CN104985370A - 一种柔性化车身焊接装夹平台 - Google Patents

一种柔性化车身焊接装夹平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柔性化车身焊接装夹平台，包括地板(105)、立柱(102)、柔性夹紧机构托架(101)、快速定位机构(103)和平推机构(104)，其特征在于：平推机构(104)、地板(105)置于地面，地板(105)与平推机构(104)之间通过连接板(108)固连，连接板(108)与平推机构(104)及地板(105)接连处分别用两个定位销定位和两个螺栓固定；地板(105)可用于安装车身下车体(106)，起支承和固定作用；该柔性化的焊接装夹平台具有通用性，打破了以往一种车身结构必需配备一套焊接装夹设备的限制，一套柔性装夹设备集合了许多种专用夹具的功能。

Description

一种柔性化车身焊接装夹平台
技术领域
本发明涉及汽车车身焊接工艺装备领域，尤其是涉及到汽车车身焊接装备柔性化方面。
技术背景
随着汽车市场全球化、经济一体化进程的深入和人们对汽车产品多样化个性化的需求加强，汽车产品的更新换代的速度也随之加快。在型号不同的汽车制造过程中，涉及到车身焊接，按照常规技术配备焊接夹具往往会有很多问题——现有的焊接夹具多为专用夹具，在一款新车型的车身设计出来之后需要进行夹具设计，编制夹具装配图、零件图，夹具零件的加工和装配，这一过程减缓了车身焊接的速度，不利于缩短整车设计周期。且专用夹具没有通用性，只能用于一种车型的焊接，使用一次后无法用新的车型，降低了材料的利用率，提高了企业设计制造成本，造成了大量的资源浪费。
基于上述情况，本发明主要是应用焊接夹具功能模块化，夹具零件系列化的手段设计出的一种用于车身焊接的柔性装夹平台。该平台可以用于多种车型的整车焊接，解决了车身焊接装备通用性差，使用成本高的问题，同时将自动化智能化技术和装备融入其中，提高了焊接装备的自动化程度和生产效率。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：提供一种柔性化的车身焊接装夹平台，该平台能用于多种车型的车身整车焊接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性化车身焊接装夹平台，包括地板、立柱、柔性夹紧机构托架、快速定位机构和平推机构，其特征在于：
平推机构、地板置于地面，地板与平推机构之间通过连接板固连，连接板与平推机构及地板接连处分别用两个定位销定位和两个螺栓固定；
地板可用于安装车身下车体，起支承和固定作用；
立柱与平推机构之间通过定位销和螺栓连接；
柔性夹紧机构及快速定位机构安装在立柱上，起支承和定位车身侧围的作用；
地板上安装了6个快速定位机构，用于支承和定位车身下车体，车身下车体与地板固定；
平推机构作为平移副，能够通过立柱及柔性夹紧机构、快速定位机构带动车身侧围运动，并使车身侧围与车身下车体在焊接前保持正确的相对位置。
采用本发明将产生以下积极有益的效果：
(1)该柔性化的焊接装夹平台具有通用性，打破了以往一种车身结构必需配备一套焊接装夹设 备的限制，一套柔性装夹设备集合了许多种专用夹具的功能。
(2)焊接工艺装备设计周期缩短，节省工艺装备设计成本。由于本发明具有通用性，对于新的车型或新的车身总成结构的焊接只需要将已经设计好的夹具零件按一定的方式装配组合起来就可以满足要求，需要重新设计和加工的零件很少。
(3)生产效率高。本发明基于模块化和夹具零件系列化，易于实现自动化生产，能够方便地引入电气化控制，具备自动化生产的特点和优势，单件产品的生产效率高。
(4)占用场地少，大量模块能够重复利用，减少了大量废弃夹具的闲置，节省了空间和材料。
(5)平推机构使得定位好的车身焊接过程中不发生位移，始终保持正确的位置。
(6)本发明将快速定位机构、柔性夹紧机构和平推机构等结构的许多零件系列化和标准化，将各机构的零件分为标准件和需要根据车型的不同需要重新设计的少量非标准件，这将大大减轻车身焊接装备设计人员的工作负担，缩短设计周期。如将快速定位机构分为相对不变的螺母副、蜗轮-蜗杆副、调节电机等标准件和根据车型不同或定位孔大小、位置的不同而需重新设计的非标准件；还将柔性夹紧机构集成到托架上，一个托架可定位和夹紧1到2个车身定位点，每个托架含有标准件L形座、气缸、限位块、伸长臂及非标准件立板、夹头。
附图说明
图1为柔性化车身焊接装夹平台整体示意图；
