焊裝夾具定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理

1、文章闡述了車身焊裝夾具的定位基礎(chǔ)和定位系統(tǒng)(RPS)原理并總結(jié)常見的幾種定位結(jié)構(gòu)和定位形式，以及車身焊裝夾具在焊接、裝配過程中使用的種類和要求，為裝配質(zhì)量提供有力保證。由于目前汽車行業(yè)中產(chǎn)品的造型與種類日漸增多，相應(yīng)制件的結(jié)構(gòu)也日漸增多，車身零部件在焊接、裝配過程中使用的夾具種類和要求也不一樣，因此各種夾具在構(gòu)造上有著較大的差別。即使同一類型汽車，因生產(chǎn)節(jié)拍、產(chǎn)能、質(zhì)量要求不同和生產(chǎn)廠家的具體生產(chǎn)情況不同，焊裝夾具也有一定的差別。目前各汽車制造廠家往往會(huì)根據(jù)自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需要來自行設(shè)計(jì)與制造焊接、裝配夾具，因此汽車焊裝夾具目前還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化(根據(jù)國(guó)內(nèi)夾具制造廠

2、家產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和風(fēng)格基本可以分為日韓系和歐系)，屬于非標(biāo)設(shè)計(jì)與制造的工藝裝備。雖然未形成標(biāo)準(zhǔn)化，但在汽車焊裝夾具的功用、要求以及基本結(jié)構(gòu)的組成上，均具有相應(yīng)的共性。目前汽車焊裝生產(chǎn)中常用的焊裝夾具主要分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、自動(dòng)裝焊夾具、凸焊裝焊夾具、機(jī)械手焊接裝置、車身螺柱焊、T型釘焊接樣架等。無論是哪一種類型的裝焊夾具，從實(shí)際生產(chǎn)角度考慮，都應(yīng)滿足以下基本要求：1. 定位可靠。在裝配焊接過程中夾具必須使被裝配的零件獲得正確的位置和可靠的夾緊，并且在焊接時(shí)能防止制件產(chǎn)生大的變形，能穩(wěn)定保證制件焊接后的相關(guān)幾何形狀和尺寸。 2. 使用過程安全可靠。在夾具上，凡受力的各種部位，都應(yīng)具有足

3、夠的強(qiáng)度和剛度，并能承受制件重力和因焊接過程所引起的各個(gè)方向的外力。同時(shí)必須設(shè)置必要的安全互鎖保護(hù)裝置。3. 便于操作。夾具應(yīng)滿足裝配和焊接過程簡(jiǎn)化以及操作程序合理的要求，以保證焊鉗進(jìn)出和工人自由操作的位置和空間。4. 動(dòng)作迅速。在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)輕便靈巧，定位、夾緊和松開應(yīng)快速省力。5. 相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)便于調(diào)整、維修和維護(hù)。采用車身定位時(shí)，由于車身覆蓋件是面積較大而又容易變形的薄板件，為了增加其剛性，并減少焊接變形，需要增加支撐點(diǎn)，當(dāng)使用更多的支持點(diǎn)進(jìn)行定位時(shí)，還應(yīng)考慮過定位的可調(diào)性。 定位基準(zhǔn)是產(chǎn)品圖上的基準(zhǔn)面、孔(或產(chǎn)品圖上標(biāo)定的基準(zhǔn))，通過基準(zhǔn)定位，可在設(shè)計(jì)焊裝工裝時(shí)確

4、定其他的面、孔、點(diǎn)及線的位置。車身焊裝常用的定位基準(zhǔn)有以下幾種：(1)面(包括零件表面和曲面)。(2)孔(產(chǎn)品圖上標(biāo)出的基準(zhǔn)孔)。(3)曲面上經(jīng)過整形后的平臺(tái)。(4)工件上經(jīng)拉深和壓彎形成的臺(tái)階。車身RPS定位系統(tǒng)RPS定位系統(tǒng)是在降低過程開發(fā)成本的前提下，提高產(chǎn)品焊接精度和生產(chǎn)過程可靠性的有力措施。RPS點(diǎn)是模具、夾具和檢具的統(tǒng)一定位點(diǎn)，是用于生產(chǎn)和測(cè)量的統(tǒng)一定位點(diǎn)，也是從單個(gè)零件到車身總成各個(gè)工位的控制點(diǎn)(見圖1)。 1. RPS點(diǎn)的選用原則RPS點(diǎn)的選用必須滿足以下通用性的原則：(1)對(duì)同一零件在任何工位上都必須采用同一基準(zhǔn)作為定位，以避免基準(zhǔn)變換產(chǎn)生生產(chǎn)制造和測(cè)量誤差。(2)

