HF3型車門左邊框焊接總成的自動焊接裝置設計【說明書+CAD】

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1、基于產品數模設計焊接組件的加工方案，并對其工裝的的設計過程、方法及工作原理進行分析,確定定位夾緊裝置和轉動機構的最終設計方案 2、通過分析擬定必要的保證要求的設計內容：設置三個工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨立，也可以有序預約，使操作者操作便捷、維護方便。 3、通過分析設計符合實際的焊接夾具. 4、通過分析，對定位夾緊裝置和轉動機構進行了結構的設計. 5、完成二維和三維裝配圖； 6、要有對相關項目進行理論分析和設計計算 7、圖紙和說明書要符合規(guī)范、標準化、清晰； 三、設計（論文）完成后應提交的成果 1、相關的零部件三維視圖； 2、三個工位的焊接夾具二維裝配圖與三維各1套； 3、夾具的主要零部件圖4張以上； 4、設計說明書1份(1.5萬字以上) ； 5、所有設計資料的電子文稿； 四、設計（論文）進度安排 1、熟悉設計任務書，并了解相關材料(網上查閱)，準備資料，填寫開題報告：第1~3周（3月3日~3月23日） 2、熟悉零部件圖紙(提出有相應問題)，熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學：第4~5周（3月24日~4月6日） 3、據自已所學知識及實習工廠或其它裝配廠提出改進設計方法，確定設計方案及設計內容，有改進解決問題的方法簡單方案草圖(說明問題)，輸助工具excel 、word和CAD要有一定使用能力：第6~7周（4月7日~4月20日） 4、焊接工裝的設計及中期檢查：第8~9周（4月21日~5月3日） 5、二維裝配圖與三維的設計：第10~11周（5月4日~5月18日） 6、進行理論分析和設計計算及裝置的主要零部件圖設計：第12~14周（5月19日~6月8日） 7、總結畢業(yè)設計及編寫說明書、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月9日~6月22日） 8、畢業(yè)設計準備答辯及答辯：第17周 （6月23日~6月29日） 五、主要參考資料 [1] 日本機器人學會編.機器人技術手冊.宗光澤等譯.北京：科學技術出版社，2009 [2] 胡大志，沈穎剛，申立中.直噴式柴油機紊流燃燒室的設計. 昆明理工大學學報(理工版)，2008，28（2）：132～135 [3] 陳小復主編.美國汽車技術的研究領域. 上海汽車，2008，（2）：27～31 [4] 齊志鵬主編.汽車傳感器和執(zhí)行器的原理與檢修. 北京：人民郵電出版社，2007 [5] 滕伯樂主編.中國汽車工業(yè)50年回顧與跨世紀展望. 武漢汽車工業(yè)大學學報，2008，21（5） [6] 邱宣懷主編.機械設計.第四版.北京：高等教育出版社，2007 [7] 吳宗澤，羅圣國主編.機械設計課程設計（第二版）.北京；高等教育出版社，2006 [8]徐灝.機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社,2002.8 [9]成大先.機械設計手冊.化學工業(yè)出版社,2002.11 六、備注 指導教師簽字：林明 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 HF3型車門左邊框焊接總成的自動焊接裝置設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程B07-5 學生姓名： 陳偉東 指導教師： 林 明 職 稱： 高級工程師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree HF3 type door left border welding assembly automatic welding equipment Candidate：Chen Weidong Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-5 Supervisor：Lecturer Lin Ming Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 陳偉東 系部 汽車工程 專業(yè)、班級 B07-5 指導教師姓名 林明 職稱 高級教師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是否 題目名稱 HF3型車門左邊框焊接總成的自動焊接裝置設計 一、課題研究現狀，選題的目的、依據和意義 微型及普及型汽車在我國有很大的市場，從0.9L到1.6L，價格適合我國國情，適合正在發(fā)展的中國的國情，焊接工裝是汽車生產過程中的重要設備之一，隨著現在設計加工制造技術的發(fā)展，汽車白扯身焊接方法及技術手段等也在不斷發(fā)展，確定焊接工藝與生產工裝的方案及設計，從而達到對汽車焊接工藝裝備進一步的更深了解。 該畢業(yè)設計可以加強常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產工藝裝備設計，制造及應用的過程。 機器人技術是融合了電子技術，機械技術等多種新興技術的一種高新技術，工業(yè)機器人先后經歷了從第一代示教再現機器人，第二代離線編程機器人，到現在的第三代智能機器人三個過程，焊接作為工業(yè)裁縫，是工業(yè)生產中非常重要的加工手段，焊接質量的好壞對產品質量起著決定性的影響，同時由于焊接煙塵，弧光，金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境非常惡劣，隨著先進制造技術的發(fā)展，實現焊接產品制造的自動化，柔性化與智能化已經成為必然趨勢，采用機器人焊接已經成為焊接技術自動化的主要標志。 1 焊接機器人應用的重要意義 （1）穩(wěn)定和提高焊接質量，保證其均一性。焊接參數如焊接電流，電壓，焊接速度和干伸長量等對焊接結果有著決定作用，采用機器人焊接時，每條焊接的焊接參數都是恒定的，寒風質量受人為因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量穩(wěn)定，而人工焊接時。焊接速度，干伸長量等都是變化的，很難做到質量的均一性。 （2）改善了勞動條件。采用機器人焊接，工人只需要裝卸弓箭，遠離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，對于點焊來說，工人無需搬運笨重的手工焊鉗，使工人從高強度的體力勞動中解脫出來。 （3）提高勞動生產率，機器人可二十四小時連續(xù)生產，隨著告訴高效焊接技術的應用，采用機器人焊接，效率提高得更為明顯。 （4）產品周期明確，容易控制產品產量，機器人的生產節(jié)拍是固定的，因此安排生產計劃非常明確 （5）縮短產品改型換代的周期，減少相應的設備投資，可實現小批量產品的焊接自動化。機器人與專機的最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應不同工件的生產。 二 文獻綜述 1 我國焊接機器人的應用狀況 我過焊接機器人的應用主要集中在汽車，摩托車，工程機械，鐵路機車等主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早的用戶。早在20世紀70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所合作研制了直角坐標機械手，成功應用于上海牌轎車底盤焊接。一汽公司是我國最早引進焊接機器人的企業(yè)，1984年起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時紅旗牌轎車的車身焊接和解放牌車身頂蓋的焊接，1986年成功將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊接。 