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毕业设计论文汽车驾驶室后顶预装总成焊装设备设计指导老师 学生姓名 系 别 机械工程系专 业 机械设计制造及其自动化班 级 T913-2学 号 摘要论文主要介绍了湖北省东风（十堰）设备制造厂关于汽车驾驶室后顶预装总成焊接工艺设备的设计。本文侧重于计算机辅助设计与制造，使用AutoCAD绘制二维工程图，运用三维软件进行三维数字化建模，夹具的虚拟装配，以及部分主要零部件的制造仿真。论文对夹具的方案进行了分析，比较了工艺方案的经济性和技术可行性，得到了比较切实可行的方案；对夹具的定位做了分析，确定了定位尺寸，以及后顶盖定位部件的设计；对夹具的夹紧进行了分析，确定了夹紧部件的设计，并计算了夹紧力。关键词：焊接工艺设备设计后顶预装总成二维和三维建模AbstractThe paper mainly introduced the design ofautomobile cab rear top pre-installed assembly welding equipment in Dongfeng Machine Tools Plant.This paper focuses on the computer aided design and manufacturing, the use of AutoCAD drawing 2D engineering drawing, using 3D software CATIA 3D digital modeling, virtual fixture assembly, manufacturing simulation and some main parts. The fixture is analyzed, compared the economic and technical feasibility of the process, then a feasible solution is obtained. The fixture positioning is analyzed to determine positioning dimensions and the cover design after the positioning member.The clamping is analyzed to determine the design of clamping parts and calculate the clamping force.Keywords：welding Equipment Design;the rear top pre-installed assembly; the 2D and 3D modeling目 录摘要IAbstractII目 录III一、绪 论11.1本课题的来源、目的及意义11.1.1 课题的来源11.1.2 本课题研究目的11.1.3 本课题研究的意义11.2课题背景及国内外研究现状21.2.1课题的国内外研究概况21.2.2 课题的研究趋势预测21.3 课题研究的主要内容3二、焊接夹具设计工艺分析42.1 焊接夹具的分类42.2焊接夹具的基本作用与要求42.2.1 焊装夹具的基本作用42.2.2 对焊接夹具的基本要求5三、焊接夹具系统方案设计63.1 夹具的设计流程63.2 驾驶室后顶盖结构分析83.3系统设计方案选择93.4 生产节拍计算12四、夹具的定位124.1定位方式的选择134.2 定位尺寸的确定174.3 定位部件的分析及设计174.3.1 驾驶室后顶盖上半部分的定位设计184.3.2 驾驶室后顶盖后半部分的定位设计20五、夹具的夹紧225.1夹紧装置的相关概念225.1.1夹紧装置的组成225.1.2夹紧装置的分类235.1.3夹紧装置的结构特点235.2夹紧装置的设计245.2.1驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置设计245.2.2 驾驶室后顶盖后半部分夹紧装置设计265.3夹紧力的计算27五、结论与展望295.1 结论295.2 展望29致 谢30参考文献31IV一、绪 论1.1本课题的来源、目的及意义1.1.1 课题的来源本课题将针对东风汽车有限公司设备制造厂焊装作业部实际的汽车驾驶室后顶预装总成焊装设备设计，对后顶预装总成焊装设计进行科学整理、归纳和完善，以期最终形成后顶预装总成焊装相关设计思路与方法。