图2为柔性夹紧机构、快速定位机构、立柱及其连接关系示意图；
图3为柔性夹紧机构示意图；
图4为快速定位机构示意图；
图5为快速定位机构内部详细结构图；
图6为焊接准备阶段平推机构的示意图；
图7为工作状态下平推机构的夹紧机构示意图。
其中:
101     柔性夹紧机构                404       丝杆
102     立柱                        405       螺母
103     快速定位机构                406       销
104     平推机构                    407       定位销支承面
105     地板                        408       滑动导轨
106     车身下车体                  409       固定座
107     侧围                        410       销套筒
108     连接板                      411       固定座
109     支承座                      412       蜗轮
110     工字截面立柱                413       螺母
201     过渡板                      414       固定座
202     竖直板                      415       固定螺钉
203     底板                        416       安装板
204     立柱加强板                  501       固定地板
205     吊环螺钉安装板              502       滑动地板
206     侧围支承托架                503       电动气缸
301     夹头                        504       固定导槽
302     立板                        505       滑动I形块
303     定位块                      506       限位机构
304     L形座                       507       夹紧机构
305     标准气缸                    508       定位销
306     限位块                      601       气缸
307     摆臂                        602       支架
308     伸长臂                      603       支承板
309     夹紧块                      604       支架
310     伸长臂紧固螺钉              605       连杆
311     固定块                      606       限位块
312     活动块                      607       连杆
401     电机                        608       夹紧块
402     丝杆                        609       H柱
403     蜗杆
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1～5所示，一种柔性化车身焊接装夹平台，其包括以下五个部分：地板105、立柱102、柔性夹紧机构托架101、快速定位机构103和平推机构104。
平推机构104、地板105置于地面，地板105与平推机构104之间通过连接板108固连，连接板108与平推机构104及地板105接连处分别用两个定位销定位和两个螺栓固定。
如图1所示，地板105可用于安装车身下车体106，起支承和固定作用。立柱102与平推机构104之间通过定位销和螺栓连接。柔性夹紧机构(托架)101及快速定位机构103安装在立柱102上，起支承和定位车身侧围107的作用。同时在地板105上安装了6个快速定位机构103，用于支承和定位车身下车体106，于是车身下车体106与地板105固定。平推机构104的主要功能部件为平移副，能够通过立柱102及柔性夹紧机构(托架)101、快速定位机构103带动车身侧围107运动，并使车身侧围107与车身下车体在焊接前保持正确的相对位置。
