RH06_左车门总成补焊夹具(毕业设计).doc

xxxxxxx 本科毕业设计说明书 x xx xx xx xx xx xx xx x 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 RH06RH06 左车门总成补焊夹具左车门总成补焊夹具 RH06 Door Panels left Welding fixture 性性 质质 毕业设计毕业设计 毕业论文毕业论文 教 学 院 机电工程学院 系 别 机械设计制造及其自动化 学生学号 xxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 专业班级 机自 xxxx 指导教师 xxxxxx 职 称 副教授 起止日期 2013 4 1 2013 6 10 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 吉 林 化 工 学 院 Jilin Institute of Chemical Technology xxxxxxx 本科毕业设计说明书 I 摘摘 要要 科技的高速发展 生活节奏的加快 道路的畅通 等等各方面的因素为汽车的发 展和普及创造了可能 随之而来的就是汽车的品质的好坏直接影响汽车的销量 今天 的汽车行业 一款好的造型更会加重汽车价值的砝码 更加吸引消费者的眼球 然而 一款好的造型到成为一款好车 白车身的加工生产线就起了很大的比重 白车身的焊 接的好坏就至关重要 这就要依靠汽车的焊装夹具和好的工艺做保障 焊装夹具的设 计是否合理直接影响生产线的节拍和车身焊装质量 这就对夹具的设计者的专业素质 和水平提出了新的要求 如果夹具制造企业中间机械式的设计人员对焊装夹具的设计 原则的不清就会影响到最终的车身质量 本文针对RH06 左车门总成补焊夹具的具体设计 简介焊装生产系统的工艺流程 分析了焊装夹具的设计原理 与气动设计 最后本文提出了设计不足与对汽车焊装行 业发展的预测 关键词 焊接夹具 车身 设计 方法 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 I Abstract Technology of rapid development accelerate the pace of life road unblocked etc all aspects of factors for the development and popularization of car created the possibility Following is the car will have a direct impact on the quality of the sales of cars today s automobile industry in good shape can accentuate more car value of Jordan farmar more attractive to consumers of a good eye however to become a paragraph of modelling of car body in white processing production line and there was a large proportion The welding quality white body it is crucial it will depend on automobile welding installation fixtures and good process to ensure welding assembling fixture design production line is reasonable directly affect the tempo and body welding quality this to the jig designer s professional quality and level if puts forward new requirements for manufacturing enterprise of fixture design personnel to middle mechanical design principle of the welding assembling fixture the not clear will affect the final body quality This paper about RH06 Door Panels left Welding fixture welding installation fixtures the specific design introduction of technological process of welding assembling production systems Analyzed the principle of design