使最后焊装夹具设计能够符合生产实际，满足实际生产的技术要求，并且使方案具有一定的可操作性和现实意义。1.1.2 本课题研究目的通过在东风汽车有限公司设备制造厂的实习，了解焊装夹具的设计步骤和方案，了解焊装夹具设计的关键技术，针对生产中对后顶预装总成焊装设备设计的实际要求，完成汽车驾驶室后顶预装总成焊装设备设计，用以指导汽车驾驶室焊装夹具的生产实践，达到提高生产效率，获得高的经济效益的目标，并为自己走上工作岗位打下坚实的基础。1.1.3 本课题研究的意义汽车工业装备是一个迅猛发展的新兴行业，由于汽车制造厂的车型更换比较频繁，种类趋于多样化，而车型变换时变化最大的就是车身，这就要求车身对应的焊装线能够跟上汽车车型和种类的变换速度。其中，在焊装线上最重要的是焊装夹具，焊装夹具在整个焊接流程中起着重要作用。基于上述原因，对焊装夹具的研究已势在必行。在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，而且科学的考虑共用或混型夹具，可以建立通用焊装生产线，从而更大程度上提高生产水平，获取更大的经济利益。1.2课题背景及国内外研究现状1.2.1课题的国内外研究概况焊装夹具是汽车车身焊装生产线上的关键工艺设备，事关整个汽车的制造质量。它的设计制造影响着整个焊装工艺水平、汽车生产能力及产品质量。焊装夹具的技术水平往往代表着工艺水平，在现代制造业中，夹具已成为保证产品质量，实行全面质量管理的重要手段。在世界先进发达国家，焊接工艺及柔性焊接生产线备受关注，特别是柔性焊装生产线适应不同产量、不同生产率、不同自动化程度、不同工厂环境的特点，柔性生产系统是车身焊装线的主流发展趋势。而且在工业发达国家和汽车大国，焊装的研制已形成一个相对独立的新兴工业部门，焊装的开发与设计已形成标准化、系统化、通用化、柔性化的系统。在我国，近年来焊装夹具设计公司为上海大众、上海通用、广州本田、一汽马自达等国内知名汽车公司设计制造了大量分总成焊装夹具。同时继德国、美国等欧美汽车及零部件厂商纷纷进驻中国后，日本投资商也把目光投向中国。通过新技术的引入和我国技术人员的开拓创新，我们国家与欧美发达国家在焊装夹具设计领域的差距正在不断缩小。1.2.2 课题的研究趋势预测随着人们对汽车的需求量日益增大，需要更高的生产效率来满足市场的需求。面对快速增长的市场需求和产品更新，焊装夹具作为汽车车身焊装生产线上的关键工艺设备，正朝着高精度、高效率、智能化、模块化、柔性化的方向发展，同时还更加注重经济效益。1.高精度、高效率随着焊接成型自动化的高度发展，焊接夹具成为自动化焊接过程中不可缺少的重要组成部分。在自动化焊接过程中，夹具的精度是实现高质量自动化焊接的重要保证。所以，要获得最优的焊接质量，必须对焊接夹具精度提出更高的要求。而焊接的效率直接关系到生产加工的成本，高的生产效率是提高企业经济效益的重要手段。2.智能化、模块化车身焊接夹具的设计由于受车身零件结构形状、焊接工艺、焊接方法、焊接设备等多种因素的影响和制约，设计周期长，设计工作量大，设计过程复杂，在一定程度上制约了汽车生产技术的发展。随着CAD技术的飞速发展，探索其结构的特点和规律，建立具有零部件库、实例知识库、领域知识库和推理规则的智能化、模块化系统，对于缩短新车型的开发周期具有很大的实用价值。3.柔性化汽车制造的个性化、批量化、高效化和产品质量一致性的要求，使汽车焊装生产线的自动化、柔性化程度日益提高。焊接机器人是实现车身装焊的柔性化、自动化生产方式的有效手段，可以提高焊装生产的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，保证焊接质量。1.3 课题研究的主要内容在汽车焊接生产线上，焊装夹具大致可以分为普通总成夹具和预装总成夹具。