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江蘇農林職業(yè)技術學院
畢 業(yè) 設 計 說 明 書
題目： 平臺焊接總成焊接夾具設計
專業(yè)：
班級：
學生姓名：
學號：
指導教師姓名：
職稱：
年 月
摘 要
焊裝生產線及焊裝夾具是工業(yè)生產的關鍵設備，它對生產制造水平起著至關重要的作用，直接影響生產規(guī)模、生產效率和生產質量。隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，激烈的市場競爭使產品的更新?lián)Q代越來越快，機械設計越來越個性化，對焊裝線的需求量巨大，必須自行設計適合我國國情的焊裝線，努力提高設計和制造能力。本文設計了焊裝夾具部件，對夾具運動機構模型簡化，以前圍總成工位為重點，對焊裝夾具的方案設計進行了探討和優(yōu)化設計。
關鍵詞：平臺，夾具設計，焊接夾具
III
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 緒論 5
1.1課題的來源及意義 5
1.2 焊裝夾具國內外研究概況 5
1.3 夾具設計的基本理論及方法 6
1.4 焊裝夾具發(fā)展趨勢 7
第2章 焊接工藝分析在夾具設計中影響 8
2.1 焊裝夾具的基本概念 8
2.2 焊接夾具的基本作用與要求 8
2.2.1焊裝夾具的基本作用 8
2.2.2 對焊裝夾具的基本要求 8
2.3 焊裝線發(fā)展過程及目前的現狀 9
2.4 平臺焊接工藝分析 9
2.4.1劃線 10
2.4.2 號料 10
2.4.3 下料 10
2.4.3氣割 11
2.4.4 鉆孔 12
第3章 焊裝夾具設計 12
3.1焊裝夾具概述 12
3.1.1焊裝夾具分類 12
3.1.2 焊裝夾具的功用 13
3.2焊裝夾具設計原則及作用 13
3.2.1焊裝夾具設計原則 13
3.2.2焊裝夾具的作用 14
3.3夾具的構成與特點 15
3.3.1一般夾具的組成 15
3.3.2 焊裝夾具的構成及特點 17
3.4焊裝夾具定位原則及結構分析 18
3.4.1焊裝夾具定位原則 18
3.4.2 焊裝夾具結構分析 19
3.4.3設計步驟 20
第4章 夾具的主要設計流程及參數 21
4.1 目前焊接夾具的一般設計流程 21
4.2夾具設計及使用說明 22
4.2.1裝焊方案 24
4.2.2主要零件設計的說明 24
4.2.3裝配要求 25
4.2.4裝焊夾具使用說明 25
結束語 27
致 謝 28
參考文獻 29
第1章 緒論
1.1課題的來源及意義
工業(yè)是我國國民經濟支柱產業(yè)之一，在國民經濟發(fā)展中有特殊地位和作用，工業(yè)能極大地帶動和促進其它工業(yè)和產業(yè)的發(fā)展，并且成為顯示一個國家工業(yè)發(fā)達水平的重要標志。隨著市場競爭的日益加劇，加快了產品的更新?lián)Q代步伐，新產品的開發(fā)和制造周期越來越短。2、在制造業(yè)中，焊裝夾具在焊裝線投入中占有相當大的比例，焊裝夾具的設計制造直接影響的生產規(guī)模、效率和生產質量。
該課題來源于企業(yè)實際，需要根據要求制作一個薄板組合件的焊接夾具圖。
圖1 平臺圖
焊裝是制造的重要組成部分，它是將已經沖壓成形的零件在夾具上定位夾緊后，通過點焊、凸焊、CO2保護焊、釬焊以及粘接工藝（主要是電阻點焊）裝配成為白的過程。目前，國內的焊接裝備生產廠家綜合技術實力不足，不具備設計制造高水平的成套焊裝線的能力，面對行業(yè)的日益激烈的競爭又不允許國內的生產廠家用國產的裝備進行試驗，只好成套引進，使得國內接裝備生產廠家近年來與國外水平的差距越來越大。國內焊接生產水平與國外逐漸接近，而國內焊接裝備制造水平與國外差距卻逐漸加大，提高我國焊裝線及焊裝夾具自主設計和制造水平迫在眉睫。
1.2 焊裝夾具國內外研究概況
中國的制造業(yè)已有50年的歷史，只是在近幾年中才得到了飛速的發(fā)展。相比之下，我國制造業(yè)的工藝水平，特別是焊接工裝夾具水平，顯得越來越不適應這種快速發(fā)展速度的要求。這種現象的存在，原因在于在我國機械加工行業(yè)的傳統(tǒng)習慣中，焊接制造工藝的地位不高。在中國眾多的制造生產廠家中，焊接工裝夾具通常采用的是專用工裝夾具，它是針對一道或幾道特定的焊接工藝而配備的。隨著目前生產小批量、個性化的發(fā)展趨勢，這類工裝的使用就越來越受到限制，其設計生產的周期較長，場地占用較大，重復使用率較低的缺點充分的暴露出來。這種現狀很大程度制約了我國制造業(yè)焊接工藝水平的提高，延長了新車型研發(fā)的周期。在世界先進國家的制造業(yè)，對廣泛使用的焊接工裝夾具已經標準化、系列化，設計時進行合理選用即可[1]。
在國內對焊接夾具的系統(tǒng)研究不夠重視，焊接夾具的開發(fā)設計更是一個薄弱環(huán)節(jié)。在我國現有的所有引進車型中, 焊接夾具幾乎無一例外全部依賴進口。焊接夾具開發(fā)的滯后狀態(tài)嚴重制約了我國工業(yè)的進一步發(fā)展。這與國外的技術封鎖有關但更主要的是我們重引進輕研究開發(fā)重眼前利益, 輕長遠打算。我國不少科研部門和制造單位從事了這項有益的作, 如機械工業(yè)部第四設計研究院、沈陽牡機制造公司、成都飛機制造公司和一汽、東風等國內著名大集團都是其中的佼佼者。由于國產焊裝起點都不高,批量不大,與西方大國相比水平還有待在實踐中進一步提高。
