HF3型车门左边框焊接总成的自动焊接装置设计【汽车类】【6张CAD图纸-2A0】【优秀】

HF3型车门左边框焊接总成的自动焊接装置设计

30页 15000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸

HF3型车门左边框焊接总成的自动焊接装置设计开题报告.doc

HF3型车门左边框焊接总成的自动焊接装置设计说明书.doc

L座零件图.dwg

中期答辩表.doc

任务书.doc

夹具装配图.dwg

定位组件零件图.dwg

封皮.doc

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支块零件图.dwg

焊接装置总图.dwg

目录.doc

答辩相关材料.doc

车门夹具装配图.dwg

过程管理封皮.doc

题目审定表.DOC

目    录

摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ

第1章  绪论………………………………………………………………………1

1.1 课题的背景及研究意义………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状………………………………………………………………1

1.2.1 虚拟制造技术的应用和发展…………………………………………1

1.2.2 柔性技术的发展与应用………………………………………………2

1.3 课题研究的主要内容…………………………………………………………………3

第2章  车门焊接夹具及焊接技术的研究………………………………………4

2.1  焊接夹具的概述 ……………………… ……………………………………………4

2.1.1 焊接夹具的特点………………………………………………………………5

2.1.2 焊接夹具要求…………………………………………………………………5

2.2 焊接夹具设计方案的确定 …………………………………………………………6

2.3本章小结…………………………………………………………… …………………11

第3章 汽车车门的三维夹具设计…………………… ……………………………12

3.1主要结构及零件的设计说明……………………………… ………………………12

3.1.1 BASE 部分……………………………………………………………… ……12

3.1.2 POST 部分 ……………………………………………………………………12

3.2 焊接夹具典型结构设计…… ………………………………………………………15

3.3本章小结 ………………………………………………………………………………16

第4章 工作站的生产能力分析 ……………………………………………………17

4.1生产节拍……………………………………………………………………………….17

4.2 对车门三维夹紧设计的重要零部件进行分析和强度校核…………………18

4.3工艺要求……………………………………………………………………………….23

4.4本章小结 ……………… ……………………………………………………………23

总结…………………………………………………………………………………………….24

参考文献 ……………………………………………………………………………………25

致谢…………………………………………………………………… ………………………28

附录……………………… ……………………………………………………………………29

摘  要

大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要根据产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造。本 次车门焊接夹具的设计亦不例外。焊接工装设计室生产准备工作的重要内容之 一，也是焊接生产工艺的主要设计内容之一。

 对于汽车、 摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张的说，没有焊接工装夹具就没有产品。通过在工艺设计时提出所需 要的工装类型、结构草图和简要说明，在此基础上完成详细的结构和零件设计及 全部图样。工装设计的质量对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接影响为此，设计焊接工装时必须考虑实用性、经济性、可靠性和艺术性等。 在夹具设计和制造过程中，普遍存在尺寸链为题。在把零件组装成装配体的过程中，也就是将零件上有关尺寸进行组合和积累。由于零件尺寸存在制造误差，因此装配时也就会有误差的综合和积累。积累后形成的总误差将会影响机器的工 作性能和质量。这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。因此合理地确定零件的尺寸和形位公差显得尤为重要。

关键词：汽车；结构设计；轿车车门；夹具设计；焊接工装；

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

理相同只是元件结构和组装方式不同。该系列元件因其结构简单，以孔定位，螺栓连接，定位精度高，刚性好，是现代柔性夹具的主流。使用孔系组合夹具可以大幅节省夹具的设计制造工时，缩短生产准备周期，节约钢材，经济效益十分显著。装焊夹具的柔性设计是夹具设计方面需要解决的关键问题，对于现有焊接夹具创新研究的同时，也要在夹具原理和结构方面进行创新研究，寻求原理、结构方面的突破。为此本设计将采用孔系组合夹具来提高焊装夹具的柔性化（4）。

1.3 课题研究的主要内容

1. 基于产品数模设计焊接组件的加工方案，并对其工装的设计过程，方法及工作远离进行分析，确定定位加紧装置和转动机构的最终设计方案

2. 通过分析拟定必要的保证要求的设计内容：设计三个工位的焊接夹具，各工位的焊接夹具工作既可以相互独立，也可以有序预约，使操作者操作便捷，维护方便

3. 通过分析设计符合实际的焊接夹具

4. 通过分析，对定位加紧装置和转动机构进行了结构的设计

5. 完成二维和三维装配图

6. 要有对相关项目进行理论分析和设计计算

7. 图纸和说明书要符合规范，标准化，清晰 一个车门的制造过程为：冲压，凸焊，点焊，弧焊，包边等，而点焊又是其 中的重中之重。为了达到以上强度，刚度及精度方面的要求，在点焊过程中使用 一副可靠的焊接夹具是极其重要的。 在焊接生产过程中， 焊接所需要的工时较少， 而约占全部加工工时 2/3 以上的时间都是用于备料、 装配及其他辅助工作。 因此， 必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。 焊接工装夹具的主要作用如下：

