HF3型車門左邊框焊接總成的自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】
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SY-025-BY-5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
填表日期
年 月 日
迄今已進(jìn)行 周剩余 周
學(xué)生姓名
陳偉東
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-5班
指導(dǎo)教師姓名
林明
職稱
高級(jí)工程師
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
HF3型車門左邊框焊接總成的自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)
指
導(dǎo)
教
師
填
寫
畢業(yè)
設(shè)計(jì)
（論文）工作
進(jìn)度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
存在問題及努力方向
學(xué)生簽字：
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字： 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
陳偉東
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-5
指導(dǎo)教師姓名
林明
職稱
高工
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(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
微型及普及型汽車在我國(guó)有很大市場(chǎng)，從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情,適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況。焊接工裝是汽車生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，汽車白車身焊接方法及技術(shù)手段等也在不斷發(fā)展，確定焊接工藝與生產(chǎn)工裝的方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)汽車焊接工藝裝備進(jìn)一步的更深了解；
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝裝備設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
自動(dòng)焊接裝置適用HF3型車門右邊框自動(dòng)焊接要求：利用HF3型車門右邊框產(chǎn)品數(shù)模，定位元件的多個(gè)自由度都可方便、精確調(diào)整的夾具使其保持在高精度，確保工件高質(zhì)量、能夠大幅提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，使設(shè)備的性價(jià)比達(dá)到最高、符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷、省力，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。
。
工件焊接夾具工裝臺(tái)采用限位轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接過(guò)程中，夾具變位焊接協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置,最佳的焊接姿態(tài)進(jìn)行焊接。
技術(shù)要求：
1、基于產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)焊接組件的加工方案，并對(duì)其工裝的的設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及工作原理進(jìn)行分析,確定定位夾緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案
2、通過(guò)分析擬定必要的保證要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)置三個(gè)工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷、維護(hù)方便。
3、通過(guò)分析設(shè)計(jì)符合實(shí)際的焊接夾具.
4、通過(guò)分析，對(duì)定位夾緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).
5、完成二維和三維裝配圖；
6、要有對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算
7、圖紙和說(shuō)明書要符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化、清晰；
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、相關(guān)的零部件三維視圖；
2、三個(gè)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(shè)計(jì)說(shuō)明書1份(1.5萬(wàn)字以上) ；
5、所有設(shè)計(jì)資料的電子文稿；
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
1、熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書，并了解相關(guān)材料(網(wǎng)上查閱)，準(zhǔn)備資料，填寫開題報(bào)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(yīng)問題)，熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學(xué)：第4~5周（3月24日~4月6日）
3、據(jù)自已所學(xué)知識(shí)及實(shí)習(xí)工廠或其它裝配廠提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容，有改進(jìn)解決問題的方法簡(jiǎn)單方案草圖(說(shuō)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)：第10~11周（5月4日~5月18日）
6、進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算及裝置的主要零部件圖設(shè)計(jì)：第12~14周（5月19日~6月8日）
7、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)及編寫說(shuō)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(shè)計(jì)準(zhǔn)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(jī)器人學(xué)會(huì)編.機(jī)器人技術(shù)手冊(cè).宗光澤等譯.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2009
[2] 胡大志，沈穎剛，申立中.直噴式柴油機(jī)紊流燃燒室的設(shè)計(jì). 昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2008，28（2）：132～135
[3] 陳小復(fù)主編.美國(guó)汽車技術(shù)的研究領(lǐng)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(guó)汽車工業(yè)50年回顧與跨世紀(jì)展望. 武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，21（5）
[6] 邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第四版.北京：高等教育出版社，2007
[7] 吳宗澤，羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版）.北京；高等教育出版社，2006
[8]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8
[9]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社,2002.11
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：林明
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
HF3型車門左邊框焊接總成的自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B07-5
學(xué)生姓名： 陳偉東
指導(dǎo)教師： 林 明
職 稱： 高級(jí)工程師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 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(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
陳偉東
系部
汽車工程
專業(yè)、班級(jí)
B07-5
指導(dǎo)教師姓名
林明
職稱
高級(jí)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(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀，選題的目的、依據(jù)和意義
微型及普及型汽車在我國(guó)有很大的市場(chǎng)，從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情，適合正在發(fā)展的中國(guó)的國(guó)情，焊接工裝是汽車生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，汽車白扯身焊接方法及技術(shù)手段等也在不斷發(fā)展，確定焊接工藝與生產(chǎn)工裝的方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)汽車焊接工藝裝備進(jìn)一步的更深了解。
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝裝備設(shè)計(jì)，制造及應(yīng)用的過(guò)程。
機(jī)器人技術(shù)是融合了電子技術(shù)，機(jī)械技術(shù)等多種新興技術(shù)的一種高新技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人先后經(jīng)歷了從第一代示教再現(xiàn)機(jī)器人，第二代離線編程機(jī)器人，到現(xiàn)在的第三代智能機(jī)器人三個(gè)過(guò)程，焊接作為工業(yè)裁縫，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，同時(shí)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(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化，柔性化與智能化已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，采用機(jī)器人焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動(dòng)化的主要標(biāo)志。
1 焊接機(jī)器人應(yīng)用的重要意義
（1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流，電壓，焊接速度和干伸長(zhǎng)量等對(duì)焊接結(jié)果有著決定作用，采用機(jī)器人焊接時(shí)，每條焊接的焊接參數(shù)都是恒定的，寒風(fēng)質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定，而人工焊接時(shí)。焊接速度，干伸長(zhǎng)量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。