welding assembling fixture with pneumatic design Finally this paper puts forward design deficiencies and for car welding industry forecasts Key Words Welding jig Automobile body design Methods xxxxxxx 本科毕业设计说明书 III 目 录 摘 要 II ABSTRACT III 第1 章 绪论 1 1 1 课题的来源及意义 1 1 2 汽车焊装夹具的设计 1 1 2 1 车身焊装夹具的结构特点 2 1 2 2 车身焊装夹具的定位特点 2 1 2 3 车身焊装夹具的夹紧特点 3 1 2 4 焊接夹具的精度控制 4 1 3 汽车焊装夹具计算机辅助设计的可行性和趋势 5 第2 章 焊接工艺分析在夹具设计中影响 6 2 1 焊装夹具的基本概念 6 2 2 焊接夹具的基本作用与要求 6 2 2 1 焊装夹具的基本作用 6 2 2 2 对焊装夹具的基本要求 7 2 2 3 焊装工装的特殊性 7 2 3 焊装线发展过程及目前的现状 7 2 4 生产纲领对焊装夹具设计的影响 8 2 5 焊点工艺分布对焊接夹具设计的影响 8 2 6 焊装夹具的组成 10 2 7 本章小结 14 第3 章 夹具的主要设计流程及参数 15 3 1 目前焊接夹具的一般设计流程 15 3 2 一套完整夹具包含的内容和主要的定位方式 16 3 2 1 焊装夹具组成 16 3 3 夹具零件目前的行业标准化建库 18 3 3 1 基板 19 3 3 2 L 板及 H 腿 19 3 3 3 定位块及压头标准 20 3 3 4 夹紧臂 21 3 3 5 垫片 21 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 IV 3 3 6 定位销 22 3 3 7 螺钉与基准销 23 第4 章 汽车焊装夹具计算机辅助设计 24 4 1 焊装夹具计算机辅助设计总体控制方案 24 4 2 焊装夹具定位可靠性设计方法 25 4 2 1 N 2 1 定位原理 25 4 2 2 夹具定位点优化设计算法 26 4 3 焊装夹具结构计算机辅助设计 27 4 3 1 定位元件标准化设计 28 4 3 2 夹紧元件标准化设计 29 4 4 焊装夹具计算机辅助设计方案评价 30 4 5 本章小结 32 5 1 车门焊装技术与发展现状 33 5 2 车门焊装偏差分析的研究现状 33 5 3 车门焊装工艺分析 34 第6 章 气压传动 36 6 1 气缸选择 36 6 2 气路操作图 38 6 3 气路原理图 39 第7 章 结论与展望 40 7 1 总结 40 7 2 对后续研究工作的展望 42 第8 章 参考文献 43 致 谢 44 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 1 第 1 章 绪论 1 1 课题的来源及意义 汽车自19 世纪末诞生至今100 余年期间 汽车工业从无到有 以惊人的速度发 展 写下了人类近代文明史的重要篇章 汽车是数量最多 普及最广 活动范围最广 泛 运输量最大的重要的现代化陆地交通工具 目前 全世界有几亿辆汽车在陆地上 行驶 并且一每年几千万辆的速度增长 可以断言 没有哪种机械产品想汽车那样对 人类社会产生如此广泛而深远的影响 在漫长的历史岁月中 车辆一直是由人力或畜 力驱动 直至18 世纪发明了动力机械后 才出现了机动车 汽车是重要的交通运输工具 是科学技术发展水平的标志 汽车工业在世界制造 业的进步中起着重要的作用 其实力足以左右整个国民经济的动向 可以断言 没有 那个国民经济部门完全与汽车无关 汽车工业的发展无疑会促使各行各业的繁荣兴旺 带动整个国民经济的发展 从 汽车开始大批生产至20 世纪30 年代末 被称为汽车技术发展的黄金时代 那时 汽 车已成为社会生活中不可缺少的交通工具 由于汽车速度提高 道路建设亦渐趋完善 社会对汽车的大量需求 使汽车结构 性能和制造工艺的改进和各项研究蓬勃发展 同时 汽车工业在现代工业体系中具有一种龙头的地位 它可以构成一种重要的 产业增长极 带动一大批相关产业的发展 在国家的经济结构调整发展的过程中 受 到国家和地方政府的极大关注 我国许多省市都希望或曾经希望将汽车产业作为支柱 产业加以发展 汽车车身是汽车的重要组成部分 是整个汽车零部件的载体 它的重量和制造成 本占整车的40 60 他通常是由300 500 多个具有空间曲面的薄板冲压 通过装焊 铆接和机械连接等方法而构成一个完整的车体 其中焊接是最主要的连接方法 它直 接影响着车身质量 生产率和经济性 在生产线上有 200 个左右的装配工作站进行大 批量 快节奏的焊装生产 焊装夹具就是为保证焊件尺寸 提高装配效率 防止焊接 变形所采用的工艺装备 汽车焊装结构生产中装配和焊接是两个重要的生产环节 完 成这两个环节的工艺过程离不开装配夹具和焊装夹具 1 2 汽车焊装夹具的设计 汽车车身大多是通过装配焊接而成的 在现代汽车工业中 