20世紀80年代末和20世紀90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產轎車雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度和裝備水平讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人，可以說20世紀90年代以來的技術引進和生產設備，工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產提高到規(guī)?；a，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎設施建設的高速發(fā)展帶動了工程機械行業(yè)的繁榮，工程機械行業(yè)也成為較早引入焊接機器人的行業(yè)之一，近年來隨著我國經濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運，客運，程序地鐵等需求量的不斷增加以及列車提速的需求，機械人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。據2001年統計，全國共有各類焊接機器人1040臺，汽車制造和汽車零部件生產企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。在汽車行業(yè)中點焊機器人與弧焊機器人的比例為3：2，恰行業(yè)大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械10%，摩托車6%，鐵路車輛4%,鍋爐1%等行業(yè)，焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠。 目前在我過應用的機器人主要分日系，歐系和國產三類。日系中主要有安川，松下，OTC，FANUC，不二越，川崎等公司產品，歐系中主要有德國的KUKA,CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU和奧地利IGM公司，國產機器人主要是沈陽新松機器人公司產品。 目前在我國雖然已經具有資助知識產權的焊接機器人系列產品，但確不能批量生產。 2，設計內容目前是如何實現的 自動焊接裝置適用HF3型車門右邊框自動焊接要求：利用HF3型車門右邊框產品數模，定位元件的多個自由度都可方便，精確調整的夾具使其保持在高精度，，確保工件高質量，能夠大幅度提高生產效率及焊接質量，使設備的性價比達到最高，符合人機工程的夾具設計使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動強度。 工件焊接夾具工裝臺采用限位轉動，焊接過程中，夾具變位焊接協調運動，可將焊接轉到最合適的焊接位置，最佳的焊接姿態(tài)進行焊接。 本工作站的設計以產品的工藝分析和工藝流程的合理安排為基礎，以機器人的焊接生產能力為條件，已達到產能為目標，力求設備做到高柔性，使設備的性價比達到最高，設計設備時以經濟型，安全性，良好的操作性，并把設備的可靠性作為我們首要追求的目標。 3，設計內容 1，基于產品數模設計焊接組件的加工方案，并對其工裝的設計過程，方法及工作遠離進行分析，確定定位加緊裝置和轉動機構的最終設計方案 2，通過分析擬定必要的保證要求的設計內容：設計三個工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨立，也可以有序預約，使操作者操作便捷，維護方便 3，通過分析設計符合實際的焊接夾具 4，通過分析，對定位加緊裝置和轉動機構進行了結構的設計 5，完成二維和三維裝配圖 6，要有對相關項目進行理論分析和設計計算 7，圖紙和說明書要符合規(guī)范，標準化，清晰 4，主要部品的相關資料 1， 本生產線所選用的弧焊機器人是日本松下最新推出的墓前世界最先進的機型TA1400：包括機器人本體，機器人控制柜，示校盒3部分 2， TIG焊接電源 3， 單機器人三工位工作站內的三位置水平翻轉工裝臺用于夾具翻轉變換位置，其中用于工件焊接與裝卸夾具翻轉位置機構，采用汽缸驅動，通過機構翻轉，翻轉范圍：正負60°，翻轉到位后由氣動精確定位，保證焊接精度。重復定位精度為正負0.2MM。夾具翻轉變位采用PLC控制器，由機器人控制柜統一控制，焊接過程中，夾具變位與機器人協調運動，可將任何一段焊縫轉到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接自帶進行焊接。 4， 變壓器 5， 焊接夾具改造：焊接夾具是生產線中最重要的部分，其設計，制造的好壞直接關系到產品的質量和產品的穩(wěn)定性，也直接關系到操作者操作的便捷程度。我們的夾具是按照唐山松下產業(yè)機器有限公司的夾具制作標準，其具體標準簡摘如下：各個工件在不同工序上盡量采用同一定位基準，各個工序夾具的基準保持一致，盡量減少由于定位選擇合理，且除主定位外的每一個定位點均設計調整位置精度的機構，調整時由基準，能夠方便掌握調整量。 工件各三間夾緊點選擇合理，夾具部分采用自動（氣動）夾緊與手動加緊相結合的方式，在關鍵部位采用自鎖式的壓緊機構，夾緊力足以抵抗焊接變形，以有效控制工件的焊接變形。 夾具地板具有足夠的剛度，通過夾緊機構的夾緊，能夠有效控制工件在焊接過程中的焊接變形。 夾具設有拔銷機構或工件頂出機構，使操作者卸件省力，便捷。 夾具在裝夾工件完成后能夠在工裝臺轉動的配合下，機器人帶動焊槍以較好的姿態(tài)（具有一定的調解空間）到達焊縫的任何位置，而不與夾具相干涉 夾具的所有定位元件及距焊縫較近的夾緊元件采用特殊的表面處理，提高其耐磨性能，保證使用壽命，并能夠有效防止焊接飛濺的粘附 采用SMC焊接汽缸，汽缸桿，氣管，電器線路要有充分可靠的防護，有效防止焊接飛濺的粘附 高精度的數控加工中心可保證夾具的加工精度 5，工作站的特點： 1， 機器人焊接工作站的配置均為柔性配置，通過更換夾具即可快速適應產品變化的需要 2， 符合人機工程的夾具設計使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動強度 3， 定位元件的多個自由度都可方便，精確調整的夾具使其保持在高精度，確保工件高質量 4， 機器人與電源焊接都為松下產品，設備間匹配緊密，能夠大幅度提高生產效率及焊接質量，使設備的性價比達到最高 5， 機器人工作站內設置三個恭維的焊接夾具，各恭維的焊接夾具工作即可以相互獨立，也可以有序預約，使操作者操作便捷，維護方便 6， 工件焊接夾具工裝臺采用限位轉動，由電器控制器統一控制，焊接過程中，夾具變位與機器人協調運動，可將焊縫轉到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接姿態(tài)進行焊接 7， 示教盒的操作吉阿米娜能夠任選中/英/日的任意文字，且兩種文字可方便切換 8， 機器人系統說明備有中文技術資料，極大方便了操作者學習和使用 9， 機器人工作站四周配置防護欄或遮光板，可避免弧光和飛濺造成的傷害 10，由PLC組成的控制系統靈敏可靠，故障少，且操作和維護方便 11，系統的運行狀態(tài)及系統報警信息可隨時在控制器上顯示，使系統維護直觀，操作便捷 6，焊接工藝分析： 根據提供的數模，圖紙等相關資料，通過詳細分析所焊接工件的功能和工作環(huán)境，各沖壓件的形狀特性，尺寸精度要求，焊縫長度及位置特點，結合各件的焊接工作量及機器人的工作效率，工作站由一臺機器人+一臺焊接設備的3各工位完成焊接任務。 車門框的焊縫位置決定不可能將所有焊縫敞開，所以另外在工位增加限位轉動臺，該工位由汽缸帶動工裝臺（焊接夾具）轉動 三 基本內容，擬解決的主要問題（技術路線） 1方案簡述 該系統由一臺機器人本體+1臺TIG焊接電源+3個可轉動限位工裝臺及電控系統等組成，各工作臺的焊接夾具焊接工作既可以相互獨立，也可以有序預約，焊接過程中，夾具轉動變位與機器人協調運動，由電器控制器統一控制，可將焊縫轉到最合適的焊接位置。 