在世界先進發(fā)達國家，焊接工藝及柔性焊接生產線備受關注，特別是柔性焊裝生產線適應不同產量、不同生產率、不同自動化程度、不同工廠環(huán)境的特點，柔性生產系統(tǒng)是焊裝線的主流發(fā)展趨勢。而且在工業(yè)發(fā)達國家和大國,焊裝的研制開已形成一個相對獨立的新興工業(yè)部門焊裝的開發(fā)與設計已形成子標準化、系列化、通用化人們能夠緊隨車型更新?lián)Q代的步伐,及時地為新產品提供相應的焊接生產線為廠家早上批量占領市場提供了堅實的技術裝備保證,爭得了寶貴時間。
1.3 夾具設計的基本理論及方法
經過多年的發(fā)展,在焊裝夾具的分析和設計方面已經形成了較為系統(tǒng)的夾具設計的基本理論。如N-2-1 定位原理，形閉合和力閉合，螺旋理論等。N-2-1 定位原理車用焊裝夾具設計屬于專用夾具設計的范疇,其中包括定位元件,夾緊元件,連接元件,骨架及緊固元件等基本組成部分,設計中最重要的部分是定位元件的設計,往常設計時大多采用六點定位,即“3-2-1”定位原理。對于零件,定位夾具除了具備限制零件剛體運動的基本功能外,還必須能夠限制過多的工件變形。如果還是用普通的六點定位的話,工件將因為沒有進行可靠的定位而發(fā)生定位不準的問題。要對薄板柔性件進行可靠定位,必須有更為有效的夾具設計理論來支持。
“N-2-1”定位原理是一種新的定位原理,該定位原理與廣泛應用于剛性件的“3-2-1”定位原理相比更適用于薄板件的定位。我們可以根據“N-2-1”定位原理,提出夾具優(yōu)化設計算法,即利用有限元分析和非線性規(guī)劃方法去找到最優(yōu)的“N”定位點,以使得薄板件的總體變形最小。
“N-2-1”定位原理認為[2]:
（1）第一基準面上所需的定位點數為N(N≥3)
對絕大部分薄板件加工過程,其最主要的尺寸問題是薄板件法向方向上的變形,甚至其自重所引起的變形就不容忽視。有關分析表明,對一塊長寬各400mm,厚1mm的薄板,用“3-2-1”原理定位,在其自重作用下就可能產生1~3mm 的平均變形。因此,對于薄板件而言,最合理的夾具系統(tǒng)是要求其第一基準面上存在多于三個定位點去限制這一方向上的零件變形。
（2）第二、第三基準面所需的定位點為二個和一個
在第二、第三基準面上分別需要二個和一個定位點去限制薄板件的剛體運動。二個和一個定位點是完全足夠的,因為實際加工所產生的力通常不會作用在這兩個基準面上,以避免彎曲和翹曲。更進一步的分析表明,第二基準面上的兩個定位點應布置在薄板件較長的邊上。這是因為當兩個定位點間距盡可能大時,零件將更穩(wěn)定,同時還可以更好的彌補零件表面或定位元件的安裝誤差。
（3）禁止在正反兩側同時設置定位點
必須強調禁止在工件正反兩側同時設置定位點,因為甚至極小的幾何缺陷都可能導致薄板件相對巨大的撓度和潛在的不穩(wěn)定或翹曲。
1.4 焊裝夾具發(fā)展趨勢
目前，中國有市場兩個特點：一是有很高的增長率，二是市場競爭非常激烈。市場的競爭點越來越集中在產品的更新?lián)Q代上，面對如此快速的產品更新，行業(yè)過去采用那種大批量單車型專機生產模式已不太適應當前發(fā)展的要求。因此多品種的柔性化生產也越來越多地應用在生產中，概括起來，目前焊裝夾具的發(fā)展顯現以下兩方面的特點[3]：
（1）焊接夾具設計的智能化趨勢
焊接夾具的設計受零件結構形狀、焊接工藝、焊接方法、焊接設備等多種因素的影響和制約，設計周期長，設計工作量大，設計過程復雜，在一定程度上制約了柔性化的發(fā)展方向。隨著AI技術和CAD技術的飛速發(fā)展，探索其結構的特點和規(guī)律，建立一個具有零部件庫、實例知識庫、領域知識庫和推理規(guī)則的智能化系統(tǒng)，對于提高設計效率，縮短新車型的開發(fā)周期具有較大的實用價值。
（2）自動化、柔性化程度普遍提高趨勢
制造的個性化、批量化、高效率和對產品質量一致性的要求，使焊裝生產線的自動化、柔性化程度日益提高。由于焊接機器人可以提高焊裝生產的自動化程度，減輕操作者的勞動強度，提高生產效率，保證焊接質量，是實現了裝焊的柔性化、自動化生產方式的有效手段，這樣焊接機器人在焊接生產中獲得了大量應用。隨著機器人自動化成套焊裝系統(tǒng)的廣泛應用，我國焊裝生產線的自動化、柔性化程度將顯著提高。
第2章 焊接工藝分析在夾具設計中影響
2.1 焊裝夾具的基本概念
把薄板類零件在一定工藝裝備中定形、定位并夾緊，組合成組件、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。焊裝過程中所使用的夾具稱為焊裝夾具。
2.2 焊接夾具的基本作用與要求
裝配焊接是制造中的重要環(huán)節(jié)之一，它直接影響質量、生產率和經濟性，提高裝配精度和焊接質量是制造的核心工作。焊裝夾具就是為了保證的裝配精度、提高生產率。
2.2.1焊裝夾具的基本作用
（1）給的部件定位、夾緊，保證裝配精度。
（2）保證焊接工藝能正常進行。（如焊接變位機），保證裝焊質量。
（3）減輕勞動強度，提高勞動生產率，改善勞動條件，降低產品成本。
2.2.2 對焊裝夾具的基本要求
（1）保證產品的形狀和尺寸精度符合圖紙和技術條件要求。這是夾具設計的首要問題。在裝配時，夾具必須使被裝配的零件或部件獲得正確的位置和可靠的夾緊，并且在焊接時它能夠防止和減少焊件產生變形。
（2）保證焊接工藝能順利進行，夾具結構應開敞，工人操作方便，焊接設備容易接近工作位置，必要時可在夾具上切去影響開敞性的部分，以改善夾具的開敞性。
（3）保證有良好的可操作性，降低勞動強度，提高生產效率。