5、 在單件-分總成-車身的過程中，必須從已存在RPS的點(diǎn)中按照六點(diǎn)定位原則選出用于總成的RPS點(diǎn)，而不能重新定義一個(gè)全新的RPS點(diǎn)。(3)RPS點(diǎn)無論在總成還是在單件中都能很方便地進(jìn)行測(cè)量。(4)RPS點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在零部件上最穩(wěn)定的區(qū)域和部位，這種穩(wěn)定性不僅指零件自身在生產(chǎn)過程中該區(qū)域的質(zhì)量穩(wěn)定，也指將來的某些設(shè)計(jì)更改不會(huì)涉及到該區(qū)域。(5)必須注意的是，RPS點(diǎn)一旦被確定，就必須被自始至終地應(yīng)用到所有生產(chǎn)、總成、裝配和檢測(cè)過程中去。 2. RPS點(diǎn)的定位方式任何零件和總成的定位，都必須有一個(gè)主定位(孔、面或邊)及一系列副定位。在RPS定位系統(tǒng)中，RPS1是主定位，PRS2、RPS3是副定

6、位，RPS3-RPS2-RPS1共同控制零件的6個(gè)自由度。(1) RPS1的幾種常見定位方式。一般情況下， RPS1是圓孔，采用圓銷-圓孔定位，控制2個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng);RPS1是圓孔加面，即采用圓銷-圓孔定位，在圓銷上加工出臺(tái)階，進(jìn)行面定位，控制3個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng);RPS1是面或邊，采用面定位，控制1個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng)。(2)副定位的幾種常見定位方式。RPS2是長(zhǎng)孔，采用長(zhǎng)孔-圓銷定位，控制1個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng);RPS2是圓孔，采用圓孔-菱形銷定位，控制1個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng);RPS2和RPS1組成一組，控制零件以RPS1孔法線為軸心的轉(zhuǎn)動(dòng);RPS3是面，采用面定位，控制1個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng);根據(jù)具體情況，增加

7、輔助定位點(diǎn)，如RPS2面，RPS3孔，RPS4等;RPS1，RPS2，RPS3定位銷和定位面的形狀公差為0/-0.05mm。其他定位銷和定位面的形狀公差為0/-0.1mm。焊接夾具一般定位結(jié)構(gòu)及組成制件的定位是通過其定位基準(zhǔn)與夾具上的定位元件相互配合而實(shí)現(xiàn)的。在車身焊接定位系統(tǒng)中，以定位銷、支撐板和夾緊機(jī)構(gòu)的配合應(yīng)用最廣。 1. 定位銷和夾緊器的要求(1)采用銷孔定位時(shí)，RPS1的定位銷一般設(shè)計(jì)成固定式。(2)副定位一般設(shè)計(jì)成在X、Y、Z三個(gè)方向墊片調(diào)整結(jié)構(gòu)。當(dāng)有特殊要求時(shí)或根據(jù)實(shí)際需要，可以設(shè)計(jì)成只在定位方向可調(diào)整。(3)采用型面定位時(shí)，設(shè)計(jì)成在X、Y、Z三個(gè)方向墊片調(diào)整結(jié)構(gòu)。當(dāng)有

8、特殊要求時(shí)或根據(jù)實(shí)際需要，可以設(shè)計(jì)成只在夾緊方向可調(diào)整。(4)定位面定位時(shí)，夾緊器一般采用對(duì)面夾緊方式，夾緊器的兩個(gè)面不能錯(cuò)位。2. 墊片在進(jìn)行夾具定位調(diào)整或夾緊位置調(diào)整時(shí)，需要使用墊片。墊片形狀采用統(tǒng)一形式，一般分為三齒(三孔)和四齒(四孔)兩種，墊片寬度一般為20mm和50mm兩種，墊片長(zhǎng)度一般分為50mm和65mm，常用墊片厚度分為0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.0mm五種。3. 常用定位器常用定位器的結(jié)構(gòu)主要有夾頭、支撐板、定位銷及限位形塊等四類。(1)夾頭的作用是工件在裝配工作完成后，防止制件在夾具上錯(cuò)動(dòng)、移動(dòng)或變形，常見的主要有手動(dòng)夾緊和氣動(dòng)夾緊兩種結(jié)構(gòu)(見圖2

9、)。(2)支承板。支承板分平面和曲面兩種。平面支承板主要用于工件定位表面是平面的場(chǎng)合，(見圖3)，其形式可與一般夾具設(shè)計(jì)用的支承板相同或類似。如果工件的定位表面是曲面，則要用曲面支承板定位(見圖4)。(3)定位銷。在汽車車身件裝配焊接過程中，定位銷是用于定位工件位置的主要定位裝置(見圖5)。定位銷除固定在夾具上使用的以外，為了便于調(diào)整尺寸可設(shè)計(jì)成可拆式(見圖6)。(4)限位塊。限位塊是用來限制翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、滑行機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)位置的一種限位結(jié)構(gòu)，目前夾具上常用的主要有兩種形式：一種是V型，主要用于夾緊機(jī)構(gòu);一種是U型，主要用于有定位要求的機(jī)構(gòu)。 4. 夾緊機(jī)構(gòu)制件在裝配焊接時(shí)，對(duì)零件施加外