2主要設備構成： 機器人本體及控制裝置TA1400 1套 日本松下制造 PLC控制翻轉變位控制 1套 唐山松下 TIG焊接電源YC-300BZ2 1套 日本松下制造 焊接附件 1套 日本/唐山松下制造 TIG焊槍 1套 日本松下制造 2位置翻轉變位工裝臺 3套 新科銳 底座及支架等 1套 新科銳 電氣系統 1套 新科銳 變壓器 1套 唐山松下 為提高機器人工作效率，便于操作者操作，工作站設備三工位水平軸轉動變位工裝臺，操作者在其中1個裝卸工件，機器人在另外兩個進行焊接。每個工裝愛安裝一套夾具，工裝臺30°---30°翻轉可變換3個夾具的位置，可將焊縫轉到最合適的焊接位置 3其具體操作流程： 操作者在1#水平翻轉工裝臺30°裝卸位置將各工序的各個散件裝夾在各自的位置上，裝夾完畢，操作者退出并按啟動按鈕。 機器人立即開始在夾具1#工位上進行焊接，焊接過程中，水平翻轉工裝臺旋轉可以按照程序自動翻轉60° 操作者可以在2# 3#工裝臺裝夾相應的焊接組件，裝夾完畢，可以進行預約啟動 當機器人在1#工位焊接結束，只要2#工位夾具有預約，機器人立即自動轉到2#工位焊接位置，機器人立即進行焊接 當機器人在2#工位焊接結束，只要3#工位夾具有預約，機器人立即自動轉到3#工位焊接位置，機器人立即進行焊接 此時，操作者可以在1#工位裝卸工件。裝夾完畢，可以進行預約啟動 如此循環(huán)往復工作。 四、進度安排 1，熟悉設計任務書，并了解相關材料（網上查閱），準備資料，填寫開題報告：第1-3周 2，熟悉零部件圖紙（提出有相應問題），熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學：第4-5周 3，據自己所學知識及實習工廠或其他裝配廠提出改進設計方法，確定設計方案及設計內容，有改進解決問題的方法簡單方案草書（說明問題），輔助工具excel,word和CAD要有一定使用能力：第6-7周 4，焊接工裝的設計及中期檢查：第8-9周 5，二維裝配圖與三維的設計：第10-11周 6，進行理論分析和設計計算及裝配的主要零部件圖設計：第12-14周 7，總結畢業(yè)設計及編寫說明書，后期檢查審核及修改不足：第15-16周 8，畢業(yè)設計準備答辯及答辯：第17周 五，主要參考資料 （1） 日本機器人學會編，機器人技術手冊，總光澤等譯，北京：科學技術出版社，2009 （2） 哈爾濱凌云汽車零部件有限公司焊接機器人工作站技術方案說明書 （3） 先進焊接設備與維修，魏繼昆編著，機械工業(yè)出版社 （4） 邱宣懷主編，機械設計，第四版，北京：高等教育出版社，2007 （5） 網上資料等 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 大多數焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專門設計的，屬于非標準裝置，往往需要根據產品結構特點、生產條件和實際需要自行設計制造。本 次車門焊接夾具的設計亦不例外。焊接工裝設計室生產準備工作的重要內容之 一，也是焊接生產工藝的主要設計內容之一。 對于汽車、 摩托車和飛機等制造業(yè)，可以毫不夸張的說，沒有焊接工裝夾具就沒有產品。通過在工藝設計時提出所需 要的工裝類型、結構草圖和簡要說明，在此基礎上完成詳細的結構和零件設計及 全部圖樣。工裝設計的質量對生產效率、加工成本、產品質量以及生產安全等有直接影響為此，設計焊接工裝時必須考慮實用性、經濟性、可靠性和藝術性等。 在夾具設計和制造過程中，普遍存在尺寸鏈為題。在把零件組裝成裝配體的過程中，也就是將零件上有關尺寸進行組合和積累。由于零件尺寸存在制造誤差，因此裝配時也就會有誤差的綜合和積累。積累后形成的總誤差將會影響機器的工 作性能和質量。這就形成了零件的尺寸誤差和綜合誤差之間的相互影響關系。因此合理地確定零件的尺寸和形位公差顯得尤為重要。 關鍵詞：汽車；結構設計；轎車車門；夾具設計；焊接工裝； ABSTRACT Most welding jig for some welding assembly is the assembly welding process and a specially designed, belongs to the non-standard equipment, often need according to product structure characteristic, production condition and actual need to design manufacturing. This time the door of welding jig design is no exception. Welding jig design production preparation work of the important content, is also a major design welding production process one of the contents. For the car, motorcycle and aircraft and other manufacturing industries, can it is no exaggeration to say, no welding jig is no products. Through the process design of equipment needed to put forward types, structure sketches and briefly explain, based on the structure and complete detailed parts design and all designs. Tooling design on production efficiency and the quality of the manufacturing cost, product quality and production safety, so direct shadow ring, welding fixtures must consider when the practicability and economy, reliability and artistic quality, etc. The fixture design and the manufacture process and the prevalent topic dimension chain. In the parts assembled into the process of assembling body parts, it is about size combination and accumulation. Because parts size manufacturing error, so there will be also assembling the comprehensive and accumulation error. After the total error accumulation form will affect the machine for the work performance and quality. This creates a part size error and the integrated error the interrelation between. Because this reasonably determine the parts dimension, form and position tolerances is particularly important. Key