摘要:通過(guò)對(duì)側(cè)圍總成焊裝線的焊接工藝的分析,提出一些汽車(chē)焊接夾具設(shè)計(jì)的方法、設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)。
　　
　　關(guān)鍵詞：壓塊、托塊、定位銷(xiāo)、限位塊、調(diào)整墊片、支架、導(dǎo)向輪、導(dǎo)向軸。
　　
　　一. 汽車(chē)側(cè)圍總成焊接工藝的分析
　　1. 生產(chǎn)綱領(lǐng):側(cè)圍總成年生產(chǎn)為八萬(wàn)輛,按照每年工作日300天,每天8小時(shí)計(jì)算,則每小時(shí)生產(chǎn)的側(cè)圍總成n=80000/300/8=33.3臺(tái)/小時(shí)，每臺(tái)側(cè)圍總成焊接容許的時(shí)間=3600/25=108秒。
　　2. 組裝的側(cè)圍組件有:1).側(cè)圍外板,2).前隔壁側(cè)板,3)車(chē)門(mén)鎖內(nèi)板,4).前側(cè)內(nèi)板加強(qiáng)板組件5).中立柱內(nèi)板加強(qiáng)板組件,6).車(chē)門(mén)門(mén)檻內(nèi)板組件,7)后側(cè)圍后輪罩組件,8).前側(cè)內(nèi)板,9).中立柱內(nèi)板,10)后側(cè)圍板支撐組件。見(jiàn)圖（1）
　　如果側(cè)圍外板安裝按15秒，其余組件按6秒計(jì)算，則工件安裝所需時(shí)間s1=15+9*6=69秒。
　　3. 每臺(tái)側(cè)圍總成焊點(diǎn)數(shù)量為125點(diǎn)，按照每個(gè)點(diǎn)4秒計(jì)算，則所需時(shí)間s2=125*4=500秒。
　　4. 夾具的夾緊、松開(kāi)、工件的移動(dòng)等輔助時(shí)間按s3=150秒計(jì)算，則焊接一臺(tái)側(cè)圍總成所需時(shí)間s=s1+s2+s3=69+540+150=759秒。
　　5. 由上述計(jì)算并結(jié)合側(cè)圍總成的特點(diǎn),因此側(cè)圍總成焊裝線需分為4個(gè)工位，工作內(nèi)容如下：
　　1).預(yù)裝工位,作業(yè)人員2人。作業(yè)內(nèi)容:⑴安裝①側(cè)圍外板,②前隔壁側(cè)板,⑵涂焊接密封膠及發(fā)泡劑。涂焊接密封膠和發(fā)泡劑的時(shí)間按每人40秒，輔助時(shí)間按20秒計(jì)算，則一工位所需時(shí)間s1=15+6+40+20=81秒。
　　2).焊接一工位,作業(yè)人員2人，人工焊接。作業(yè)內(nèi)容:⑴安裝組件①車(chē)門(mén)鎖內(nèi)板,②前側(cè)內(nèi)板加強(qiáng)板組件,③中側(cè)內(nèi)板加強(qiáng)板組件,④側(cè)圍后輪罩組件。⑵2人同時(shí)進(jìn)行焊接。2人同時(shí)放置工件，則工件安放所需間大約為12秒。焊點(diǎn)數(shù)量為29點(diǎn)，2人同時(shí)焊接，則所需時(shí)間大約60秒，輔助時(shí)間為25秒，因此焊接一工位所需時(shí)間s2=60+12+25=97秒。
　　3).焊接二工位,作業(yè)人員2人，人工焊接。作業(yè)內(nèi)容：⑴安裝組件①下側(cè)內(nèi)板組件,②前側(cè)內(nèi)板,③中側(cè)內(nèi)板,④側(cè)圍后側(cè)水槽組件。⑵2人同時(shí)焊接。2人同時(shí)安裝工件所需時(shí)間約為12秒，焊點(diǎn)數(shù)量為32點(diǎn)，2人同時(shí)焊接所需時(shí)間約為64秒，輔助時(shí)間約為25秒，則焊接二工位所需時(shí)間S3=12+64+25=101秒。
　　4).補(bǔ)焊工位,焊點(diǎn)數(shù)量為58點(diǎn)，2臺(tái)機(jī)器人焊接。機(jī)器人焊接時(shí)間按照每點(diǎn)3秒計(jì)算，則需時(shí)間為58/2*3=87秒，輔助時(shí)間按15秒計(jì)算，則補(bǔ)焊工位所需時(shí)間S4=87+15=103秒。
　　6.由于側(cè)圍總成焊裝線由4個(gè)工位組成,需要各工位間的輸送機(jī)構(gòu),因此側(cè)圍總稱(chēng)焊裝線是由
　　焊接夾具、頂升機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)組成。動(dòng)作順序如下：預(yù)裝工位作業(yè)完后，預(yù)裝工位頂升裝置
　　帶動(dòng)工件上升，輸送裝置將工件由預(yù)裝工位輸送到焊接一工位，焊接一工位頂升裝置下降,裝工
　　件進(jìn)入夾具自動(dòng)定位，焊接一工位進(jìn)行作業(yè)。與此同時(shí)，焊接一工位的工件按同樣方法將工件
