保證設計質量的同時，提高了設計效率，同時實現夾具結構的標準化、合理化。

[1]趙顯陽.白車身焊裝夾具的設計及點焊機器人的焊接仿真[D].成都：電子科技大學，2007.

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[6]張世昌，李 旦，高 航.機械制造技術基礎(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2002.

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[8]曲 智.CATIA V5在汽車白車身焊裝與檢驗夾具設計中的應用[J].機械設計，2004(3)：66-68.

Design of welding and assembling fixture design for automobile rear floor front section

ZHANG Chun-yan，QIAO Yin-hu，MA Yun-fei，CHEN Jie-ping
(Engineering of Mechatronics and Vehicle，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China)

In this paper，the car rear floor front section is the object of fixture design and to design the fixture with CATIA，fixture design optimization and design quality are ensured by calculation，analysis and software combined with other methods.At the same time，the design efficiency is improved and rationalization of the fixture structure is achieved.

car rear floor front section；assembly and welding jig；CATIA；stress analysis；interference checking

TG431

A

1001-2303(2012)07-0040-04

2012-01-07

國家自然科學基金資助項目(61164012)；安徽科技學院重點建設學科資助項目(AKXK20102-5)；安徽省教育廳基金資助項目(KJ2010B051)

張春燕(1983—)，女，陜西榆林人，碩士，助教，主要從事計算機輔助設計與制造、模具設計、熱加工工藝方面的教學與科研工作。