words:car,structural design，car door，fixture design II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ第1章 緒論………………………………………………………………………1 1.1 課題的背景及研究意義………………………………………………………1 1.2 國內外研究現狀………………………………………………………………1 1.2.1 虛擬制造技術的應用和發(fā)展…………………………………………1 1.2.2 柔性技術的發(fā)展與應用………………………………………………2 1.3 課題研究的主要內容…………………………………………………………………3 第2章 車門焊接夾具及焊接技術的研究………………………………………4 2.1 焊接夾具的概述 ……………………… ……………………………………………4 2.1.1 焊接夾具的特點………………………………………………………………5 2.1.2 焊接夾具要求…………………………………………………………………5 2.2 焊接夾具設計方案的確定 …………………………………………………………6 2.3本章小結…………………………………………………………… …………………11 第3章 汽車車門的三維夾具設計…………………… ……………………………12 3.1主要結構及零件的設計說明……………………………… ………………………12 3.1.1 BASE 部分……………………………………………………………… ……12 3.1.2 POST 部分 ……………………………………………………………………12 3.2 焊接夾具典型結構設計…… ………………………………………………………15 3.3本章小結 ………………………………………………………………………………16 第4章 工作站的生產能力分析 ……………………………………………………17 4.1生產節(jié)拍……………………………………………………………………………….17 4.2 對車門三維夾緊設計的重要零部件進行分析和強度校核…………………18 4.3工藝要求……………………………………………………………………………….23 4.4本章小結 ……………… ……………………………………………………………23 總結…………………………………………………………………………………………….24 參考文獻 ……………………………………………………………………………………25 致謝…………………………………………………………………… ………………………28 附錄……………………… ……………………………………………………………………29 II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第一章 緒 論 1.1課題的背景及研究意義 汽車是數量最多、最普及、活動范圍最廣泛、運輸量最大的現代化工具。沒有哪種機械產品像汽車那樣對社會產生如此廣泛而深遠的影響。中國汽車工程學會理事長張小虞對中國入世五年帶給中國汽車的影響時表示，國內汽車的產量在入世的 5 年內增長了 3 倍，中國在全世界汽車產業(yè)的排序從過去的第 8 位上升到前 3 位。中國已經成為汽車產業(yè)大國。要想邁入汽車產業(yè)強國行列，我國汽車工業(yè)必須努力打造自主品牌、加速技術創(chuàng)新、提高自主知識產權的比重、調整產品結構、促進產品創(chuàng)新和管理機制創(chuàng)新，從總體上提高我國汽車行業(yè)的制造水平和能力，增強汽車行業(yè)的國際競爭力，加速我國汽車行業(yè)的國際化進程。（1） 良好的車身結構給駕駛員和乘客提供了安全的架乘空間。在發(fā)生事故時，車身相關部分能充分吸收撞擊的能量，降低人員所受的沖擊。因此，車身焊接技術十分重要，它是提高產品質量和生產效率的關鍵。 車身裝焊夾具也正是保證其焊接高質量的關鍵焊接夾具屬于焊接工藝過程的輔助裝置，在汽車車身大批量生產過程中，該裝置是必不可少的。它不僅可以提高焊接生產率，而且也是保證焊接產品的尺寸精度及外觀要求的重要裝置。焊接夾具沒有統一規(guī)格和標準化，屬于非標準設計和制造的工藝裝備，要根據具體車型的結構特點、生產條件和實際需求來自行設計與制造。因此在汽車制造過程中汽車焊裝工藝和焊接夾具的設計變得尤為重要。本設計為了縮短夾具設計的周期，提高設計精度和設計效率將直接利用 catia 軟件進行三維設計。Catia 軟件可以構建整套夾具的全數字化模型，可對整個產品、指定的子系統或零件進行可視化裝配分析、檢測 從而促進產品的性能優(yōu)化。與傳統二維設計相比，利用 Pro/E軟件所提供的虛擬裝配功能，能實現不通過實際生產調試就可在設計過程中檢測出零件存在的問題大大降低的成產成本（2）。 1.2 國內外研究現狀 1.2.1 虛擬制造技術的應用和發(fā)展 從 20 世紀 60 年代起至今，制造企業(yè)的戰(zhàn)略由資源經濟向知識經濟轉變。20 世紀 60 年代制造企業(yè)追求的是擴大生產規(guī)模，70 年代是降低生產成本，80 年代是提高產品質量，90 年代則是進一步加快市場響應速度，21 世紀隨著知識經濟的到來，技術創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂，企業(yè)必須同時具備時間競爭能力、質量競爭能力、價格競爭能力和創(chuàng)新競爭能力才能贏得市場。虛擬制造（Virtual Manufacture）的發(fā)展適應了時代的要求。虛擬制造又稱擬實制造，它是實際制造過程在計算機上的本質實現，即利用計算機仿真和虛擬現實技術，在計算機上模擬出產品的整個制造過程，從而對產品的設計、加工制造、性能分析、生產管理和調度、銷售及售后服務做出綜合評價，以增強制造過程各個層次的決策與控制能力?？梢钥闯?，虛擬制造并不是真實的制造過程。它不產生真實產品，不消耗材料和能量，而是利用制造對象、制造資源和制造過程的模型實現制造的本質過程。 從虛擬制造概念的提出到迄今為止，它已成為世界各國科技界、企業(yè)界研究的熱點。世界上許多國家都將虛擬制造看作是 21 世紀制造業(yè)變革的核心技術之一，紛紛從不同方向開展研究。美國拖拉機公司用虛擬設計方法代替常規(guī)設計方法，把原來從設計到定型所需的 6-9 個月時間縮短到不足 1 個月時間，而且允許用戶在虛擬環(huán)境下觀察試驗（Field Test），并在 1993 年獲得虛擬環(huán)境應用獎。 近幾年來， 虛擬制造技術也引起我國科技工作者的關注，已開展了很多研究工作， 據不完全統計，目前全國已有幾十家科研機構、高等院校和企業(yè)正在開展虛擬制造技術方面的研究。國家863/CIMS 主題也將“制造系統的可視化、虛擬建模與仿真”確定為研究重點。如今，隨著先進的計算機理論和技術的不斷應用，虛擬制造技術取得了的顯著發(fā)展，虛擬制造技術的應用成為汽車制造業(yè)提高競爭力的重要技術手段（3）。 1.2.2 柔性技術的發(fā)展與應用 在 20 世紀 30 年代到 20 世紀 50 年代，一般采用自動流水線制造設備，這可稱為剛性自動化（Fixed Automation）方式。自動流水線設備的價格通常相當昂貴，如果要改變產品的品種，自動流水線需要作較大的改動，在投資和時間方面的耗費很大，柔性制造系統的出現改變了這一狀況。由于柔性技術具有較高的生產率和對產品及市場的應變能力，使其在制造領域得到了廣泛的應用，尤其在英國、美國、日本、德國等工業(yè)化國家，柔性焊裝夾具在國外已成為車身生產線的主要方式，結構上多采用貫通式焊裝生產。貫通式焊裝生產是指工件的定位夾具系統與工位間輸送系統呈分離狀態(tài)， 其功能是將工件移送至下一工位。 目前對柔性夾具的設計主要是對于傳統夾具的創(chuàng)新研究，這類夾具有兩種：1.傳統的槽系組合夾具。