　　輸送到焊接二工位，焊接二工位工件輸送到補(bǔ)焊工位。在作業(yè)人員作業(yè)的同時(shí)，輸送裝置通過(guò)
　　電機(jī)分別由焊接一工位返回到預(yù)裝工位，焊接二工位返回到焊接一工位，補(bǔ)焊工位返回到焊接
　　二工位。因此，側(cè)圍總成焊裝線集機(jī)、電、氣為一體，成功實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)上件、自動(dòng)定位
　　夾緊、自動(dòng)控制循環(huán)，操作方便。見(jiàn)圖（2）
　　
　　
　　二. 夾具設(shè)計(jì)
　　焊接夾具設(shè)計(jì)難度大，不但必須實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位、精確組裝等功能，而且還要考慮給輸送機(jī)構(gòu)及升降系統(tǒng)留有足夠的安裝空間和運(yùn)動(dòng)空間，彼此不能干涉，以實(shí)現(xiàn)夾具功能。
　　1. 設(shè)計(jì)方案
　　在設(shè)計(jì)方案中，首先確定夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和車(chē)身的裝配基準(zhǔn)應(yīng)盡量與車(chē)身的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致，這對(duì)減少積累誤差，保證裝焊質(zhì)量非常重要，因此，側(cè)圍總成夾具的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及測(cè)量基準(zhǔn)與車(chē)身的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致。其次，一般情況下從地面到作業(yè)高度的距離一般為800mm,因此夾具底板高度確定為BL1300。最后，根據(jù)零部件的空間形狀、組合關(guān)系、裝焊順序以及焊點(diǎn)布置，確定夾具安放位置和大致結(jié)構(gòu)，圖(3)為焊接一工位定位夾緊仕樣簡(jiǎn)圖，各定位夾緊單元的夾緊機(jī)構(gòu)不同，其中SF01、SR01、SR03SA01、SA03、SQ01、SQ03采用手動(dòng)夾緊，氣動(dòng)松開(kāi)的方式，其余夾緊單元采用氣動(dòng)夾緊方式夾緊。其他工位與焊接一工位的情況相類(lèi)似。
　　
　　2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　汽車(chē)車(chē)身形狀復(fù)雜、剛性差、易變形，因此，側(cè)圍總成的裝焊夾具在結(jié)構(gòu)上主要有如下特點(diǎn)：
　　a) 夾具定位面的形狀復(fù)雜、精度要求高、設(shè)計(jì)制造難度大。因?yàn)檐?chē)身沖壓件大多數(shù)是空間曲面,而夾具定位元件的工作表面必須與車(chē)身相應(yīng)的定位表面形狀保持一致。在夾具中定位的型面是取車(chē)身各重要的部位的斷面，才能使其獲得準(zhǔn)確的形狀。
　　b) 夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)具有使工人操作方便、容易焊接、工件裝卸方便等特點(diǎn);同時(shí)又要防止各相鄰?qiáng)A具之間以及夾具與工件之間發(fā)生干涉。
　　c) 由于車(chē)身外形尺寸大，定位元件由多個(gè)定位板構(gòu)成車(chē)身表面的空間形形狀，夾具的裝配、調(diào)整工作量大。根據(jù)上述特點(diǎn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，側(cè)圍總成夾具的定位夾緊單元基本結(jié)構(gòu)由支架、連接板、托塊、調(diào)整墊片、壓板、定位銷(xiāo)、夾緊機(jī)構(gòu)等組成。夾緊機(jī)構(gòu)主要是采用手動(dòng)夾緊氣動(dòng)松開(kāi)和氣動(dòng)夾緊兩種方式。下面以?shī)A具定位夾緊單元SR01的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
