车身焊装夹具设计方法及优化

黄松

摘 要：夹具是车身设计制造中的一个重点，其直接关系到汽车设计制造质量。本文先对车身焊装夹具的基本结构和设计要点进行简要介绍，然后针对实际设计中出现的情况提出几点优化方法，指出夹具设计优化流程，供同行参考。

关键词：夹具;焊装;定位销;气缸

车身是一种壳体零件。为缩短生产周期，提高产品质量，必须将车身的设计与制造结合起来，设计人员亲自进行车身制造，制造人员也参与车身的生产制造。车身设计一般可以分成功能设计、结构设计和详细设计三个阶段，而焊装夹具设计则贯穿于这三个阶段的设计之中，故而必须重视夹具的设计。当前，汽车车身焊装夹具还没有统一标准，这一定程度上影响了产品的更新换代，不利于夹具生产成本的降低，对此，推动夹具的标准化建设和优化设计方法具有重要现实意义。

1.车身焊装夹具设计方法

汽车车身焊装夹具一般由定位板、气缸、支座和定位销组成，其工作顺序为定位-夹紧-焊接-取出工件。定位板是焊装工具的核心部分，其他零部件都通过定位板连接定位。定位板上有一个旋转点，而如何确定该点所在具体位置，需要根据该夹具的夹紧力大小、方向、定位销能否打开来确定。另外，定位板上还有一个与工件表面接触的定位头，它将直接影响到车身的焊接质量以及装配精度。

2.车身焊装夹具设计方法的优化

车身焊装夹具设计与车身产品设计同时进行。我们可以将焊装夹具的设计分成这样四个步骤：定位方案设计——夹紧方案设计——辅助元件选择——夹具空间布置。由于夹具设计需要考虑的因素多，经验性非常强，故而每一步设计都应尽量采用实例进行合理推理，不断优化设计方案，最终获得最佳设计方案。

2.1 压臂设计的优化

如图1所示，要求夹紧工件的A位置，该工件有一段翻边B，向右36mm，而夹具的压臂必须绕开翻边B，考虑到夹具设计中气缸夹紧力方向以及工件的易取易放，初始设计方案如图1（a）。经过检查发现，气缸头在进行垂直向下运动时，压臂为绕着F点运动，连杆会绕D点运动，进而造成压头的运动轨迹与翻边B发生部分的相连，因此对初始设计方案进行优化设计。初始设计方案中没有考虑到F点的转动，而当定位销在40°的初始选择打开阶段时保证F点不动，那么就压头就可以绕过翻边B。如图1（b）所示为修改后的设计方案，该方案去除原先的气缸支架C，使气缸能进行上下、左右运动;在定位板上增加了一个导向板E，使其引导气缸头的运动，气缸头在导向板的圆弧段运动时可保证F点不动，这时将压臂打开40°，之后虽然F点会随着D点转动，但是压臂不会碰到翻边B。

图1 压臂设计优化

2.2 气缸设计的优化

如下图所示，需要将工件的A、B位置夹紧，但这两个位置上方的工件翻边较长，夹具要想从其上方绕过工件进而夹紧A、B位置，难度较大。考虑到工件需要易取易放，需要将C、D设计成翻转打开式压头，将E设计成固定定位头。由于C、D的方向相反，故而通常采用双气缸设计方法，这种设计方案不仅夹具结构复杂，且成本高。对此，需要对气缸设计进行优化，可以只采用一个气缸，如图2所示，先通过气缸头G的向下运动，实现H的水平向左运动，然后通过连杆F，将H的向左运动变成打开压头C进而夹紧。这个方案结构非常紧凑，虽然运动起来较为复杂，但是成本较低，比双气缸方案成本低30%左右。

图2 气缸设计优化方案

2.3 定位销设计的优化

如图3所示，需要夹紧工件的A位置，用定位销B定位工件上的基准孔C，由于定位销与基准孔的设计精度要求非常高，故而若先旋转定位销使其离开基准孔，则旋转点D必须位于基准孔C的延长线上。在这里，常规设计方法会大大加长压臂，不利于节省材料，也不便采用小型气缸。而且，此时将旋转点设计在任何一个位置都不太合适。为解决这一问题，决定采用如图3（a）所示的方案。在这个优化方案中，D、F为旋转点，G、H为压臂，他们之间用弹簧连接起来。当气缸压紧时，两个压臂G、H贴合到一起，这样能保证压头E具有足够的压紧力和位置精度;当气缸打开时，压臂F在弹簧的作用下被拉起来。在这个设计方案中，虽然结构较为复杂，但是压臂短，且可以使用小气缸，整体效果优良。当气缸头向下运动15mm时，压臂F不会与工件接触，当气缸头向下运动50mm时，夹具处于打开状态，机械手可以顺利取件。

图3 定位销优化设计

3.结束语

汽车车身焊装夹具设计经验性强，我国的夹具设计制造还没有统一的标准，与发达国家还存在较大差距。随着我国汽车行业的发展，夹具将走向标准化、精密化道路，推动我国汽车行业的发展，大大提高夹具的生产质量和效率，降低生产成本，为汽车制造做贡献。

参考文献：

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