傳統的槽系組合夾具的突出特點是組裝靈活多變，使用可靠，盡管它有好的柔性， 但是配套元件多而且元件加工精度極高， 尤其是夾具裝配和調整時間長，初置費用高，生產廠家很少采用，逐漸被冷落。2.孔系組合夾具。這是最新發(fā)展的柔性夾具，它與傳統的槽系組合夾具原理相同只是元件結構和組裝方式不同。該系列元件因其結構簡單，以孔定位，螺栓連接，定位精度高，剛性好，是現代柔性夾具的主流。使用孔系組合夾具可以大幅節(jié)省夾具的設計制造工時，縮短生產準備周期，節(jié)約鋼材，經濟效益十分顯著。裝焊夾具的柔性設計是夾具設計方面需要解決的關鍵問題，對于現有焊接夾具創(chuàng)新研究的同時，也要在夾具原理和結構方面進行創(chuàng)新研究，尋求原理、結構方面的突破。為此本設計將采用孔系組合夾具來提高焊裝夾具的柔性化（4）。 1.3 課題研究的主要內容 1. 基于產品數模設計焊接組件的加工方案，并對其工裝的設計過程，方法及工作遠離進行分析，確定定位加緊裝置和轉動機構的最終設計方案 2. 通過分析擬定必要的保證要求的設計內容：設計三個工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨立，也可以有序預約，使操作者操作便捷，維護方便 3. 通過分析設計符合實際的焊接夾具 4. 通過分析，對定位加緊裝置和轉動機構進行了結構的設計 5. 完成二維和三維裝配圖 6. 要有對相關項目進行理論分析和設計計算 7. 圖紙和說明書要符合規(guī)范，標準化，清晰 第二章 車門焊接夾具及焊接技術的研究 一個車門的制造過程為：沖壓，凸焊，點焊，弧焊，包邊等，而點焊又是其 中的重中之重。為了達到以上強度，剛度及精度方面的要求，在點焊過程中使用 一副可靠的焊接夾具是極其重要的。 在焊接生產過程中， 焊接所需要的工時較少， 而約占全部加工工時 2/3 以上的時間都是用于備料、 裝配及其他輔助工作。 因此， 必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。 焊接工裝夾具的主要作用如下： （1）準確、可靠的定位和夾緊，減小制品的尺寸偏差，提高零件精度和可 換性。 （2）有效地防止焊接變形。 （3）使工件出于最佳施焊部位，焊縫的成型性良好，工藝缺陷明顯降低， 焊接速度得以提高。 （4）擴大先進的工藝方法的使用范圍，促進焊接結構的生產機械化和自動 化的綜合發(fā)展。 如下圖: 。 車門焊接工作臺 圖2-1 2.1 焊接夾具的概述 裝焊夾具概述 把沖壓件在一定工藝裝配中定形、定位并夾緊，組合成前圍組件、合件、分總成及總成，同時利用焊接的方法使其形成整體的過程稱為裝焊過程。裝焊夾具沒有統一規(guī)格和標準化，均屬于非標準設計和制造的工藝設備，是根據具體各車型的結構特點、生產條件和實際需要來 焊接夾具 圖2-2 2.1.1 焊接夾具的特點 1.車門裝配焊接夾具的定位方式、定位元件形狀復雜。車門裝配焊接夾具由于車門零件大多是三維空間曲面的沖壓件，他們不僅形狀復雜，而且剛性差，易變形。在夾具中定位時往往要合理的取前圍某特定的曲面、孔作定位面、定位孔，定位孔的首選應是產品圖的基準孔， 2.汽車車門外形復雜，大多是三維空間曲面尺寸較大裝焊夾具的定位往往采用過定位的設計以保證在裝焊部件時的正確性，盡量減少車身焊接時產生的焊接變形； 3.一般情況下，汽車車身裝配焊接夾具中的夾緊裝置通常采用手動與氣動裝置，大部分采用氣動夾緊裝置。夾緊裝置的位置與結構設計需合理、精確、牢靠；動作的程序設計需準確、簡捷。 4.汽車車門裝配焊接夾具設計時要充分分析車身零部件，考慮定位、定位裝置、夾緊裝置、輸送裝置及焊槍、焊鉗之間的干擾問題。設計人員必須充分考慮沖壓件裝配焊接前后取出等一系列的干涉問題，如定位裝置、夾緊裝置之間的干涉；焊槍、焊鉗與定位裝置、夾緊裝置之間的干涉[5]。 2.1.2焊接夾具要求 在汽車車身焊接過程中定位夾緊 保證車身零件之間正確的裝配關系 同時保證車身焊接質量及焊接過程順利 車門焊接夾具的優(yōu)劣在決定著車門質量。為此，此次裝焊夾具的設計必須達 到以下要求： （1）保證焊件焊后幾何形狀和尺寸精度符合圖紙和技術要求； （2）使用時安全可靠，凡是受力的各種器件，都應有足夠的強度和剛度； （3）便于施工和操作，定位、夾緊和松開應省力而迅速，夾具應使裝配和 焊接過程簡化，操作順序合理； （4）容易制造和便于維修；零部件應盡量標準化、通用化，易于加工制作； 易磨損件要便于更換； （5）降低夾具制造成本，盡量使用標準件。 此次所焊接的車門為 哈飛 左前門部件， 設計了其中點焊的第一道工 序的夾具，選用的焊接設備為懸掛式電焊機，選用的焊鉗為 X 型焊鉗。 本次設計所全程使用 CAD 技術，3D 圖利用 CATIA 軟件繪制，2D 圖利用 AutoCAD 軟件繪制。設計的過程中參考了一些點焊工藝方面的書籍，也參考了 諸多焊接工裝方面的書籍，采用了一些知名企業(yè)的焊接工裝標準，借鑒了現有的 車門裝焊夾具。以上種種都讓我收益頗多[6] 2.2焊接夾具設計方案的確定 1. 夾具高度。 考慮到本地人的平均身高，將夾具的夾緊時的高度定為 1000mm，為方 便取件并考慮到夾緊機構力臂受力足夠，夾具打開的最高的高度為 1xxxmm。 2. 擺放方案。 車的前后方向為 x 方向，車的寬度方向為 y 方向，垂直于地面的方向為 z 方向。垂直零線在前壁板前方距離車體 2000mm 處的平面上，水平零線位于輪 胎下方距離車架頂部 500mm 處，車體中心線為 y=0 的平面，左邊為負，右邊為 正。 考慮到車門整體呈扁平狀，并且為方便焊接操作，將零件的擺放方式定 為車門按車身坐標來擺放， ZX 方向與地面平行， 向為 BASE 板的法線方向。 即 y 3. BASE 方案 BASE 是夾具的基本件，它要把夾具的各種元件、機構裝置連接成一個 工件外形 整體。 夾具 BASE 的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、 輪廓尺寸及加工條件等。設計夾具 BASE 時應滿足以下要求： （1） 足夠的強度和剛度； （2） 結構簡單、輕便。在保證強度和剛度的前提下結構盡可能簡單緊 湊。 （3） 安裝穩(wěn)定可靠。 （4） 結構的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗。 （5） 尺寸穩(wěn)定且具備一定精度。 （6） 清理方便。 由于夾具底板要承受相當重的重量，綜合考慮結構合理性、工藝性、經 濟性，標準化等，為保證夾具的剛度和強度，夾具的 BASE 板采用厚度為 20mm 的 Q235 板材或者 Q255 板材，板材下面用槽鋼支撐，槽鋼選用熱軋普通槽鋼， 代號為 GB/T707 14b。槽鋼在兩個垂直方向呈網狀搭接，槽鋼與 BASE 板通過焊 接連接，焊后經過退火處理以消除焊接應力。BASE 板的平面度 0.10。在槽鋼靠 近地面的底部焊接 5 個支腳底座。。 BASE 支撐采用支腳支撐，支腳通過螺栓與 BASE 板上的支腳底座進 行連接。BASE 外形需將板件包含在內，BASE 板外形與車門整體外形相一致。。 （孔，面定位） 4. 定位方案 定位的作用是要使工件在家具中具有準確和確定不變的位置，在保證 加工要求的情況下，限制足夠的自由度。 (1) 工件的定位原理 自由物體在空間直角坐標系中有 6 個自由度，即沿 OX，OY，OZ 三個 軸向的平動自由度和三個繞軸的轉動自由度。 要使工件在夾具中有確定不變的位 置，則必須限制六個自由度。工件的六個自由度均被限制的定位叫完全定位；工 件被限制的自由度少于六個，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊 接生產中，為了調整和控制不可避免產生的焊接應力和變形，有些自由度是不必 要限制的，故可以采用不完全定位的方法。在焊接夾具設計中，按加工要求應限 制的自由度而沒有限制的欠定位是不允許的； 而選用兩個或更多的支撐點限制一 個自由度的方法稱為過定位，過定位容易位置變動，夾緊時造成工件或定位元件 的變形，影響工件的定位精度。