已广泛采用机械 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 2 化 自动化的工艺手段进行汽车车身的焊装 汽车焊装夹具的设计制造是实施车身 焊装工艺的重要装备之一 在人工装焊过程中 由于个人很难始终如一地保持焊装 零件的准确位置 在焊接热的作用下 焊接后的产品一般都会发生变形 从而很难保 证总装后的技术要求 而采用焊装夹具可以精确地对装配零件进行定位和牢固地夹 紧 不仅可以保证装配零件的相对位置 而且在焊接过程中使零件的变形受到一定的 限制 从而大大地减小焊接变形 因此 汽车车身焊装夹具的使用不仅是保证和提高 产品质量的重要手段 同时也是提高劳动生产率 改善劳动条件 降低产品成本的 有效途径 1 2 1 车身焊装夹具的结构特点 车身焊装夹具体积庞大 结构复杂 为了便于制造 装配 检测和维修 必须 对夹具结构进行分解 否则 无法进行测量 车身总装夹具有 3 个装配基准 底板 左侧围和右侧围 在它们的平面上都加工有基准槽和坐标线 定位夹紧组合单元按 各自的基准槽进行装配 检测 最后将 3 大部分组合起来 成为一套完整的夹具 如图 1 1 所示 图 1 1 1 2 2 车身焊装夹具的定位特点 车身焊装夹具大都以冲压件的曲面外型 在曲面上经过整形的平台 拉延和压 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 3 弯成型的台阶 经过修边的窗口和外部边缘 装配用孔和工艺孔定位 这就在很大 程度上决定了它的定位元件形状比较特殊 很少能用标准元件 焊接夹具上要分别 对各被焊工件进行定位 并使其不互相干涉 在设计定位元件时要充分利用工件装 配的相互依赖关系作为自然的定位支承 有的工件焊接成封闭体 无法设置定位支 承 可要求产品设计时预冲平台 翻边作为定位控制点 总之 对于要求不严格的 装配 尽量不使用焊接夹具 车身焊装夹具上 板状定位较多 定位板一般用 A3 A5 号钢板 厚度为 12 20mm 定位块间距既要保证定位精度 又要保证焊钳伸 入的方便性 定位件按坐标标注尺寸 不注公差 如图 1 2 所示 图 1 2 1 2 3 车身焊装夹具的夹紧特点 车身冲压件装配后 多使用电阻焊接 工件不受扭转力矩 当工件的重力与点 焊时加压方向一致 焊接压力足以克服工件的弹性变形 并仍能保持准确的装配位 置与定位基准贴合 此时可以省去夹紧机构 焊接通常在两个工件间进行 夹紧点一般都比较多 电阻焊是一种高效焊接工 艺 为减少装卸工人的辅助时间 夹紧应采用高效快速装置和多点联动机构 对于薄板冲压件 夹紧力作用点应作用在支承点上 只有对刚性很好的工作才 允许作用在几个支承点所组成的平面内 以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准 夹紧力主要用于保持工件装配的相对位置 克服工件的弹性变形 使其与定位支承 或导电电极贴合 对于 1 2mm 厚度以下的钢板 贴合间隙不大于 0 8mm 每个夹紧 点的夹紧力一般在 300 750N 范围内 对于 1 5 2 5mm 之间的冲压件 贴合间隙不 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 4 大于 1 5mm 每个夹紧点的夹紧力在 500 3000N 范围内 夹紧器按照夹紧方向有平面 垂直 45 度夹紧器 按照操作方式有螺栓夹紧 快速夹紧 手柄螺旋夹紧 还有手工 气动或液压 其中带补偿的螺旋夹紧器最为 常用 这种夹紧器在悬臂中增加了弹性伸缩 抵消夹紧时的侧向分力 以补偿夹具 本身的变形和插入过程中的间隙 保证夹紧力与受力面垂直 夹紧头部一般由碳钢 不锈钢 尼龙材料制成 以适合不同的工件要求 如果配备两点 三点夹紧桥 可 以同时夹紧不同高度的两个位置的工件 另外也可以按照夹紧的型面加工特殊的夹 紧头 图 1 3 1 2 4 焊接夹具的精度控制 焊接夹具精度标准由设计单位制定 其中规定了底板基准槽和坐线的形态和精 度要求 定位销和其他定位支承件的尺寸和形位公差要求 承制单位按要求进行检 测 判断并进行调整 合格后就固定定位销 随着机床加工精度的提高 为了降低 定位误差 提高加工精度 对夹具的制造精度要求更高 高精度夹具的定位孔距精 度高达 0 01mm 5um 夹具支承面的垂直度达到 0 01mm 300mm 平行度高达 0 01mm 500mm 德国 demmeler 戴美乐 公司制造的 4m 长 2m 宽的孔系列组合焊 接夹具平台 其等高误差为 0 03mm 精密平口钳的平行度和垂直度在 5um 以内 夹具重复安装的定位精度高达 5um 瑞士 EROEA 柔性夹具的重复定位精度高达 2 5um 机床夹具的精度已提高到微米级 世界知名的夹具制造公司都是精密机械制 造企业 诚然 为了适应不同行业的需求和经济性 夹具有不同的型号 以及不同 档次的精度标准供选择 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 5 1 3 汽车焊装夹具计算机辅助设计的可行性和趋势 汽车焊装夹具有 