（2）改善了勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接，工人只需要裝卸弓箭，遠(yuǎn)離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，對(duì)于點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)，工人無(wú)需搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
（3）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，機(jī)器人可二十四小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，隨著告訴高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，采用機(jī)器人焊接，效率提高得更為明顯。
（4）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量，機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確
（5）縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資，可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專機(jī)的最大區(qū)別就是可以通過(guò)修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。
二 文獻(xiàn)綜述
1 我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況
我過(guò)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車，摩托車，工程機(jī)械，鐵路機(jī)車等主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早的用戶。早在20世紀(jì)70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所合作研制了直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功應(yīng)用于上海牌轎車底盤焊接。一汽公司是我國(guó)最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984年起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)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(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機(jī)器人車身總焊接。
20世紀(jì)80年代末和20世紀(jì)90年代初，德國(guó)大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車雖然是國(guó)外的二手設(shè)備，但其焊接自動(dòng)化程度和裝備水平讓我們認(rèn)識(shí)到了與國(guó)外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項(xiàng)目中都引進(jìn)了焊接機(jī)器人，可以說(shuō)20世紀(jì)90年代以來(lái)的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備，工藝裝備的引進(jìn)使我國(guó)的汽車制造水平由原來(lái)的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)使國(guó)外焊接機(jī)器人大量進(jìn)入中國(guó)。由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了工程機(jī)械行業(yè)的繁榮，工程機(jī)械行業(yè)也成為較早引入焊接機(jī)器人的行業(yè)之一，近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動(dòng)化焊接技術(shù)，焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。鐵路機(jī)車行業(yè)由于我國(guó)貨運(yùn)，客運(yùn)，程序地鐵等需求量的不斷增加以及列車提速的需求，機(jī)械人的需求一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)2001年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有各類焊接機(jī)器人1040臺(tái)，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%。在汽車行業(yè)中點(diǎn)焊機(jī)器人與弧焊機(jī)器人的比例為3：2，恰行業(yè)大都是以弧焊機(jī)器人為主，主要分布在工程機(jī)械10%，摩托車6%，鐵路車輛4%,鍋爐1%等行業(yè)，焊接機(jī)器人也主要分布在全國(guó)幾大汽車制造廠。
目前在我過(guò)應(yīng)用的機(jī)器人主要分日系，歐系和國(guó)產(chǎn)三類。日系中主要有安川，松下，OTC，F(xiàn)ANUC，不二越，川崎等公司產(chǎn)品，歐系中主要有德國(guó)的KUKA,CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU和奧地利IGM公司，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。
目前在我國(guó)雖然已經(jīng)具有資助知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但確不能批量生產(chǎn)。
2，設(shè)計(jì)內(nèi)容目前是如何實(shí)現(xiàn)的
自動(dòng)焊接裝置適用HF3型車門右邊框自動(dòng)焊接要求：利用HF3型車門右邊框產(chǎn)品數(shù)模，定位元件的多個(gè)自由度都可方便，精確調(diào)整的夾具使其保持在高精度，，確保工件高質(zhì)量，能夠大幅度提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，使設(shè)備的性價(jià)比達(dá)到最高，符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。
工件焊接夾具工裝臺(tái)采用限位轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接過(guò)程中，夾具變位焊接協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將焊接轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，最佳的焊接姿態(tài)進(jìn)行焊接。
本工作站的設(shè)計(jì)以產(chǎn)品的工藝分析和工藝流程的合理安排為基礎(chǔ)，以機(jī)器人的焊接生產(chǎn)能力為條件，已達(dá)到產(chǎn)能為目標(biāo)，力求設(shè)備做到高柔性，使設(shè)備的性價(jià)比達(dá)到最高，設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)以經(jīng)濟(jì)型，安全性，良好的操作性，并把設(shè)備的可靠性作為我們首要追求的目標(biāo)。
3，設(shè)計(jì)內(nèi)容
1，基于產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)焊接組件的加工方案，并對(duì)其工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程，方法及工作遠(yuǎn)離進(jìn)行分析，確定定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案
2，通過(guò)分析擬定必要的保證要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)三個(gè)工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護(hù)方便
3，通過(guò)分析設(shè)計(jì)符合實(shí)際的焊接夾具
4，通過(guò)分析，對(duì)定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5，完成二維和三維裝配圖
6，要有對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算
7，圖紙和說(shuō)明書要符合規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)化，清晰
4，主要部品的相關(guān)資料
1， 本生產(chǎn)線所選用的弧焊機(jī)器人是日本松下最新推出的墓前世界最先進(jìn)的機(jī)型TA1400：包括機(jī)器人本體，機(jī)器人控制柜，示校盒3部分
2， TIG焊接電源
3， 單機(jī)器人三工位工作站內(nèi)的三位置水平翻轉(zhuǎn)工裝臺(tái)用于夾具翻轉(zhuǎn)變換位置，其中用于工件焊接與裝卸夾具翻轉(zhuǎn)位置機(jī)構(gòu)，采用汽缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)范圍：正負(fù)60°，翻轉(zhuǎn)到位后由氣動(dòng)精確定位，保證焊接精度。重復(fù)定位精度為正負(fù)0.2MM。夾具翻轉(zhuǎn)變位采用PLC控制器，由機(jī)器人控制柜統(tǒng)一控制，焊接過(guò)程中，夾具變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將任何一段焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以最佳的焊接自帶進(jìn)行焊接。
4， 變壓器
5， 焊接夾具改造：焊接夾具是生產(chǎn)線中最重要的部分，其設(shè)計(jì)，制造的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，也直接關(guān)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(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司的夾具制作標(biāo)準(zhǔn)，其具體標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)摘如下：各個(gè)工件在不同工序上盡量采用同一定位基準(zhǔn)，各個(gè)工序夾具的基準(zhǔn)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(gè)定位點(diǎn)均設(shè)計(jì)調(diào)整位置精度的機(jī)構(gòu)，調(diào)整時(shí)由基準(zhǔn)，能夠方便掌握調(diào)整量。
工件各三間夾緊點(diǎn)選擇合理，夾具部分采用自動(dòng)（氣動(dòng)）夾緊與手動(dòng)加緊相結(jié)合的方式，在關(guān)鍵部位采用自鎖式的壓緊機(jī)構(gòu)，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(guò)夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊，能夠有效控制工件在焊接過(guò)程中的焊接變形。
夾具設(shè)有拔銷機(jī)構(gòu)或工件頂出機(jī)構(gòu)，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(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的配合下，機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以較好的姿態(tài)（具有一定的調(diào)解空間）到達(dá)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(hù)，有效防止焊接飛濺的粘附