但是在大的鈑金件中，為了保證焊接不變形和保 護工件不受外力壓垮，常常需要多設置若干定位加緊。 以下說明鈑金件的典型定位方式。 一個鈑金件由一個主定位孔和一個副定位孔及三個定位面進行定位。定位 原理如下圖所示。H 為主定位孔，呈圓形（circular hole） 為副定位孔，為了 ；h 防止與主定位孔配合時出現過定位，其形狀呈腰形（regular slot） 為定位面。 ，S H 中插入主定位銷（principle locator）以限制 x，y 向平動自由度，在 h 中插入銷 配合 H 中的銷可以限制繞 z 軸的轉動自由度，3 個 S 面相當于三個點，限制板件 Z 向的移動及繞 x 軸和 y 軸的轉動，所以綜上 S 面限制板件三個自由度，H 限制 板件兩個自由度，h 限制一個自由度。由此，板件得以完好定位。如圖2.2-1 車門數模 圖 2.2-1 5.夾緊方案 夾緊機構的三要素是夾緊力的方向、夾緊力作用點、夾緊力大小。對夾緊 機構的基本要求如下： （1）夾緊作用準確，出于夾緊狀態(tài)時應能保持自鎖，保證夾緊定位的安全 可靠。 （2）夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不應損害零件的表面質量。 （3）夾緊件應具備一定的剛性和強度，僅僅作用力是可調節(jié)的。 （4）結構力求簡單便于制造和維修。 一般的，夾緊與支撐成對存在，即假如一個零件的一邊為支撐面，該零件 的另一面有一個配對的夾持面。本夾具采用的夾緊方式出于夾緊狀態(tài)時， NC 塊 1 的下表面通過螺栓緊固在連接板上，上表面作為 S 面的支撐面， NC 塊 2 用螺栓緊固在壓爪上，下表面作為 S 面的夾緊面。壓爪通過鉸鏈 1 與氣 缸的耳環(huán)相連，通過鉸鏈 2 與連接板相連。氣缸通過鉸鏈 3 與連接板相連。如圖:2.2-2 焊接夾具 圖2.2-2 當夾緊松開時，壓爪及 NC 塊 2 通過氣缸的力作用，繞著鉸鏈 2 的中心沿 著弧線旋轉。當夾緊時，壓爪及 NC 塊 2 通過氣缸的力作用，繞著鉸鏈 2 的中心 沿著圖示弧線向下旋轉，當氣缸出力過大使 NC 塊 2 行程過大而壓壞工件時，限 位塊起著限位作用。 此處的氣缸選用 SMC 公司的 CK1B 系列耳環(huán)式氣缸。 對于鈑金件，要使焊接時能夠可靠壓緊，對于厚度>1.8mm 的鋼板，壓緊 力 F>50kg；對于厚度<1.8mm 的鋼板，壓緊力 F>30kg。根據杠桿原理計算可得 出壓爪不一超過 xxxmm。 這種夾緊方式能夠滿足以上四種基本要求。 （典型的夾緊機構 氣缸選用 SMC 產品 CK1A 耳環(huán)式氣缸[7]。 6 .POST 數量及位置確定 連接板用螺栓固定在 L 支座上，L 支座用螺栓固定在 BASE 板上。一個 L 支座就叫做一個 POST。POST 的數量及位置取決于定位銷位置數量及 S 面的 以保證工件平衡穩(wěn)定， 所以 POST 位置數量。 一般的每隔 400mm 需設置一個 S 面， 的數量也大致為每 400mm。但是 POST 的布置不能影響焊前放件，焊接操作和 焊后取件。 以下為本夾具的 POST 方案。根據以上各零件的定位信息，確定了 POST 的數量及位置。POST1 上固定兩個定位銷，POST2、POST3、POST5、POST6、 POST10 上均固定一對支撐夾緊。POST4 上固定兩對支撐夾緊塊和兩個定位銷。 POST7、POST8 上的 NC 塊為異形 NC 塊。POST9 上固定兩對支撐夾緊塊。 POST2 、POST3、POST4、POST5、POST6、POST7、POST8、POST9、POST10 上均帶有一個 CK1 型的標準夾緊氣缸。POST11 上附有一個 x 方向活動定位銷， 此 POST 上有一個 CQ2 系列的薄型氣缸和一個 MGP 系列的帶導桿薄型氣缸。 為方便氣路分別控制不同的動作，將 POST1、2、3、4、5、6、9、10 中的 POST11 中的 MGP 帶導桿氣缸為組 B 組， POST11 中 CQ2 夾緊氣缸確定為 A 組。 系列的薄型氣缸為 C 組。POST7 和 POST8 中的夾緊氣缸為 D 組。如圖圖2.2-3 車門POST 圖2.2-3 本設計是汽車前門左邊框焊接總成的自動焊接裝置設計 所以只需要POST1 POST2 POST3 POST4 POST5 POST8 POST9 7. 緊固方案 本夾具典型的緊固方案如下圖所示。所有的緊固方式必須采用兩個銷釘和 若干螺栓緊固的方式。有兩個銷釘孔，兩個零件的銷釘孔中插入銷釘實現定位， 定位后再用螺栓緊固。在兩個被緊固的零件之間必須加一墊片，以保證后期的可 調節(jié)能力，墊片的厚度為 5mm。緊固件要求為高強度內六角螺絲，性能等級為 8.8 級。L 支座的與 BASE 板之間的緊固采用 M12X25 的內六角螺絲；連接板與 L 支座之間的緊固采用 M10X35 的內六角螺栓（GB？） ；NC 塊與壓爪和連接板 之間的緊固采用 M8X40 的內六角螺絲。銷釘必須是是新的帶有螺紋的孔，以便 在需要時取出。如圖2.2-4: 定位銷 圖2.2-4 2.3本章小結 通過對車門焊接夾具的了解,掌握夾具的作用,掌握焊接夾具的特點和要求,確定基本定位方案. 第三章 汽車車門的三維夾具設計 本文將闡述利用CATIA三維軟件進行裝焊夾具的設計 3.1主要結構及零件的設計說明 3.1 .1 BASE 部分 1）BASE 板 BASE 板的形狀大致與車門形狀相似， BASE 板的大小要超過零件大小， 這樣在工作的時候可以防止車門零件被磕碰。BASE 板采用材質為 Q235-A。 BASE 板上鉆有三個基準孔。在制造時選用如圖示的右下角的基準孔為基準。用 于安裝 L 制作的銷孔與基準孔的公差為±0.05，同個 L 座下的銷孔公差為± 0.02。BASE 板兩個表面的粗糙度為 3.2。BASE 板朝上的方向的平面度為 BASE 板與槽鋼支架焊接成型。 如圖 :3.1 2）槽鋼支架 槽鋼選用熱軋普通槽鋼，代號為 GB/T707 14b。槽鋼在兩個垂直方向呈網狀 搭接，槽鋼與 BASE 板通過焊接連接，焊后經過退火處理以消除焊接應力。 3）支撐 支撐底座焊接在槽鋼支架上。下方的支撐有不同直徑的圓鋼和螺母焊接而 成。 BASE板 圖 3.1 3.1.2 POST 部分 POST1 上只設有兩個定位銷，定位銷固定在銷座上，固定方式為擋銷限 位。銷座通過螺栓和墊片與適配塊連接。適配塊通過螺栓和墊片與連接板連接。 由于連個墊片垂直，所以定位銷具有雙向調節(jié)的能力。 （1）定位銷 A 一般的，定位銷定位處的直徑 D=孔的最大實體尺寸-0.2mm，定位銷的公 差為 0/-0.10。 定位銷采用的材料為 20Cr， 要求滲碳處理， 滲碳深度為 0.8~1.2mm； 淬火處理至 HRC58~62，銷子的銳邊需倒鈍，定位銷做表面氧化處理。 定位銷 A 作為皮帶內側加強件的主定位銷和窗框加強件的副定位銷。由于 窗框加強件副定位孔的直徑為 8.1mm，皮帶內側加強件主定位孔的半徑為 10.1mm，最底層的車門內板上的孔為一過孔直徑為 12mm，三個孔的中心在同 一直線上，該直線與 y 軸平行。由下至上，三層板的厚度分別為 0.7mm，1.2mm， 1mm，且該處窗框加強件與皮帶內側加強版之間的距離為 0.78mm。故定位銷 A 可設計為臺階銷，臺階的下級作為皮帶內側加強件的主定位銷，臺階的上級作為 窗框加強件的副定位銷。其定位方式如圖 xx 所示。 （2）定位銷 B，定位銷 B 作為作為車門內板的主定位銷。其直徑為孔直徑最 大實體尺寸-0.2mm，公差為 0/-0.1mm。。 （3）銷座 銷座用于固定定位銷，由于定位銷下部有一錐度，當一個銷釘卡住定位銷 的錐面時，將定位銷限位。銷座上有銷釘孔和螺紋孔，可以固定在適配塊上。 （4）墊片 墊片為本夾具的通用規(guī)格。墊片起調節(jié)作用，其基本形式為 3 個相同大小 的孔，孔的直徑為 9.5mm，比螺紋孔和銷釘孔直徑大。墊片厚度為 5mm。墊片 材料為 Q235-A，表面磨光氧化處理。 （5）適配塊 適配塊用于固定銷座。并且在兩個方向上設有銷釘孔和螺紋孔，這樣可以在 兩個方向燒傷安裝墊片，以實現單獨的雙向調節(jié)能力。適配塊的材料為 Q235-A （6）連接板 連接板用于固定適配塊。連接板固定在 L 支座上。連接板上設有一組用于與 L 支座裝配的螺紋孔與銷釘孔，其基本形式為兩個銷釘孔用于定位，四個螺紋孔 用于緊固。兩個銷釘孔之間的公差為±0.02。連接板采用的材料為 Q235-A，表 面磨光氧化處理。 （7）L 支座 L 支座鑄造而成，其材料為 ZG20-35。鑄造制作要承受較大的力，所以采用加 強肋的形式。鑄造后需機加，用于連接的表面粗糙度為 1.6。相對表面的垂直度 要求為 0.03。其總高度有 425、405mm、330、300mm、250mm、205mm 六種規(guī)格， 不同規(guī)格的 L 支座僅有數值方向上的高度尺寸及加強筋的高度尺寸不同， 其余均 為相同尺寸。高度為 330mm 的 L 支座的外形尺寸及技術要求見附圖 xx。 POST2 POST2 擁有一對支撐壓緊。POST2 的墊片采用同 POST1 的標準規(guī)格。L 支座基 本形式與 POST1 中的 L 支座一樣，其總體高度為 250mm。 NC 塊 1。 NC 塊基本形狀為 L 型，NC 塊應盡量避免異形。NC 塊的材料為 Q235-A。NC 塊 1 的作用是夾緊片件，故要求夾緊面的形狀精度較高，夾緊面與 NC 塊的主體面 存在一定角度。具體的外形尺寸及技術要求見附圖 xx。 NC 塊 2 NC 塊 2 作為起支撐作用，故其支撐面的形狀精度也較高，支撐面與 NC 塊的 主體面存在一定角度。具體的外形尺寸及技術要求見附圖 xx。 限位塊公，限位塊母 限位塊起限位作用，限位塊公用螺栓緊固在壓爪上，限位塊母用螺栓緊固在 連接板上。當壓爪向下壓時，限位塊公作用在限位塊母上，從而防止氣缸行程過 大而壓壞零件。限位塊的外形尺寸及技術要求見附圖 xx。 壓爪臂。 壓爪臂由一個臂塊和側邊兩個小件組成。 臂塊末端用于連接氣缸末端的耳環(huán)， 組成鉸鏈。側邊兩小件與連接塊連接組成另外一個鉸鏈。側邊見與臂塊采用焊接 的方式連接在一起。焊縫高度為 5，焊后應打磨使焊縫光滑，焊后需失效消除應 力。連接板的外形尺寸及技術要求。 連接板 連接板的外形尺寸及技術要求見附圖 xx。 POST3 POST3 設有一對支撐壓緊機構。其 L 支座選用 205mm 的規(guī)格。連接板的外形 尺寸及技術要求見附圖 xx。 POST4 考慮到兩個 S 面較近，在 POST4 上布置兩對支撐壓緊，NC 塊為異形，壓爪臂 為異形。POST4 上有兩個定位銷，連接板為異形。墊片、適配塊與之前所用的型 號一致。 定位銷 定位銷 C 同定位銷 A 一樣，由于該銷所處的環(huán)境與定位銷 A 完全一樣的，設 計為臺階銷形式， 其零件圖見定位銷 A 的零件圖。 定位銷 D 作為內板的副定位銷， 由于腰形孔的直徑為 20mm，故其形狀與定位銷 B 一樣，其零件圖件定位銷 B 的 零件圖。 L 塊。 L 塊用于固定 NC 塊，這樣使 NC 塊具有了 Z 軸方向的調節(jié)能力。L 塊緊固在連 接板上，其緊固原理仍為兩個定位銷定位和一顆螺母緊固。 NC 塊 共有 4 個 NC 塊。NC 塊 1,3 用于支撐，NC 塊 2,4 用于夾緊。其中 NC 塊 3 為異形 NC 塊。四個 NC 塊的外形尺寸及技術要求。 連接板 連接板為異形連接板。由兩片型板焊接之后進行機加。其外形尺寸及技術要 求。 壓爪臂 壓爪臂為異形。由兩片型板焊接之后進行機加。其外形尺寸及技術要求見。 POST5 POST5 上設有一對支撐夾緊。 限位塊、 墊片為通用規(guī)格。 支座高度為 425mm。 L 連接板規(guī)格與 POST3 一致。 NC 塊、壓爪臂的外形尺寸及技術要求見。 POST8 上有兩對支撐壓緊。由于此處有兩對支撐夾緊，且空間位置相對狹 窄，所以可以將支撐塊可以設計為兩個支撐面的形式。這種異形的支撐塊為平板 線切割到所需形狀后焊接而成。夾緊塊也有一個為異形。在上臂設有兩個壓緊 NC 塊。連接板與 POST7 一致。L 支座高度為 405mm。墊片、限位塊為通用規(guī) 格。NC 塊及壓爪臂的形狀尺寸及技術要求見。 POST9 上有兩對支撐夾緊。L 支座的高度為 330mm。由于此處壓爪臂叫長， 因此制造時需保證零件的額強度、剛度。淬火處理之 HRC60。NC 塊、壓爪臂及 連接板的外形尺寸及技術要求 3.2 焊接夾具典型結構設計 焊裝夾具常見的結構包括定位元件和夾緊元件.夾具常用定位方式有孔,型面定位兩種,夾緊機構有手動,氣動兩種夾緊方式,氣動夾緊具有手動所沒有的許多優(yōu)點所以在這里我們將采用氣動夾緊方式. 圖3-2展示的焊接夾具的典型結構由如下幾部分組成:支承座是整個夾具的基礎,起支撐,定位作用,上下限位塊限位作用,?防止夾具在夾緊時由于操作失誤將工件打壞,壓緊塊和支撐塊同時使用,起型面定位作用,定位銷主要用來進行孔定位,過渡板是支承座和其他部分的過渡,一般所有的定位元件和夾緊元件都安裝在過渡板上,調整墊一般厚度在3-5MM之間,用來精密調整在該方向上的距離,過渡快在這里用來連接定位銷,加上調整墊的作用,保證定位銷至少在2個定位方向上可以精密調整距離.壓緊臂與上限位塊和壓緊塊連接,在汽缸的帶動下,往復運動.圖3-2不但直觀的展現了夾具各組成元件的結構,而且清晰的表明了各元件之間的連接方式和相對位置.由于實際工件的曲面造型復雜,因此這里的典型結構不是實際設計的夾具,而是對夾具各組成元件的結構和連接方式的說明.夾具的設計應該結合實際工件的特點,元件的結構和連接方式的設計應該以圖3-2士的典型結構為參照 夾緊裝置1 圖 :3.2 夾緊裝置2 圖 :3.3 3.3本章小結 利用CATIA三維軟件進行裝焊夾具的設計,對主要夾具各零件的作用詳細闡述。對典型夾具設進行計 第四章 工作站的生產能力分析 根據以上工藝分析及工藝流程安排，機器人MAG 焊接工作站采用1個工位，完成3個工序焊接。 4.1 生產節(jié)拍： 計算依據如下: 焊縫總長以資料求得。 機器人焊接時焊接速度300mm/min，機器人起.收弧時間為1.5秒，跳轉時間 為2秒。 設備運轉率85%。設備運轉率考慮了系統維護、維修、更換氣體、焊絲、更換鎢極等因素。 每年工作251天,設備利用率按85％計算。 人工裝卸件時間37s/件。氣缸翻轉時間5S,工位的位置變換時間15s/次（含機器人空跑換位）。變位時間：60°/3秒。 生產能力計算如下： 4.1.1 1#夾具 工序P11 工序P12 工序P13 焊縫總長 60 mm 焊縫段數 4 總焊接時間7.5s～12s 總跳轉時間（含起.收?。?20s 變位時間 5s 工位變換時間 10s 裝卸件時間：35s 生產節(jié)拍 77.5～89.5s 4.1.2 2#夾具 工序P21 工序P22 工序P23 焊縫總長 75 mm 焊縫段數 6 總焊接時間9.4s～15s 總跳轉時間（含起.收?。?30s 變位時間 10s 工位換位時間 10s 裝卸件時間：40s 生產節(jié)拍 99.4～105.4s 4.1.3 3#夾具： 工序P31 工序P32 工序P33 焊縫總長 132 mm 焊縫段數 8 總焊接時間 16.5～26.4s 總跳轉時間（含起.收?。?40s 變位時間 15s 工位換位時間 10s 裝卸件時間：40s 生產節(jié)拍 131.4s～121.5s 4.2 對車門三維夾緊設計的重要零部件進行分析和強度校核 首先我們根據前面的材料的強度極限來確定內板所能承受的最大載荷,已知材料為08AL的鋼板由實用鋼鐵材料手冊查的它的強度=217-440Mpa.