驅(qū)動(dòng)橋殼焊接夾具定位設(shè)計(jì)

吳程遠(yuǎn) 劉憬賢 張恒語(yǔ) 敬屹陽(yáng) 吳祚堯

摘 ?要：驅(qū)動(dòng)橋殼是屬于驅(qū)動(dòng)橋的一部分，驅(qū)動(dòng)橋殼的作用是支承并保護(hù)主減速器、差速器、半軸，使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的軸向相對(duì)位置固定。在驅(qū)動(dòng)橋的生產(chǎn)制造中，焊接夾具是保證焊接精度和防止焊接變形的重要設(shè)備。焊接夾具定位設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本文以驅(qū)動(dòng)橋殼焊接夾具為對(duì)象，采用SolidWorks軟件對(duì)夾具主要定位組件進(jìn)行虛擬定位設(shè)計(jì)，為相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品定位設(shè)計(jì)提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：焊接夾具，驅(qū)動(dòng)橋殼，定位設(shè)計(jì)

1.緒論

在驅(qū)動(dòng)橋的生產(chǎn)制造中，焊接是一項(xiàng)十分重要的工藝。在焊接中，普遍存在焊接構(gòu)件變形、應(yīng)力集中、精度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題，因此需要應(yīng)用焊接夾具來(lái)解決這類(lèi)焊接問(wèn)題。一套合格的焊接夾具可以提升焊接質(zhì)量和焊接效率，這對(duì)提高整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋殼焊接工藝的效率有著很大的幫助[1]。在國(guó)內(nèi)，隨著汽車(chē)制造技術(shù)的不斷提升，汽車(chē)焊接夾具的設(shè)計(jì)形式也豐富多樣化。但和一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)比，特別是汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)的德國(guó)、日本等國(guó)家，我國(guó)的科技水平相對(duì)落后，而且焊接夾具的設(shè)計(jì)也留有很多問(wèn)題，比如焊接夾具定位設(shè)計(jì)等問(wèn)題[2]。

初期的夾具大多數(shù)是以手動(dòng)為主，因?yàn)槟菚r(shí)夾具的自動(dòng)化程度比較低。隨著機(jī)械化程度的提升，自動(dòng)化夾具逐漸代替了手動(dòng)夾具。氣動(dòng)夾具的使用，使得工作效率提高，并且使得勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低，因此被廣泛推廣和使用。目前，在一些制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，例如美國(guó)、德國(guó)、日本等，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的柔性自動(dòng)化了，并且在一些大型的國(guó)際汽車(chē)制造商，全自動(dòng)焊接生產(chǎn)線已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用[3，4]。這使得夾具定位設(shè)計(jì)更應(yīng)具有穩(wěn)定性和無(wú)人干預(yù)性。本文考慮到以上兩點(diǎn)，針對(duì)全自動(dòng)焊接生產(chǎn)線驅(qū)動(dòng)橋焊接夾具組件進(jìn)行定位設(shè)計(jì)。

2.設(shè)計(jì)軟件及坐標(biāo)系選擇

本文所述的驅(qū)動(dòng)橋殼焊接夾具定位設(shè)計(jì)主要采用SolidWorks軟件完成，所使用的模塊是零件建模、裝配體[5]。對(duì)于零件建模，可以通過(guò)特征工具進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、陣列、掃描等操作完成零件的建模;對(duì)于裝配體，是將已設(shè)計(jì)完成的零件模型，按約束關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，形成夾具組件。需要說(shuō)明的是是根據(jù)基準(zhǔn)一致性要求，在零件特征設(shè)計(jì)初期就應(yīng)該考慮后期裝配關(guān)系，即配合關(guān)系;在虛擬裝配形成組件中，就要考慮組件的定位關(guān)系。

對(duì)于所有設(shè)計(jì)都應(yīng)該遵循整體的坐標(biāo)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)焊裝夾具整體坐標(biāo)系統(tǒng)，橫坐標(biāo)為X軸、縱坐標(biāo)為Z軸，Y軸作為高度坐標(biāo)[6]。建立整體坐標(biāo)系統(tǒng)可以方便后續(xù)夾具組件定位設(shè)計(jì)。