地板105结构如图1所示，车身下车体106根据“N-2-1”定位原理安装在地板105上。一般的物体定位按照六点定位原则可确定正确的位置，对于车身柔性零件的定位，仅靠六点定位规则定位将无法保证零件的正确位置和形状。因此在汽车焊接夹具的设计中，经常有过定位的方式定位，即“N-2-1”定位原理更加适合汽车焊接夹具设计，防止车身变形。在使用前，根据“N-2-1”的定位原则选择合适的定位孔，同时确定最优的定位点的位置。根据选定的定位孔设置一定数量和空间位置的快速定位机构103。地板105上均布有间距为100×100的孔，在使用时快速定位机构103借助立柱110安装在地板105上。快速定位机构103的定位销含有轴向支承面，使用时下车体106放置在快速定位机构103的支承面上。为减小地板制造误差和地面不平整对焊接质量的影响，在地板106的底部设置长度可微调的支承座109，支承座109长度微调的方式为螺纹调节。
如图2为快速夹紧机构、快速定位机构、立柱及其连接关系的示意图，立柱102主要由竖直板202、底板203、立柱加强板204及吊环螺钉安装板205组成，用于支承、固定侧围107。竖直板202与底板203之间、竖直板202与立柱加强板204之间、底板203与立柱加强板204之间及吊环螺钉安装板205与竖直板202之间均采用焊接的装配方式。竖直板202开有间距为100×100的系列孔，可安装过渡板201。
柔性夹紧机构101和快速定位机构103安装在过渡板201上，借助过渡板201与立柱102固连。与立柱102的竖直板202相连接的结构还包括支承托架206，支承托架206与柔性夹紧机构(托架)101、快速定位机构103具有相同的定位和安装方式，即通过过渡板201与立柱102连接。支承托架205用于承受侧围107的重力，支承侧围107。底板203包含定位销孔和螺栓孔，可使立柱102与平推机构104固定连接，且保持相对正确的位置。吊环螺钉安装板205上设置有螺纹孔，方便立柱102的起吊和搬运。
如图3所示，柔性夹紧机构101由立板302、定位块303、夹紧块309、L形座304、标准气缸305、限位块306和摆臂307组成。
定位块303和夹紧块309均包括夹头301和伸长臂308。在使用前进行柔性夹紧机构101的设计时，根据车身定位点或夹紧点的位置预先安排好夹头301的位置，根据夹头301布置伸长臂308、摆臂307、标准气缸305和立板302。L形座304是标准件，L形座总体高度有100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm，共9种，从而适应侧围107不同高度的车身夹紧点。前文已说明柔性夹紧机构101借助过渡板201安装在立柱102上，在实际实施方案中柔性夹紧机构101的L形座301分别与过渡板201和立板302连接，采用定位销定位方式和螺栓紧固方式。柔性夹紧机构101的关键功能部件定位块303、夹紧块309、标准气缸305、限位块306和摆臂307安装在立板302上。
如图3所示，标准气缸305与立板302铰接、与摆臂307铰接，摆臂307与立板302铰接，通过控制气缸305的伸缩从而控制摆臂307及夹紧块309绕立板302做旋转运动；夹紧块309与摆臂307固连、定位块303与立板302固连，于是在标准气缸305的伸缩运动转换为定位块303 与夹紧块309的开合，从而焊接时定位块303和夹紧块309对车身侧围107产生夹紧力，焊接完成后定位块303和夹紧块309对车身侧围107的夹紧力释放。柔性夹紧机构101的限位块306含有固定块311和活动块312，固定块311与立板302固连，活动块312与摆臂307固连，在标准气缸305伸长控制定位块303和夹紧块309夹紧车身侧围107时，固定块305与活动块306接触，可起限位作用，防止夹紧力过大。为了提高柔性夹紧机构101的零件标准化水平，减少资源浪费，提高工装设计效率，定位块303与夹紧块309均由标准零件伸长臂308和非标准零件夹头301组成。伸长臂308与夹头301的连接方式为型面连接，工作时在伸长臂上设置有锁紧螺钉310，用于紧固夹头301；在非工作状态下可松开伸长臂锁紧螺钉310，因而夹头301与伸长臂308在型面连接处有一定间隙，如有焊接不同车型的需求可在此时更换夹头以适应不同种类的车身。