使用普通总成夹具的工位，有焊接作业（有焊枪在工作），夹具为焊接汽车薄壁件提供必要的位置和精度保证。预装总成夹具只是起到一个精确定位的作用，为吊具吊起工件提供位置和精度保证。本课题主要研究汽车驾驶室后顶预装总成焊装设备设计，在该工位上，设计的夹具通过定位装置和夹紧装置，保证驾驶室后顶的位置和精度，等到吊具到达指定位置后，预装总成夹具上的夹紧装置松开，吊具上的夹紧装置夹紧工件，移动工件到下一个工位。该设备是焊装汽车驾驶室后顶预装总成的非标设备，其主要的技术参数如下：节 拍：8.4min/辆份；其 他：人工手动上下料，气动夹紧、气动打开。二、焊接夹具设计工艺分析2.1 焊接夹具的分类把车身冲压件在一定工艺装备中定形、定位并夹紧，组合成车身组件、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焊接过程。焊接过程中所使用的夹具称为焊装夹具。焊接夹具的种类繁多，就目前已有的各种夹具可归纳和分类如下：1.按用途分有：（1）装配用的夹具 这类夹具主要任务是按产品图纸和工艺上 的要求，把焊件中各零件或部件的相互位置能准确地固定下来，工件只在它上面进行点固，而不完成整个焊接工作。利用该夹具的工位属于预装工位。（2）焊接用夹具 已点固好的焊接放在这一类夹具上完成所有焊缝的焊接。它的主要任务是防止焊接变形，并使处在各种位置的焊缝都尽可能地调整最有利于焊接的位置。（3）装焊夹具 在夹具上能完成整个焊接的装配和焊接工作，它兼备有上述两种夹具的性能。2.按动力来源分有：（1）手动夹具 靠人力推动夹紧机构，以达到夹紧工件的目的。（2）气动夹具 又叫风动夹具。利用压缩空气作为动力推动夹紧机构，夹紧工件。（3）电动夹具 利用电磁吸引力来夹持工作。2.2焊接夹具的基本作用与要求 装配焊接是车身制造中的重要环节之一，它直接影响车身质量、生产率和经济性，提高装配精度和焊接质量是车身制造的核心工作。焊装夹具就是为了保证车身的装配精度、提高生产率。2.2.1 焊装夹具的基本作用1.给车身的定位、夹紧、保证装配精度。2.保证焊接工艺能正常进行，保证焊接质量。3.减轻劳动强度，提高劳动生产率，改善劳动条件，降低产品成本。2.2.2 对焊接夹具的基本要求我们选择任何一套焊接夹具，它都应满足下列基本要求：1.保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸 在装配时，夹具必须使被装配的零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止和减少焊接产生变形。2.使用时安全可靠 在夹具上，凡是受力的各种器件，都应具有足够的强度和刚度，它足以承受重力和因焊件变形所引起的各个方向的力。3.便于施工 夹具应使装配和焊接过程简化，操作程序合理；工件装上或卸下相当方便，不受夹具上的各种器件干涉，也不被夹具卡住而无法卸下；焊缝能处于最方便施焊的位置；在夹具上便于进行中间质量检查等。4.便于操纵 在保证强度和刚度的前提下，应轻巧灵便；定位、夹紧和松开过程省力而又快速等。5.成本低 制作时投资少，使用时的能源消耗费用和管理费用少。三、焊接夹具系统方案设计3.1 夹具的设计流程汽车车身焊接夹具的设计，需要考虑定位和夹紧等很多方面的问题：1.明确夹具的焊装功能，也就是焊接那些件，需要把哪些小件焊接在一起； L+ F0 | F- w1 b2 s3 C$ b2.明确工件的定位要求，也就是每种小件焊接的时候，在X、Y、Z向都应该有定位夹紧，防止工件焊接窜动；6 Y5 c3 l7 V $ z) S- r2 i+ * f3.明确工件的放置方向，放置方向有利于工人装夹小件，同时又容易合理安排焊枪的姿态；4.明确焊装夹具的工艺要求，也就是先装配定位哪个件，在装配定位哪个件，依次装夹，分别定位；不同的装夹顺序也会导致夹具的设计不同；1 B- x) O, V$ i2 H8 x$ p- / t4 K5.明确每个小件的焊点分布，以及在每一个工位各焊接哪些点。 