　　夾緊單元SR01的作用保證車(chē)門(mén)門(mén)檻內(nèi)板組件定位夾緊，因此必須有定位銷(xiāo)。在放置工件的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)定位銷(xiāo)和壓塊對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊，作業(yè)完成后和其他夾緊單元一起松開(kāi)。為了使元件的制造、調(diào)整和維修方便，將SR01夾緊單元設(shè)計(jì)成分離式結(jié)構(gòu)，如圖（4）所示，連接板固定在支架I上，支架II固定在連接板上，定位塊固定在支架II上，通過(guò)調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，定位銷(xiāo)支架和壓塊固定在夾緊臂上，壓塊通過(guò)調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，連接板和支架I、支架II和連接板、定位銷(xiāo)支架和夾緊臂分別通過(guò)孔銷(xiāo)定位、螺栓固定方式連結(jié)，銷(xiāo)的位置精度保證在+0.02mm。定位塊和壓塊的材料為#45鋼，表面進(jìn)行熱處理，硬度HRC35以上。定位銷(xiāo)的材料為#45鋼，硬度HRC45以上。其他零件的材料為A3鋼。
　　
　　三升降裝置、輸送裝置設(shè)計(jì)
　　1.升降裝置采用電機(jī)升降，如圖（5）所示，主要由升降電機(jī)、傳動(dòng)軸、導(dǎo)向軸、齒輪、柱狀齒條、滑撬驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承座組成，滑撬移動(dòng)電機(jī)固定在升降裝置上。
　　2.工作原理：
　　1)升降機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)軸及齒輪齒條，驅(qū)動(dòng)升降裝置上升。
　　2）升降裝置到位后，滑撬驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滑撬輸送裝置向下一工位移動(dòng)。
　　3）工件到位后,升降裝置下降,工件自動(dòng)進(jìn)入夾具定位,滑撬移動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)滑撬輸送裝置返回到前一工位。由于采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可將輸送裝置抬升600mm。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有足夠的強(qiáng)度和剛度，能保證工件的同步升起、落下，無(wú)沖擊。
　　3. 滑撬輸送裝置
　　滑撬輸送裝置主要由滑撬本體、導(dǎo)向論、定位塊組成。
　　由于滑撬定位塊托的位置是側(cè)圍總成外板，考慮到不能劃傷工件表面，因此定位塊的材料必須使用聚氨脂材料。滑撬運(yùn)動(dòng)由滑撬驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，設(shè)計(jì)是考慮要設(shè)定導(dǎo)向輪。
　　四.補(bǔ)焊工位機(jī)器人的設(shè)定
　　1.機(jī)器人的設(shè)定
　　根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡線確定機(jī)器人的型號(hào)，保證補(bǔ)焊工位的焊點(diǎn)都在機(jī)器人的所能達(dá)到的工作范圍以?xún)?nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮機(jī)器人各軸的值在它所能達(dá)到的最大值的85﹪以下。補(bǔ)焊工位的平面布置圖見(jiàn)圖(6)
　　2.機(jī)器人架臺(tái)的設(shè)計(jì)
　　機(jī)器人架臺(tái)的強(qiáng)度一定要保證。此外為了確保機(jī)器人的維護(hù)及焊鉗的更換，當(dāng)機(jī)器人在原位置時(shí)，從地面到焊鉗的高度一般設(shè)定在1200mm左右。
　　3.安全柵的設(shè)計(jì)
　　設(shè)計(jì)時(shí),安全柵高度距地面一般為2000mm,必須和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的最大軌跡保持200mm以上的距離，此外為了檢修保養(yǎng)機(jī)器人和焊接設(shè)備，必須留有工作人員經(jīng)過(guò)的通道。
　　
　　五結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)以上側(cè)圍總成焊裝線設(shè)計(jì)及分析，可得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論。
　　第一、側(cè)圍焊裝線自動(dòng)化程度較高，能自動(dòng)定位、夾緊，自動(dòng)裝卸零件，提高了生產(chǎn)率。
　　第二、補(bǔ)焊工位采用了機(jī)器人焊接,改善了工作條件，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。
　　
　　
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