Automobile Technology & Material
浅谈常见汽车焊装定位夹具的设计结构
彭蕾 徐帅帅 266500） （上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，青岛
1985—），作者简介：彭蕾（ 女，工程师，硕士，研究方向为车身工艺工装设备。
摘要：在汽车焊接生产线上，焊装夹具在整个焊接流程中起着重要作用。本文主要浅谈了几种常见的汽车焊装定位夹具的设计结构，主要介绍了杠杆式压头结构、滑移机构、翻转机构、举升机构及其他常用定位机构如伸缩销定位机构、勾销机构等基本组成元素及设计时应注意4.0的要点。随着工业 的推进，焊装定位夹具的结构已不限于文中所述的常见结构，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。关键词：定位夹具 定位目的 设计结构 组成元素U466 B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20180131中图分类号： 文献标识码： 1 前言
随着社会经济的发展和科技水平的进步，汽车行业获得了广阔的发展空间，有力的促进了国民经济的发展。在汽车焊接生产线上，汽车零件是在焊装定位夹具上装夹、定位、焊接的，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[1，2]。
2 常见汽车焊装定位夹具设计结构
在设计焊装定位夹具，首先要明确夹具的目的： a.夹具的设计要满足汽车车身零件的定位要 求。所谓定位要求就是设计的夹具可以很好的将汽车焊接零件定位好，保证良好的车身焊接质量。要满足这些定位要求，在设计定位夹具的时候就要严格按照定位夹紧信息去设计夹具。b.夹具的设计要满足焊接要求。车身零件主要是通过点焊焊接而成，设计夹具的一个最重要的目的就是满足白车身零件的焊接要求。基于以上两点，常见的焊装定位夹具设计结构有杠杆式结构、滑移机构、翻转机构、举升机构等。
2.1 杠杆式压头结构
2.1.1
结构形式常见杠杆式压头结构一般分为单压紧点与双1压紧点结构，使用耳环夹紧气缸，如图 所示，夹紧部件一般由以下几个部分组成：支座、耳环式夹紧气缸、连接板、定位块、压块、压紧臂、销轴、锁紧螺+母 平垫、调整垫片等。按焊接式压紧臂的结构要求，采用焊接连接必须进行去应力处理，且安装面及配合面须在焊接及应力处理完成后经精加工而
成，压紧臂在设计时需为此类加工做出合理的精加工台阶或痕迹。压紧臂与连接板的连接方式采用锁紧螺母紧固型铰链销轴，为防止销轴在工装运动时发生旋转，设计时应在压紧臂铰链耳设计止动台阶。
对单压紧点的定位单元进行设计时，要注意回转点的选择。理论上压板的回转点必须在压紧面的延长线做出角平分线，如果因结构问题不能
± 15°满足，回转点允许在该延长线 范围内。对于汽缸的选择则需要对需要的压紧力通过杠杆原理进行计算，即为：
L1= L2 1） f* F* （其中，为f压头夹紧力， F为汽缸工作态的力， L1 L2为压紧点与回转点的距离， 为气缸安装点与回转点的距离。来计算夹紧力f，从而确定汽缸的缸径。对于双压紧点的定位机构压紧力的计算也同样遵循杠杆原理，其压板回转点设计有以下两种a.情况。两个点均为主要压紧点，则理论上压板的回转点必须在两个压紧面的延长线做出角平分线，如果因结构问题不能满足，回转点允许在该延±15° b.长线 范围内； 两个压紧点只有一个是主要压紧点，则理论上压板回转点必须在主要压紧面延±60°长线上，次要压紧面允许在 范围内。2.1.2 其他杠杆式定位夹具结构形式U在某些情况下定位夹具需要增加 型限位块，以保证精度，如压紧臂上带有定位销、产品零件的定位块与压紧块间为空腔的结构或压头下没2 U有定位块支撑等，如图 所示。 形限位块既可以保证夹紧后压紧块与定位块的间隙，也可以在夹 紧部件倾斜布置时，保证压紧块的几何位置。为
U了防止形限位块在使用过程积聚灰尘、焊渣等杂质，水平安装时，应凸部向上。并且为减小限位
U固定螺栓的剪切负荷， 形限位块的限位中心点和铰链轴回转中心点连线与夹紧点和铰链回转点连
≤30°线间夹角 。 在工装空间窄小处既要保证压板的受力又要保证打开角度的区域，常用铰链式杠杆机构，也称3为铰链式压板夹紧机构，见图 。从外观来看它与常见杠杆夹紧机构相比多了一个回转点，因为这个回转点的原因，导致铰链式压板结构有如下几a.个特点：因铰链为双回转点，气缸在运动中需保b.持固定而不摆动；在压板压紧时，是上部回转点c.起作用，压板打开时是下部回转点起作用；轨迹相对复杂，不易模拟。
2.2 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
, 4的工装夹具等构成 如图 所示。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。
2.3 翻转机构
5，翻转机构也称为翻转切换机构，见图 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。
2.4 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≤100 mm单元动作很难同步，仅在举升行程 时使用。因此在实际生产线设计时一般采用稳定性与6同步性佳的一体式举升机构，如图 所示。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。
2.5 其他常见焊装夹具结构
2.5.1
伸缩定位销结构伸缩定位销结构亦称为气缸导向机构，即由气缸带动两方向可调的定位销进出零件孔，以达到保证焊接质量与焊接稳定性的目的。一般使用
7导向气缸，如图 所示，该种气缸在工作状态下的导向杆均处于气缸内，由于气缸安装的倾斜性及生产需要所造成的气缸导向往复高频性，导致在使用一段时间以后，由于导向衬套的磨损而造成定位不准确、不可靠。在这种情况下，可采用普通方型气缸，通过设计加工导向杆、导向套、线性轴
承、连接块等组件组成相当于导向气缸的结构，该45结构的导向杆可选用 钢、经过高频淬火处理硬55-62）HRC，度达到（ 增加其耐磨性。 2.5.2 勾销结构Pin Clamp，勾销结构又称为 此结构既具有定位功能又具有夹紧功能，分为双边压紧形式和单边压8紧形式，如图 所示。双边压紧形式一般适用于与其他零件搭接处不能使用上述形式的定位夹紧机构，且带有大定位孔的钣金件，如前轮罩。单边压紧形式一般适用于焊装生产线主线的主定位工装。
3 结束语
总之，在进行汽车焊装定位夹具设计时应充分考虑焊接工艺及产品焊接要求，设计出结构相对简单，具有良好的可操作性，制作及维修相对容易，成本相对经济适用的焊装夹具[3，4]。
当前，我国汽车市场竞争日益激烈，多品种车型的柔性生产线越来越多，对柔性夹具的需求越来越广，推动着焊装夹具的结构向多功能、轻量化、模块
4.0”化、通用经济化的方向发展。随着“工业 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[5]。焊装定位夹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。
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