s* A: h 9 l2 T; t8 8 Z# I a* C, z, sO明确了上述几点，在正确摆正所有工件之后，可以在离地适当高度先绘制夹具底板和地面支撑；& S2 0 t. h$ D2 p# M v0 Q然后再根据定位要求分别将定位装置设计出；最后设计夹紧装置。 - s1 G目前汽车行业，在工厂中运用较多的焊装夹具生产流程：准 备分析工件的结构确定工件定位和夹紧方案设计定位部件设计夹紧装置绘制连接板等辅助零件是 检查部件之间是否干涉 否设计基板（Base板）是检查焊枪是否干涉否完成夹具控制系统的安装完成部件二维图纸结 束 图3.1 焊装夹具生产流程在该工位上并没有焊接工序，所以并不需要焊枪，也就不用检查焊枪是否干涉。3.2 驾驶室后顶盖结构分析在该课题中，汽车驾驶室后顶盖由后顶盖上部和后顶盖后部两个部分组成。课题中，后顶盖上定位销孔的位置已经给出，需要按照定位销孔的位置设计定位方案。该套夹具设计的是汽车驾驶室后顶预装总成，该工位属于预装工位，在该工位上预装总成夹具只是起到一个精确定位的作用，为吊具吊起工件提供位置和精度保证，所以在该工位上并没有焊接工作，不用考虑焊枪的位置。定位销孔4LD1从图3.2可以看出驾驶室后顶盖呈直角形，后顶盖上部有两个定位销孔，后顶盖后半部分也有两个定位销孔。从给出的这个结构可以看出，在设计夹具时可以分别考虑都用一面两销定位。定位销孔1和定位销孔2的最小极限直径D1=D2=11.5mm，中心距LD1=916mm0.05mm，定位销孔3和定位销孔4的最小极限直径D3=D4=7.7mm7.7mm，中心距LD2=966mm0.05mm，后顶盖的总体尺寸2100mm860mm840mm后顶盖上半部分后顶盖后半部分LD2定位销孔3定位销孔2定位销孔1图3.2 驾驶室后顶盖3D模型3.3系统设计方案选择从后顶盖的三维模型可以看出，后顶盖上部和后顶盖后半部分都有两个销孔，在考虑夹具的定位夹紧时，定位销的位置也就随之而确定。下面根据后顶盖的结构特点，设计了两种方案。1.方案一的分析(a)主视图（b）俯视图图3.3 方案一由图3.3（a） 后顶盖上半部分由定位销孔1和定位销孔2的两个定位销，以及两个孔和A点三个支承组成的一个面来定位。夹紧由左右两个夹紧装置来完成。由图3.3（a）和图3.3（b）后顶盖后半部分由定位销孔3和定位销孔4的两个定位销，以及B点和C点两个支承组成的一个面来定位。夹紧由两孔以及D点这三点的夹紧装置来完成。2.方案二的分析(a)主视图（b）俯视图图3.4 方案二由图3.4（a） 后顶盖上半部分由定位销孔1和定位销孔2的两个定位销，以及E点和F点两点的两个支承组成的一个面来定位。和方案一一样，夹紧同样由左右两个夹紧装置来完成。由图3.3（a）和图3.3（b）后顶盖后半部分由定位销孔3和定位销孔4的两个定位销，以及B点和C点两个支承组成的一个面来定位。夹紧由M点和N点这两点的夹紧装置来完成。3.方案的比较（1）比较两个方案定位的不同后顶盖后半部分的定位两个方案相同，而上半部分的定位，方案二除了两销孔处的支承还额外在E点和F点设计了两个定位去支撑，而方案一只在两孔连线的中点A点额外设计了一个支承，这也能达到定位的目的，但却减少了支承的数目。（2）比较两个方案夹紧的不同后顶盖上半部分的夹紧两个方案一样，而后半部分的夹紧，方案一由两孔以及D点这三点的夹紧装置来完成，方案二由M点和N点这两点的夹紧装置来完成。从夹紧装置的数量上看，方案二只需要对称设计两个夹紧装置，方案一要设计三个。但是方案二，在两销孔之间的M点和N点夹紧，工件易发生变形，而方案一在两销孔处先夹紧，然后在两销孔连线的中点夹紧，这样能够尽量避免工件的变形。同时，方案一在定位销孔处，可以将定位销和夹紧机构设计到一个装置上，给设计带来了方便，弥补了夹紧点多的不足。综合以上的分析，选择方案一比较符合生产实际，也更能够提高生产效率。本课题研究内容是汽车焊接线中预装工位的夹具设计，并不用进行焊接作业，不用设计焊枪，只需要考虑定位和夹紧的要求。按用途，本课题设计的夹具属于装配用夹具，按动力源，本课题设计的夹具属于气动夹具，如图3.5所示 。图3.5 汽车驾驶室后顶盖焊接预装总成总体布局图3.4 生产节拍计算“节拍”是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。