高精度的數(shù)控加工中心可保證夾具的加工精度
5，工作站的特點(diǎn)：
1， 機(jī)器人焊接工作站的配置均為柔性配置，通過(guò)更換夾具即可快速適應(yīng)產(chǎn)品變化的需要
2， 符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度
3， 定位元件的多個(gè)自由度都可方便，精確調(diào)整的夾具使其保持在高精度，確保工件高質(zhì)量
4， 機(jī)器人與電源焊接都為松下產(chǎn)品，設(shè)備間匹配緊密，能夠大幅度提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，使設(shè)備的性價(jià)比達(dá)到最高
5， 機(jī)器人工作站內(nèi)設(shè)置三個(gè)恭維的焊接夾具，各恭維的焊接夾具工作即可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護(hù)方便
6， 工件焊接夾具工裝臺(tái)采用限位轉(zhuǎn)動(dòng)，由電器控制器統(tǒng)一控制，焊接過(guò)程中，夾具變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以最佳的焊接姿態(tài)進(jìn)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(jī)器人系統(tǒng)說(shuō)明備有中文技術(shù)資料，極大方便了操作者學(xué)習(xí)和使用
9， 機(jī)器人工作站四周配置防護(hù)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(tǒng)靈敏可靠，故障少，且操作和維護(hù)方便
11，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)報(bào)警信息可隨時(shí)在控制器上顯示，使系統(tǒng)維護(hù)直觀，操作便捷
6，焊接工藝分析：
根據(jù)提供的數(shù)模，圖紙等相關(guān)資料，通過(guò)詳細(xì)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(zhǎng)度及位置特點(diǎn)，結(jié)合各件的焊接工作量及機(jī)器人的工作效率，工作站由一臺(tái)機(jī)器人+一臺(tái)焊接設(shè)備的3各工位完成焊接任務(wù)。
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(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，該工位由汽缸帶動(dòng)工裝臺(tái)（焊接夾具）轉(zhuǎn)動(dòng)
三 基本內(nèi)容，擬解決的主要問題（技術(shù)路線）
1方案簡(jiǎn)述
該系統(tǒng)由一臺(tái)機(jī)器人本體+1臺(tái)TIG焊接電源+3個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)限位工裝臺(tái)及電控系統(tǒng)等組成，各工作臺(tái)的焊接夾具焊接工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，焊接過(guò)程中，夾具轉(zhuǎn)動(dòng)變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，由電器控制器統(tǒng)一控制，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置。
2主要設(shè)備構(gòu)成：
機(jī)器人本體及控制裝置TA1400 1套 日本松下制造
PLC控制翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變位工裝臺(tái) 3套 新科銳
底座及支架等 1套 新科銳
電氣系統(tǒng) 1套 新科銳
變壓器 1套 唐山松下
為提高機(jī)器人工作效率，便于操作者操作，工作站設(shè)備三工位水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)變位工裝臺(tái)，操作者在其中1個(gè)裝卸工件，機(jī)器人在另外兩個(gè)進(jìn)行焊接。每個(gè)工裝愛安裝一套夾具，工裝臺(tái)30°---30°翻轉(zhuǎn)可變換3個(gè)夾具的位置，可將焊縫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)工裝臺(tái)30°裝卸位置將各工序的各個(gè)散件裝夾在各自的位置上，裝夾完畢，操作者退出并按啟動(dòng)按鈕。
機(jī)器人立即開始在夾具1#工位上進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程中，水平翻轉(zhuǎn)工裝臺(tái)旋轉(zhuǎn)可以按照程序自動(dòng)翻轉(zhuǎn)60°
操作者可以在2# 3#工裝臺(tái)裝夾相應(yīng)的焊接組件，裝夾完畢，可以進(jìn)行預(yù)約啟動(dòng)
當(dāng)機(jī)器人在1#工位焊接結(jié)束，只要2#工位夾具有預(yù)約，機(jī)器人立即自動(dòng)轉(zhuǎn)到2#工位焊接位置，機(jī)器人立即進(jìn)行焊接
當(dāng)機(jī)器人在2#工位焊接結(jié)束，只要3#工位夾具有預(yù)約，機(jī)器人立即自動(dòng)轉(zhuǎn)到3#工位焊接位置，機(jī)器人立即進(jìn)行焊接
此時(shí)，操作者可以在1#工位裝卸工件。裝夾完畢，可以進(jìn)行預(yù)約啟動(dòng)
如此循環(huán)往復(fù)工作。
四、進(jìn)度安排
1，熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書，并了解相關(guān)材料（網(wǎng)上查閱），準(zhǔn)備資料，填寫開題報(bào)告：第1-3周
2，熟悉零部件圖紙（提出有相應(yīng)問題），熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學(xué)：第4-5周
3，據(jù)自己所學(xué)知識(shí)及實(shí)習(xí)工廠或其他裝配廠提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容，有改進(jìn)解決問題的方法簡(jiǎn)單方案草書（說(shuō)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(shè)計(jì)及中期檢查：第8-9周
5，二維裝配圖與三維的設(shè)計(jì)：第10-11周
6，進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算及裝配的主要零部件圖設(shè)計(jì)：第12-14周
7，總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)及編寫說(shuō)明書，后期檢查審核及修改不足：第15-16周
8，畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯及答辯：第17周
五，主要參考資料
（1） 日本機(jī)器人學(xué)會(huì)編，機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)，總光澤等譯，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2009
（2） 哈爾濱凌云汽車零部件有限公司焊接機(jī)器人工作站技術(shù)方案說(shuō)明書
（3） 先進(jìn)焊接設(shè)備與維修，魏繼昆編著，機(jī)械工業(yè)出版社
（4） 邱宣懷主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，第四版，北京：高等教育出版社，2007
（5） 網(wǎng)上資料等
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
大多數(shù)焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專門設(shè)計(jì)的，屬于非標(biāo)準(zhǔn)裝置，往往需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)制造。本 次車門焊接夾具的設(shè)計(jì)亦不例外。焊接工裝設(shè)計(jì)室生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之 一，也是焊接生產(chǎn)工藝的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。
對(duì)于汽車、 摩托車和飛機(jī)等制造業(yè)，可以毫不夸張的說(shuō)，沒有焊接工裝夾具就沒有產(chǎn)品。通過(guò)在工藝設(shè)計(jì)時(shí)提出所需 要的工裝類型、結(jié)構(gòu)草圖和簡(jiǎn)要說(shuō)明，在此基礎(chǔ)上完成詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)及 全部圖樣。工裝設(shè)計(jì)的質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)效率、加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)安全等有直接影響為此，設(shè)計(jì)焊接工裝時(shí)必須考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和藝術(shù)性等。 在夾具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，普遍存在尺寸鏈為題。在把零件組裝成裝配體的過(guò)程中，也就是將零件上有關(guān)尺寸進(jìn)行組合和積累。由于零件尺寸存在制造誤差，因此裝配時(shí)也就會(huì)有誤差的綜合和積累。積累后形成的總誤差將會(huì)影響機(jī)器的工 作性能和質(zhì)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(guān)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(guān)鍵詞：汽車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；轎車車門；夾具設(shè)計(jì)；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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………………1
1.2.1 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展…………………………………………1
1.2.2 柔性技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用………………………………………………2
1.3 課題研究的主要內(nèi)容…………………………………………………………………3
第2章 車門焊接夾具及焊接技術(shù)的研究………………………………………4
2.1 焊接夾具的概述 ……………………… ……………………………………………4
2.1.1 焊接夾具的特點(diǎn)………………………………………………………………5
2.1.2 焊接夾具要求…………………………………………………………………5
2.2 焊接夾具設(shè)計(jì)方案的確定 …………………………………………………………6
2.3本章小結(jié)…………………………………………………………… …………………11
第3章 汽車車門的三維夾具設(shè)計(jì)…………………… ……………………………12
3.1主要結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)說(shuō)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…… ………………………………………………………15
