浅谈常见汽车焊装定位夹具的设计结构

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　　摘 要 汽车焊接生产线上，焊装夹具在整个焊接流程中起着重要作用。在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对生产多种车型的企业，如能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造柔性流水线，提高生产效率。本文就常见汽车焊装定位夹具的设计结构展开探讨。
　　关键词 定位夹具;定位目的;设计结构
　　引言
　　焊接工艺是汽车生产制造四大工艺之一，在汽车焊接生产线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%～40%，而剩余60%～70%的工作为辅助和装夹工作，因此在设计焊装夹具时不仅要保证夹具满足定位要求和焊接要求，同时还需要考虑焊装夹具的操作便捷性。
　　1 钻孔定位夹具的分类
　　钻孔定位夹具主要分成两类：钻模、画线样板。两者都是钻孔中常用的定位夹具，使用范围广，主要区别在于钻模的定位精度高，工作效率高，适合于大批量生产中使用;画线样板的制造时间短，制造成本低，工作质量轻，适合于小批量生产的大型结构件的空间孔加工定位。造成二者使用范围不一样的主要原因在于画线样板厚度小（4mm～6mm），质量轻，中心孔加工前，通过样冲、画线样板在工件上画线，在中心距1.0m～2.5m左右的小批量孔位加工时获得很好的应用，其缺点是效率偏低，定位精度也较低些（约0.5mm）。而钻模由钻模板和钻套轻度过盈配合而成，加工过程中钻尾通过钻套主正定位，一次装夹完成加工，定位精度更高（约0.1mm），加工方便快捷，在钻孔定位夹具应用中起主导作用，在大批量孔位加工时获得广泛的应用，其缺点是质量重，不利于大中心距的孔位加工及定位[1]。
　　2 焊装夹具的设计原则
　　①夹具必须保证待焊零件相对位置准确，提供可靠夹紧，焊后获得正确的形状和尺寸。②夹具应有足够的强度及刚度，确保在焊接生产操作过程中夹具自身状态稳定。③夹具应有足够的装配、焊接操作空间，确保施工操作的灵活性。④夹具结构应尽量简洁，便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。⑤夹具尽量选用标准化夹紧机构、气动元件及配件，尽量只选用一种动力源。⑥夹具应设置必要的安全互锁保护装置，以保证操作者的安全[2]。
　　3 常见汽车焊装定位夹具设计结构
　　①滑移机构。滑移机构又称为滑移切换机构，多用于不同车型共线生产而需要进行车型避让、定位切换等的情况。滑移机构一般由推动气缸、直线导轨、限位块、油压吸震器、直线导轨防尘组件、对应车型的工装夹具等构成。该机构通过气缸和限位块来实现不同滑移位置的切换，从而实现不同车型的定位切换;在滑移装置工作态和非工作态均需设置限位结构，但当使用带自锁气缸时，因自锁气缸可以锁定其活塞杆的单向动作，故可仅设计工作态的限位块，以保证工装夹具工作态的精度;油压吸震器起到缓冲的作用，减少冲击损伤与噪音;直线导轨安装定位可用直销固定或在安装板上机械加工台阶定位固定。②举升机构。举升机构一般是为完成补焊工作、将焊接后车身合件举起，便于取出的机构。举升机构通常有一体式、分体式两种。一体式举升机构零件支撑动作同步性好，但占用空间大，影响焊装操作性，当举升行程较大时使用;分体式举升机构的各个独立举升单元动作很难同步，仅在举升行程≤100mm时使用。因此在实际生产线设计时一般采用稳定性与同步性佳的一体式举升机构。举升机构通常由零件支撑工装、导向杆、安装支座、导向套、举升气缸、下降限位、上升限位等基本功能元素组成。该机构需设置双导向杆，保证举升运动的精度，上升限位可以保持举升机构到位后的稳定状态，下降限位可以承受举升机构重量，保护气缸不受升起单元重量的冲击。③翻转机构。翻转机构也称为翻转切换机构，其将不同的定位信息分置在两套定位支撑夹紧机构上，通过翻转机构进行切换，可以柔性定位两种完全不同结构的车型，提高了车身焊装夹具柔性度。翻转切换工装由推动气缸、限位块、油压吸震器、对应车型的工装定位夹具等组成。通过气缸和限位块来实现不同位置的切换，从而实现不同车型的定位切换。工装进行翻转切换时油压吸震器起到缓冲作用。
　　4 钻模设计方法
　　钻模设计是工程机械结构件机加工工装设计人员的一项重要工作，一是因为工程机械结构件体积庞大，结构复杂，各中心孔数量和规格比较多，采用数控摇臂钻或者加工中心来加工各中心孔则成本偏高，如果要采用钻孔专机或者普通摇臂钻床来加工各中心孔，则必然要采用钻模定位;二是由于工程机械部件的螺孔配合间隙一般都有1mm～2mm，采用钻模钻孔满足使用要求，考虑到行业内各公司产品的品种多、批量大的现状，比较适合钻模的广泛使用。普通的钻模设计方法如下：钻模板的轮廓大小与工件保持一致方便外形定位，根据工件的中心孔距公差带来确定钻模板中心孔距公差（钻模板的公差一般为工件设计公差带的1/3，未注公差则一般取14级自由公差的1/3），钻模板中心孔的内径公差H7;查设计手册确定钻套内外径绝对值大小，钻套外径公差n6，内径公差F7;钻模板各中心孔的定位基准须与设计基准一致;如加工的中心孔数量大于两个时，还需要设计圆柱销、菱形销作为加工过程中的辅助定位基准等等。需要补充的是，设计钻模时还需考虑夹紧压板的位置，在定位长宽为70mm×40mm的小零件钻模时，需要通过延长钻模的外形，以保证钻模的定位、夹紧位置。遇到复杂的空间孔系钻孔加工，工程机械行业经常订制钻孔专机加工来提高生产效率，钻孔专机的优势在于可以实现多头同时钻孔，在工件多面需要钻孔时，节省多次翻转工件、拆装钻尾、夹具装夹等辅助时间，生产效率大幅提高;钻孔专机用钻模设计方法与摇臂钻用钻模一致，不同的是加工过程中采用机冷自动冷却。
　　5 结束语
　　随着“工业4.0”的推进，越来越多的汽车公司开始采用机器人焊接，同时也推进了焊装夹具智能系统的开发与应用。焊装定位夾具的结构已经不满足仅使用上文所述的常见结构，迫切需求新型焊接定位夹具的出现，从而也给汽车焊装夹具的设计带来了新的课题与挑战。
　　参考文献
　　[1] 刘淑艳，李劲，李二铁.白车身焊接夹具的发展动向[J].汽车工艺与材料，2015，（8）：49-52.
　　[2] 杨牧野，巴伟.汽车焊接夹具的特点和焊接夹具一般设计标准[J].中国科技投资，2016，（14）：110.
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