淺談工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽绲挠绊?/h1>
2020-07-23 07:01:09張?zhí)?/span>何金蓉
時(shí)代汽車 2020年8期
張?zhí)? 何金蓉
摘 要：針對(duì)某車型懸置安裝點(diǎn)偏差的問(wèn)題，介紹了工裝定位的基本原理以及工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙臋C(jī)理，提出通過(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序的方式來(lái)解決尺寸偏差的問(wèn)題，為各主機(jī)廠在項(xiàng)目前期工裝設(shè)計(jì)等提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：工裝定位;工裝關(guān)夾順序;懸置安裝點(diǎn);控制方法
1 前言
白車身的制造精度是評(píng)價(jià)整車質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，它直接影響到整車的安全性，美觀性和整車NVH等性能。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，絕大部分的白車身制造誤差是焊接工裝的定位誤差造成的，因此，如何有效保障焊接夾具的精度與質(zhì)量，優(yōu)化、減少和控制焊接工裝的定位誤差？各個(gè)主機(jī)廠通常會(huì)從工裝的加工精度、耐磨性和剛度等等方面來(lái)研究，而往往會(huì)忽略工裝運(yùn)動(dòng)過(guò)程（關(guān)夾順序）對(duì)白車身尺寸的影響而造成不必要的質(zhì)量缺陷。
2 白車身的工裝定位原理
白車身是由成千上萬(wàn)個(gè)零件焊接連接而成，如何保證零件在它該在的位置，位置不存在偏差，這就由零件的定位工裝來(lái)決定。
對(duì)一般工件而言，其空間位置的不確定性可按一定的直角坐標(biāo)系分為六個(gè)獨(dú)立的自由度：沿X、Y、Z軸的平動(dòng)和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)不在同一直線上的定位基準(zhǔn)Z1、Z2、Z3限制沿工件三個(gè)自由度（沿Z軸的平動(dòng)、繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)），通過(guò)定位基準(zhǔn)Y1、Y2限制兩個(gè)自由度（沿Y軸的平動(dòng)、繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)），通過(guò)定位基準(zhǔn)X1限制剩下的一個(gè)自由度（沿X軸的平動(dòng)），因此工件的空間六個(gè)自由度都得到了控制——稱為“六點(diǎn)定位準(zhǔn)則”，如圖1所示。
3 白車身的工裝定位的工作步驟
白車身的工裝定位主要分為定位（零件裝配放置）、夾緊（工裝關(guān)夾）、點(diǎn)固（定位焊接）、焊接幾個(gè)工作步驟，如圖2所示。
4 工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽缬绊懙臋C(jī)理
大部分零件C基準(zhǔn)均為固定結(jié)構(gòu)，但是由于零件結(jié)構(gòu)或裝配工藝等原因，部分C基準(zhǔn)需要采用活動(dòng)式基準(zhǔn)。理論上基準(zhǔn)與夾緊裝置之間的縫隙應(yīng)等于板件厚度L0=h，但是為防止鈑金在焊接時(shí)受外力產(chǎn)生位移，基準(zhǔn)與夾緊塊之間的距離需小于鈑金厚度L1V1，鈑金的位置將偏移正確位置。如果氣缸1的推進(jìn)力F1大于氣缸2的推進(jìn)力F2，鈑金位置可能會(huì)被糾正。但是如果F1≤F2，鈑金的位置將無(wú)法被糾正。綜上，工裝的關(guān)夾順序?qū)橹苯佑绊懙桨总嚿淼某叽鐮顟B(tài)。
因此，工裝的關(guān)夾順序必須是基準(zhǔn)的關(guān)夾優(yōu)先其余夾緊面，同時(shí)條件允許時(shí)，定位面的氣缸壓緊力需大于夾緊塊的氣缸壓緊力。
5 工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊憣?shí)例分析
某車型的前車架主要由前縱梁、前輪罩、前圍板、前輪罩外板、上彎梁支撐板等等零件組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。
1-左上灣梁支撐板;2-左前縱梁;3-左輪罩外板;4-左前輪罩;5-前圍板總成;
6-右前縱梁;7-右前輪罩; 8-右輪罩外板;9-右上灣梁支撐板;10-上灣梁