快速定位机构103如图4和图5所示，快速定位机构主要是丝杆-螺母副、蜗轮-蜗杆副及其调节电机，定位方案为定位销和定位孔，通过丝杆-螺母副使定位销达到预定的位置，带有自锁功能的蜗轮-蜗杆传动副调节定位销的高度，使定位销***到定位孔中，同时定位销的定位面能够起到支承焊接车身的作用。
快速定位机构103包括三个电机401、丝杆402、蜗杆403、丝杆404、螺母405、销406、滑动导轨408、固定座409、销套筒410、固定座411、蜗轮412、螺母413、固定座414、固定螺钉415、安装板416。
安装板416用于将快速定位机构103与其他结构(立柱102或地板105)固定连接，电机401、固定座414与安装板416固连，电机401的轴与丝杆402固连，丝杆402可相对固定座414产生丝杆轴向(图5所示为Y向)转动而不产生Y向的平移运动，丝杆402与螺母413之间为螺纹副，电机401驱动动丝杆转动时，螺母413产生Y向平移，从而蜗杆403、丝杆404、螺母405、销406、固定座409、销套筒410、固定座411、蜗轮412等部件沿Y向平移，使得销406在Y方向达到合适位置。同理X向电机可驱动销406沿X方向平移，并使之运动到正确的位置。图4～5所示坐标系中调节销406的Z向位置的主要是蜗轮412、蜗杆403、丝杆404及螺母405。蜗杆403带动蜗轮412转动，蜗轮412与丝杆404固连，丝杆404与螺母405组成丝杆-螺母运动副，同时丝杆404与固定座409仅有沿Z向的转动而没有相对平移运动，因此该丝杆-螺母副将丝杆404的旋转运动转化为螺母405沿Z向的平移运动。螺母405、销406、销套筒410固连，固定座411与销套筒410之间为非圆形型面配合，能阻止销套筒410的转动，销406将根据需要沿Z向移动一定距离。综上所述，快速定位机构103能在X、Y、Z方向分别对定位销406进行调节，从而不需要重新设计就能满足不同位置定位孔的定位，且销406为非标准件，通过选择不同直径的销即可适应不同大小定位孔。
如图6所示，平推机构104主要由固定地板501、滑动地板502、电动气缸503、固定导槽504、滑动I形块505、限位机构506、夹紧机构507、定位销508组成。固定地板501通过连接板108与地板105固连，与固定地板501固连的还有电动气缸503、固定导槽504、限位机构506、 夹紧机构507。滑动I形块505固定在滑动地板502上，与固定导槽504组成滑动副。电动气缸503连接了固定地板501和滑动地板502，在图6所示XYZ坐标系中，滑动I形块505可相对固定导槽504沿±Y方向滑动，当电动气缸503伸长时，推动滑动地板502及滑动I形块505沿+Y方向运动，；当电动气缸503缩短时，滑动地板502退回至图6所示状态。
平推机构104的限位机构506及夹紧机构507的详细结构如图7所示。H柱609固定在滑动地板502上，当电动气缸伸长、滑动地板502及滑动I形块505沿+Y方向运动到正确的位置时，H柱609与限位机构506接触，从而滑动地板502无法进一步往+Y方向移动。夹紧机构507包括气缸601、支架602、支承板603、支架604、连杆605、限位块606、连杆607、夹紧块608，支架602、支架604、限位块606均与支承板603固连，气缸601与支承板603铰接，连杆605与气缸601铰接，连杆605与连杆607铰接，夹紧块608分别与连杆607、支架604铰接。夹紧机构507为一平面多杆机构，当H柱609与限位机构506接触后，气缸601伸长，限位块606起限位作用，连杆605与支架602铰接点、连杆607与连杆605铰接点、连杆607与夹紧块608铰接点三点共线，夹紧机构处于死点，此时夹紧块608与H柱609接触，对H柱609施加夹紧力。
柔性化车身焊接装夹平台的实施过程描述如下：
柔性化车身焊接装夹平台的实施过程分为焊接前、焊接过程中及焊接后，具体包括如下步骤：
步骤1、焊接前，根据车身焊接的需要设计柔性装夹平台的非标准零件和参数；
步骤2、根据上述方法在地板105上安装快速定位机构103，以快速定位机构103上的定位销支承面407作为车身下车体106的支承面，安放车身下车体106；
步骤3、调节电动气缸503，使之收缩，从而立柱102远离地板105，平推机构104处于如图6所示状态； 