根據強度計算公式[9]公式4-1: FN=[]A （4-1） 在這里我們選用JQGB系列活塞式汽缸,通過08AL的強度極限來確定汽缸的缸徑,因為零件的夾緊力的目的是為了保證工件定位精度,所以在保證工件夾緊的狀態(tài)下就可以進行焊接,通過向導師和工程師的了解該受力采用200N的力就能夾緊,所以下面根據夾緊機構的原動力計算公式求得夾緊機構的原動力: 式中: ----除鉸鏈外機構的效率取0.85-0.95 Fj ----工件所需的夾緊力(N) L2----為伸出壓桿長(M) L1----活動桿長(M) 圖 4.1 我們根據所求的夾緊機構原動力來確定汽缸的缸徑D公式: 汽缸拉力F2: 式中: ----汽缸的機械效率,可以忽略不計 P----大氣壓力Pa 一般工廠供壓為5個標準大氣壓 1個標準大氣壓=1.003360.098mpa=0.1mpa D----汽缸內徑(M) d-----汽缸桿的直徑(M) 圖 4.2 圖 4.3 其中C1表示壓緊狀態(tài)時活塞桿頂點的位置,C2表示打開狀態(tài)時活塞桿頂點的位置,A代表銷軸,是壓緊臂的旋轉中心點,B代表汽缸的安裝支點,是汽缸運動時的旋轉中心點.活塞桿帶動壓緊臂繞A點轉動,同時汽缸繞B點擺動,因此該機構運動簡圖為---擺動導桿機構,AC2B表示汽缸打開時的狀態(tài),其中BC2的長度由汽缸的外形尺寸決定,為一固定值, .AC1B表示汽缸壓緊時的狀態(tài),由于壓緊臂繞A點做轉動,因此AC1=AC2,其實際大小由壓緊臂的設計尺寸決定,BC1的值由汽缸的伸出形成決定,假設汽缸伸出行程為60,則,此時的值越大. 考慮到由于還要克服一定的機械摩擦阻力,由機械設計手冊查的該汽缸尺寸為5080mm 下面我們對該夾緊裝置的壓緊臂進行強度的校核: 該結構鋼為Q235 材料: 夾緊裝置的壓緊臂 圖 4.4 該圖可以簡化為外伸梁,它的彎曲強度條件是梁內截面上最大彎曲應力是否超過材料的許用應力[] 式中 M----梁危險截面處的彎矩 WZ---危險截面的抗彎截面系數 ---材料的許用應力 與Q235的強度相比所以滿足其強度條件 我們對驅動四個夾緊臂的汽缸進行選擇,根據經驗知道每個夾緊點200N的力就能滿足工件的定位夾緊,那么通過夾緊臂輸出力就應該為800N,那么根據力夾緊機構的原動力計算公式求得夾緊機構的原動力: 式中: ---除鉸鏈外機構的效率取0.85—0.95 FJ----工件所需的夾緊力(N) L2----為伸出壓桿長(M) L1----活動桿長(M) 我們根據所求的夾緊機構原動力來確定汽缸的缸徑D: 通過機械設計手冊查的汽缸的內徑趨于100mm,所以確定汽缸尺寸為100mm 汽缸拉力F2 式中: ----汽缸的機械效率,可以忽略不計 P----大氣壓強pa, 一般工廠供壓為5個標準大氣壓 D----汽缸內徑(M) d-----汽缸桿的直徑(M) 由三維模型的建立和仿真測量求得該汽缸的伸出行程為70mm的情況下不干涉工件的裝卸,那么由機械設計手冊我們查的汽缸100*100mm 其余零部件經過與前一夾緊機構同樣的校核證明,強度都滿足設計的要求 我們通過CATIA三維軟件對這部分進行在整體的質量屬性分析及對整體進行檢查全局干涉,結果顯示各零件的體積和表面面積主慣性力矩等方面參數,能力制造和制定工藝制定做出很好的參照參數. 結論;通過對這部分進行計算機三維的運動仿真對這部分夾緊機構全局干涉檢查,結果表明與傳統二維設計相比,利用PRO/E軟件所提供的虛擬裝配功能,不通過實際生產調試就可在設計過程中檢測出零件存在的問題.如 當連接板和支座的兩對銷控間存在很小偏差時,用PRO/E裝配會自動提示約束錯誤信息.特別是PRO/E可通過改變汽缸的裝配約束狀態(tài)模擬旋轉臂的打開過程,從而快捷的檢測出是否存在干涉,上下料是否順暢等問題,克服了傳統二維設計產品報廢率高,生產周期較長等缺點. 4.3工藝要求 機械設計的目的是為了能夠更快更好的制造出機械產品，工藝要求就是機械制造的中非常重 要的組成部分。本節(jié)將在上節(jié)的基礎上，系統的分析本研究中的工藝要求。 材料方面：支撐座的材料一般為鑄鐵；銷的材料為 40Cr，壓緊塊和支撐塊等定位零件用 45 號鋼； 其他元件一般是用 Q235－A；調整墊厚度為 3mm，其他元件厚度一般為 16mm 或 20mm，優(yōu)先 使用 16mm。元件制作工藝方面：壓緊塊與支撐塊中定位面的表面粗糙度為 1.6，銷孔的表面粗糙 度為 1.6，其他平面的表面粗糙度一般為 3.2，非加工面的表面粗糙度為 6.3；元件的定位面要經 過調質 HRC30-35、銳邊倒鈍和表面氧化處理；一般元件只需經過銳邊倒鈍和表面氧化處理；螺 紋孔與螺紋孔，螺紋孔與銷孔之間的中心距尺寸公差為±0.2mm，銷孔與基準面之間的尺寸公差 為±0.05mm，銷孔與銷孔之間的中心距尺寸公差為±0.02mm，銷孔的尺寸公差為 H7。焊接工藝 要求：焊縫高度為 5mm,焊縫總長度不小于焊接總長度的一半；焊縫平整光滑，不允許有夾渣、 氣孔等焊接缺陷,焊后必須經過實效處理。 4.4 本章小結 詳細計算出三個焊接工作臺的每一個生產節(jié)拍, 對車門三維夾緊設計的重要零部件進行分析和強度校核 結 論 本設計首先分析了汽車駕駛室的特點，指出了焊裝夾具在汽車整車生產中的重要地位，然后 對其裝焊夾具進行了設計和研究，指出了裝焊夾具的特點為：設計復雜、過定位的設計結構、采 用氣動夾緊裝置、應克服元件間的干涉干擾問題、專用性強。因此，裝焊夾具的設計必須具有正 確的工藝保證和合理的設計程序。裝焊夾具設計的最終目的是為了焊接，所以，本文對焊接技術 進行了研究，重點對點焊在白車身焊接領域應用范圍最廣泛的焊接技術進行了研究分析。 本設計的主要設計路線為通過 Pro/E 三位軟件直接對焊接夾具進行建模，在建模的過程中對不符 合的要求的零部件及時的進行更改。并進行運動仿真和整體的干涉校核。 基于 Pro/E 的三維模擬設計以其生產成本低、設計周期短、產品報廢率低等經濟優(yōu)勢逐步取代了 傳統的二維平面設計, 成為焊裝夾具設計的潮流。 Pro/E 軟件提供了二維軟件無法實現的產品質量 分析、機構運動仿真分析、產品受力與受熱分析等功能, 為焊裝夾具設計向虛擬化設計、無圖紙 化管理發(fā)展提供了條件。 工裝設計的質量對生產效率、加工成本、產品質量以及生產安全等有直接影 響，為此，設計焊接工裝時必須考慮實用性、經濟性、可靠性和藝術性等。 在夾具設計和制造過程中，普遍存在尺寸鏈為題。在把零件組裝成裝配體的 過程中， 也就是將零件上有關尺寸進行組合和積累。 由于零件尺寸存在制造誤差， 因此裝配時也就會有誤差的綜合和積累。 積累后形成的總誤差將會影響機器的工 作性能和質量。這就形成了零件的尺寸誤差和綜合誤差之間的相互影響關系。因 此合理地確定零件的尺寸和形位公差顯得尤為重要。 參考文獻 [1] 韓根云. 汽車車身焊接夾具的設計.鄭州日產汽車有限公司工藝處. 《新技術新工藝》 ·熱加 工技術 2001.8.33-34 [2] 張俊華，李春植，鄧早春. 汽車車身焊裝生產線和焊裝夾具簡介.煙臺大學機電汽車工程學院 煙臺富士沃森技術有限公司 現代制造技術與裝備 2007.1.176 .51-53 [3] 游海 . 汽車車身夾具的設計要點、調試及發(fā)展 .洛陽：一拖（洛陽）福萊格車身有限公司. 機 械工程師,2007.7.68-69 [4] 徐禮鋒 .淺議汽車焊接夾具的結構設計. 安徽工業(yè)職業(yè)技術學院.職業(yè)圈, 2007.2.132-134 [5] 朱三賤 .汽車焊裝夾具設計淺析 . 昌河科技 ,2007.3 .22-28 [6] 陳煥明. 焊接工裝設計. 北京：航空工業(yè)出版社 ,2006.8 [7] 魯力維 ,何可敬. 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Inssued by Sandia National Laboratories, operated for the United states Department of Energy by Sandia Corporation, FEB 11 1997 致 謝 四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經由您悉心的點撥,再經思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。 26