（4）盡量低的制造成本，為此所設計的夾具結構應盡量簡單，制造和維修應容易，應盡量采用標準化夾具元件，對易損件便于更換。盡量少用可拆卸的活動夾具元件[4]。
2.3 焊裝線發(fā)展過程及目前的現狀
焊裝線發(fā)展經過四個階段，即手工操作階段、半自動化階段、自動化階段、柔性化階段。隨著焊裝線的發(fā)展，焊裝機器人大量應用，焊裝線的自動化、柔性化程度日益加深，并且有向智能化發(fā)展的趨勢[5]。
（1）手工操作階段
隨著的發(fā)明及開始商品化，相應的工裝設備也被需求，由于批量和技術原因，設備簡陋，主要為手工操作階段。
（2）半自動化階段
技術的提高和批量的增大，對工裝設備的要求也隨之提高，為保證生產時間和減輕勞動強度，在關鍵位置及繁重勞動位置采用自動化。
（3）自動化階段
對的需求和質量的要求越來越高，為了滿足這種市場要求，生產進入自動化階段。
（4）柔性化階段
隨消費者對品味要求的不同，多品種小批量的生產越來越成為生產的主流，因此對工裝設備的柔性要求越來越高，焊裝線的柔性表現在兩個方面：全面柔性，即能生產各種不同規(guī)格的車；替換柔性，即生產線上的某一部分出現故障，只要降低生產仍可工作。
焊裝夾具種類繁多，根據對象不同有小型裝焊夾具、分總成裝焊夾具、總成裝焊夾具等；根據工作位置是否變化有固定式裝焊夾具和移動式裝焊夾具等。
裝焊夾具的設計是一項涉及面很廣的綜合性技術，在設計時首先要確定生產綱領、投資額度及車間廠房結構、面積等；掌握產品結構，熟悉產品技術條件要求，明確夾具設計技術標準，通曉工藝要求。只有做到上述內容，才能對焊接夾具進行全方位的設計，才能設計出滿足工藝要求的裝焊夾具，才能保證整體骨骼精度及各項功能。
2.4 平臺焊接工藝分析
根據平臺的結構強度要求及經濟因素選擇母材Q235-A、35#、方鋼、矩形管。從材料可知這些零件使用的材料均為低碳鋼。低碳鋼中含碳較低，含錳、硅又少，所以在通常情況下不會因焊接而引起嚴重的硬化組織和淬化組織，這種鋼材的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊成的接頭塑性和沖擊韌性也很好，焊接時一般不需要預熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，可以說整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良，可以采用各種焊接方法焊接。
2.4.1劃線
劃線是根據設計圖樣上的圖形和尺寸，按1：1的比例在待下料的鋼材表面上劃出加工界限的過程。劃線是結構制造中較為細致的工作，要求所劃的零件尺寸和形狀正確，并合理的使用鋼材。因此劃線前應看圖樣，明確零件的尺寸、形狀和技術要求。
対劃線的基本要求是線條清晰勻稱，定型、定位尺寸準確。由于劃線的線條有一定寬度，一般要求精度達到0.25-0.5mm。應當注意，工件的加工精度不能完全由劃線確定，而應該在加工過程中通過測量來保證把后板展開再按圖紙設計圖樣上的圖形和尺寸，按1:1的比例在待下料的鋼材上畫出加工界限，再經過加工做出樣板，用樣品進行劃線。
2.4.2 號料
在成批生產和重復次數較多時，為了提高生產率和節(jié)約原材料，一般先做成樣板，用樣板進行劃線，即為號料。
1、號料的方法
號料的方法有很多，常用的有樣板號料和草圖號料。當圖形比較復雜、曲線較多時，通常利用樣板號料以提高質量和效率。而形狀比較規(guī)則的矩形板、肋板等，則按草圖號料或按號料卡片直接在鋼材上號料。
2、樣板的分類
樣板按其用途可分為劃線樣板和檢測樣板兩種。劃線樣板按其用途可分為展開樣板、劃孔樣板和切口樣板。
3、號料的作用
節(jié)約原材料
提高生產率
2.4.3 下料
下料就是將毛坯或工件從原材料上分離下來的工序。
常用的下料方法有鋸割、砂輪切割、剪切、沖裁和熱切割。
我采取的下料方法為熱切割中的氧-乙炔氣體切割，所選用的設備是CG2—1520型搖臂式仿形氣割機，之所以選擇它是因為它的設備簡單，操作方便，生產效率高，切割質量較好，成本低，可以切割厚度大形狀復雜的零件。采
對于成形方法我采取的是沖壓成形，它是金屬壓力生產中的一部分。所謂金屬壓力加工即對胚料施加外力使其產生塑性變形，改變尺寸形狀以及改善性能用以制造機械零件或毛胚的成形加工方法。此次用的就是其中鍛壓成形工藝，它是鍛壓和沖壓的總稱。
按圖樣將材料沖壓成形。
圖2 零件圖
圖3 材料明細表
其中薄板類的零件是先開料，然后沖壓沖孔彎曲工藝，軸類的進行圓棒鋸切然后機械加工而成的
2.4.3氣割
氣割時，一般選切內圓，然后再切外圓。
切割時首先要在鋼板上割個孔，切割方法是先對鋼板進行預熱，嘴頭要垂直于鋼板，至鋼板暗紅達到切割溫度時，將割嘴傾斜一些，便于氧化鐵渣的吹出，此時打開高壓氧將鐵渣吹出。開始切割時高壓氧不要開得太大，隨著割炬逐漸往后拖，將割嘴傾斜相反方向的熔化金屬吹出。當氧化鐵渣的火花不再上飛時，說明正將鋼板切透。這時將嘴頭和鋼板垂直，割炬延內圓線切割。
為了保證切口質量，切割速度不宜過快。
2.4.4 鉆孔
按圖紙要求在各零件上鉆出相應的孔，并攻出相應的各個孔。
第3章 焊裝夾具設計
3.1焊裝夾具概述
3.1.1焊裝夾具分類
焊裝夾具種類繁多，按用途可分為：
（1）裝配用夾具
這類夾具主要是按圖紙和工藝上的要求，把焊件中各零件或組件的相互位置能準確地固定下來，工件只在它上面進行點固，而不完成整個焊接工作。
（2）焊接用夾具