10、力，使它始終保持既定位置的裝置稱為夾緊機(jī)構(gòu)或叫夾緊器。當(dāng)工件的重力與點(diǎn)焊時(shí)加壓方向一致、焊接壓力足以克服工件的彈性變形而保持正確的裝配位置時(shí)可以省去夾緊機(jī)構(gòu)。在焊裝夾具上對(duì)制件夾緊有兩個(gè)目的：使工件的定位基準(zhǔn)與定位元件緊密接觸;保持工件位置在焊接過程中不動(dòng)。在選用夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)遵循以下幾點(diǎn)原則：(1)夾緊器要保證剛度和強(qiáng)度。夾緊器夾緊時(shí)要有鎖緊裝置。手工晃動(dòng)時(shí)，夾緊器不能松動(dòng)。(2)夾緊器的手柄、連接件及夾頭等一般采用機(jī)加工而成，不采用鋼板或鋼片制作。夾頭一般不能采用螺栓頭代替。(3)與零件外表面接觸的型面塊，一般采用整體機(jī)加工而成。(4)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)確保動(dòng)作正常完成，動(dòng)作靈活、輕便、穩(wěn)定，不發(fā)

11、生干涉。(5)夾具夾緊時(shí)要自鎖。(6)夾具打開時(shí)要有止動(dòng)點(diǎn)。(7)一般可調(diào)范圍：滿足操作條件下，水平夾緊臂在小于45°和大于120°的范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整;豎直夾緊臂在小于45°和大于96°的范圍內(nèi)可調(diào)。 5. 夾具的傳動(dòng)裝置夾具傳動(dòng)一般有氣動(dòng)傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電動(dòng)傳動(dòng)三種方式。車身焊裝生產(chǎn)過程中大部分使用的是氣動(dòng)傳動(dòng)。氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是以工業(yè)壓縮空氣為傳力介質(zhì)、推動(dòng)氣缸動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)夾緊作用的機(jī)構(gòu)。它大多數(shù)與其他夾緊形式(如杠桿、鉸鏈、偏心輪等)聯(lián)合進(jìn)行夾緊，這類夾緊機(jī)構(gòu)通過改變氣缸作用力的大小或方向來夾緊工件，從而克服了杠桿等夾緊方式夾緊力小、自鎖能力差

12、和效率低的缺點(diǎn)，具有夾緊力穩(wěn)定、動(dòng)作迅速、便于集中控制及易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)。壓縮空氣一般由工廠的壓縮空氣站通過管路供應(yīng)，經(jīng)管路損失后進(jìn)入夾具的氣源控制系統(tǒng)，穩(wěn)定氣體壓力在46個(gè)大氣壓范圍，以保證所需的夾緊壓力。在焊接車身大型部件和總成時(shí)，必須在幾個(gè)點(diǎn)或更多的點(diǎn)上同時(shí)夾緊工件，采用氣動(dòng)夾緊時(shí)操作者可在一個(gè)工作位置通過電氣開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。因夾緊和松開速度極快，從而能大大地縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。氣動(dòng)夾緊器一般由氣缸、夾緊機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)元件與管路等部分組成(見圖7)。6. 夾具基板夾具基板也稱BASE板，是夾具中夾緊單元和各定位機(jī)構(gòu)安裝的底板，夾具的裝配、測(cè)量等基準(zhǔn)都設(shè)計(jì)在基板上，同時(shí)也是在夾具上安裝定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)以及承受焊件重量的部分。 車身批量生產(chǎn)過程中使用的夾具，其夾具基板是根據(jù)制件形狀、尺寸、定位及夾緊要求、裝配和焊接操作工藝要求等專門進(jìn)行設(shè)計(jì)的。圖8為車門裝焊夾具的立體示意圖。它們結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但精度高，設(shè)計(jì)、加工、裝配等工作量較大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，投資相對(duì)也大，對(duì)車身產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率起保證作用。對(duì)夾具基板的基本要求是：(1)有足夠的強(qiáng)度和剛度。(2)便于裝配和焊接作業(yè)的實(shí)施。(3)能將裝配、焊接好的制件方便地取下。(4)滿足必要的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、通水、通氣及通風(fēng)條件。(5)容易清理焊接飛濺、焊渣和積灰等。(6)有