5 大类 200 多种 通常由支座 定位板 压板 销轴 夹紧器 及限位块等组成 支座是夹具的基础单元 它将夹具固定在焊装线的基座上面 其 精度直接影响夹具的准确性 定位板是夹具的核心单元之一 起支撑定位的作用 定位板的制造精度直接影响焊件的焊装精度和互换性 随着焊装线精度和自动化程 度的提高 定位板大都采用定位型面与焊件 汽车钣金件 型面相同的定位方式 即 定位板定位面直接由焊件型面的设计数值采用 NC 加工而成 压板使焊件的定位基 准与定位板紧密接触 保持焊接过程中焊件位置不发生变动 限位块限制压板的压 紧程度 保护焊件不因压板压紧力过大而变形 支座和基座 定位板和支座之间采 用螺钉联接 通过定位销保证安装的位置精度 汽车焊装夹具结构具有以下几个特点 可以采用大量的标准化元件 为适应汽车改型快 研制周期短的发展要求 在进行夹具的具体结构设计时应尽可能采用标准化元件 在焊装生产线的设计中 大量系列化的标准件的使用 可极大缩短生产线的设计与制造周期 目前汽车工业 发达国家 如美国 日本 韩国 欧盟各国 的汽车发展速度之所以快 最重要的原 因就是大量系列化标准件的使用 当一种新的车型定型后 其生产线的设计与制造 几乎是大量标准件与外购件的堆砌与组合 其中夹具设计的系列化 通用化 标准 化达到 75 焊接工具达 95 需要设计的部分 仅是与产品相关的专用部件 为 了提高效率 降低成本 并减少不必要的浪费 建立一套统一的汽车焊装线设计标 准体系具有重要的意义 根据焊装夹具的结构性质 夹具支座 限位块 销轴等均可按一定的尺寸规 格设计成系列的标准件 一般 定位板 压扳厚度取 16mm 压板连接板厚度 9mm 销轴直径 12h7 基准销孔到车线的尺寸公差为 0 1mm 同一板上的定位销孔间 的尺寸公差为 0 02mm 在夹具设计时 根据实际尺寸需要在标准库中调用标准图 库即可 这些标准件可先组织人员进行加工 按规格存库以备装配选用 老线改造 时 原标准件仍可继续使用 在整个汽车焊装生产线夹具的设计中 通用相似零部件的使用非常多 设计 时只需选用若干个通用元部件任意组合成一个独立的定位夹紧单元 再由若干个功 能和辅助装置组合成一套完整的焊接夹具 由此可见 汽车焊装夹具的特点决定了焊装夹具进行计算机辅助设计的可行性 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 6 第 2 章 焊接工艺分析在夹具设计中影响 2 1 焊装夹具的基本概念 把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装焊过程 焊装过程中所 使用的夹具称为焊装夹具 如图 2 1 所示 图 2 1 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 给车身的部件定位 夹紧 保证装配精度 2 保证焊接工艺能正常进行 如焊接变位机 保证装焊质量 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 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 7 2 2 2 对焊装夹具的基本要求 1 保证产品的形状和尺寸精度符合图纸和技术条件要求 这是夹具设计的 首要问题 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件产生变形 2 保证焊接工艺能顺利进行 夹具结构应开敞 工人操作方便 焊接设备 容易接近工作位置 必要时可在夹具上切去影响开敞性的部分 以改善夹具的开敞 性 3 保证有良好的可操作性 降低劳动强度 提高生产效率 4 尽量低的制造成本 为此所设计的夹具结构应尽量简单 制造和维修应 容易 应尽量采用标准化夹具元件 对易损件便于更换 尽量少用可拆卸的活动夹 具元件 2 2 3 焊装工装的特殊性 1 被装焊零件多为钣金冲压件 弹性件 故而零件尺寸的稳定性受材质与冲 压工艺等因素影响较大 2 主要零件多为形状不规则的曲面件 故用三维坐标来描述尺寸关系 3 被装焊零件焊接工艺方法主要为电阻点焊 MAG 焊 少量电阻缝焊 T 形接 头采用电阻凸焊或螺柱焊 近 1O 余年来发展了薄板激光焊代替点焊 缝焊 MAG 焊 还有用 CuSi3 焊丝的 MIG 铜钎焊 尤其对镀锌板结构 4 装焊夹具多为过定位设计 结构也较繁杂 夹具上的定位元件既有 压紧 一定位 的功能 又有校验零件尺寸的功能 并通过压紧使零件适度变形到位 起到校正尺寸的功能 5 定位 夹紧单元都为二维或三维方向可调整 以适应钣金冲压件批量的不 稳定尺寸变化 2 3 焊装线发展过程及目前的现状 焊装线发展经过四个阶段 即手工操作阶段 半自动化阶段 自动化阶段 柔 性化阶段 随着焊装线的发展 焊装机器人大量应用 焊装线的自动化 柔性化程 度日益加深 并且有向智能化发展的趋势 5 1 手工操作阶段 随着汽车的发明及开始商品化 相应的工装设备也被需求 由于批量和技术原 因 设备简陋 主要为手工操作阶段 2 半自动化阶段 