這類夾具專門用來焊接焊件，即將已經點固好的焊件放在它上面完成所有焊縫的焊接。它的主要任務是防止焊接變形，并使處在各種位置的焊縫都盡可能地調整到最的利于施焊和位置。一般這類夾具用于焊件重量大或采用自動焊進行焊接的情況，在手工操作小件焊接時，除有特殊質量要求外，一般不采用這類夾具。
（3）裝配──焊接夾具
這類夾具能完成整個焊件的裝配和焊接工作，它具有裝配用夾具和焊接用夾具的性能。
（4）檢驗夾具
簡稱檢具，它是用于檢查焊接完的部件的形狀尺寸是否符合質量要求，起量規(guī)的作用。
（5）其它夾具
指矯正夾具，整修加工夾具和熱處理夾具等
3.1.2 焊裝夾具的功用
（1）在焊接過程中定位夾緊，保證零件之間正確的裝配關系，同時保證焊接質量及焊接過程順利
采用焊裝夾具可以精確地對零件進行定位并牢固的夾緊，保證裝配件的相對位置，減少了由于人工劃線的誤差帶來的定位不精確。同時焊裝夾具在焊接過程中使零件的變形受到一定的限制，可以大大減少焊接變形，使焊后零件的結構尺寸容易達到圖紙要求。
（2）縮短焊裝時間，能夠批量生產，減少加工費，降低產品成本
采用了焊接夾具，零件由定位元件定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置，加快了裝配作業(yè)的進程。另外在焊裝夾具上備有擴力機構牢固夾緊，可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率，
夾具可強行夾固焊件或預先給予反變形，能控制和消除焊接變形，提高焊接質量，減少或取消焊后矯正變形或修補工藝缺陷的工序，使整個產品的生產周期縮短。
雖然制作焊裝夾具增加了產品成本，但焊裝夾具的使用減少了裝配和焊接工時的消耗，提高了產量，易形成大批量生產，從而減少加工費用，使產品總成本降低。
（3）增加了產品的均勻性，能得到具有互換性的產品
采用焊裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，使焊接質量穩(wěn)定，所以可提高焊件的互換性能。
（4）減輕了工人勞動強度，使不熟練工人操作也成為可能
如果不使用夾具，在裝配定位焊接時，要求工人在生產節(jié)拍時間內劃線來保證裝配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接時，裝配鉗工要始終扶持住工件，保證其位置在焊接過程中不發(fā)生變動，這項工作也非常困難和疲勞。焊裝夾具的使用降低了對工人的技術要求，也減少了工人的勞動強度。
3.2焊裝夾具設計原則及作用
3.2.1焊裝夾具設計原則
（1）焊裝夾具必須保證焊件焊后能獲得正確的幾何形狀和尺寸，尤其是保證上門窗等孔洞的尺寸和形狀。在裝配時，夾具必須使被裝配的元件獲得正確的位置和可靠和夾緊，并且在焊接時能阻止焊件產生變形。
（2）焊裝夾具應動作迅速，操作方便。操作位置要處于工人容易接近．最宜操作的部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應設計在工人最易用力的部位。當夾具處于夾緊狀態(tài)時，應能自鎖。
（3）焊裝夾具的設置應便于施工，有足夠的裝配．焊接空間，不能影響間接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊點保持適當距離，或布置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠或轉位。
（4）夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，以及焊件的表面質量。夾緊力適當，使夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束過大而產生較大的應力。
（5）為了保證使用安全，應設置必要的安全互鎖保護裝置。
（6）用于大型零件焊接的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具的剛度，對結構的形狀精度．尺寸精度影響較大。
（7）在同一個夾具上，定位元件和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。
（8）焊裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率，盡量使制作時投資少成本低。
（9）盡量選用已通用化．標準化的夾緊機構及標準零部件來設計制造焊裝夾具。
上述這些原則是設計焊裝夾具時所必須考慮的，但具體到焊裝夾具的結構上卻是差異甚大，有的焊裝夾具只有一個簡單的框架，有的則相當復雜。一般來說，應根據生產批量的大小和產品結構的特點并結合本廠的生產條件來選擇焊裝夾具的類型，設計夾具。
3.2.2焊裝夾具的作用
（1）提高了產品的裝配精度,優(yōu)化產品質量。
（2）采用焊裝夾具可以精確地對零件定位并牢固的夾緊，保證裝配件的相對位置，減少了由于人工劃線的誤差帶來的不準確。同時焊裝夾具在焊裝過程中使零件的變形受到一定的限制，可以大大減少焊接變形，使焊后零件的結構尺寸容易達到圖紙要求。
（3）焊接時間短，能夠批量生產，減少加工費，降低產品成本。
（4）采用了焊裝夾具，零件有定位元件定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置，加快了裝配作業(yè)的進程。另外在焊裝夾具上有擴力機構牢固夾緊，可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率。