3.3本章小結(jié) ………………………………………………………………………………16
第4章 工作站的生產(chǎn)能力分析 ……………………………………………………17
4.1生產(chǎn)節(jié)拍……………………………………………………………………………….17
4.2 對(duì)車門三維夾緊設(shè)計(jì)的重要零部件進(jìn)行分析和強(qiáng)度校核…………………18
4.3工藝要求……………………………………………………………………………….23
4.4本章小結(jié) ……………… ……………………………………………………………23
總結(jié)…………………………………………………………………………………………….24
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………25
致謝…………………………………………………………………… ………………………28
附錄……………………… ……………………………………………………………………29
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 緒 論
1.1課題的背景及研究意義
汽車是數(shù)量最多、最普及、活動(dòng)范圍最廣泛、運(yùn)輸量最大的現(xiàn)代化工具。沒有哪種機(jī)械產(chǎn)品像汽車那樣對(duì)社會(huì)產(chǎn)生如此廣泛而深遠(yuǎn)的影響。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)張小虞對(duì)中國(guó)入世五年帶給中國(guó)汽車的影響時(shí)表示，國(guó)內(nèi)汽車的產(chǎn)量在入世的 5 年內(nèi)增長(zhǎng)了 3 倍，中國(guó)在全世界汽車產(chǎn)業(yè)的排序從過(guò)去的第 8 位上升到前 3 位。中國(guó)已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)大國(guó)。要想邁入汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)行列，我國(guó)汽車工業(yè)必須努力打造自主品牌、加速技術(shù)創(chuàng)新、提高自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的比重、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新和管理機(jī)制創(chuàng)新，從總體上提高我國(guó)汽車行業(yè)的制造水平和能力，增強(qiáng)汽車行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，加速我國(guó)汽車行業(yè)的國(guó)際化進(jìn)程。（1）
良好的車身結(jié)構(gòu)給駕駛員和乘客提供了安全的架乘空間。在發(fā)生事故時(shí)，車身相關(guān)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(shù)十分重要，它是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。
車身裝焊夾具也正是保證其焊接高質(zhì)量的關(guān)鍵焊接夾具屬于焊接工藝過(guò)程的輔助裝置，在汽車車身大批量生產(chǎn)過(guò)程中，該裝置是必不可少的。它不僅可以提高焊接生產(chǎn)率，而且也是保證焊接產(chǎn)品的尺寸精度及外觀要求的重要裝置。焊接夾具沒有統(tǒng)一規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化，屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的工藝裝備，要根據(jù)具體車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需求來(lái)自行設(shè)計(jì)與制造。因此在汽車制造過(guò)程中汽車焊裝工藝和焊接夾具的設(shè)計(jì)變得尤為重要。本設(shè)計(jì)為了縮短夾具設(shè)計(jì)的周期，提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率將直接利用 catia 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。Catia 軟件可以構(gòu)建整套夾具的全數(shù)字化模型，可對(duì)整個(gè)產(chǎn)品、指定的子系統(tǒng)或零件進(jìn)行可視化裝配分析、檢測(cè) 從而促進(jìn)產(chǎn)品的性能優(yōu)化。與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比，利用 Pro/E軟件所提供的虛擬裝配功能，能實(shí)現(xiàn)不通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試就可在設(shè)計(jì)過(guò)程中檢測(cè)出零件存在的問題大大降低的成產(chǎn)成本（2）。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
從 20 世紀(jì) 60 年代起至今，制造企業(yè)的戰(zhàn)略由資源經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。20 世紀(jì) 60 年代制造企業(yè)追求的是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，70 年代是降低生產(chǎn)成本，80 年代是提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代則是進(jìn)一步加快市場(chǎng)響應(yīng)速度，21 世紀(jì)隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂，企業(yè)必須同時(shí)具備時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)能力、質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)能力、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力和創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)能力才能贏得市場(chǎng)。虛擬制造（Virtual Manufacture）的發(fā)展適應(yīng)了時(shí)代的要求。虛擬制造又稱擬實(shí)制造，它是實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即利用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上模擬出產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程，從而對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工制造、性能分析、生產(chǎn)管理和調(diào)度、銷售及售后服務(wù)做出綜合評(píng)價(jià)，以增強(qiáng)制造過(guò)程各個(gè)層次的決策與控制能力?？梢钥闯?，虛擬制造并不是真實(shí)的制造過(guò)程。它不產(chǎn)生真實(shí)產(chǎn)品，不消耗材料和能量，而是利用制造對(duì)象、制造資源和制造過(guò)程的模型實(shí)現(xiàn)制造的本質(zhì)過(guò)程。
從虛擬制造概念的提出到迄今為止，它已成為世界各國(guó)科技界、企業(yè)界研究的熱點(diǎn)。世界上許多國(guó)家都將虛擬制造看作是 21 世紀(jì)制造業(yè)變革的核心技術(shù)之一，紛紛從不同方向開展研究。美國(guó)拖拉機(jī)公司用虛擬設(shè)計(jì)方法代替常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把原來(lái)從設(shè)計(jì)到定型所需的 6-9 個(gè)月時(shí)間縮短到不足 1 個(gè)月時(shí)間，而且允許用戶在虛擬環(huán)境下觀察試驗(yàn)（Field Test），并在 1993 年獲得虛擬環(huán)境應(yīng)用獎(jiǎng)。
近幾年來(lái)， 虛擬制造技術(shù)也引起我國(guó)科技工作者的關(guān)注，已開展了很多研究工作， 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已有幾十家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開展虛擬制造技術(shù)方面的研究。國(guó)家863/CIMS 主題也將“制造系統(tǒng)的可視化、虛擬建模與仿真”確定為研究重點(diǎn)。如今，隨著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)理論和技術(shù)的不斷應(yīng)用，虛擬制造技術(shù)取得了的顯著發(fā)展，虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用成為汽車制造業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)手段（3）。
1.2.2 柔性技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在 20 世紀(jì) 30 年代到 20 世紀(jì) 50 年代，一般采用自動(dòng)流水線制造設(shè)備，這可稱為剛性自動(dòng)化（Fixed Automation）方式。自動(dòng)流水線設(shè)備的價(jià)格通常相當(dāng)昂貴，如果要改變產(chǎn)品的品種，自動(dòng)流水線需要作較大的改動(dòng)，在投資和時(shí)間方面的耗費(fèi)很大，柔性制造系統(tǒng)的出現(xiàn)改變了這一狀況。由于柔性技術(shù)具有較高的生產(chǎn)率和對(duì)產(chǎn)品及市場(chǎng)的應(yīng)變能力，使其在制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在英國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)等工業(yè)化國(guó)家，柔性焊裝夾具在國(guó)外已成為車身生產(chǎn)線的主要方式，結(jié)構(gòu)上多采用貫通式焊裝生產(chǎn)。貫通式焊裝生產(chǎn)是指工件的定位夾具系統(tǒng)與工位間輸送系統(tǒng)呈分離狀態(tài)， 其功能是將工件移送至下一工位。 目前對(duì)柔性?shī)A具的設(shè)計(jì)主要是對(duì)于傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新研究，這類夾具有兩種：1.傳統(tǒng)的槽系組合夾具。傳統(tǒng)的槽系組合夾具的突出特點(diǎn)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(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，初置費(fèi)用高，生產(chǎn)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?shī)A具，它與傳統(tǒng)的槽系組合夾具原理相同只是元件結(jié)構(gòu)和組裝方式不同。該系列元件因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以孔定位，螺栓連接，定位精度高，剛性好，是現(xiàn)代柔性?shī)A具的主流。使用孔系組合夾具可以大幅節(jié)省夾具的設(shè)計(jì)制造工時(shí)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。裝焊夾具的柔性設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)方面需要解決的關(guān)鍵問題，對(duì)于現(xiàn)有焊接夾具創(chuàng)新研究的同時(shí)，也要在夾具原理和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新研究，尋求原理、結(jié)構(gòu)方面的突破。為此本設(shè)計(jì)將采用孔系組合夾具來(lái)提高焊裝夾具的柔性化（4）。