前車架是白車身框架的主要組成部分，而且對(duì)尺寸精度要求高。例如而翼子板、前大燈、前?？偝傻劝惭b點(diǎn)在上灣梁上，其安裝點(diǎn)偏差也將直接影響到整車的前臉零件的匹配狀態(tài)，影響感知質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)與副車架安裝點(diǎn)均在前縱梁上，其尺寸偏差將直接影響到整車關(guān)鍵性能，如可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、前輪傾角不合導(dǎo)致整車跑偏等等。
某車型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向偏差-3～2.0mm，而且波動(dòng)大，公差±1.2mm，超出設(shè)計(jì)值。在拼臺(tái)上使用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量輪罩推進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向數(shù)據(jù)變化，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)過(guò)程中后懸置安裝點(diǎn)Y向偏約2.0mm，數(shù)據(jù)如表1所示。因此可以判定該安裝點(diǎn)出現(xiàn)偏差主要是由于工裝關(guān)夾導(dǎo)致。
6 工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊懣刂品椒?/p>
為有效控制懸置安裝點(diǎn)，我們對(duì)焊接工位工裝關(guān)夾順序進(jìn)行優(yōu)化。原有工裝關(guān)夾順序?yàn)榍拜喺謯A緊→輪罩滑移→前縱梁關(guān)夾。由于輪罩在前縱梁未夾緊狀態(tài)推進(jìn)導(dǎo)致前縱梁Y向被頂?shù)叫D(zhuǎn)，而且后續(xù)前縱梁夾緊工裝已經(jīng)無(wú)法糾正前縱梁位置，從而導(dǎo)致前縱梁翻轉(zhuǎn)，懸置安裝點(diǎn)Y向偏差。改進(jìn)后的關(guān)夾順序?yàn)榍翱v梁夾緊→前輪罩夾緊→輪罩滑移推進(jìn)，更改后的關(guān)夾邏輯在輪罩滑移推進(jìn)前，前縱梁以及輪罩已經(jīng)屬于夾緊狀態(tài)，輪罩滑移的推進(jìn)力已經(jīng)無(wú)法使前縱梁產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，見圖6。
在工裝關(guān)夾順序更改后，重新使用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量輪罩推進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向數(shù)據(jù)變化，輪罩推進(jìn)前后，懸置安裝安裝點(diǎn)最大變化量為0.1mm，數(shù)據(jù)如表2所示，基本符合要求。
同時(shí)通過(guò)雙懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)收集改進(jìn)工裝順序前后半個(gè)月的離線數(shù)據(jù)，對(duì)比改進(jìn)前后的測(cè)點(diǎn)是否有改善。懸置安裝點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖8所示，改進(jìn)前安裝點(diǎn)Y向偏差約2.0～2.5mm，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)工裝順序邏輯，改進(jìn)后的懸置安裝點(diǎn)Y向在理論值0±1.0mm范圍內(nèi)，懸置安裝點(diǎn)Y向偏差問(wèn)題得到有效解決。
7 結(jié)束語(yǔ)
本文分析了工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽绱罱佑绊懙男纬蓹C(jī)理，并結(jié)合主機(jī)廠實(shí)際案例，介紹工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊懀ㄟ^(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序的措施來(lái)解決尺寸偏差問(wèn)題。驗(yàn)證結(jié)果表明，工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽缬兄卮笥绊?，可通過(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序來(lái)改進(jìn)白車身尺寸偏差。
參考文獻(xiàn)：
[1]汪小霞 黃星麗.汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)的步驟與方法[J].研究與開發(fā).2015（5）.
[2]宮正軍 都韌剛 尚校 杜海 艾學(xué)崇.焊裝夾具設(shè)計(jì)、制造精度保障方法研究[J].汽車工藝與材料.2016（7）.
[3]唐遠(yuǎn)志. 向熊方.汽車車身制造工藝[J].化學(xué)工業(yè)出版社.2009（6）.
