吳宣昊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)提高了人們生活質(zhì)量，汽車逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畹男枨螅餐苿?dòng)了汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。隨著時(shí)代的進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了高科技技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)水平的需求不斷提高[1]。汽車作為生活當(dāng)中的重要交通工具，在方便了人們出行的同時(shí)，也節(jié)省了人們的大量時(shí)間，提高了人們的生活質(zhì)量。在汽車生產(chǎn)中，企業(yè)必須在生產(chǎn)線上至少有數(shù)百個(gè)焊接站負(fù)責(zé)汽車焊接。在這些焊接站中，焊接夾具是生產(chǎn)設(shè)備之一，可以精確地確保焊件的尺寸。有效提高焊接精度和效率，減少焊接后的焊接變形和殘余應(yīng)力，焊接是汽車車身制造中的一個(gè)重要過(guò)程，因此對(duì)于低碳鋼汽車門框焊接夾具設(shè)計(jì)研究是具有必要性的[2]。

1 焊接夾具設(shè)計(jì)

1.1 焊接夾具設(shè)計(jì)原則

焊接夾具的基本功能是在門框焊接過(guò)程中精確定位和夾緊焊件，目的是確保每個(gè)焊件的尺寸，形狀和相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，因此需從定位準(zhǔn)確性、焊點(diǎn)位置、靈活簡(jiǎn)便、操作便捷、便于施焊、強(qiáng)度剛性和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化方面對(duì)其設(shè)計(jì)原則展開分析。

（1）定位準(zhǔn)確性。如何精確地將焊件固定在焊接位置，使夾緊力滿足要求。由于夾緊力太小，不會(huì)導(dǎo)致焊件在焊接過(guò)程中松動(dòng)或移動(dòng)，并且由于夾緊力不會(huì)太大。結(jié)果，焊接后焊件受到更大的限制，這會(huì)影響焊接質(zhì)量[3]。

（2）焊點(diǎn)位置。必須定位夾具的位置以避免焊點(diǎn)的位置并避免兩個(gè)位置的重合。固定裝置的位置必須固定并固定在沒(méi)有焊點(diǎn)的地方。焊接過(guò)程中夾具的位置和焊點(diǎn)的位置是夾具設(shè)計(jì)的重要部分。

（3）靈活簡(jiǎn)便。當(dāng)汽車處于車身定位參考設(shè)計(jì)時(shí)，車身板件中的孔用作焊接夾具設(shè)計(jì)的參考孔，焊接夾具的精度用于定位和支撐焊接夾具。

（4）操作便捷。焊裝夾具在設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使焊接夾具在焊接過(guò)程中，對(duì)于工作的位置夾緊動(dòng)作迅速連貫，保證了焊接質(zhì)量[4]。

（5）便于施焊。在工作過(guò)程中，焊接夾具必須有足夠的焊接空間，以避免因空間不足而干擾焊件的焊接。焊接時(shí)要注意結(jié)構(gòu)的可加工性，并在零件磨損或報(bào)廢時(shí)方便維修和更換。

（6）具有一定強(qiáng)度和剛性。焊接夾具焊接時(shí)，夾具必須具有一定的強(qiáng)度和剛度。如果夾具的強(qiáng)度和剛度不夠，則會(huì)影響焊件的形狀和尺寸精度，影響夾具的工作質(zhì)量。

（7）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。在焊接夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用通用的定位夾緊機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)元件來(lái)提高夾具設(shè)計(jì)的精度和工作生產(chǎn)效率。

1.2 定位元件設(shè)計(jì)

過(guò)度定位的形式用于確保使用定位部件設(shè)計(jì)車門框架的精確形狀，可靠的定位設(shè)計(jì)用作柱端外側(cè)的參考，實(shí)現(xiàn)了上梁和前柱的精確對(duì)接，定位元件的設(shè)計(jì)在對(duì)接的左側(cè)和右側(cè)的定位精度中起重要作用。車門框門上的門窄而長(zhǎng)，上門梁和下門梁之間的空間較大，以便更好地焊接，除了在車門兩端定位外，要在中間加一個(gè)用于支撐的定位機(jī)構(gòu)，防止在焊接過(guò)程中造成其變形。通過(guò)使用支撐板和定位器來(lái)執(zhí)行車門框架的焊接，定位元件的設(shè)計(jì)在夾具中的支撐板、擋塊與定位器中起到了關(guān)鍵的定位作用。

1.3 支撐機(jī)構(gòu)與夾緊

夾緊機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)位于定位夾緊裝置中，定位夾緊在相應(yīng)位置直接固定在夾緊基板上。在下連接板部件的設(shè)計(jì)中，定位夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將夾緊裝置與支撐機(jī)構(gòu)分開，使其成為兩個(gè)不同的部件。定位夾的設(shè)計(jì)主要考慮以下因素：