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 8 技术的提高和批量的增大 对工装设备的要求也随之提高 为保证生产时间和 减轻劳动强度 在关键位置及繁重劳动位置采用自动化 3 自动化阶段 对汽车的需求和质量的要求越来越高 为了满足这种市场要求 汽车生产进入 自动化阶段 4 柔性化阶段 随消费者对汽车品味要求的不同 多品种小批量的生产越来越成为汽车生产的 主流 因此对工装设备的柔性要求越来越高 焊装线的柔性表现在两个方面 全面 柔性 即能生产各种不同规格的车 替换柔性 即生产线上的某一部分出现故障 只要降低生产仍可工作 车身焊装夹具种类繁多 根据对象不同有小型装焊夹具 分总成装焊夹具 总 成装焊夹具等 根据工作位置是否变化有固定式装焊夹具和移动式装焊夹具等 汽车车身装焊夹具的设计是一项涉及面很广的综合性技术 在设计时首先要确 定生产纲领 投资额度及车间厂房结构 面积等 掌握产品结构 熟悉产品技术条 件要求 明确夹具设计技术标准 通晓工艺要求 只有做到上述内容 才能对焊接 夹具进行全方位的设计 才能设计出满足工艺要求的装焊夹具 才能保证车身整体 骨骼精度及各项功能 2 4 生产纲领对焊装夹具设计的影响 年生产纲领决定了夹具的设计节拍 工位的生产节拍由夹具动作时间 装配时 间 焊接时间 搬运时间等组成 以东风小康焊装线为例 生产纲领 1 万台 年 工作制度 两班制 全年工作 244 天 每班工作时间 8 小时 生产节拍 T 21 分 台 T 244 天 2 班 8 小时 60 分 10000 辆 0 9 21 生产节拍 T 夹具动作时间 工作时间 装配时间 焊接时间 搬运时间 由上述时间我们不难看出生产纲领决定了生产节拍 而夹具的自动化水平将很大程 度上影响到生产纲领 因此 我们在对夹具设计时 必须考虑生产纲领来设计夹具 保证能够在生产节拍内完成该夹具上所有作业内容 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 9 2 5 焊点工艺分布对焊接夹具设计的影响 在夹具设计的时候 需要重点考虑的一个问题就是焊点工艺分布 考虑焊接夹 具的可操作性 夹具不能与焊机焊接有干涉 因此在夹具设计过程中 在三维数模 中 用焊钳模拟在夹具平台上焊接过程 图 2 2 示 图 2 2 微型车车门焊点方向复杂 所以应当选用较为合适的焊钳极臂 在保证接头 强度和技术要求的前提下应尽可能减小搭边宽度 以减轻结构重量 为保证焊点质 量 对焊点中心离边板最小尺寸要求 可参考表 2 1 表 2 1 焊接结构钢时焊点中心到板边的距离 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 10 一个焊件厚度 mm 12346 焊点中心到板边最小距离 mm 812182530 车门本体通常是由外板总成和内 板总成 经过涂胶 包边 焊接 胶合固化 等工艺装配而成 这样不但可以提 高车门的强度 而且还可以获得较高的精度 在生产过程中 车门外板 车门 内板和各种加强板首先由各种不同厚度的薄钢板 冲压成形 然后车门外板和车 门内板分别与各种加强板焊接装配而成外板总成和 内板总成 其中外板总成一 般由外板和外板加强板等零件焊接而成 内板总成一 般由内板 内板加强板 门锁加强板 铰链加强板 玻璃导轨 防撞梁等零件焊 接而成 表 2 2 焊接结构钢时的点距 一个焊件的厚度 mm 12346 焊二层板的最小点距 mm 1525304060 2 6 焊装夹具的组成 汽车焊接夹具通常由夹具地板 定位装置 夹紧机构 测量系统及辅助系统等 五大部分组成 夹具地板 夹具地板是焊接夹具的基础元件 它的精度直接影响定位机构的准确性 因此 对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求 夹具自身测量装置的基准是建 立在夹具地板上 因此在设计夹具地板时 应留有足够的位置来设立测量装置的基 准槽 以满足实际测量的需要 另外 在不影响定位机构装配和定位槽建立的情况 下 应尽可能采用框架结构 这样可以节约材料 减轻夹具自重 这一点对流水线 上的随行夹具尤为重要 定位装置 定位装置中的零部件通常有固定销 插销 挡铁 V 型块 以及根据焊件实际 形状确定的定位块等 1 因焊接夹具使用频率极高 所以定位元件应具有足够的刚性和硬度 以保证 在更换修整期的精度 2 为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性的混型功能 定位机构应 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 11 尽可能设计成组合可调式的 3 标准化设计 因汽车结构区别较大 尤其是重 中 轻 微型车 所以应根 据车型分别指定汽车焊接夹具标准 以适应不同车型的需要 4 定位元件可选用厚度为 16mm 18mm 20mm 三种尺寸的钢板 统一备料 另 外 定位元件的热处理应在夹具调试合格后进行 但应准确记录更改数据 并相应 修整夹具资料 使之符合调试合格状况 为今后制造提供准确资料 夹紧机构 