该工位为预装工位，并没有焊接操作，所以不用考虑与焊接有关的先关时间。查阅相关资料【1】，相关的每个动作的参考时间：1、装件时间：小件2秒，大件5秒；2、夹紧、松开时间：每级2秒；3、夹具举升、旋转时间：各5秒；4、吊具升降时间：根据升降高度按平均0.1米/秒的速度计算（一般行程0.5米） ； 5、吊具前进、后退时间：根据距离按平均8米/分钟的速度计算（一般距离4米）。 表3.1 生产节拍的计算动 作所用时间装件：装后顶盖5秒夹紧：夹具夹紧后顶盖2秒定位：吊具定位5秒夹紧：吊具夹紧后顶盖2秒夹具夹紧机构松开2秒吊具吊着工件至下一工位30秒总计46秒如上表所示，在该工位上的所用时间为46秒，满足课题的要求。四、夹具的定位薄板冲压件焊装夹具广泛应用于汽车、飞机及家用电器等工业，焊接夹具的设计质量直接影响到整个产品的制造偏差。薄板焊装夹具与通用的机加工夹具存在显著的差别，它不仅要满足精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易变形性和冲压制造偏差较大的特征。夹具设计中最重要的部分是定位元件的设计，往常设计时大多采用六点定位，即“3-2-1定位原理”。对于汽车车身这类薄板冲压件，定位夹具除了具备限制零件刚体运动的基本功能外，还必须能够限制过多的工件变形。如果还有用普通的六点定位的话，工件将因为没有进行可靠的定位而发生定位不准的问题。要对薄板柔性件进行可靠定位，必须有更为有效的夹具设计理论来支持。近十几年来，许多学者在薄板焊接工装夹具的设计上开展了大量工作，提出了一些新型的薄板冲压件焊接工装夹具的设计理论和方法，取得了显著的效果。N-2-1定位原理【2】就是其中之一。N-2-1定位原理的主要内容：1.第一基准面上所需的定位点数为N（N3）。对绝大部分薄板件加工过程，其最主要的尺寸问题是薄板件法向方向上的变形，甚至其自重所引起的变形都不容忽视。有关分析表明，对一块长宽各400mm，厚1mm的薄板，用“3-2-1”原理定位，在其自重作用下就可能产生13mm的变形量。因此，对于薄板件而言，最合理的夹具系统是要求其第一基准面上存在多于三个定位点去限制这个方向上的零件变形。2.第二、第三基准面所需的定位点为2个和1个。在第二、第三基准面上分别需要2个和1个定位点去限制薄板件的刚性运动。2个和1个定位点是足够的，因此实际加工所产生的力通常不会作用在这两个基准面上，以避免弯曲和翘曲。更进一步的分析表明，第二基准面上的两个定位点应布置在薄板件较长的边上。这是因为当两个定位点间距尽可能大时，同时还可以更好的弥补零件表面或定位元件的安装误差。4.1定位方式的选择从图3.2给出的结构可以看出，由于销孔的位置已经给出，在设计夹具时可以分别考虑都用一面两销定位。一面两销的定位方式有两种，一种是以两个圆柱销及平面支承定位，另一种是以一圆柱销和一菱形销及平面支承定位。下面分析一下两种定位方式，比较它们的优缺点。1.以两个圆柱销及平面支承定位【2】两销都采用短圆柱销，实际上这是一种过定位情况，因为一个支承平面限制三个自由度，每个短圆柱销限制两个自由度，沿两孔连心线方向的自由度被重复限制了。这个时候，假定第一个孔能正确装到第一个销上，但同批工作第二孔就会因孔间距误差和销间距误差的影响而装不到第二个销上，有可能出现孔心距为最小而销心距为最大，或者孔心距为最大而销心距最小的极限情况。如图4.1所示，孔心距为最大而销心距最小，即L+LDL-Ld。此时，工件根本无法装入两销实现定位。为了保证一批工件都能定位，可将第二个销的直径减少，并使其减少量足以补偿销间距和孔间距误差的影响。图4.1 两销一面定位a 设工件上两孔中心距为LLD，两销中心距为LLd，定位孔1与定位销1之间的最小配合间隙X1min，定位销1直径最大极限尺寸d1，定位销2直径最大极限尺寸d2，定位孔1直径最小极限尺寸D1，定位孔2直径最小极限尺寸D2。