夾具可強行加固焊件或預先給于反變形，能控制和消除焊接變形，提高焊接質量，減少或取消焊后校正變形或修補工藝殘缺的工序，使整個產品的生產品縮短。
雖然制作焊裝夾具增加了產品的成本，但焊裝夾具的使用減少了焊接和裝配工時的消耗，提高了產量，易形成大批量生產，從而減少加工費，使產品總成本降低。
增加了產品的均勻性，能得到具有互換性的產品。
采用焊裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，使焊接質量穩(wěn)定，所以可提高焊件的互換性能。減輕了工人勞動強度，使不熟練工人操作也成為可能。
如果不使用夾具，在裝配定位焊時，要求工人在生產節(jié)拍時間內劃線來保證裝配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接時，裝配鉗工要始終扶持住工件，保證焊接時的裝配精度。
3.3夾具的構成與特點
3.3.1一般夾具的組成
（1）定位元件
在裝配焊接作業(yè)中，零件按圖紙要求，在夾具中找到確定位置的過程稱為定位。定位元件是保證零件在夾具中獲得正確裝配位置的零件或部件。定位的方法很多，歸納起來主要有以下幾種。
利用擋鐵對平面進行定位；(定平面)
利用支撐面或支撐釘對平面進行定位；（定平面）
利用V形塊對外圓柱體進行定位；（定圓柱）
利用銷釘對孔進行定位；（孔定位）
利用卡板對型面進行定位；（定曲面）
在焊裝夾具中經常使用的定位元件有支撐板、定位銷、V形塊和卡板。這些定位件，除了起定位外，還要和夾緊元件配合來承受各種力的作用，如夾緊力、焊接變形應力等。
（2）如圖3.2所示支撐板構造簡單，經常在可調定位中使用。
圖3.2
（3）如圖3.3所示為圓柱定位用V形塊，在管類零件定位時常用。
圖3.3
（4）定位銷是焊裝夾具經常采用的定位結構，是保證夾具定位和裝配精度的一種非常重要的方式。為保證相應精度要求，要使各部件在夾具上的定位基準具有統(tǒng)一性，而這些統(tǒng)一性的基準常使用基準孔，因而基準銷的使用也相當普遍。同時，由于定位銷磨損較快，此時常采用便于更換的可換式定位銷。圖2-3所示為孔用定位銷。
（5）卡板定位件
由于所定位工件外形不同而結構有所不同，卡板定位件在焊裝夾具中使用最多。
夾緊結構：在焊接作業(yè)中，使零件一直保持確定位置的過程叫做夾緊。使零件保持確定位置的各種機構，稱為夾緊機構。夾緊與定位是緊密聯(lián)系在一起的，定位機構在前面已經講過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。僅僅定好位，在大多數場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件夾緊，才能完成工件在夾具中的全部裝夾任務。夾緊機構對焊件起夾緊作用是夾具組成中最重要最核心的部分。夾緊機構主要有以下幾種： 圖3.4定位銷
手動夾緊機構
手動夾緊機構是以人力為動力源，通過手柄或腳踏板，靠人工操作用于焊裝作業(yè)中的機構。它機構簡單，具有自鎖和擴力功能，但工作效率較低，勞動強度較大，一般在單件或小批量生產中應用最多。
由于焊裝夾具的夾緊點較多，為減少裝卸工件的輔助時間，應采用高效快速或多點聯(lián)動的夾緊機構，而且要求動作靈活，操作方便，體積小，行程大，夾緊時不損傷零件的外表面。在焊裝夾具中使用的手動夾緊器主要有杠桿—鉸鏈式夾緊器，同時移動式的螺旋夾緊器和大力鉗也常應用在隨處可夾的場合，它靈活方便。
氣動夾緊機構
氣動夾緊機構是以壓縮空氣為傳動介質，推動氣缸動作以實現夾緊作用的機構。由于氣動夾緊機構的夾緊速度快，夾緊力比較穩(wěn)定，操作簡單，不污染環(huán)境，并可實現程序控制，容易實現機械化和自動化，在批量和大批量焊裝生產線上廣為應用。通過氣動回路控制，操作者可在一個位置操作按鈕開關，實現各個方位的氣缸動作控制，而且夾緊、松開速度極快，從而能大大縮短生產輔助時間，提高勞動生產率。氣動夾緊機構的形式很多，可根據使用要求，工件形式及具體結構來進行分析，氣缸可直接選用標準化的夾緊氣缸。
3.3.2 焊裝夾具的構成及特點
焊裝夾具通常由支座、定位板、壓板、銷軸、夾緊器及限位塊等組成（如圖2-5所示）。支座是夾具的基礎單元，它將夾具按夾具所在的車線位置固定在焊裝線的基座上面。支座的精度直接影響夾具的準確性。定位板是夾具的核心單元，起支撐定位的作用。隨著焊裝線精度和自動化程度的提高,定位板大都采用定位型面與焊件（鈑金件）型面相同的定位方式。即定位板定位面直接由焊件型面的設計數值采用NC加工而成。因而，定位板的制造精度直接影響焊件的焊裝精度和互換性。壓板使焊件的定位基準與定位板緊密接觸，保持焊接過程中焊件位置不發(fā)生變動。限位塊限制壓板的壓緊程度，保護焊件不因壓板壓緊力過大而變形，支座和基座、定位板和支座之間采用螺釘聯(lián)接，通過定位銷保證安裝的位置精度。
由于產品的形式和種類繁多，在焊裝過程中使用的夾具種類和要求也不一樣，因而各種夾具在構造上有著很大的差別。目前，焊裝夾具還沒有同一的規(guī)格和標準化，均屬于非標設計與制造的工藝裝備，是根據具體車型的結構特點、生產條件和實際需要來進行設計與制造的，但其功用要求以及基本結構的組成上還是具有共性。同機械加工夾具相比，焊接工裝夾具的設計既有其共同點，又有其特殊性。這主要表現在以下幾方面:
（1）.焊接過程一般都在高溫下進行