1.3 課題研究的主要內(nèi)容
1. 基于產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)焊接組件的加工方案，并對(duì)其工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程，方法及工作遠(yuǎn)離進(jìn)行分析，確定定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案
2. 通過(guò)分析擬定必要的保證要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)三個(gè)工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護(hù)方便
3. 通過(guò)分析設(shè)計(jì)符合實(shí)際的焊接夾具
4. 通過(guò)分析，對(duì)定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5. 完成二維和三維裝配圖
6. 要有對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算
7. 圖紙和說(shuō)明書要符合規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)化，清晰
第二章 車門焊接夾具及焊接技術(shù)的研究
一個(gè)車門的制造過(guò)程為：沖壓，凸焊，點(diǎn)焊，弧焊，包邊等，而點(diǎn)焊又是其 中的重中之重。為了達(dá)到以上強(qiáng)度，剛度及精度方面的要求，在點(diǎn)焊過(guò)程中使用 一副可靠的焊接夾具是極其重要的。 在焊接生產(chǎn)過(guò)程中， 焊接所需要的工時(shí)較少， 而約占全部加工工時(shí) 2/3 以上的時(shí)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(jī)械化和自動(dòng)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(zhǔn)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(kuò)大先進(jìn)的工藝方法的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng) 化的綜合發(fā)展。 如下圖:
。
車門焊接工作臺(tái) 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(shí)利用焊接的方法使其形成整體的過(guò)程稱為裝焊過(guò)程。裝焊夾具沒有統(tǒng)一規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化，均屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的工藝設(shè)備，是根據(jù)具體各車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需要來(lái)
焊接夾具 圖2-2
2.1.1 焊接夾具的特點(diǎn)
1.車門裝配焊接夾具的定位方式、定位元件形狀復(fù)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(fù)雜，而且剛性差，易變形。在夾具中定位時(shí)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(yīng)是產(chǎn)品圖的基準(zhǔn)孔，
2.汽車車門外形復(fù)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(guò)定位的設(shè)計(jì)以保證在裝焊部件時(shí)的正確性，盡量減少車身焊接時(shí)產(chǎn)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(dòng)與氣動(dòng)裝置，大部分采用氣動(dòng)夾緊裝置。夾緊裝置的位置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需合理、精確、牢靠；動(dòng)作的程序設(shè)計(jì)需準(zhǔn)確、簡(jiǎn)捷。
4.汽車車門裝配焊接夾具設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)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(guò)程中定位夾緊 保證車身零件之間正確的裝配關(guān)系 同時(shí)保證車身焊接質(zhì)量及焊接過(guò)程順利
車門焊接夾具的優(yōu)劣在決定著車門質(zhì)量。為此，此次裝焊夾具的設(shè)計(jì)必須達(dá) 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(shù)要求；
（2）使用時(shí)安全可靠，凡是受力的各種器件，都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；
（3）便于施工和操作，定位、夾緊和松開應(yīng)省力而迅速，夾具應(yīng)使裝配和 焊接過(guò)程簡(jiǎn)化，操作順序合理；
（4）容易制造和便于維修；零部件應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件。 此次所焊接的車門為 哈飛 左前門部件， 設(shè)計(jì)了其中點(diǎn)焊的第一道工 序的夾具，選用的焊接設(shè)備為懸掛式電焊機(jī)，選用的焊鉗為 X 型焊鉗。 本次設(shè)計(jì)所全程使用 CAD 技術(shù)，3D 圖利用 CATIA 軟件繪制，2D 圖利用 AutoCAD 軟件繪制。設(shè)計(jì)的過(guò)程中參考了一些點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)，借鑒了現(xiàn)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(shè)計(jì)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(shí)的高度定為 1000mm，為方 便取件并考慮到夾緊機(jī)構(gòu)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?yàn)?x 方向，車的寬度方向?yàn)?y 方向，垂直于地面的方向?yàn)?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(fù)，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(biāo)來(lái)擺放， ZX 方向與地面平行， 向?yàn)?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(jī)構(gòu)裝置連接成一個(gè) 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(shè)計(jì)夾具 BASE 時(shí)應(yīng)滿足以下要求：
（1） 足夠的強(qiáng)度和剛度；
（2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便。在保證強(qiáng)度和剛度的前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單緊 湊。
（3） 安裝穩(wěn)定可靠。
（4） 結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn)。
（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(dāng)重的重量，綜合考慮結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng) 濟(jì)性，標(biāo)準(zhǔn)化等，為保證夾具的剛度和強(qiáng)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(hào)為 GB/T707 14b。槽鋼在兩個(gè)垂直方向呈網(wǎng)狀搭接，槽鋼與 BASE 板通過(guò)焊 接連接，焊后經(jīng)過(guò)退火處理以消除焊接應(yīng)力。BASE 板的平面度 0.10。在槽鋼靠 近地面的底部焊接 5 個(gè)支腳底座。。
BASE 支撐采用支腳支撐，支腳通過(guò)螺栓與 BASE 板上的支腳底座進(jìn) 行連接。BASE 外形需將板件包含在內(nèi)，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(zhǔn)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(biāo)系中有 6 個(gè)自由度，即沿 OX，OY，OZ 三個(gè) 軸向的平動(dòng)自由度和三個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)自由度。工件的六個(gè)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(gè)，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊 接生產(chǎn)中，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的焊接應(yīng)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(shè)計(jì)中，按加工要求應(yīng)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(gè)或更多的支撐點(diǎn)限制一 個(gè)自由度的方法稱為過(guò)定位，過(guò)定位容易位置變動(dòng)，夾緊時(shí)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(hù)工件不受外力壓垮，常常需要多設(shè)置若干定位加緊。
以下說(shuō)明鈑金件的典型定位方式。 一個(gè)鈑金件由一個(gè)主定位孔和一個(gè)副定位孔及三個(gè)定位面進(jìn)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(shí)出現(xiàn)過(guò)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(dòng)自由度，在 h 中插入銷 配合 H 中的銷可以限制繞 z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，3 個(gè) S 面相當(dāng)于三個(gè)點(diǎn)，限制板件 Z 向的移動(dòng)及繞 x 軸和 y 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以綜上 S 面限制板件三個(gè)自由度，H 限制 板件兩個(gè)自由度，h 限制一個(gè)自由度。由此，板件得以完好定位。如圖2.2-1
車門數(shù)模 圖 2.2-1
5.夾緊方案
夾緊機(jī)構(gòu)的三要素是夾緊力的方向、夾緊力作用點(diǎn)、夾緊力大小。對(duì)夾緊 機(jī)構(gòu)的基本要求如下：
（1）夾緊作用準(zhǔn)確，出于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能保持自鎖，保證夾緊定位的安全 可靠。
（2）夾緊動(dòng)作迅速，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件的表面質(zhì)量。
（3）夾緊件應(yīng)具備一定的剛性和強(qiáng)度，僅僅作用力是可調(diào)節(jié)的。
（4）結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單便于制造和維修。
一般的，夾緊與支撐成對(duì)存在，即假如一個(gè)零件的一邊為支撐面，該零件 的另一面有一個(gè)配對(duì)的夾持面。本夾具采用的夾緊方式出于夾緊狀態(tài)時(shí)， NC 塊 1 的下表面通過(guò)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(guò)鉸鏈 1 與氣 缸的耳環(huán)相連，通過(guò)鉸鏈 2 與連接板相連。氣缸通過(guò)鉸鏈 3 與連接板相連。如圖:2.2-2