[4]姜正寶.焊夾具在汽車廠中的應(yīng)用[J].工藝裝備.2019（5）.
[5]郭俊臣. 汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用[J].技術(shù)探討.2015（3）.
張?zhí)? 何金蓉
摘 要：針對(duì)某車型懸置安裝點(diǎn)偏差的問(wèn)題，介紹了工裝定位的基本原理以及工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙臋C(jī)理，提出通過(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序的方式來(lái)解決尺寸偏差的問(wèn)題，為各主機(jī)廠在項(xiàng)目前期工裝設(shè)計(jì)等提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：工裝定位;工裝關(guān)夾順序;懸置安裝點(diǎn);控制方法
1 前言
白車身的制造精度是評(píng)價(jià)整車質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，它直接影響到整車的安全性，美觀性和整車NVH等性能。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，絕大部分的白車身制造誤差是焊接工裝的定位誤差造成的，因此，如何有效保障焊接夾具的精度與質(zhì)量，優(yōu)化、減少和控制焊接工裝的定位誤差？各個(gè)主機(jī)廠通常會(huì)從工裝的加工精度、耐磨性和剛度等等方面來(lái)研究，而往往會(huì)忽略工裝運(yùn)動(dòng)過(guò)程（關(guān)夾順序）對(duì)白車身尺寸的影響而造成不必要的質(zhì)量缺陷。
2 白車身的工裝定位原理
白車身是由成千上萬(wàn)個(gè)零件焊接連接而成，如何保證零件在它該在的位置，位置不存在偏差，這就由零件的定位工裝來(lái)決定。
對(duì)一般工件而言，其空間位置的不確定性可按一定的直角坐標(biāo)系分為六個(gè)獨(dú)立的自由度：沿X、Y、Z軸的平動(dòng)和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)不在同一直線上的定位基準(zhǔn)Z1、Z2、Z3限制沿工件三個(gè)自由度（沿Z軸的平動(dòng)、繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)），通過(guò)定位基準(zhǔn)Y1、Y2限制兩個(gè)自由度（沿Y軸的平動(dòng)、繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)），通過(guò)定位基準(zhǔn)X1限制剩下的一個(gè)自由度（沿X軸的平動(dòng)），因此工件的空間六個(gè)自由度都得到了控制——稱為“六點(diǎn)定位準(zhǔn)則”，如圖1所示。
3 白車身的工裝定位的工作步驟
白車身的工裝定位主要分為定位（零件裝配放置）、夾緊（工裝關(guān)夾）、點(diǎn)固（定位焊接）、焊接幾個(gè)工作步驟，如圖2所示。
4 工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽缬绊懙臋C(jī)理
大部分零件C基準(zhǔn)均為固定結(jié)構(gòu)，但是由于零件結(jié)構(gòu)或裝配工藝等原因，部分C基準(zhǔn)需要采用活動(dòng)式基準(zhǔn)。理論上基準(zhǔn)與夾緊裝置之間的縫隙應(yīng)等于板件厚度L0=h，但是為防止鈑金在焊接時(shí)受外力產(chǎn)生位移，基準(zhǔn)與夾緊塊之間的距離需小于鈑金厚度L1
因此，工裝的關(guān)夾順序必須是基準(zhǔn)的關(guān)夾優(yōu)先其余夾緊面，同時(shí)條件允許時(shí)，定位面的氣缸壓緊力需大于夾緊塊的氣缸壓緊力。
5 工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊憣?shí)例分析
某車型的前車架主要由前縱梁、前輪罩、前圍板、前輪罩外板、上彎梁支撐板等等零件組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。
1-左上灣梁支撐板;2-左前縱梁;3-左輪罩外板;4-左前輪罩;5-前圍板總成;
6-右前縱梁;7-右前輪罩; 8-右輪罩外板;9-右上灣梁支撐板;10-上灣梁
前車架是白車身框架的主要組成部分，而且對(duì)尺寸精度要求高。例如而翼子板、前大燈、前?？偝傻劝惭b點(diǎn)在上灣梁上，其安裝點(diǎn)偏差也將直接影響到整車的前臉零件的匹配狀態(tài)，影響感知質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)與副車架安裝點(diǎn)均在前縱梁上，其尺寸偏差將直接影響到整車關(guān)鍵性能，如可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、前輪傾角不合導(dǎo)致整車跑偏等等。