图4.2表示孔心距为最大（L+LD）而销心距为最小（L-Ld）的极限情况，在这种情况下，两定位孔恰好能套在两定位销上，此时有 L+LD-X1min2-D22=L-Ld-d2/2 (4-1)图4.2 两销一面定位b缩小后的第二销的最大极限直径为 d2=D2-2LD-2Ld+Xmin （4-2）定位销2与定位孔2间的最小配合间隙X2min应达到 X2min=D2-d2=2LD+2Ld-Xmin (4-3)另一种极限情况是孔心距为最小（L-LD）而销心距为最大（L+Ld）的情况，同理可得到式（4.3）的结果。这种缩小一个定位销直径的方法，虽然能实现工作的顺利装卸，但显然加大了孔与销的配合间隙，使工件的转角误差增大，影响装配精度。因此，只能在加工要求不高时使用。所以实际上往往不采用减小第二销直径的办法，而是采用削边销，即菱形销。图4.3 两销一面定位c2.以一圆柱销和一菱形销及平面定位支承【2】为使工件在极端情况下能装到定位销上，在不减小圆销直径的情况下，可把第二销碰到孔壁的部分削去，只留下一部分圆柱面，如图4.3所示。这样，在连心线方向上仍有减小第二销直径的作用，而在垂直于连心线方向上，由于销子直径并未减小，因此工件转角误差没有增大，同时也保证了工件装配容易。 菱形销保留宽度b可按图4.4所示的几何关系进行计算。图4.4 菱形销尺寸计算由直角ACO2和直角BCO2可知CO22=AO22-AC2=BO22-BC2 (4-4)式中 AO2=D2/2BO2=d22=(D2-X2min)/2BC=b/2AC=AB+BC=LD+Ld+b/2代入式（4.4）得D224-(LD+Ld+b/2)2=D2-X2min24-b2/4化简并略去二次微量（LD+Ld）2和X2min2，整理后得 b=D2X2min2(LD+Ld) (4-5)设计夹具时，“两孔一面”定位的定位销尺寸和公差常按以下步骤确定。（1）两定位销中心距及公差的确定计算时，工件孔中心距均应化成以平均尺寸为基本尺寸，偏差对称分布的形式，两定位销中心距的基本尺寸等于两孔中心距的平均尺寸，其公差一般为Ld=(1/51/3)LD【2】 (4-6)（2）圆柱销直径d1的基本尺寸及公差圆柱销d1以工件相应孔的最小极限尺寸D1为基本尺寸，公差取g6或f7，即 d1=D1(g6或f7)【2】 （4-7）（3）确定菱形销宽度b和限位基面直径d2的基本尺寸、公差兼顾工件的装夹、定位精度及夹具的使用寿命，一般按国标GB/T2203所推荐的数值选取（见表4.1）。为使工件装入方便，定位销端部应按15倒角，同时还应使菱形销低于圆柱销35mm，从表4.1查出b值，代入式（4.5）中求出X2min，则菱形销的限位基面直径d2为d2=D2-X2min（公差取h5或h6)【2】 (4-8)表4.1 菱形销的尺寸推荐值【2】d236688202024243030404050Bd2-0.5d2-1d2-2d2-3d2-4d2-5d2-5b11233345b23455684.2 定位尺寸的确定通过上面的分析可知，以两个圆柱销及平面支承定位影响夹具装配精度，在实际生产过程中应该采用一个菱形销和一个圆柱销及一个平面来支承定位，来保证装配精度。其中定位销孔1和孔4用菱形销定位，孔2和孔3用圆柱销定位。1.两定位销中心距及公差的确定由式（4-6） 后顶盖上半部分的两定位销的中心距及公差： 取Ld1=1/4LD1 LD1=0.05mm 则Ld1=LD11/4LD1 即 Ld1=916mm0.0125mm同理可知：后顶盖下半部分的两定位销的中心距及公差Ld2=966mm0.0125mm2.圆柱销直径的基本尺寸及公差由式（4-7）圆柱销 d2=D2=11.5mm(g6) 圆柱销 d3=D3=7.7mm(g6)3.确定菱形销宽度b和限位基面直径的基本尺寸、公差由表4.1菱形销d1的b值为4mm，由式（4-5）知Xmin=0.07mm，故由式（4-8）得菱形销d1=11.4mm同理菱形销d4的b值为3mm，d4=7.7mm4.3 定位部件的分析及设计一个刚体在空间直角坐标系中具有六个自由度【3】，如图4.5所示，沿X、Y、Z三个坐标轴的移动自由度X、Y、Z和绕X、Y、Z三个坐标轴的转动自由度X、Y、Z。当工件的六个自由度都被限制时，它在空间的位置就会被确定下来。