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        汽車零件柔性焊接夾具設(shè)計與研究

        2017-03-09 22:01:38李登祥
        環(huán)球市場 2017年19期
        關(guān)鍵詞:減振器構(gòu)架工裝

        李登祥

        身份證號碼:371122198407154613

        汽車零件柔性焊接夾具設(shè)計與研究

        李登祥

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        柔性夾具作為工藝裝備的一部分,在汽車白車身的生產(chǎn)過程中起著重要的作用。柔性夾具組裝迅速,方便靈活,夾具靈活多變;部件通用性強(qiáng),互換性好,并可長期重復(fù)使用。保證加工質(zhì)量的前提下,應(yīng)用柔性夾具替代專用夾具,可以極大的縮短工藝準(zhǔn)備時間,降低成本,提高效率,對于推進(jìn)白車身生產(chǎn)的快速發(fā)展有著重要意義?;诖耍恼戮推嚵慵嵝院附訆A具設(shè)計進(jìn)行簡要的分析,希望可以提供借鑒。

        汽車零件;柔性焊接;夾具設(shè)計

        1.柔性工裝制造系統(tǒng)拓展考慮

        柔性工裝的優(yōu)勢在于“快速化設(shè)計,快速化制造”,而這必須建立在企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計、工藝確定、工裝設(shè)計和制造、管理等統(tǒng)一理念和協(xié)同工作的基礎(chǔ)上,否則其優(yōu)越性很難體現(xiàn),甚至不如專用工裝。因此,在以往的柔性制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了“產(chǎn)品相似性設(shè)計”和“柔性化程度評估”的過程。

        1.1 產(chǎn)品設(shè)計的相似性分析

        為了保證工裝的柔性方向正確,必須從產(chǎn)品的設(shè)計開始。設(shè)計部門在進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計時,同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量保持主結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,差異部分與現(xiàn)有的工裝柔性趨勢相近或相同。這樣大大降低了焊接夾具柔性部件的數(shù)量,可有效降低因增加工裝柔性而帶來的成本增加和設(shè)計難度。

        1.2 工裝柔性程度分析

        柔性程度的確定是柔性工裝制造中的重要環(huán)節(jié)。柔性過小,沒有實(shí)際意義;柔性過大,將造成設(shè)計復(fù)雜,一次投入巨大。如果產(chǎn)品發(fā)展方向錯誤將造成無用的柔性,最終造成柔性投入失敗,影響企業(yè)柔性工裝投入的積極性。因此,建議在以往的系統(tǒng)中拓展增加“柔性程度評估”的環(huán)節(jié)。

        柔性程度評估,主要可以通過以下兩個過程完成:

        過程1:分模塊確定柔性程度。首先制定統(tǒng)一的原則,按照柔性系統(tǒng)中已有的以下單元,分別確定柔性的原則和程度。具體的操作如下:①基礎(chǔ)單元:工裝的主體結(jié)構(gòu),一般不更換,相對固定,只預(yù)留柔性接口。②定位單元:本身專用化設(shè)計,接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,可以不設(shè)置柔性。③夾緊單元:形狀、尺寸歸類標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,儲備柔性調(diào)節(jié)范圍,與基礎(chǔ)單元接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。④動力單元:液壓或風(fēng)動系統(tǒng),接口標(biāo)準(zhǔn)化,管路連接儲備調(diào)整量。⑤控制單元;包括動力系統(tǒng)和設(shè)備的PLC控制,只預(yù)留柔性接口。⑤擴(kuò)展接口:評估產(chǎn)品發(fā)展趨勢,只預(yù)留柔性接口。

        過程2:參考工裝使用頻率確定柔性程度。從使用頻率出發(fā),合理的確定柔性的程度,專用工裝部分和柔性部分配合使用。示例如下:①產(chǎn)品范圍:只考慮近5年內(nèi)可能使用的產(chǎn)品類型,如高速車的側(cè)墻、車頂和底架。②轉(zhuǎn)產(chǎn)周期:時間太短沒有太大的實(shí)際意義,因此確定轉(zhuǎn)產(chǎn)周期為1~2天/次。③轉(zhuǎn)產(chǎn)頻次:考慮工裝壽命約10年,轉(zhuǎn)產(chǎn)的頻次確定為2~3次/a。④柔性擴(kuò)展費(fèi)用:應(yīng)小于整體工裝費(fèi)用的20%。拓展前后新、舊制造系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性對比如附表所示。

        通過以上的對比,得知拓展后的新柔性夾具制造系統(tǒng)在轉(zhuǎn)產(chǎn)時與拓展前的柔性工裝同樣具備:基礎(chǔ)單元保留,只需要更換標(biāo)準(zhǔn)件(在工裝庫中已有),接口標(biāo)準(zhǔn)化,提前仿真模擬等優(yōu)勢,并且在保證轉(zhuǎn)產(chǎn)周期的前提下,有效降低了經(jīng)濟(jì)投入。