焊接夾具 圖2.2-2
當(dāng)夾緊松開時(shí)，壓爪及 NC 塊 2 通過(guò)氣缸的力作用，繞著鉸鏈 2 的中心沿 著弧線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊時(shí)，壓爪及 NC 塊 2 通過(guò)氣缸的力作用，繞著鉸鏈 2 的中心 沿著圖示弧線向下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)氣缸出力過(guò)大使 NC 塊 2 行程過(guò)大而壓壞工件時(shí)，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(duì)于鈑金件，要使焊接時(shí)能夠可靠壓緊，對(duì)于厚度>1.8mm 的鋼板，壓緊 力 F>50kg；對(duì)于厚度<1.8mm 的鋼板，壓緊力 F>30kg。根據(jù)杠桿原理計(jì)算可得 出壓爪不一超過(guò) 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(jī)構(gòu) 氣缸選用 SMC 產(chǎn)品 CK1A 耳環(huán)式氣缸[7]。
6 .POST 數(shù)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(gè) L 支座就叫做一個(gè) POST。POST 的數(shù)量及位置取決于定位銷位置數(shù)量及 S 面的 以保證工件平衡穩(wěn)定， 所以 POST 位置數(shù)量。 一般的每隔 400mm 需設(shè)置一個(gè) S 面， 的數(shù)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(jù)以上各零件的定位信息，確定了 POST 的數(shù)量及位置。POST1 上固定兩個(gè)定位銷，POST2、POST3、POST5、POST6、 POST10 上均固定一對(duì)支撐夾緊。POST4 上固定兩對(duì)支撐夾緊塊和兩個(gè)定位銷。 POST7、POST8 上的 NC 塊為異形 NC 塊。POST9 上固定兩對(duì)支撐夾緊塊。 POST2 、POST3、POST4、POST5、POST6、POST7、POST8、POST9、POST10 上均帶有一個(gè) CK1 型的標(biāo)準(zhǔn)夾緊氣缸。POST11 上附有一個(gè) x 方向活動(dòng)定位銷， 此 POST 上有一個(gè) CQ2 系列的薄型氣缸和一個(gè) MGP 系列的帶導(dǎo)桿薄型氣缸。
為方便氣路分別控制不同的動(dòng)作，將 POST1、2、3、4、5、6、9、10 中的 POST11 中的 MGP 帶導(dǎo)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(shè)計(jì)是汽車前門左邊框焊接總成的自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì) 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(gè)銷釘和 若干螺栓緊固的方式。有兩個(gè)銷釘孔，兩個(gè)零件的銷釘孔中插入銷釘實(shí)現(xiàn)定位， 定位后再用螺栓緊固。在兩個(gè)被緊固的零件之間必須加一墊片，以保證后期的可 調(diào)節(jié)能力，墊片的厚度為 5mm。緊固件要求為高強(qiáng)度內(nèi)六角螺絲，性能等級(jí)為 8.8 級(jí)。L 支座的與 BASE 板之間的緊固采用 M12X25 的內(nèi)六角螺絲；連接板與 L 支座之間的緊固采用 M10X35 的內(nèi)六角螺栓（GB？） ；NC 塊與壓爪和連接板 之間的緊固采用 M8X40 的內(nèi)六角螺絲。銷釘必須是是新的帶有螺紋的孔，以便 在需要時(shí)取出。如圖2.2-4:
定位銷 圖2.2-4
2.3本章小結(jié)
通過(guò)對(duì)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(diǎn)和要求,確定基本定位方案.
第三章 汽車車門的三維夾具設(shè)計(jì)
本文將闡述利用CATIA三維軟件進(jìn)行裝焊夾具的設(shè)計(jì)
3.1主要結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)說(shuō)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(guò)零件大小， 這樣在工作的時(shí)候可以防止車門零件被磕碰。BASE 板采用材質(zhì)為 Q235-A。 BASE 板上鉆有三個(gè)基準(zhǔn)孔。在制造時(shí)選用如圖示的右下角的基準(zhǔn)孔為基準(zhǔn)。用 于安裝 L 制作的銷孔與基準(zhǔn)孔的公差為±0.05，同個(gè) L 座下的銷孔公差為± 0.02。BASE 板兩個(gè)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(hào)為 GB/T707 14b。槽鋼在兩個(gè)垂直方向呈網(wǎng)狀 搭接，槽鋼與 BASE 板通過(guò)焊接連接，焊后經(jīng)過(guò)退火處理以消除焊接應(yīng)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(shè)有兩個(gè)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(guò)螺栓和墊片與適配塊連接。適配塊通過(guò)螺栓和墊片與連接板連接。 由于連個(gè)墊片垂直，所以定位銷具有雙向調(diào)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(shí)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(nèi)側(cè)加強(qiáng)件的主定位銷和窗框加強(qiáng)件的副定位銷。由于 窗框加強(qiáng)件副定位孔的直徑為 8.1mm，皮帶內(nèi)側(cè)加強(qiáng)件主定位孔的半徑為 10.1mm，最底層的車門內(nèi)板上的孔為一過(guò)孔直徑為 12mm，三個(gè)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(qiáng)件與皮帶內(nèi)側(cè)加強(qiáng)版之間的距離為 0.78mm。故定位銷 A 可設(shè)計(jì)為臺(tái)階銷，臺(tái)階的下級(jí)作為皮帶內(nèi)側(cè)加強(qiáng)件的主定位銷，臺(tái)階的上級(jí)作為 窗框加強(qiáng)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(nèi)板的主定位銷。其直徑為孔直徑最 大實(shí)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(dāng)一個(gè)銷釘卡住定位銷 的錐面時(shí)，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(diào)節(jié)作用，其基本形式為 3 個(gè)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(gè)方向上設(shè)有銷釘孔和螺紋孔，這樣可以在 兩個(gè)方向燒傷安裝墊片，以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的雙向調(diào)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(shè)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(gè)銷釘孔用于定位，四個(gè)螺紋孔 用于緊固。兩個(gè)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(qiáng)肋的形式。鑄造后需機(jī)加，用于連接的表面粗糙度為 1.6。相對(duì)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(shù)值方向上的高度尺寸及加強(qiáng)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(shù)要求見附圖 xx。
POST2 POST2 擁有一對(duì)支撐壓緊。POST2 的墊片采用同 POST1 的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shù)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(shù)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(dāng)壓爪向下壓時(shí)，限位塊公作用在限位塊母上，從而防止氣缸行程過(guò) 大而壓壞零件。限位塊的外形尺寸及技術(shù)要求見附圖 xx。
壓爪臂。 壓爪臂由一個(gè)臂塊和側(cè)邊兩個(gè)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(cè)邊兩小件與連接塊連接組成另外一個(gè)鉸鏈。側(cè)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(yīng)打磨使焊縫光滑，焊后需失效消除應(yīng) 力。連接板的外形尺寸及技術(shù)要求。
連接板 連接板的外形尺寸及技術(shù)要求見附圖 xx。
POST3 POST3 設(shè)有一對(duì)支撐壓緊機(jī)構(gòu)。其 L 支座選用 205mm 的規(guī)格。連接板的外形 尺寸及技術(shù)要求見附圖 xx。
POST4 考慮到兩個(gè) S 面較近，在 POST4 上布置兩對(duì)支撐壓緊，NC 塊為異形，壓爪臂 為異形。POST4 上有兩個(gè)定位銷，連接板為異形。墊片、適配塊與之前所用的型 號(hào)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(shè) 計(jì)為臺(tái)階銷形式， 其零件圖見定位銷 A 的零件圖。 定位銷 D 作為內(nèi)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(diào)節(jié)能力。L 塊緊固在連 接板上，其緊固原理仍為兩個(gè)定位銷定位和一顆螺母緊固。
NC 塊 共有 4 個(gè) 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(gè) NC 塊的外形尺寸及技術(shù)要求。
連接板 連接板為異形連接板。由兩片型板焊接之后進(jìn)行機(jī)加。其外形尺寸及技術(shù)要 求。
壓爪臂 壓爪臂為異形。由兩片型板焊接之后進(jìn)行機(jī)加。其外形尺寸及技術(shù)要求見。
POST5 POST5 上設(shè)有一對(duì)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(shù)要求見。
POST8 上有兩對(duì)支撐壓緊。由于此處有兩對(duì)支撐夾緊，且空間位置相對(duì)狹 窄，所以可以將支撐塊可以設(shè)計(jì)為兩個(gè)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(gè)為異形。在上臂設(shè)有兩個(gè)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(shù)要求見。
POST9 上有兩對(duì)支撐夾緊。L 支座的高度為 330mm。由于此處壓爪臂叫長(zhǎng)， 因此制造時(shí)需保證零件的額強(qiáng)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(shù)要求
3.2 焊接夾具典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
焊裝夾具常見的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)有手動(dòng),氣動(dòng)兩種夾緊方式,氣動(dòng)夾緊具有手動(dòng)所沒有的許多優(yōu)點(diǎn)所以在這里我們將采用氣動(dòng)夾緊方式.