（1）准确、可靠的定位和夹紧，减小制品的尺寸偏差，提高零件精度和可 换性。

（2）有效地防止焊接变形。

（3）使工件出于最佳施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低， 焊接速度得以提高。

（4）扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动 化的综合发展。 如下图:  装焊夹具概述 把冲压件在一定工艺装配中定形、定位并夹紧，组合成前围组件、合件、分总成及总成，同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程。装焊夹具没有统一规格和标准化，均属于非标准设计和制造的工艺设备，是根据具体各车型的结构特点、生产条件和实际需要来2.1.1 焊接夹具的特点

1.车门装配焊接夹具的定位方式、定位元件形状复杂。车门装配焊接夹具由于车门零件大多是三维空间曲面的冲压件，他们不仅形状复杂，而且刚性差，易变形。在夹具中定位时往往要合理的取前围某特定的曲面、孔作定位面、定位孔，定位孔的首选应是产品图的基准孔，

2.汽车车门外形复杂，大多是三维空间曲面尺寸较大装焊夹具的定位往往采用过定位的设计以保证在装焊部件时的正确性，尽量减少车身焊接时产生的焊接变形；

3.一般情况下，汽车车身装配焊接夹具中的夹紧装置通常采用手动与气动装置，大部分采用气动夹紧装置。夹紧装置的位置与结构设计需合理、精确、牢靠；动作的程序设计需准确、简捷。

4.汽车车门装配焊接夹具设计时要充分分析车身零部件，考虑定位、定位装置、夹紧装置、输送装置及焊枪、焊钳之间的干扰问题。设计人员必须充分考虑冲压件装配焊接前后取出等一系列的干涉问题，如定位装置、夹紧装置之间的干涉；焊枪、焊钳与定位装置、夹紧装置之间的干涉[5]。

2.1.2焊接夹具要求

 在汽车车身焊接过程中定位夹紧 保证车身零件之间正确的装配关系 同时保证车身焊接质量及焊接过程顺利

 车门焊接夹具的优劣在决定着车门质量。为此，此次装焊夹具的设计必须达 到以下要求：

（1）保证焊件焊后几何形状和尺寸精度符合图纸和技术要求；

  （2）使用时安全可靠，凡是受力的各种器件，都应有足够的强度和刚度；

  （3）便于施工和操作，定位、夹紧和松开应省力而迅速，夹具应使装配和 焊接过程简化，操作顺序合理；

（4）容易制造和便于维修；零部件应尽量标准化、通用化，易于加工制作； 易磨损件要便于更换；

（5）降低夹具制造成本，尽量使用标准件。 此次所焊接的车门为 哈飞 左前门部件， 设计了其中点焊的第一道工 序的夹具，选用的焊接设备为悬挂式电焊机，选用的焊钳为 X 型焊钳。 本次设计所全程使用 CAD 技术，3D 图利用 CATIA 软件绘制，2D 图利用 AutoCAD 软件绘制。设计的过程中参考了一些点焊工艺方面的书籍，也参考了 诸多焊接工装方面的书籍，采用了一些知名企业的焊接工装标准，借鉴了现有的 车门装焊夹具。以上种种都让我收益颇多[6]

2.2焊接夹具设计方案的确定

1. 夹具高度。

考虑到本地人的平均身高，将夹具的夹紧时的高度定为 1000mm，为方 便取件并考虑到夹紧机构力臂受力足够，夹具打开的最高的高度为 1xxxmm。

2. 摆放方案。

车的前后方向为 x 方向，车的宽度方向为 y 方向，垂直于地面的方向为 z 方向。垂直零线在前壁板前方距离车体 2000mm 处的平面上，水平零线位于轮 胎下方距离车架顶部 500mm 处，车体中心线为 y=0 的平面，左边为负，右边为 正。

考虑到车门整体呈扁平状，并且为方便焊接操作，将零件的摆放方式定 为车门按车身坐标来摆放， ZX 方向与地面平行， 向为 BASE 板的法线方向。 即 y

3. BASE 方案

BASE 是夹具的基本件，它要把夹具的各种元件、机构装置连接成一个 工件外形 整体。 夹具 BASE 的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、 轮廓尺寸及加工条件等。设计夹具 BASE 时应满足以下要求：