3.夾具主要組件定位設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)橋殼焊接夾具由定位器、夾具體以及夾緊機(jī)構(gòu)組成。定位器大多是固定式的，并以手動(dòng)、液壓、氣動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式為主;夾緊機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且結(jié)構(gòu)形式很多;夾具體大多根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。本文所述的設(shè)計(jì)中，主要使用到的定位組件包括端頭定位組件、工件支撐架、浮動(dòng)卡盤(pán)和方形側(cè)頂?shù)取ＴO(shè)計(jì)思路采用六點(diǎn)定位原理，即通過(guò)六個(gè)適當(dāng)分布的支撐點(diǎn)來(lái)分別限制工件的六個(gè)自由度（其中三個(gè)移動(dòng)自由度、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），從而使工件在空間得到確定定位。如果違反，則不能確定工件在夾具中的位置。

（1）端頭定位組件：主要用定位心軸（長(zhǎng)銷(xiāo)）對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行定位。定位心軸用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并且只承受彎矩而不傳遞扭矩，主要用于以?xún)?nèi)孔表面為定位基準(zhǔn)的工件。以第2節(jié)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)，該定位心軸（長(zhǎng)銷(xiāo)）限制了Z軸的移動(dòng)自由度、Y軸的移動(dòng)自由度、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

（2）工件支撐架組件：主要用于承受物體重量以及固定工件。由短V型塊、護(hù)桿、工件支撐架墊片以及工件底支撐架等組成。一般定位設(shè)計(jì)是采用在兩端各放置一個(gè)短V型塊，組成了一個(gè)長(zhǎng)V型塊。這種設(shè)計(jì)限制了驅(qū)動(dòng)橋殼的Y軸的移動(dòng)自由度、Z軸的移動(dòng)自由度、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這種設(shè)計(jì)會(huì)造成降低定位精度、定位質(zhì)量不穩(wěn)定等影響，但對(duì)提高工件的穩(wěn)定性和剛性有一定的好處。

（3）浮動(dòng)卡盤(pán)組件：主要用在定位橋殼中段，由三爪卡盤(pán)進(jìn)行定位。三爪卡盤(pán)定位分為相對(duì)夾持長(zhǎng)和相對(duì)夾持短，這里采用相對(duì)夾持短的定位，主要限制了兩個(gè)自由度，為X軸的移動(dòng)自由度、Z軸的移動(dòng)自由度。

（4）方形側(cè)頂組件：主要用于定位和夾緊橋殼中段。主要由油缸安裝座、頂緊組件、底座組成。該組件主要限制了X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

4.夾具整體布局

夾具主要組件定位設(shè)計(jì)完成后，將各組件虛擬裝配為整體焊裝夾具，再通過(guò)其他裝配定位分析軟件進(jìn)行校核，例如VIS-VSA或3DCS軟件。整體夾具虛擬裝配示意圖，如圖1所示。

5.總結(jié)

本文以驅(qū)動(dòng)橋殼焊接夾具為對(duì)象，建立夾具整體坐標(biāo)系統(tǒng)，采用SolidWorks軟件對(duì)夾具主要定位組件（端頭定位組件，工件支撐架組件，浮動(dòng)卡盤(pán)組件和方形側(cè)頂組件）進(jìn)行了定位虛擬設(shè)計(jì)，最后給出夾具整體布局。本文所述的設(shè)計(jì)思路對(duì)相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品定位可以起到借鑒作用。期望后期工作能夠繼續(xù)采用VIS-VSA或3DCS軟件對(duì)整體裝配體進(jìn)行3D定位設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] ?李念沖. 重型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼焊裝夾具設(shè)計(jì)研究[D]. 青島理工大學(xué)，2016.

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[3] ?劉瑞娟. 汽車(chē)焊接夾具的設(shè)計(jì)研究分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（35）：121-121.

[4] ?田占永. 白車(chē)身尺寸控制與夾具工藝設(shè)計(jì)分析[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（15）：1832-1832

[5] ?李潤(rùn)，鄒大鵬，徐振超等. SolidWorks軟件的特點(diǎn)、應(yīng)用與展望[J]. 甘肅科技，2004，20（5）：57-58.

[6] ?何甘林. 關(guān)于一種卡車(chē)輕量化橋殼優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J]. 低碳世界，2018（8）：299-300.

資助情況：本文受到上海工程技術(shù)大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（CX1901015）資助。