（1）確保連接件在裝卸中的順利連接。在裝載和卸載過(guò)程中，連接構(gòu)件的部件尺寸相對(duì)較大并且具有多彎曲的突起，這對(duì)于平滑連接是不利的。定位夾緊機(jī)構(gòu)利用夾緊和支撐一體式的裝置，在進(jìn)行下連接件裝配時(shí)，就會(huì)干涉定位夾緊機(jī)構(gòu)的工作，部件裝卸站的精度直接導(dǎo)致焊槍在工作空間中的不足。為了避免這種現(xiàn)象，夾緊機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)分開設(shè)計(jì)，上壓塊和固定塊的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，同時(shí)避開下連接件。確保組裝和焊接工作順利進(jìn)行是焊接夾具的一項(xiàng)重大創(chuàng)新。

（2）確保夾具在工作中的可調(diào)節(jié)性。在待焊接部件的組裝過(guò)程中，夾具的精度存在裝配誤差。如何利用夾具的三維可調(diào)節(jié)性，通過(guò)使用夾具各部分的接合面進(jìn)行一定的余量調(diào)整，提高了夾具的裝配精度，并將支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為可調(diào)支撐模式。

上連接板的空間的定位結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，并且在焊接過(guò)程中容易變形。針對(duì)上連接板定位點(diǎn)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 上連接板定位點(diǎn)圖

由圖1可知，在上連接板的表面上設(shè)置定位孔，并將R1作為定位孔設(shè)置為上連接板的參考孔。上連接板在X軸和Y軸方向上的移動(dòng)受到限制，定位孔由圓柱形支撐定位銷定位。將R2，R3設(shè)置在下連接板的邊緣，R4設(shè)置在上邊緣，R5設(shè)置在中間，以設(shè)置定位點(diǎn)。限制上連接板圍繞X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)以及沿Z軸方向的移動(dòng)，從而避免連接板由于其自身重力而變形。用于在焊接過(guò)程中夾緊的上連接板的組裝位置的精度。

1.4 可調(diào)整支座設(shè)計(jì)

定位夾緊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了所需的定位精度，也滿足了焊接工作中焊槍所需的工作空間，對(duì)于調(diào)整三維精確性起到了很好的作用?？烧{(diào)支架設(shè)計(jì)主要由兩部分組成：可調(diào)底座和限位支撐機(jī)構(gòu)。在焊接夾具的設(shè)計(jì)中，限位支撐機(jī)構(gòu)由L形定位調(diào)節(jié)框架組成。這兩部分在位置上起到了定位支撐的作用，可調(diào)整支座在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，在焊接加工方面非常容易，而且，調(diào)整方便靈活，即整套燈具的重量減輕，材料大大節(jié)省。

1.5 氣缸的選擇

焊接夾具的自動(dòng)化程度主要基于氣動(dòng)系統(tǒng)。門框部件的高效生產(chǎn)也與氣動(dòng)系統(tǒng)密不可分。在選擇汽缸時(shí)，首先需要確定汽缸的開啟角度和汽缸的行程，并確定在釋放和卷取期間焊件與焊接夾具之間的距離。氣缸打開后，可以根據(jù)表1選擇所需的行程。

表1 氣缸打開角度與行程關(guān)系

1.6 焊接夾具設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

焊接夾具在生產(chǎn)過(guò)程中由繪圖軟件CATIA繪制，并根據(jù)圖紙要求完成精確加工，焊接夾具在制造完成后進(jìn)行測(cè)試。無(wú)論這些設(shè)計(jì)和制造是否合理應(yīng)用，都必須進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試實(shí)驗(yàn)，否則會(huì)嚴(yán)重影響整套焊接夾具的性能。圖2顯示了焊接夾具的物理圖。

根據(jù)上述內(nèi)容，能夠完成對(duì)低碳鋼汽車門框焊接夾具的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格調(diào)試，使其滿足汽車門框設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為保證車輛行駛安全提供有效途徑。

圖2 焊接夾具實(shí)體圖

2 結(jié)束語(yǔ)

汽車門框的焊接夾具設(shè)計(jì)起著重要作用，夾具可以定位焊接夾具以確保焊接工作的質(zhì)量。先進(jìn)的夾具定位方便，操作方便，改變了框架焊接后易變形，易穿透的缺陷，提高了焊接質(zhì)量。焊接夾具的設(shè)計(jì)加速了汽車焊接生產(chǎn)線的發(fā)展，焊接夾具的設(shè)計(jì)是針對(duì)汽車門框部分進(jìn)行的研究設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了定位準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，促進(jìn)了汽車行業(yè)的順利發(fā)展。本文仍存在不足之處，需要進(jìn)一步分析：①專家系統(tǒng)用于車體焊接框架夾具的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)夾具的設(shè)計(jì)方案，為設(shè)計(jì)方案建立數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)，使焊接夾具設(shè)計(jì)發(fā)展到智能化技術(shù)。②加強(qiáng)車身焊接夾具的柔性設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有夾具的設(shè)計(jì)中，雖然改進(jìn)了設(shè)計(jì)也提高了夾具的柔性化，但是，隨著高科技時(shí)代前進(jìn)的進(jìn)步，還需要設(shè)計(jì)更先進(jìn)的高級(jí)焊接夾具和焊接線。