車身焊裝夾具設計方法及優化

黃松

摘 要：夾具是車身設計制造中的一個重點，其直接關系到汽車設計制造質量。本文先對車身焊裝夾具的基本結構和設計要點進行簡要介紹，然后針對實際設計中出現的情況提出幾點優化方法，指出夾具設計優化流程，供同行參考。

關鍵詞：夾具;焊裝;定位銷;氣缸

車身是一種殼體零件。為縮短生產周期，提高產品質量，必須將車身的設計與制造結合起來，設計人員親自進行車身制造，制造人員也參與車身的生產制造。車身設計一般可以分成功能設計、結構設計和詳細設計三個階段，而焊裝夾具設計則貫穿于這三個階段的設計之中，故而必須重視夾具的設計。當前，汽車車身焊裝夾具還沒有統一標準，這一定程度上影響了產品的更新換代，不利于夾具生產成本的降低，對此，推動夾具的標準化建設和優化設計方法具有重要現實意義。

1.車身焊裝夾具設計方法

汽車車身焊裝夾具一般由定位板、氣缸、支座和定位銷組成，其工作順序為定位-夾緊-焊接-取出工件。定位板是焊裝工具的核心部分，其他零部件都通過定位板連接定位。定位板上有一個旋轉點，而如何確定該點所在具體位置，需要根據該夾具的夾緊力大小、方向、定位銷能否打開來確定。另外，定位板上還有一個與工件表面接觸的定位頭，它將直接影響到車身的焊接質量以及裝配精度。

2.車身焊裝夾具設計方法的優化

車身焊裝夾具設計與車身產品設計同時進行。我們可以將焊裝夾具的設計分成這樣四個步驟：定位方案設計——夾緊方案設計——輔助元件選擇——夾具空間布置。由于夾具設計需要考慮的因素多，經驗性非常強，故而每一步設計都應盡量采用實例進行合理推理，不斷優化設計方案，最終獲得最佳設計方案。

2.1 壓臂設計的優化

如圖1所示，要求夾緊工件的A位置，該工件有一段翻邊B，向右36mm，而夾具的壓臂必須繞開翻邊B，考慮到夾具設計中氣缸夾緊力方向以及工件的易取易放，初始設計方案如圖1（a）。經過檢查發現，氣缸頭在進行垂直向下運動時，壓臂為繞著F點運動，連桿會繞D點運動，進而造成壓頭的運動軌跡與翻邊B發生部分的相連，因此對初始設計方案進行優化設計。初始設計方案中沒有考慮到F點的轉動，而當定位銷在40°的初始選擇打開階段時保證F點不動，那么就壓頭就可以繞過翻邊B。如圖1（b）所示為修改后的設計方案，該方案去除原先的氣缸支架C，使氣缸能進行上下、左右運動;在定位板上增加了一個導向板E，使其引導氣缸頭的運動，氣缸頭在導向板的圓弧段運動時可保證F點不動，這時將壓臂打開40°，之后雖然F點會隨著D點轉動，但是壓臂不會碰到翻邊B。

圖1 壓臂設計優化

2.2 氣缸設計的優化

如下圖所示，需要將工件的A、B位置夾緊，但這兩個位置上方的工件翻邊較長，夾具要想從其上方繞過工件進而夾緊A、B位置，難度較大。考慮到工件需要易取易放，需要將C、D設計成翻轉打開式壓頭，將E設計成固定定位頭。由于C、D的方向相反，故而通常采用雙氣缸設計方法，這種設計方案不僅夾具結構復雜，且成本高。對此，需要對氣缸設計進行優化，可以只采用一個氣缸，如圖2所示，先通過氣缸頭G的向下運動，實現H的水平向左運動，然后通過連桿F，將H的向左運動變成打開壓頭C進而夾緊。這個方案結構非常緊湊，雖然運動起來較為復雜，但是成本較低，比雙氣缸方案成本低30%左右。

圖2 氣缸設計優化方案

2.3 定位銷設計的優化

如圖3所示，需要夾緊工件的A位置，用定位銷B定位工件上的基準孔C，由于定位銷與基準孔的設計精度要求非常高，故而若先旋轉定位銷使其離開基準孔，則旋轉點D必須位于基準孔C的延長線上。在這里，常規設計方法會大大加長壓臂，不利于節省材料，也不便采用小型氣缸。而且，此時將旋轉點設計在任何一個位置都不太合適。為解決這一問題，決定采用如圖3（a）所示的方案。在這個優化方案中，D、F為旋轉點，G、H為壓臂，他們之間用彈簧連接起來。當氣缸壓緊時，兩個壓臂G、H貼合到一起，這樣能保證壓頭E具有足夠的壓緊力和位置精度;當氣缸打開時，壓臂F在彈簧的作用下被拉起來。在這個設計方案中，雖然結構較為復雜，但是壓臂短，且可以使用小氣缸，整體效果優良。當氣缸頭向下運動15mm時，壓臂F不會與工件接觸，當氣缸頭向下運動50mm時，夾具處于打開狀態，機械手可以順利取件。

圖3 定位銷優化設計

3.結束語

汽車車身焊裝夾具設計經驗性強，我國的夾具設計制造還沒有統一的標準，與發達國家還存在較大差距。隨著我國汽車行業的發展，夾具將走向標準化、精密化道路，推動我國汽車行業的發展，大大提高夾具的生產質量和效率，降低生產成本，為汽車制造做貢獻。

參考文獻：

[1]李昊.車身焊裝夾具設計及實際應用解析[J].企業科技與發展，2012，（7）：17-22.

[2]雷振華.車身焊裝夾具銅板設計優化[J].中國科技縱橫，2014，（12）：86-86.

[3]劉鵬，謝水生.汽車車身焊裝夾具的計算機輔助設計難點解決方案[J].煙臺大學學報（自然科學與工程版），2009，22（3）：180-184.