汪紅 張惠立 李福貴 張正舉

摘 要：新車型研發(fā)的樣車階段，白車身焊接定位過程中，每個新車型的車身前、后大梁焊合件定位孔的直徑一致，但基于各個車型定位孔的坐標一般不相同，以前在設(shè)計軟工裝定位單元時，對應不同車型需要設(shè)計不同的定位夾具。該設(shè)計滿足了在不同車型白車身焊接過程中，可以柔性使用同一套定位單元實現(xiàn)不同車型大梁在下車體和總拼焊接過程中的定位夾緊。對樣車試制階段在成本、質(zhì)量、時間等方面的控制得到了提升。

關(guān)鍵詞：樣車試制;白車身焊接定位;機械可調(diào)式;柔性三維定位單元

1 背景

在新車型樣車試制過程中，定位夾緊車身大梁焊接的定位單元夾具一般不能重復利用，因為在每個車型中存在X向、Y向、Z向位置的變化。在正式工裝線或樣車試制軟工裝線中已有存在NC柔性三維定位單元機構(gòu)，此類機構(gòu)通過數(shù)控程序可實現(xiàn)三個方向的位移移動，但是，在樣車試制階段使用該機構(gòu)成本高，占用空間大。

為提升軟工裝夾具在各個新車型白車身焊接定位過程中的柔性，減少夾具制作成本，提高裝夾效率和質(zhì)量，現(xiàn)設(shè)計一種機械可調(diào)式柔性三維定位單元夾具，實現(xiàn)軟工裝定位單元夾具的模塊化通用性，如圖1所示。

2 車身前、后大梁定位及現(xiàn)狀分析

2.1 車身前、后大梁定位策略

本公司的新車型在PPO焊接過程中，零件一般以總成焊合件方式運送到焊接現(xiàn)場，通過下車體、側(cè)圍、總拼工位拼焊成白車身。前大梁也是以焊合件總成形式進廠焊接。對于后大梁，后大梁與后地板焊合在一起，以后部下車體焊合件形式進廠，定位策略方式與前大梁類似。

2.2 車身前、后大梁傳統(tǒng)定位單元夾具方式

車身前、后大梁傳統(tǒng)定位單元，通過每個車型的定位策略進行設(shè)計，每套定位單元對應匹配于各個車型，由于每個車型結(jié)構(gòu)、尺寸不一致，各個定位點的汽車坐標位置也不一樣，所以不能實現(xiàn)柔性。

3 車身前、后大梁定位單元的優(yōu)化設(shè)計

為提升軟工裝夾具的模塊化、標準化，現(xiàn)設(shè)計了一種機械可調(diào)式柔性三維定位單元，可同時實現(xiàn)在下車體和總拼焊接的柔性使用。

3.1 機械可調(diào)式柔性三維定位單元的裝配結(jié)構(gòu)

如圖1所示是前、后大梁優(yōu)化設(shè)計定位單元夾具的裝配結(jié)構(gòu)示意圖，該定位單元主要由1-X向滑移組件、2-Y向滑移組件、3-支撐柱、4-Z向滑移組件、5-勾銷組件、6-頂出機構(gòu)、7-夾緊機構(gòu)、8-連接板裝配組成。

X向滑移組件（1）與Y向滑移組件（2）通過螺栓連接重疊固定，Y向滑移組件底板固定在X向?qū)к壗M件上，實現(xiàn)位移一致性;支撐柱（3）連接到Y(jié)向?qū)к壗M件（2）上;Z向滑移組件（4）固定在支撐柱（3）垂直面，增加支基或過渡板，可以避免Z向滑移組件（4）與Y向滑移組件（2）發(fā)生干涉;連接板（8）與Z向滑移組件（4）裝配連接;勾銷組件（5）與頂出機構(gòu)（6）沿X向布局在連接板（8）上;夾緊機構(gòu)（7）沿Y向固定在連接板（8）上。

3.2 機械可調(diào)式柔性三維定位單元的工作原理

定位單元各組件裝配完成后，作為一個整體，通過X向滑移組件底板固定在基礎(chǔ)拼臺設(shè)計位置。

工作原理：通過移動X向滑移組件（1），實現(xiàn)X方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合;移動Y向滑移組件（2），實現(xiàn)Y方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合;移動Z向滑移組件（4），實現(xiàn)Z方向產(chǎn)品零件定位位置與夾具重合。X、Y、Z三個方向通過三坐標測量移動到設(shè)計位置后，勾銷組件、頂出機構(gòu)、夾緊機構(gòu)也移動到定位單元理論開夾狀態(tài)。拿取大梁焊合件放到拼臺大梁定位單元勾銷里，關(guān)夾時，開啟勾銷組件（5）的氣動開關(guān)，使勾銷處于工作狀態(tài)，夾緊大梁，實現(xiàn)Z方向零件夾緊;操作夾緊機構(gòu)（7），手動（軟工裝）夾緊大梁焊合件的Y方向。零件焊完后，開夾時，打開夾緊機構(gòu)（7），打開勾銷組件（5），開啟頂出機構(gòu)（6）的氣動開關(guān)，頂起零件總成脫離勾銷，方便整個焊接總成的起吊。