圖3-2展示的焊接夾具的典型結(jié)構(gòu)由如下幾部分組成:支承座是整個(gè)夾具的基礎(chǔ),起支撐,定位作用,上下限位塊限位作用,?防止夾具在夾緊時(shí)由于操作失誤將工件打壞,壓緊塊和支撐塊同時(shí)使用,起型面定位作用,定位銷主要用來(lái)進(jìn)行孔定位,過(guò)渡板是支承座和其他部分的過(guò)渡,一般所有的定位元件和夾緊元件都安裝在過(guò)渡板上,調(diào)整墊一般厚度在3-5MM之間,用來(lái)精密調(diào)整在該方向上的距離,過(guò)渡快在這里用來(lái)連接定位銷,加上調(diào)整墊的作用,保證定位銷至少在2個(gè)定位方向上可以精密調(diào)整距離.壓緊臂與上限位塊和壓緊塊連接,在汽缸的帶動(dòng)下,往復(fù)運(yùn)動(dòng).圖3-2不但直觀的展現(xiàn)了夾具各組成元件的結(jié)構(gòu),而且清晰的表明了各元件之間的連接方式和相對(duì)位置.由于實(shí)際工件的曲面造型復(fù)雜,因此這里的典型結(jié)構(gòu)不是實(shí)際設(shè)計(jì)的夾具,而是對(duì)夾具各組成元件的結(jié)構(gòu)和連接方式的說(shuō)明.夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工件的特點(diǎn),元件的結(jié)構(gòu)和連接方式的設(shè)計(jì)應(yīng)該以圖3-2士的典型結(jié)構(gòu)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(jié)
利用CATIA三維軟件進(jìn)行裝焊夾具的設(shè)計(jì),對(duì)主要夾具各零件的作用詳細(xì)闡述。對(duì)典型夾具設(shè)進(jìn)行計(jì)
第四章 工作站的生產(chǎn)能力分析
根據(jù)以上工藝分析及工藝流程安排，機(jī)器人MAG 焊接工作站采用1個(gè)工位，完成3個(gè)工序焊接。
4.1 生產(chǎn)節(jié)拍：
計(jì)算依據(jù)如下:
焊縫總長(zhǎng)以資料求得。
機(jī)器人焊接時(shí)焊接速度300mm/min，機(jī)器人起.收弧時(shí)間為1.5秒，跳轉(zhuǎn)時(shí)間 為2秒。
設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率85%。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率考慮了系統(tǒng)維護(hù)、維修、更換氣體、焊絲、更換鎢極等因素。
每年工作251天,設(shè)備利用率按85％計(jì)算。
人工裝卸件時(shí)間37s/件。氣缸翻轉(zhuǎn)時(shí)間5S,工位的位置變換時(shí)間15s/次（含機(jī)器人空跑換位）。變位時(shí)間：60°/3秒。
生產(chǎn)能力計(jì)算如下：
4.1.1 1#夾具
工序P11 工序P12 工序P13
焊縫總長(zhǎng) 60 mm
焊縫段數(shù) 4
總焊接時(shí)間7.5s～12s
總跳轉(zhuǎn)時(shí)間（含起.收?。?20s
變位時(shí)間 5s
工位變換時(shí)間 10s
裝卸件時(shí)間：35s
生產(chǎn)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(zhǎng) 75 mm
焊縫段數(shù) 6
總焊接時(shí)間9.4s～15s
總跳轉(zhuǎn)時(shí)間（含起.收?。?30s
變位時(shí)間 10s
工位換位時(shí)間 10s
裝卸件時(shí)間：40s
生產(chǎn)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(zhǎng) 132 mm
焊縫段數(shù) 8
總焊接時(shí)間 16.5～26.4s
總跳轉(zhuǎn)時(shí)間（含起.收?。?40s
變位時(shí)間 15s
工位換位時(shí)間 10s
裝卸件時(shí)間：40s
生產(chǎn)節(jié)拍 131.4s～121.5s
4.2 對(duì)車門三維夾緊設(shè)計(jì)的重要零部件進(jìn)行分析和強(qiáng)度校核
首先我們根據(jù)前面的材料的強(qiáng)度極限來(lái)確定內(nèi)板所能承受的最大載荷,已知材料為08AL的鋼板由實(shí)用鋼鐵材料手冊(cè)查的它的強(qiáng)度=217-440Mpa.根據(jù)強(qiáng)度計(jì)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(guò)08AL的強(qiáng)度極限來(lái)確定汽缸的缸徑,因?yàn)榱慵膴A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(jìn)行焊接,通過(guò)向?qū)熀凸こ處煹牧私庠撌芰Σ捎?00N的力就能夾緊,所以下面根據(jù)夾緊機(jī)構(gòu)的原動(dòng)力計(jì)算公式求得夾緊機(jī)構(gòu)的原動(dòng)力:
式中: ----除鉸鏈外機(jī)構(gòu)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(zhǎng)(M)
L1----活動(dòng)桿長(zhǎng)(M)
圖 4.1
我們根據(jù)所求的夾緊機(jī)構(gòu)原動(dòng)力來(lái)確定汽缸的缸徑D公式:
汽缸拉力F2:
式中: ----汽缸的機(jī)械效率,可以忽略不計(jì)
P----大氣壓力Pa 一般工廠供壓為5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓
1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.003360.098mpa=0.1mpa
D----汽缸內(nèi)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(shí)活塞桿頂點(diǎn)的位置,C2表示打開狀態(tài)時(shí)活塞桿頂點(diǎn)的位置,A代表銷軸,是壓緊臂的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn),B代表汽缸的安裝支點(diǎn),是汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn).活塞桿帶動(dòng)壓緊臂繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)汽缸繞B點(diǎn)擺動(dòng),因此該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖為---擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),AC2B表示汽缸打開時(shí)的狀態(tài),其中BC2的長(zhǎng)度由汽缸的外形尺寸決定,為一固定值, .AC1B表示汽缸壓緊時(shí)的狀態(tài),由于壓緊臂繞A點(diǎn)做轉(zhuǎn)動(dòng),因此AC1=AC2,其實(shí)際大小由壓緊臂的設(shè)計(jì)尺寸決定,BC1的值由汽缸的伸出形成決定,假設(shè)汽缸伸出行程為60,則,此時(shí)的值越大.