图4.5 刚体的六个自由度4.3.1 驾驶室后顶盖上半部分的定位设计一面两销定位就要在夹具中形成一个定位基面，然后与两销共同限制工件的六个自由度。菱形销d1d1圆柱销d2L座CyxzL座AL座By定位基面A图4.6 驾驶室后顶盖上半部分的定位设计a如图4.6所示，L座A、L座B、L座C的顶部形成了一个定位基面，再加上菱形销d1和圆柱销d2就形成了一面两销的定位支承。定位基面A限制了三个自由度，即Z轴的移动Z，以及绕X、Y两个坐标轴的转动自由度X、Y；圆柱销d2限制了两个自由度，即沿X轴、Y轴的移动X、Y；菱形销d1限制了一个自由度，即绕Z坐标轴的转动自由度Z。将后顶盖上半部分装到定位装置上，如图4.7所示。圆柱销d2菱形销d1图4.7 驾驶室后顶盖上半部分的定位设计b1.L座A L座主要由定位销、销支架、支撑板和角支座等组成。定位销有定位的作用，销支架是为了固定定位销，支撑块有定位支承工件的作用，角支座主要起支承的作用。L座C的结构与L座A的结构对称。大角支座小角支座支承块销支架连接板菱形销图4.8 L座A2.L座B L座B主要由定位块、连接块和角支座组成。定位块有定位支承工件的作用，角支座主要起支承的作用。大角支座小角支座连接板定位块图4.9 L座Bz4.3.2 驾驶室后顶盖后半部分的定位设计定位夹紧部装AyxL座EL座D定位夹紧部装B定位基面B图4.10 驾驶室后顶盖后半部分的定位基面B圆柱销d4菱形销d3图4.11 驾驶室后顶盖后半部分的两个定位销由图4.10可知，L座D、L座E侧面形成了一个定位基面B，再加上图4.11中菱形销d3和圆柱销d4就形成了一面两销的定位支承。定位基面B限制了三个自由度，即Y轴的移动Y，以及绕X、Z两个坐标轴的转动自由度X、Z；圆柱销d4限制了两个自由度，即沿X轴、Z轴的移动X、Z；菱形销d3限制了一个自由度，即绕Y坐标轴的转动自由度Y。1.L座DL座B主要由支撑块、连接板和角支座组成。定位块有定位支承工件的作用，角支座主要起支承的作用。L座E与L座D结构对称。大角支座连接板小角支座支撑块图4.12 L座D2. 定位夹紧部装A 该部件由定位销、销支座、压块、定位块、型块、连接块和气缸组成。该部装既有定位的作用，又有夹紧的作用。定位夹紧部装B和定位夹紧部装A对称。气 缸连接块定位块定位块型 块压块销支座定位销图4.13 定位夹紧部装A五、夹具的夹紧工件在夹具上的安装包括定位和夹紧两个密切联系的统一过程。为使工件在定位件上所占有的规定位置在焊接过程中保持不变，就要用夹紧装置将工件夹紧，才能保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠地接触，防止装焊过程中移动或变形。5.1夹紧装置的相关概念5.1.1夹紧装置的组成 1.力源装置：它是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。2.中间传力机构：它是将力源产生的力传递给夹紧元件的机构。传力机构的作用有三种：改变夹紧力的方向；改变夹紧力的大小(扩力)；保证夹紧的可靠性、自锁性。 3.夹紧元件：即与工件相接触的部分，它是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件直接接触而完成夹紧动作。5.1.2夹紧装置的分类1.按作用力的来源分 （1）机动夹紧 又有气压传动、液压传动、气液压传动、电机传动、电磁夹紧及真空夹紧等。（2）手动夹紧 是夹紧装置中最简单、最原始的形式，在小批和成批生产中仍然用得很广 。2.按转变原始力为夹紧力的机构分（1）简单夹紧机构 是将原始力转变为夹紧力的机构只是一个，如螺旋式、楔式、偏心式、杠杆式和弹簧式夹紧机构等（2）组合夹紧机构 是两个或两个以上的简单夹紧机构所组成，如螺旋杠杆式、螺旋楔式、偏心杠杆式及偏心楔式等。组合夹紧机构可以进一步增大夹紧力或得到适当要求的夹紧力作用点及夹紧方向。 3.按夹紧方向及位置分 按机构对工件所作用的夹紧力方向及位置的安排方式，夹紧装置又可分为：垂直夹紧、平行夹紧、对向夹紧、张开夹紧、沿圆周径向夹紧，或内部夹紧、外部夹紧等。5.1.3夹紧装置的结构特点汽车车身焊接夹具夹紧装置通常由支架、定位板、压板和夹紧器组成，如图5.1所示。