由于加熱和冷卻的不均勻性，焊接時和焊接后焊道的縱向和橫向都要產生相當大的局部應力與收縮變形。因此除了在焊接工藝方面進行優(yōu)化之外，在夾具的設計過程中，應使夾具有較大的剛度，并盡量保持焊接結構的裝配精度。夾緊系統(tǒng)應能保持自鎖，并有足夠的裝配作業(yè)、焊接空間。焊接夾具與工件間應保持良好接觸。在定位精度方面，焊接時定位裝夾精度的要求比機械加工低。有時需要夾具對工件給予反變形或者作剛性夾固，但沒有必要對所有的零件都作剛性夾固，以允許某些工件在某一方向有適量移動，以防止內應力過大。
（2）、焊裝夾具定位面的形狀復雜，精度要求高，設計制造難度大
因為沖壓件大多為空間曲面，這就要求夾具定位元件的工作表面必須與上相應的定位表面保持一致，這樣才能在焊裝過程中保證的外形。因而定位件的定位表面大多是型面，而且其布置亦具有空間位置特點。在夾具中定位的表面往往是取各重要部位的斷面，因而焊裝夾具定位件的工作表面只有用仿形或數控設備加工，才能使其獲得準確的形狀。另外，焊件一般是由許多個簡單零件組焊而成，而這些零件的裝配和點固在夾具體上又是按順序進行的，因此，它們的定位和夾緊是一個個單獨進行的。從這一方面分析，其裝夾系統(tǒng)要比單純加工零件的機械加工夾具復雜。
（3）、裝配調整工作量大
由于零件外形尺寸大，定位元件很難做成整體結構，都是由一個個定位板構成表面的空間形狀，這就是使得裝配時的調整工作量增大。焊裝夾具的定位尺寸是否正確，要以焊件脫離夾具后，即在無拘束條件下的檢驗尺寸是否合格為依據。也就是說，焊接夾具的定位是由產品圖紙尺寸和相應的焊接變形收縮量共同決定。這就必須經過檢驗時接樣件，多次反復精調夾具，使定位尺寸達到穩(wěn)定。
3.4焊裝夾具定位原則及結構分析
3.4.1焊裝夾具定位原則
六點定位原理
工件在夾具中的定位問題，可以采用類似確定剛體在空間直角坐標系中的位置加以分析。工件在沒有采取定位措施前，在空間中的位置是任意的，共有六個不確定度，見圖2-6：
沿X、Y、Z軸的任意移動，稱為沿X、Y、Z的不確定度，用表示；
繞X、Y、Z軸的任意轉動，稱為繞X、Y、Z的不確定度，用表示；
根據工件在夾具中的加工精度和選擇定位元件的情況，通常把工件的定位分為以下幾種：
（1）完全定位 工件在夾具中若六個自由度均被限制，稱為完全定位。
（2）部分定位 工件在夾具中若六個自由度沒有被全部限制時，稱為部分定位。
（3）欠定位 工件在夾具中，若實際定位支撐點或實際限制的不定度個數少于工序加工要求應該控制的不定度的個數時，工件的定位不足，稱為欠定位。 圖3.6 物體不定度
（4）重復定位（或稱為過定位） 工件在夾具中，若幾個定位支撐點限制同一個或幾個不定度時，稱為重復定位。
焊裝夾具定位原則
與其它夾具一樣，設計焊裝夾具亦應遵循六點定位原理。但由于形狀復雜，大多是曲面結構，剛性差，易變形，因而焊裝夾具在定位上有別于其它夾具， 焊裝夾具設計采用過定位原則。
因為零件一般為彈性體，剛性差，易變形。尤其是當零件尺寸較大時，剛性更差，這些零件在其自身重量作用下都難以保證其準確的形狀，單純采用六點定位原則定位，無法保證其位置和形狀，因而需要采用工件表面或型面進行定位的定位方式，即在焊點附近均需設置定位面，增加其剛性，其定位點的數量和位置會影響夾具的功能和焊件的質量。焊裝夾具的六點定位原理加過定位原則是區(qū)別于其它夾具的最主要特點。
六點定位原理指限制六個方向運動的不定度，在設計焊裝夾具時，常有兩種誤解：一是認為六點定定位原理對薄板焊裝夾具不適用，二是看到薄板焊裝夾具上有過定位現象。產生這種誤解的原因是把限制六個方向運動的不定度理解為限制六個方向的自由度，焊接夾具設計的宗旨是限制六個方向運動的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關系。只有正確認識了薄板沖壓件焊裝生產的特點，同時又正確理解了六點定位原理，才能正確應用這個原理。從定位原理看，支承對薄板來說是必不可少的，可以消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。過定位使接觸點不穩(wěn)定，產生裝配位置上的干涉，但在調整夾具時只要認真修磨支承（定位）面，其過定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內的。
圖3-1 工件定位圖
3.4.2 焊裝夾具結構分析
在焊裝夾具中的定位元件與夾緊元件分工明確，定位件提供相應的裝配基準與被定位的零件的定位面相匹配。元件的設置僅僅提供了可靠定位的必須條件，而被定位的零件能否真正可靠的實現空間定位，往往要有夾緊元件的有力配合。但是，夾緊元件本身在夾緊操作中是運動的，其工作面并不是定位裝配基準，所以定位元件與夾緊元件配合使用，組成定位夾緊元件。
圖3-2 夾緊裝配圖
3.4.3設計步驟
（1）在設計焊接夾具之前，應首先了解生產綱領、產品結構特征、工藝需要及生產線布置方式，作好充分的工藝調研，參照國內外先進的夾具結構，并結合實際情況確定夾具總體方案。諸如是固定夾具還是隨行夾具，機械化、自動化水平是高是低，幾種車型主要夾具是否混型共用等。
（2）根據焊件結構特點及所需焊接設備型號、規(guī)格，確定定位及夾緊方式；同時根據沖壓件的工藝特點及后續(xù)裝配工藝的需要選擇合適的定位點及關鍵定位點。
（3）主體機構確定后，便可確定輔助裝置。如水、電、氣回路，氣、液動元件以及覆蓋件外部焊點所需保護銅板等。
（4）因焊接夾具總體結構都很龐大，空間結構及尺寸復雜，所以其設計應采用坐標法及模塊化設計的方法，以提高設計效率。
（5）在進行夾具的具體結構設計時，應盡可能多的采用標準化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。