        2.基于NX的柔性焊接夾具方案設(shè)計

        2.1 橫梁定位夾緊模塊

        橫梁定位夾緊模塊由X、Z向定位夾緊模塊和Y向定位夾緊模塊組成,分別完成對橫梁X向、Z向和Y向的定位夾緊功能。橫梁定位夾緊模塊具體工作流程為:變換構(gòu)架時,橫梁定位夾緊模塊各裝置先復(fù)位到系統(tǒng)原點(diǎn),然后再調(diào)整新構(gòu)架到對應(yīng)的X、Y、Z向定位位置。同種構(gòu)架橫梁定位夾緊時,X、Y向定位夾緊裝置后退5mm,橫梁吊運(yùn)放置在橫梁定位夾緊模塊上。依次分別調(diào)節(jié)Z向定位裝置、X向定位裝置和Y向定位裝置,實(shí)現(xiàn)對橫梁的Z向、X向、Y向定位調(diào)整,至此橫梁定位夾緊完成。橫梁定位夾緊模塊可通過X、Y、Z3個方向的調(diào)整來滿足多種車型不同尺寸構(gòu)架的定位夾緊要求;實(shí)現(xiàn)方式為電動調(diào)節(jié),操作簡便,且效率提高一倍以上;通過精確控制,大大提高了定位精度;定位后鎖止功能的實(shí)現(xiàn),可避免操作過程發(fā)生危險;保證了柔性焊接夾具系統(tǒng)的連續(xù)使用。

        2.2 側(cè)梁定位夾緊模塊

        該焊接系統(tǒng)的側(cè)梁定位夾緊模塊共有4組,每組側(cè)梁定位夾緊模塊包含三軸平臺模塊、三軸平臺Z向動力模塊和定位調(diào)整夾緊模塊。三軸平臺模塊實(shí)現(xiàn)更換構(gòu)架時X、Y、Z向的位置調(diào)整,三軸平臺Z向動力模塊提供三軸平臺Z向調(diào)整動力,定位調(diào)整夾緊模塊完成同種構(gòu)架側(cè)梁的定位調(diào)整和夾緊。

        側(cè)梁定位夾緊模塊具體工作過程為:更換構(gòu)架時,4組側(cè)梁定位夾緊模塊同步調(diào)整;Z向平臺沿Z向返回系統(tǒng)原點(diǎn),再調(diào)整到新構(gòu)架相應(yīng)位置,X、Y向平臺同時進(jìn)行平動,返回系統(tǒng)原點(diǎn),再調(diào)整到新構(gòu)架相應(yīng)位置。側(cè)梁定位夾緊模塊可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z3個方向的調(diào)整,構(gòu)架變更時所需3個方向的尺寸調(diào)節(jié)由模塊下部的3向調(diào)整平臺實(shí)現(xiàn),X、Y向調(diào)整方式為電動調(diào)節(jié),通過渦輪絲桿提升機(jī)實(shí)現(xiàn)Z向調(diào)節(jié),3個方向的調(diào)節(jié)均可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)后鎖止;通過電動微調(diào)模塊實(shí)現(xiàn)定位微調(diào),調(diào)整后實(shí)現(xiàn)鎖止;另外具備手動調(diào)節(jié)備用設(shè)備,防止電動調(diào)節(jié)裝置出現(xiàn)故障造成生產(chǎn)停止,從而保證柔性焊接夾具系統(tǒng)的連續(xù)使用。

        2.3 垂向減振器座定位夾緊模塊

        垂向減振器座定位夾緊模塊包括垂向減振器座壓板和垂向減振器座Z向定位裝置兩部分,垂向減振器座Z向定位裝置實(shí)現(xiàn)變換構(gòu)架時垂向減振器座Z向位置調(diào)整和Z向定位微調(diào);垂向減振器座壓板用于垂向減振器座定位后夾緊。該模塊具體工作過程為:變更構(gòu)架時,將垂向減振器座Z向定位裝置升降到特定位置,X、Y向跟隨側(cè)梁定位夾緊模塊調(diào)整;同種車型構(gòu)架定位時,放置垂向減振器座于垂向減振器座Z向定位裝置上,采用劃線找正法,手動調(diào)整垂向減振器座X、Y向的定位;X、Y向定位完成后,進(jìn)行Z向定位調(diào)整。當(dāng)X、Y、Z3個方向定位完成后,利用垂向減振器座壓板夾緊垂向減振器座。

        [1]喬硯斌.多型號鐵路客車構(gòu)架柔性焊接夾具系統(tǒng)研究[D].青島理工大學(xué),2015.

        [2]翟浩.工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件焊接自動化柔性生產(chǎn)技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2015.

        [3]郭孔斌.汽車后門內(nèi)板總成焊裝夾具的設(shè)計與分析[D].東華大學(xué),2015.

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