图5.1 夹紧装置的结构特点1.定位板 它是夹具的核心零件。其位置和形状是由工件相应位置的形状、尺寸决定，它是焊装夹具中直接与工件表面接触的部件，它的形状、尺寸精度直接影响了车身的焊接质量和装配精度。2.压板 它是夹具中的运动部件，通过它的运动实现对工件的夹紧和松开，保证焊接过程中工件位置不发生变动，其型面与工件表面的吻合程度以及夹紧力的大小影响了焊接件的贴合间隙。3.支架 用于连接定位板和压块，使其成为一个机构整体固定在装焊台上的基座面上，其制造精度直接影响夹具的定位准确性。4.夹紧器 为夹紧机构提供驱动力，实现压板的运动。由于气动方式结构简单、使用方便可靠、易实现机械化和自动化，现代夹具设计中常选用气动夹紧方式。5.2夹紧装置的设计根据该课题的设计任务书，该套夹具的夹紧方式选择用气动夹紧方式。5.2.1驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置设计 在设计驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置过程中，为了使工件在定位件上所占有的规定位置保持不变，保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠地接触，夹紧装置的设计如图5.2所示。夹紧部装B夹紧部装A图5.2 驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置设计从图中可以看出，夹紧方式采用气动夹紧，根据工件结构左右对称的特点，驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置也采用对称布置，这样只需要设计一个方向上的夹紧装置，另外一个方向上的夹紧装置，只需要对称设计就可以了。夹紧部装A 由定位块、压块、压臂、连接板、角支架和气缸组成。定位块起定位作用，压块压紧工件，气缸提供动力。夹紧部装A和夹紧部装B对称。压 臂压块角支架气缸连接板定位块图5.3 夹紧部装A5.2.2 驾驶室后顶盖后半部分夹紧装置设计在设计驾驶室后顶盖上半部分夹紧装置时，针对工件竖直放置这一特点，要充分保证工件定位准确和固定牢靠。菱形销d3圆柱销d4定位夹紧部装B夹紧部装C定位夹紧部装A图5.4 驾驶室后顶盖后半部分夹紧装置设计如图5.3所示，根据工件结构左右对称的特点，夹紧装置同样采用对称布置，其中，夹紧定位部装A和夹紧定位部装B对称分布。工件是竖直放置，中间放置的夹紧部装C能够保证工件的固定更加可靠。定位夹紧A和定位夹紧B上都有定位销，所以定位夹紧A和定位夹紧B不仅有有夹紧的作用，还有定位的作用。压 块夹紧部装C由压块、定位块、型块、连接块和气缸组成，如图5.5所示。型 块定位块连接块气 缸图5.5 夹紧部装C5.3夹紧力的计算这里讨论一下夹紧装置的计算问题，以夹紧部装A的夹紧力计算为例。整套夹具都是采用启动夹紧，需要选择合适的气缸类型、缸径等。气动夹紧是利用工业压缩空气为动力来夹紧工件，其夹紧力大小计算如下： 图5.6 气动夹具原理图由杠杆平衡原理有： TAO=FBO (5-1) T=FBOAO=PD2BO4AO (5-2)式中 T-夹紧力，N P-实际使用气缸压力，MPa F-气缸作用力，N D-气缸缸径，mm夹具设计中，一旦选定气缸，AO/BO的比值就决定压块的夹紧力。一般应保证定性面对车身板件的压力在500N左右，现场压缩空气压力在0.40.6Mpa，一般保证在0.5MPa以上。压 块工 件气缸杆图5.7 部装A的夹紧机构由图5.7可以看出，AO=95mm，BO=50mm。气缸选用SMC气缸，型号为CK1A50-50YA，缸径D=50mm，实际使用气缸压力用P=0.5Mpa计算。由式（5.2）夹紧力T=0.550250495=517N显然满足对车身板件的压力在500N左右的要求。 五、结论与展望5.1 结论本文针对薄板件的焊装夹具的设计，实现对工件的定位夹紧，该夹具的设计保证了其基本要求，在于机构紧凑，工作可靠，具有较好的工艺性。其主要内容包括计算机辅助设计，大量