   （1） 足够的强度和刚度；

（2） 结构简单、轻便。在保证强度和刚度的前提下结构尽可能简单紧 凑。

（3） 安装稳定可靠。

（4） 结构的工艺性好，便于制造、装配和检验。

（5） 尺寸稳定且具备一定精度。

（6） 清理方便。 由于夹具底板要承受相当重的重量，综合考虑结构合理性、工艺性、经 济性，标准化等，为保证夹具的刚度和强度，夹具的 BASE 板采用厚度为 20mm 的 Q235 板材或者 Q255 板材，板材下面用槽钢支撑，槽钢选用热轧普通槽钢， 代号为 GB/T707 14b。槽钢在两个垂直方向呈网状搭接，槽钢与 BASE 板通过焊 接连接，焊后经过退火处理以消除焊接应力。BASE 板的平面度 0.10。在槽钢靠 近地面的底部焊接 5 个支脚底座。。

BASE 支撑采用支脚支撑，支脚通过螺栓与 BASE 板上的支脚底座进 行连接。BASE 外形需将板件包含在内，BASE 板外形与车门整体外形相一致。。 （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准确和确定不变的位置，在保证 加工要求的情况下，限制足够的自由度。

(1) 工件的定位原理

   自由物体在空间直角坐标系中有 6 个自由度，即沿 OX，OY，OZ 三个 轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。 要使工件在夹具中有确定不变的位 置，则必须限制六个自由度。工件的六个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个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊 接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，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。在焊接夹具设计中，按加工要求应限 制的自由度而没有限制的欠定位是不允许的； 而选用两个或更多的支撑点限制一 个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件 的变形，影响工件的定位精度。但是在大的钣金件中，为了保证焊接不变形和保 护工件不受外力压垮，常常需要多设置若干定位加紧。

以下说明钣金件的典型定位方式。 一个钣金件由一个主定位孔和一个副定位孔及三个定位面进行定位。定位 原理如下图所示。H 为主定位孔，呈圆形（circular hole） 为副定位孔，为了 ；h 防止与主定位孔配合时出现过定位，其形状呈腰形（regular slot） 为定位面。 ，S H 中插入主定位销（principle locator）以限制 x，y 向平动自由度，在 h 中插入销 配合 H 中的销可以限制绕 z 轴的转动自由度，3 个 S 面相当于三个点，限制板件 Z 向的移动及绕 x 轴和 y 轴的转动，所以综上 S 面限制板件三个自由度，H 限制 板件两个自由度，h 限制一个自由度。由此，板件得以完好定位。如图2.2-1  本设计首先分析了汽车驾驶室的特点，指出了焊装夹具在汽车整车生产中的重要地位，然后 对其装焊夹具进行了设计和研究，指出了装焊夹具的特点为：设计复杂、过定位的设计结构、采 用气动夹紧装置、应克服元件间的干涉干扰问题、专用性强。因此，装焊夹具的设计必须具有正 确的工艺保证和合理的设计程序。装焊夹具设计的最终目的是为了焊接，所以，本文对焊接技术 进行了研究，重点对点焊在白车身焊接领域应用范围最广泛的焊接技术进行了研究分析。 本设计的主要设计路线为通过 Pro/E 三位软件直接对焊接夹具进行建模，在建模的过程中对不符 合的要求的零部件及时的进行更改。并进行运动仿真和整体的干涉校核。 基于 Pro/E 的三维模拟设计以其生产成本低、设计周期短、产品报废率低等经济优势逐步取代了 传统的二维平面设计, 成为焊装夹具设计的潮流。 Pro/E 软件提供了二维软件无法实现的产品质量 分析、机构运动仿真分析、产品受力与受热分析等功能, 为焊装夹具设计向虚拟化设计、无图纸 化管理发展提供了条件。

工装设计的质量对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接影 响，为此，设计焊接工装时必须考虑实用性、经济性、可靠性和艺术性等。 在夹具设计和制造过程中，普遍存在尺寸链为题。在把零件组装成装配体的 过程中， 也就是将零件上有关尺寸进行组合和积累。 由于零件尺寸存在制造误差， 因此装配时也就会有误差的综合和积累。 积累后形成的总误差将会影响机器的工 作性能和质量。这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。因 此合理地确定零件的尺寸和形位公差显得尤为重要。

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