汽车焊接夹具的夹紧机构以快速夹紧机构和气动夹紧机构为主 快速夹紧机构 具有以下优点 1 结构简单 动作迅速 从自由状态到夹紧仅需几秒钟 符合大批量生产需要 2 快速夹紧器根据需要可几个串联或并联在一起使用 达到二次夹紧或多点夹 紧的目的 另外对定位精度较低的焊件能实现夹紧和定位同时进行 消除了专用定 位元件 它还能通过转换其机构组成发挥更多作用 应用范围较广 3 配以螺纹调节压块 可纠正焊件变形 保证焊点搭边能紧密配合 不产生脱 焊 虚焊现象 提高焊接质量 4 同气缸配套使用 可实现手动 气动混用 保证了流水线正常运行 辅助机构 辅助机构在焊接过程中发挥着重要作用 下面介绍三种常用辅助机构 旋转系统 在夹具地板和夹具支撑中布置如图 3 所示的旋转系统 可使夹具体在平面上做 360 度旋转 为使转动灵活轻巧还配备有滚动轴承 这样的系统可解决或克服焊机 少的缺陷 因为当焊机不动 电缆长度有限时 转动夹具可使焊点移动到焊钳的工 作区域进行焊接 使焊接工作方便轻松地进行 保证焊接质量 另外 为保证夹具 在装夹 拆卸时能处于稳定工况 还应设计止动装置 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 12 图 2 3 旋转系统示意图 2 翻转机构 如图 2 4 所示 当焊点处于中间位置时 如果用 X 型焊钳进行点焊 则焊钳无 法伸进 喉深也不够 难以焊接 若用 C 型焊钳 如果夹具平放 虽能焊接 但工 人的劳动强度大 所以设计夹具时 可将其设计成可翻转夹具 使焊件能向两边翻 转 90 度 焊件平面处于竖直位置 这样工人只要将焊枪处于水平位置便可焊接 大大降低了劳动强度 在设计翻转夹具时需要设计止动机构 以防止夹具自动回复 原位造成事故 图 2 4 需翻转焊接总成 3 反作用焊接机构 在微型车和轿车底版部位的焊接总成中 如图 5 所示的中间位置焊点 是普通 X 型焊和 C 型焊无法焊接的 一般是采用反作用点焊进行焊接 在使用反作用点焊 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 13 时 夹具中心需配置有反作用焊臂 见图 2 5 反作用焊臂应具有一定的稳定性和 刚性 在装夹焊件和取出焊件时 反作用焊臂应能旋转让位 图 2 5 反作用焊臂系统 测量机构 利用夹具本身设计测量机构是提高夹具设计和制造精度的重要措施 在传统的 夹具设计中 夹具合格的标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验的 但由于冲 压件不可能十分准确 部件总成更有累计误差 所以车身焊接总成的精度必然不高 很难达到设计要求 有不少厂家使用三坐标测量仪进行检验 可它对一些结构复杂 的定位元件仍然无法测量 通过实践证明 利用夹具自身测量机构与三坐标测量仪 配合使用 可大大提高焊接夹具的精度 1 测量机构组成 1 基准面和基准槽 测量机构的基准面为夹具地板的工作表面 基准槽是 在夹具地板上设计两条相互垂直的十字交叉槽 其结构如图 2 6 槽子的位置可由 实际需要确定 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 14 图 2 6 测量基准体系 2 测量器具 测量器除常规量具 三坐标测量仪外 还需设计专用量块和 方箱 如图 2 7 图 2 7 测量示意图 2 实际测量时应注意的问题 1 定位元件的倒角应在测量 调试合格后进行加工 即保留测量点 2 测量器使用要得当 防止人为误差造成的假象 若能使用三坐标测量仪 时 可进行对比检查 车身焊装生产现代化是直接体现了汽车生产制造水平的先进性 随着汽车工业 的发展 当代汽车 特别是小型轿车发展速度非常快 汽车性能越来越好 无论是 汽车外表和内饰系统要求也越来越岗 生产批量和生产效率增长迅速 市场竞争更 加激烈 因而要求汽车装焊技术发展与之相适应 国内目前较好水平差距甚远 尤 其是车身的焊装还较落后 必须要求尽快的实现生产组织集团化 管理科学化 焊 装夹具专业化 装焊生产线机械化和自动化才能保证车身的焊装质量和生产数量 尽快使我国的汽车生产水平赶上发达国家的先进水平 使我国的汽车工业与国际市 场接轨 2 7 本章小结 只要充分建立了车身装焊夹具的标准件库与模块化功能单元库 在确定了夹具 上载零部件数与姿态位置后 编制出一种 设计师 软件 对夹具组成作定性化与 定量化处理 评判 关键在于突破实现 鉴于经验 实例 的推理和鉴于知识的修改 这类的程序设计 即可实现半智能化或智能化的夹具设计 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 15 第 3 章 夹具的主要设计流程及参数 3 1 目前焊接夹具的一般设计流程 建立零件总成装配文件 调入总成图零件文件 设计零件定位方式 通过草图或建模绘制定位部件 完成所有零件定位部件 绘制连接板等辅助零件 检查部件之间是否干涉 设计拼台 基板 检查焊枪是否干涉 完成夹具控制系统的安装 完成部件二维图纸 准备 结束 是 否 是 否 图 3 1 