考慮到由于還要克服一定的機(jī)械摩擦阻力,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查的該汽缸尺寸為5080mm
下面我們對(duì)該夾緊裝置的壓緊臂進(jìn)行強(qiáng)度的校核:
該結(jié)構(gòu)鋼為Q235 材料:
夾緊裝置的壓緊臂 圖 4.4
該圖可以簡(jiǎn)化為外伸梁,它的彎曲強(qiáng)度條件是梁內(nèi)截面上最大彎曲應(yīng)力是否超過(guò)材料的許用應(yīng)力[]
式中 M----梁危險(xiǎn)截面處的彎矩
WZ---危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)
---材料的許用應(yīng)力
與Q235的強(qiáng)度相比所以滿足其強(qiáng)度條件
我們對(duì)驅(qū)動(dòng)四個(gè)夾緊臂的汽缸進(jìn)行選擇,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道每個(gè)夾緊點(diǎn)200N的力就能滿足工件的定位夾緊,那么通過(guò)夾緊臂輸出力就應(yīng)該為800N,那么根據(jù)力夾緊機(jī)構(gòu)的原動(dòng)力計(jì)算公式求得夾緊機(jī)構(gòu)的原動(dòng)力:
式中: ---除鉸鏈外機(jī)構(gòu)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(zhǎng)(M)
L1----活動(dòng)桿長(zhǎng)(M)
我們根據(jù)所求的夾緊機(jī)構(gòu)原動(dòng)力來(lái)確定汽缸的缸徑D:
通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查的汽缸的內(nèi)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(jī)械效率,可以忽略不計(jì)
P----大氣壓強(qiáng)pa, 一般工廠供壓為5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓
D----汽缸內(nèi)徑(M)
d-----汽缸桿的直徑(M)
由三維模型的建立和仿真測(cè)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)我們查的汽缸100*100mm
其余零部件經(jīng)過(guò)與前一夾緊機(jī)構(gòu)同樣的校核證明,強(qiáng)度都滿足設(shè)計(jì)的要求
我們通過(guò)CATIA三維軟件對(duì)這部分進(jìn)行在整體的質(zhì)量屬性分析及對(duì)整體進(jìn)行檢查全局干涉,結(jié)果顯示各零件的體積和表面面積主慣性力矩等方面參數(shù),能力制造和制定工藝制定做出很好的參照參數(shù).
結(jié)論;通過(guò)對(duì)這部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維的運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)這部分夾緊機(jī)構(gòu)全局干涉檢查,結(jié)果表明與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比,利用PRO/E軟件所提供的虛擬裝配功能,不通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試就可在設(shè)計(jì)過(guò)程中檢測(cè)出零件存在的問題.如 當(dāng)連接板和支座的兩對(duì)銷控間存在很小偏差時(shí),用PRO/E裝配會(huì)自動(dòng)提示約束錯(cuò)誤信息.特別是PRO/E可通過(guò)改變汽缸的裝配約束狀態(tài)模擬旋轉(zhuǎn)臂的打開過(guò)程,從而快捷的檢測(cè)出是否存在干涉,上下料是否順暢等問題,克服了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)產(chǎn)品報(bào)廢率高,生產(chǎn)周期較長(zhǎng)等缺點(diǎn).
4.3工藝要求
機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是為了能夠更快更好的制造出機(jī)械產(chǎn)品，工藝要求就是機(jī)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(chǔ)上，系統(tǒng)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(hào)鋼； 其他元件一般是用 Q235－A；調(diào)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(jīng) 過(guò)調(diào)質(zhì) HRC30-35、銳邊倒鈍和表面氧化處理；一般元件只需經(jīng)過(guò)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(zhǔn)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(zhǎng)度不小于焊接總長(zhǎng)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(jīng)過(guò)實(shí)效處理。
4.4 本章小結(jié)
詳細(xì)計(jì)算出三個(gè)焊接工作臺(tái)的每一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍, 對(duì)車門三維夾緊設(shè)計(jì)的重要零部件進(jìn)行分析和強(qiáng)度校核
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)首先分析了汽車駕駛室的特點(diǎn)，指出了焊裝夾具在汽車整車生產(chǎn)中的重要地位，然后 對(duì)其裝焊夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，指出了裝焊夾具的特點(diǎn)為：設(shè)計(jì)復(fù)雜、過(guò)定位的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、采 用氣動(dòng)夾緊裝置、應(yīng)克服元件間的干涉干擾問題、專用性強(qiáng)。因此，裝焊夾具的設(shè)計(jì)必須具有正 確的工藝保證和合理的設(shè)計(jì)程序。裝焊夾具設(shè)計(jì)的最終目的是為了焊接，所以，本文對(duì)焊接技術(shù) 進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)點(diǎn)焊在白車身焊接領(lǐng)域應(yīng)用范圍最廣泛的焊接技術(shù)進(jìn)行了研究分析。 本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)路線為通過(guò) Pro/E 三位軟件直接對(duì)焊接夾具進(jìn)行建模，在建模的過(guò)程中對(duì)不符 合的要求的零部件及時(shí)的進(jìn)行更改。并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和整體的干涉校核。 基于 Pro/E 的三維模擬設(shè)計(jì)以其生產(chǎn)成本低、設(shè)計(jì)周期短、產(chǎn)品報(bào)廢率低等經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)逐步取代了 傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì), 成為焊裝夾具設(shè)計(jì)的潮流。 Pro/E 軟件提供了二維軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量 分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析、產(chǎn)品受力與受熱分析等功能, 為焊裝夾具設(shè)計(jì)向虛擬化設(shè)計(jì)、無(wú)圖紙 化管理發(fā)展提供了條件。
工裝設(shè)計(jì)的質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)效率、加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)安全等有直接影 響，為此，設(shè)計(jì)焊接工裝時(shí)必須考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和藝術(shù)性等。 在夾具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，普遍存在尺寸鏈為題。在把零件組裝成裝配體的 過(guò)程中， 也就是將零件上有關(guān)尺寸進(jìn)行組合和積累。 由于零件尺寸存在制造誤差， 因此裝配時(shí)也就會(huì)有誤差的綜合和積累。 積累后形成的總誤差將會(huì)影響機(jī)器的工 作性能和質(zhì)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(guān)系。因 此合理地確定零件的尺寸和形位公差顯得尤為重要。
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致 謝
四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、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(wàn)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(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)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(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)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(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)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(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！
同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。
最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。
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