步骤4、在吊环螺钉安装板205上加M12吊环，在平推机构104上安装立柱102，在立柱102的竖直板202上按照设计要求安装柔性夹紧机构101、快速定位机构103和侧围支承托架206；
步骤5、以平推机构104上的快速定位机构103、侧围支承托架206和柔性夹紧机构101分别作为定位、支承和夹紧机构(柔性夹紧机构101的标准气缸304处于收缩状态)，将侧围107安放在立柱102上；
步骤6、启动柔性夹紧机构101的夹紧开关，使柔性夹紧机构101的标准气缸304处于伸长状态，将侧围107安放在立柱102上，焊接准备工作完成，安装好的车身及其装夹平台如图1所示。
步骤7、焊接车身； 
步骤8、焊接完成后，打开柔性夹紧机构(托架)101夹紧开关，标准气缸304处于收缩状态，使立柱102上所有的柔性夹紧机构101松开；再次控制平推机构104的电动气缸503，使电动气缸503逐步趋于收缩状态，滑动地板502退至如图6所示的位置，带动立柱102上安装的定位夹紧机构与车身整车分离，取件；
步骤9、重复步骤2～8，进行下一整车车身焊接。
本发明的技术方案并不限制于本发明所述实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (8)

1.一种柔性化车身焊接装夹平台，包括地板(105)、立柱(102)、柔性夹紧机构托架(101)、快速定位机构(103)和平推机构(104)，其特征在于：
平推机构(104)、地板(105)置于地面，地板(105)与平推机构(104)之间通过连接板(108)固连，连接板(108)与平推机构(104)及地板(105)接连处分别用两个定位销定位和两个螺栓固定；
地板(105)可用于安装车身下车体(106)，起支承和固定作用；
立柱(102)与平推机构(104)之间通过定位销和螺栓连接；
柔性夹紧机构(101)及快速定位机构(103)安装在立柱(102)上，起支承和定位车身侧围(107)的作用；
地板(105)上安装了6个快速定位机构(103)，用于支承和定位车身下车体(106)，车身下车体(106)与地板(105)固定；
平推机构(104)作为平移副，能够通过立柱(102)及柔性夹紧机构(101)、快速定位机构(103)带动车身侧围(107)运动，并使车身侧围(107)与车身下车体在焊接前保持正确的相对位置。
2.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：
地板(105)上均布有间距为100毫米×100毫米的孔，在使用时快速定位机构(103)借助立柱(110)安装在地板(105)上，快速定位机构(103)的定位销含有轴向支承面，使用时下车体(106放置在快速定位机构(103)的支承面上；在地板(106)的底部设置长度可微调的支承座(109)，支承座(109)长度微调的方式为螺纹调节。
3.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：立柱(102)包括竖直板(202)、底板(203)、立柱加强板(204)及吊环螺钉安装板(205)，竖直板(202)与底板(203)之间、竖直板(202)与立柱加强板(204)之间、底板(203)与立柱加强板(204)之间及吊环螺钉安装板(205)与竖直板(202)之间均采用焊接的装配方式；竖直板(202)开有间距为100毫米×100毫米的孔，用于安装过渡板(201)。
4.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：柔性夹紧机构(101)和快速定位机构(103)安装在过渡板(201)上，借助过渡板(201)与立柱(102)固连；支承托架(205)用于承受侧围(107)的重力，支承侧围(107)；底板(203)包含定位销孔和螺栓孔，用于使立柱(102)与平推机构(104)固定连接，且保持相对正确的位置；吊环螺钉安装板(205)上设置有螺纹孔，方便立柱(102)的起吊和搬运。
5.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：柔性夹紧机构(101)包括立板(302)、定位块(303)、夹紧块(309)、L形座(304)、标准气缸(305)、限位块(306)和摆臂(307)，其中：