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 16 3 2 一套完整夹具包含的内容和主要的定位方式 3 2 1 焊装夹具组成 汽车车身焊装夹具设计属于专用夹具设计的范畴 尽管各类车身焊接夹具的结 构形式 复杂程度和零件数量不同 但按功能来分 车身焊接夹具通常由工作零件 夹紧器 固定零件 辅助零件组成 如图 3 2 所示 图 3 2 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 17 表 3 1 夹具零件的结构图夹具零件的属性 组成结构信 息 零件信息属性值 工作零件 夹紧器 链接零件 辅助零件 定位快 压块 定位销 夹紧气缸 连杆 连接板 压转臂 限位块 支座 垫片 螺栓 基准销 L 型 U 型 L 型 U 型 圆形 菱形 工作行程 缸径 铰支点距离 安装孔间水平距离 垂直距离 安装孔间水平距离 垂直距离 孔数 垂直距离 高度 长度 孔数 孔距 厚度 直径 长度 1 工作零件 与车身零件直接接触的零件 是夹具的核心零件 它确定被装 配薄板件在夹具中的位置 从而保证被装配的薄板件间相互位置符合技术要求 有 时还直接确定焊接结构的外形 工作部件主要有三类 定位块 定位车身型面 压块 夹紧定位面 定位销 定位车身的孔 一般压点的数量 N 定位点的数量 M 且压块与定位块是一一对应的 定位销的安 装与车身零件上孔的位置是相适应的 2 夹紧器 实现夹具的夹紧动作 由气缸或手动夹紧器驱动 保证定位元件 与薄板件紧密接触 同时保证薄板件在焊接时位置不会应焊接和装配受力而发生变 化 根据零件断面结构及设计要求不同 可以分为一节旋转销式 两节旋转销式和 手动四连杆式三种 3 固定零件 用以承装工作零件和夹紧器 或使夹具安装固定在工作台上 是夹具安装和检验的基础 这类零件通常做成标准化结构 供设计者根据需要进行 合理选用 可以分为固定式 旋转式两种 图示 3 3 基板 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 18 图 3 3 基板 4 辅助零件 紧固连接或完成辅助功能的零件 通常是国标件和按照行业标 准设计企业标准件 按各部分的名称来分 车身焊接夹具通常由定位块 压块 定位销 夹紧气缸 连杆 压转臂 限位块 支座 垫片 螺栓 基准销等组成 夹具设计中对同一零件可能有不同的结构形式 如定位销分为固定销 移动销 几种 其中移动式有旋转 直线移动等种类 图 3 4 固定销和旋转销 3 33 3 夹具零件目前的行业标准化建库夹具零件目前的行业标准化建库 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 19 为适应汽车改型快 研制周期短的发展要求 在进行夹具的具体结构设计时应 尽可能多的采用标准化元件 在焊装生产线的设计中 大量系列化的标准件的使用 可极大缩短生产线的设计与制造周期 3 3 1 基板 基板一般由槽钢与钢板焊接而成 槽钢多采用 10 12 14 16 20 25b 等 钢板厚度多采用 t 20mm 或 t 25mm 对于小夹 具或滑台等可采用 t 30 40mm 的钢板焊接而成 对于总拼接夹具以及顶盖焊装夹具 其滑台及支架可采用矩形方管与钢板焊接而成 基板的设计尺寸应充分考虑加工工 艺性 以及吊装 运输等方便性 对于本套夹具基板只需要加工顶底两面 宽度不 得大于 2000mm 能够运输的最大宽度 图 3 5 3 3 2 L 板及H 腿 L 板是固定在基板或 H 腿上的 用以连接支板 夹紧臂及定位块等专用支座 其高度自 100mm 至 500mm 之间 每个 50mm 划为 2 类 9 种规格 已形成标准 图 3 6 工件与基板面尺寸较大时需要在 L 支板与基板之间使用 H 腿 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 20 安装板工艺要求 安装板大部份都为非标准件 其本身并不直接定位工件 板的材料一般使用 Q235A 依据合同及技术协议其厚度分为 16mm 及 19mm 两种规格 为了方便气缸的 摆动以及防止与气缸碰撞其吊耳处应适当去除 图 3 7 3 3 3 定位块及压头标准 定位块毛配已经成为标准件 常用的高度可以划分为三种规格 50mm 70mm 90mm 但根据车身零件的不同可以调整 宽度已经形成标准可以化 为两准规格 16mm 19mm 材料常常采用 45 使用数控加工 表面发蓝 表面加工成 型后表面高频淬火 HRC38 42 图 3 8 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 21 3 3 4 夹紧臂 在普通加紧单元中夹紧臂夹紧力不得小于 300N 当夹紧单元为双级夹紧臂时 第一级气缸直径为 63mm 第二级汽缸直径为 50mm 此外 当夹紧单元为双加紧臂且 分为支板和夹紧臂时 支板侧汽缸直径为 63mm 夹紧臂侧气缸直径为 50mm 图 3 9 3 3 5 垫片 垫片一般与定位块配合使用 因为 UG 设计中所有设计都为理想状态 