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第4章 夾具的主要設計流程及參數
4.1 目前焊接夾具的一般設計流程
建立零件總成裝配文件
調入總成圖零件文件
設計零件定位方式
通過草圖或建模繪制定位部件
完成所有零件定位部件
繪制連接板等輔助零件
檢查部件之間是否干涉
設計拼臺，基板
檢查焊槍是否干涉
完成夾具控制系統(tǒng)的安裝
完成部件二維圖紙
準備
結束
是
否
是
否
4.2夾具設計及使用說明
焊裝夾具設計屬于專用夾具設計的范疇，盡管各類焊接夾具的結構形式、復雜程度和零件數量不同，但按功能來分，焊接夾具通常由工作零件、夾緊器、固定零件、輔助零件組成，如圖所示（圖4.1）
圖4.1
圖4.2材料表
由于是大批大量生產，主要考慮提高勞動生產率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用移動夾緊的大平面定位三個自由度，定位兩個自由度，用定位塊定位最后一個轉動自由度。四周通過轉動星形手柄實現夾緊。
(1)工作零件：與車身零件直接接觸的零件，是夾具的核心零件，它確定被裝配薄板件在夾具中的位置，從而保證被裝配的薄板件間相互位置符合技術要求，有時還直接確定焊接結構的外形。工作部件主要有三類：
定位塊——定位型面：壓塊——夾緊定位面；定位銷——定位車身的孔，一般壓點的數量N ≤定位點的數量M，且壓塊與定位塊是一一對應的。定位銷的安裝與車身零件上孔的位置是相適應的。
(2)夾緊器：實現夾具的夾緊動作，由手動夾緊器驅動，保證定位元件與薄板件緊密接觸，同時保證薄板件在焊接時位置不會應焊接和裝配受力而發(fā)生變化。
(3)固定零件：用以承裝工作零件和夾緊器，或使夾具安裝固定在工作臺上，是夾具安裝和檢驗的基礎。這類零件通常做成標準化結構，供設計者根據需要進行合理選用，可以分為固定式、旋轉式兩種[10]。
(4)輔助零件：緊固連接或完成輔助功能的零件，通常是國標件和按照行業(yè)標準設計企業(yè)標準件。
按各部分的名稱來分，焊接夾具通常由定位塊、壓塊、定位銷、夾緊氣缸、連桿、壓轉臂、限位塊、支座、墊片、螺栓、基準銷等組成。
4.2.1裝焊方案
從焊接件產品圖中看出，序4、序3和序2的組件分別與序1進行焊接。序1為主焊零件同時也是主體件，它的長度方向可用擋板定位，端面可采用擋銷。裝焊方案初擬為：
序4兩件與撐桿先在夾具上裝配、點固、取出焊接，然后在夾具上進行序3組件與序6桿的裝配、完成三面焊。
裝焊夾具結構
裝焊夾具采用夾具體，再在夾具體上裝上定位和夾緊序1撐桿的擋板、擋銷、螺旋夾緊器件，定位和夾緊、快撤式螺旋夾緊器件，定位和夾緊序3和序2支、螺旋夾緊機構，構成整個焊接夾具。
“焊接組合”裝焊夾具結構見“撐桿焊接組合”裝焊夾具圖
4.2.2主要零件設計的說明
1、夾具體
綜合考慮了結構合理性、工藝性、經濟型、標準化以及各種夾具體的優(yōu)缺點等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體；考慮到定位的精確度，要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時配作；考慮到焊件小，夾具體的強度要求以及夾具體的結構要求，沒有在夾具體上設計加強筋。
2、壓板
考慮到定位錐頭銷釘需垂直取出焊件才能保證順利脫離焊件，在壓板上開了凹槽起到定位作用；考慮到快速并順利取出焊件，將壓板設計成可退式壓板。
3、插銷機構主體
插銷機構主體作為插銷的支座，考慮到發(fā)距離小，將兩個插銷的插銷機構主體做成一體；并且為了保證發(fā)動機襯管兩件中心線的距離和平行度將在設計一體的插銷機構主體的插銷孔時要求兩孔中心線的距離和平行度。
4、快撤式螺旋夾緊器件
同插銷機構主體一樣，快撤式螺旋夾緊器件主體也做成一體并且要求兩孔中心線的距離。
快撤式螺旋夾緊器件工作過程：螺母套筒不直接固定在主體上，而是以它外圓上的L形槽沿著主體上的定位銷來回移動；工件裝入后推動手柄使螺母套筒連同螺栓快速接近工件；轉動手柄使定位銷進入螺母套筒的圓周槽內，螺母不能軸向移動，再旋轉螺栓便可夾緊工件；卸下焊件時，只要稍松螺栓，再用手柄轉動螺母套筒使銷釘進入螺母套筒外圓的直槽位置，便可快速撤回螺栓，取出焊件。
4.2.3裝配要求
(1)、擋銷裝配到夾具體上時，需要保證基面與夾具體橫向中心線垂直
?? （2）、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時，需要保證基面與夾具體橫向中心線平行；定位和夾緊序4發(fā)動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時，需要保證其中心線與夾具體橫向中心線垂直。
?? （3）、定位和夾緊序4發(fā)動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件的裝配，裝上螺釘，配做銷釘孔并由銷釘保證插銷機構和快撤式螺旋夾緊器件右邊中心線與擋銷基面的距離和公差
?? （4）、定位和夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的螺旋夾緊機構裝配時，裝上螺柱底座螺釘，配做銷釘孔并由銷釘保證螺旋夾緊機構定位錐頭銷釘中心線與擋銷基面的距離和公差。