定位块(303)和夹紧块(309)均包括夹头(301)和伸长臂(308)；在使用前进行柔性夹紧机构(101)的设计时，根据车身定位点或夹紧点的位置预先安排好夹头(301)的位置，根据夹头(301)布置伸长臂(308、摆臂(307)、标准气缸(305)和立板(302)；定位块(303)、夹紧块(309)、标准气缸(305)、限位块(306)和摆臂(307)安装在立板(302)上；
标准气缸(305)与立板(302)铰接、与摆臂(307)铰接，摆臂(307)与立板(302)铰接，通过控制气缸(305)的伸缩从而控制摆臂(307)及夹紧块(309)绕立板(302)做旋转运动；夹紧块(309)与摆臂(307)固连、定位块(303)与立板(302)固连，于是在标准气缸(305)的伸缩运动转换为定位块(303)与夹紧块(309)的开合，从而焊接时定位块(303)和夹紧块(309)对车身侧围(107)产生夹紧力，焊接完成后定位块(303)和夹紧块(309)对车身侧围(107)的夹紧力释放。
6.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：快速定位机构(103)包括三个电机(401)、丝杆(402)、蜗杆(403)、丝杆(404)、螺母(405)、销(406)、滑动导轨(408)、固定座(409)、销套筒(410)、固定座(411)、蜗轮(412)、螺母(413)、固定座(414)、固定螺钉(415)、安装板(416)；
安装板(416)用于将快速定位机构(103)与立柱(102)或地板(105)固定连接，电机(401)、固定座(414)与安装板(416)固连，电机(401)的轴与丝杆(402)固连，丝杆(402)可相对固定座(414)产生丝杆轴向转动而不产生Y向的平移运动，丝杆(402)与螺母(413)之间为螺纹副，电机(401)驱动动丝杆转动时，螺母(413)产生Y向平移，从而蜗杆(403)、丝杆(404)、螺母(405)、销(406、固定座(409)、销套筒(410)、固定座(411)、蜗轮(412)等部件沿Y向平移，使得销(406)在Y方向达到合适位置。
7.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台，其特征在于：平推机构(104)包括固定地板(501)、滑动地板(502)、电动气缸(503)、固定导槽(504)、滑动I形块(505)、限位机构(506)、夹紧机构(507)、定位销(508)，其中：固定地板(501)通过连接板(108)与地板(105)固连，与固定地板(501)固连的还有电动气缸(503)、固定导槽(504)、限位机构(506)、夹紧机构(507)；滑动I形块(505)固定在滑动地板(502)上，与固定导槽(504)组成滑动副；电动气缸(503)连接了固定地板(501)和滑动地板(502)。
8.根据权利要求1的柔性化车身焊接装夹平台的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、焊接前，根据车身焊接的需要设计柔性装夹平台的非标准零件和参数；
步骤2、在地板(105)上安装快速定位机构(103)，以快速定位机构(103)上的定位销支承面(407)作为车身下车体(106)的支承面，安放车身下车体(106)；
步骤3、调节电动气缸(503)，使之收缩，从而立柱(102)远离地板(105)，并设置平推机构(104)状态；
步骤4、在吊环螺钉安装板(205)上加吊环，在平推机构(104)上安装立柱(102)，在立柱(102)的竖直板(202)上安装柔性夹紧机构(101)、快速定位机构(103)和侧围支承托架(206；
步骤5、以平推机构(104)上的快速定位机构(103)、侧围支承托架(206和柔性夹紧机构(101)分别作为定位、支承和夹紧机构，将侧围(107)安放在立柱(102)上；
步骤6、启动柔性夹紧机构(101)的夹紧开关，使柔性夹紧机构(101)的标准气缸(304)处于伸长状态，将侧围(107)安放在立柱(102)上，焊接准备工作完成；
步骤7、焊接车身；
步骤8、焊接完成后，打开柔性夹紧机构(101)夹紧开关，标准气缸(304)处于收缩状态，使立柱(102)上所有的柔性夹紧机构(101)松开；再次控制平推机构(104)的电动气缸(503)，使电动气缸(503)逐步趋于收缩状态，滑动地板(502)退回，带动立柱(102)上安装的定位夹紧机构与车身整车分离并完场取件；
步骤9、重复步骤2-8，进行下一整车车身焊接。
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