某車型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向偏差-3～2.0mm，而且波動(dòng)大，公差±1.2mm，超出設(shè)計(jì)值。在拼臺(tái)上使用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量輪罩推進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向數(shù)據(jù)變化，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)過(guò)程中后懸置安裝點(diǎn)Y向偏約2.0mm，數(shù)據(jù)如表1所示。因此可以判定該安裝點(diǎn)出現(xiàn)偏差主要是由于工裝關(guān)夾導(dǎo)致。
6 工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊懣刂品椒?/p>
為有效控制懸置安裝點(diǎn)，我們對(duì)焊接工位工裝關(guān)夾順序進(jìn)行優(yōu)化。原有工裝關(guān)夾順序?yàn)榍拜喺謯A緊→輪罩滑移→前縱梁關(guān)夾。由于輪罩在前縱梁未夾緊狀態(tài)推進(jìn)導(dǎo)致前縱梁Y向被頂?shù)叫D(zhuǎn)，而且后續(xù)前縱梁夾緊工裝已經(jīng)無(wú)法糾正前縱梁位置，從而導(dǎo)致前縱梁翻轉(zhuǎn)，懸置安裝點(diǎn)Y向偏差。改進(jìn)后的關(guān)夾順序?yàn)榍翱v梁夾緊→前輪罩夾緊→輪罩滑移推進(jìn)，更改后的關(guān)夾邏輯在輪罩滑移推進(jìn)前，前縱梁以及輪罩已經(jīng)屬于夾緊狀態(tài)，輪罩滑移的推進(jìn)力已經(jīng)無(wú)法使前縱梁產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，見圖6。
在工裝關(guān)夾順序更改后，重新使用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量輪罩推進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)Y向數(shù)據(jù)變化，輪罩推進(jìn)前后，懸置安裝安裝點(diǎn)最大變化量為0.1mm，數(shù)據(jù)如表2所示，基本符合要求。
同時(shí)通過(guò)雙懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)收集改進(jìn)工裝順序前后半個(gè)月的離線數(shù)據(jù)，對(duì)比改進(jìn)前后的測(cè)點(diǎn)是否有改善。懸置安裝點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖8所示，改進(jìn)前安裝點(diǎn)Y向偏差約2.0～2.5mm，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)工裝順序邏輯，改進(jìn)后的懸置安裝點(diǎn)Y向在理論值0±1.0mm范圍內(nèi)，懸置安裝點(diǎn)Y向偏差問(wèn)題得到有效解決。
7 結(jié)束語(yǔ)
本文分析了工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽绱罱佑绊懙男纬蓹C(jī)理，并結(jié)合主機(jī)廠實(shí)際案例，介紹工裝關(guān)夾順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊懀ㄟ^(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序的措施來(lái)解決尺寸偏差問(wèn)題。驗(yàn)證結(jié)果表明，工裝關(guān)夾順序?qū)Π总嚿沓叽缬兄卮笥绊?，可通過(guò)優(yōu)化工裝關(guān)夾順序來(lái)改進(jìn)白車身尺寸偏差。
參考文獻(xiàn)：
[1]汪小霞 黃星麗.汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)的步驟與方法[J].研究與開發(fā).2015（5）.
[2]宮正軍 都韌剛 尚校 杜海 艾學(xué)崇.焊裝夾具設(shè)計(jì)、制造精度保障方法研究[J].汽車工藝與材料.2016（7）.
[3]唐遠(yuǎn)志. 向熊方.汽車車身制造工藝[J].化學(xué)工業(yè)出版社.2009（6）.
[4]姜正寶.焊夾具在汽車廠中的應(yīng)用[J].工藝裝備.2019（5）.
[5]郭俊臣. 汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用[J].技術(shù)探討.2015（3）.