?? （5）、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件的裝配，裝上螺釘，配做銷釘孔并由銷釘保證擋板和螺旋夾緊器件右端面與擋銷基面的距離
?? （6）、裝上彈簧、壓板等其他零件，完成整個裝配。
4.2.4裝焊夾具使用說明
1、夾具的操作步驟
（1）、將序4按照“撐桿焊接組合”圖裝配到序1撐桿上，并將其放置于夾具體上，由擋銷、擋板將序1撐桿定位，由螺旋夾緊器夾緊序1撐桿；同時由插銷將序4發(fā)動機襯管兩件定位，由快撤式螺旋夾緊器件將其夾緊。
（2）、點固焊后，松開快撤式螺旋夾緊器件，拔出插銷，取下進行焊接
（3）、將焊件再放置于夾具體上，由擋銷、擋板將焊件定位，由螺旋夾緊器夾緊焊件；之后將組件放置焊件之上并由螺旋夾緊機構上的錐頭銷釘和螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽來定位由螺旋夾緊機構夾緊
（4）、對組件與撐桿進行三面焊，然后松開所有螺旋夾緊器，的螺旋夾緊機構的壓板被彈簧彈起，其上的定位錐頭銷釘隨之脫離焊件，然后將壓板推出使一端脫離螺旋夾緊機構螺柱，將壓板旋轉到焊件一邊，之后取出焊件。
2、夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護
（1）使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置；
（2）如果擋銷磨損超差，可以進行打磨修復；如果擋板、插銷、定位錐頭銷磨損超差，可以重新組裝，錯開磨損部位后繼續(xù)使用。
（3）使用后需要涂防繡油。
結束語
經過幾個月的畢業(yè)設計，我深刻的體會到，設計一件產品很不容易。 “眼高手低”的問題在設計中暴露得一覽無余，但正是通過這樣的實踐經歷，使我清醒地認識到，干任何一項工作都是一件復雜的事情，不可能一下完成，我們必須一步一步、持之以恒、循序漸進，逐步完善和提高。通過這幾個月的努力，我不僅溫習了很多知識，還開拓了自己的視野。
焊裝夾具設計，并不是單純的用軟件設計，它涉及到很多所學專業(yè)方面的知識，如機械制造工藝，機械材料，互換性測量技術等，另外還能涉及到成本控制等許多方面的內容。
畢業(yè)設計的過程，也是一個不斷學習的過程。在設計過程中經常感到吃力，但是我并沒有因為這樣或那樣的困難而放棄，而是一點一點的學習，遇到困難，盡量自己想辦法獨立解決，直到實在解決不了再向導師求助。因為設計本身就是在鍛煉我們自己研究和做事的能力，這樣的機會不多阿！面臨畢業(yè)，畢業(yè)設計就是我們由學生時代轉向社會的過渡臺。另外在設計夾具過成中仍有許多操作程序不是很清楚，以至于沒有一個清晰的思路來設計。雖然在畢業(yè)設計過程中復習來所學的內容，也學到了許多新的知識，但在這個設計，學習的過程中，我并不是因學到了許多新的知識而感到高興，而是因有許多問題不明白，不清楚而感到無知。夾具設計雖然不是一個專業(yè)，但它卻涵蓋幾個專業(yè)的知識，這就需要我在今后的夾具設計過程中不斷學習，不斷創(chuàng)新，不斷積累，這樣才能把夾具設計的更完美，更先進，更具柔性。
焊裝夾具設計涉及的知識面很廣，不但要把軟件用得好，還要對機械有很深的掌握能力，機械知識不可缺少，實踐經驗是我們進行設計最大的絆腳石，因此我的夾具設計難免有錯誤。我以后會努力學習不斷改進，完善自己。
致 謝
大學的艱苦跋涉，幾個月的精心準備，畢業(yè)論文終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負，但寫作過程中常常出現的輾轉反側和力不從心之感卻揮之不去。論文寫作的過程并不輕松，工作的壓力時時襲擾，知識的積累尚欠火候，于是，我只能一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮筆疾書。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一篇具有一定學術價值的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品嘗。
敲完最后一個字符，重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果，但對我而言，是寶貴的。它是無數教誨、關愛和幫助的結果。
我要感謝我的指導教師XX老師。老師雖身負教學、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院所有教過我的老師，是你們讓我成熟成長；感謝學院的各位工作人員，他細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。
謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關懷，是我前進的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。
讓我依依不舍的還有各位學友、同門和室友。在我需要幫助的時候他們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和他們相遇、相交、相知是人生的一大幸事。
本論文的完成遠非終點，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點。
我將繼續(xù)前行！
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