3.3 機械可調(diào)式柔性三維定位單元的各組件結(jié)構(gòu)分析

3.3.1 X、Y、Z向滑移組件

如圖2所示是X向滑移組件結(jié)構(gòu)示意圖，Y、Z向滑移組件結(jié)構(gòu)類似?，F(xiàn)就以X向滑移組件作結(jié)構(gòu)分析說明。

（1）組成：X向滑移組件由11-X向底板、12-限位塊、13-螺桿、14-導軌、15-螺桿導套組成。

（2）工作原理：在X向滑移組件（1）上，通過導軌（14）滑移塊滑移到理論設(shè)計位置，然后借助內(nèi)六角扳手扭動螺桿（13）扭緊。螺桿（13）裝配在限位塊（12）里，起到支撐固定作用，也避免導軌滑移脫落，螺桿導套（15）保證螺桿各向位移的一致性。Y向滑移組件（2）與Z向滑移組件（4）的位移調(diào)節(jié)方式類似。

（3）各結(jié)構(gòu)分析

X向底板：底板上等距布局10個100×10012銷孔，可以保證在基礎(chǔ)拼臺上任意位置實現(xiàn)2銷3螺釘固定連接。

限位塊：固定在X向底板的2端，加工一個20的過孔裝配螺桿，對螺桿起支撐固定作用。

導軌：沿X向布局固定在底板上，導軌滑塊連接在Y向滑移組件的底板中間，相向錯位布置螺桿，實現(xiàn)±100mm值調(diào)整。

螺桿：2根螺桿加工M12的螺紋，固定在限位塊上，起到對導軌滑移位移的固定。

導套：固定在Y向滑移組件底板上，起到引導固定作用。

3.3.2 支撐柱

支撐柱通過過渡板固定在Y向滑移組件上，通過增高或縮短尺寸來滿足Z向滑移組件能保證±100mm值調(diào)整，支撐柱一般按50的倍數(shù)進行設(shè)計加工。

3.3.3 勾銷組件

勾銷組件直接選用現(xiàn)有標準件，便于采購。

3.3.4 夾緊機構(gòu)

此機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與軟工裝其它定位單元的夾緊方式一致，在這里是為實現(xiàn)Y向的夾緊。

3.3.5 頂出機構(gòu)

如圖3所示是頂出機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)就頂出機構(gòu)作如下分析

（1）組成：頂出機構(gòu)由61-L連接板、62-抗扭氣缸、63-頂撐基座、64-頂撐塊組成。

（2）工作原理：先確保勾銷處于打開狀態(tài)，再開啟頂出氣缸開關(guān)，頂撐塊跟隨頂撐基座一同上升，頂起焊接總成，脫離勾銷，確保了總成的順利起吊。

（3）結(jié)構(gòu)分析：

L連接板：設(shè)計為L型，方便與氣缸連接后固定在連接板（8）上。

抗扭氣缸：選用扁平抗扭氣缸，保證了頂出過程的平順進行。

頂撐基座：與氣缸連接，隨氣缸一起運動，基座上再用螺栓固定頂撐塊，便于裝拆。

頂撐塊：采用尼龍加工，型面匹配產(chǎn)品頂出位置，留有5mm間隙，避免與勾銷定位面干涉。不同車型的型面不一致，需要匹配車型加工更換。

4 機械可調(diào)式柔性三維定位單元的應用

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，前、后大梁的定位單元夾具可以重復利用在不同車型或同一車型的不同階段。每個車型在下車體焊接時，前、后大梁焊合件定位時共需8個定位孔，也就是說，在下車體可以用8套這種機械可調(diào)式柔性三維定位單元進行定位夾緊。以后其它車型可以不需再設(shè)計這8套夾具（除個別構(gòu)件需重新加工外）;總拼下車體定位同理。對定位大梁夾具優(yōu)化后，可以實現(xiàn)總計14套定位單元的柔性?，F(xiàn)場使用情況如圖4所示。

5 總結(jié)

對大梁定位單元的優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在三方面：

1.增加了X、Y、Z三向滑移組件。各組件機構(gòu)可以三維各向獨自直接進行機械移動調(diào)整，不存在干涉。可以實現(xiàn)±100mm移動。

2.增加勾銷組件。在軟工裝夾具上加氣動構(gòu)件，使用勾銷定位夾緊大梁，提升了大梁的定位夾緊精度。

3.增加頂出機構(gòu)。車身在焊接完成后，在起吊總成時常會出現(xiàn)定位孔與定位銷刮擦情況，這可能會引起總成變形，也不方便吊起。布局4個頂出機構(gòu)在4套定位單元上，頂撐塊作用于前、后大梁上，把大梁頂出勾銷，再進行起吊總成操作，避免了焊接總成與定位銷的碰撞。

該三維定位單元不但結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小;還可以三向可調(diào)，能實現(xiàn)位移大范圍調(diào)整，而且精度高;使用氣動裝置提升了裝夾效率、焊接精度;而且此種定位單元可以柔性在不同的車型上，實現(xiàn)重復利用，節(jié)約成本。軟工裝定位單元后續(xù)還有很多可以進行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)軟工裝夾具的模塊化、標準化。

參考文獻：

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