夹具的 零件在机加工中会出现误差 安装中也会出现误差 零件在冲压过程中也会出现偏 差 这些误差都是不可避免的 所以在安装的过程中需要使用三坐标测量仪测试每 个点的绝对坐标后 通过增减垫片调整坐标误差 垫片厚度一般有两种规格 t 0 5mm 及 t 1 0 一般而言一组垫片的厚度为 3mm 有四片垫片组成 0 5 0 5 1 0 1 0 3mm 宽度配合定位块的尺寸 宽度分为两种规格 16mm 及 19mm 长度垫片主要的有两种规格 长度为 50mm 25mm 垫片的加工一般采用多板 料焊接后采用线切割的加工方式 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 22 图 3 10 垫片标准 3 3 6 定位销 定位销是定位车身部件的重要方式 一般定位销与白件的孔配合 定位销的直 径一般比工件相应孔减 0 2mm 0 5mm 形状根据工件上的空的形状 长度一般首先保 证伸出工件 5 10mm 长度一般选取为 15mm 20mm 25mm 三个系列 尽量选用长度大 于 20 的长销 定位销的材料一般选用 45 钢 前部高频淬火 硬度为 HRC42 45 发黑处理 表面粗糙度要达到 0 8 定位销的安装一般要与销座配合 销座的尺寸 长度根据夹具尺寸的需要 宽度与定位块类似 16mm 19mm 销座的使用一般要考虑 到是否与工件干涉 如果遇到干涉可以改变销座尺寸或通过倒角 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 23 图 3 11 销与销座 3 3 7 螺钉与基准销 夹具安装中使用的螺钉一般为内六角螺钉 为了方便安装直径尽量选用统一的 标准 基准销一般选用圆柱销 长度一般大于 20mm 直径为 8mm xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 24 第 4 章 汽车焊装夹具计算机辅助设计 4 1 焊装夹具计算机辅助设计总体控制方案 汽车焊装夹具的计算机辅助设计要经历 3 个步骤 夹具方案设计 夹具元部件 设计 夹具组装与评价 图 4 1 是焊装夹具计算机辅助设计系统信息流向与总体控 制方案 图 4 1 在夹具计算机辅助设计总体方案设计中 首先必须确定夹具的设计基准 它与 汽车车身的设计基准一致 夹具上全部元件的位置都是直接根据设计基准确定的 根据作业高度可初步决定夹具底板的高度 即夹具固定位置的高度 其次绘制出焊 装工件图 它包括在此夹具上需要焊装的冲压件外形以及要求的焊点位置 以此作 为夹具设置的基础 下一步便是夹具位置的合理布置 这也是方案设计中的关键 为此必须根据制订的工艺方案 清楚地把握冲压件的空间形状 组合关系 焊装顺 序以及焊点布置 合理规划夹具的安放位置和大致结构 以保证能够方便 迅速 准确地完成整个焊装过程 在夹具元部件设计中 根据夹具设计方案中得到的功能需求 检索夹具资源工 程数据库中已有的定位夹紧元件 并设计或外购没有的定位夹紧元件 最后 进行 夹具的组装 并根据一定的规则和算法评价选择最优的夹具设计方案 绘制出整个 夹具设计的工程图 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 25 简而言之 汽车焊装夹具计算机辅助设计的关键支持技术应重点研究以下内容 焊装夹具定位可靠性设计方法 夹具布局方案设计可参考以前类似零件焊装 夹具设计方案 但是 值得注意的是 选择好的定位点的数量和位置是焊装夹具设 计的关键 由于汽车车身是由薄板焊接而成的 焊装过程中需要保证其空间定位的 稳定性 因此 传统的六点定位原理不再适用于汽车车身装焊夹具设计 分析车身 冲压件的特点 焊装夹具设计时要采用超定位的方法 要考虑主定位和辅助定位 主支撑和辅助支撑等多个定位点和支撑点 焊装夹具定位可靠是稳健设计的保证 焊装夹具工程数据库的建立 包括夹具资源库和夹具设计算法库 重点讨论 夹具元件数据库 图形库以及夹具设计结果数据库和夹具设计算法库的构造方法 焊装夹具元部件标准化设计 进行定位元件和夹紧元件的标准化结构设计研 究 焊装夹具计算机辅助设计方案与综合评价 根据夹具设计方案中得到的功能 需求 搜索夹具工程数据库 这实际上是夹具设计中功能 结构关系映射 发现已 有的元部件 进行夹具方案设计 由于方案可能不止一种 因此应对这些方案进行 评价以选出最优的方案 评价包括 定位的确定性 夹具的可制造性 夹具的可装 配性等方面进行综合评价 4 2 焊装夹具定位可靠性设计方法 美国汽车工业的统计表明 72 的车身制造误差源于焊装夹具定位误差 因此 如何有效地减少和控制定位误差的影响 对提高焊装质量至关重要 汽车焊装夹具 与通用的机加工夹具存在显著的差别 它的加工对象是薄板柔性件这一特殊的零件 它不仅要满足精确定位的共性要求 还要充分考虑薄板柔性件的易变形性 以适应 于汽车产品的高质量要求 4 2 1 N 2 1 定位原理 自由物体在空间有 6 个自由度 即饶 X Y Z 轴的移动和转动 要使其完全固 定 需要加上 6 个支撑 如在水平面 XOY 平面 内布置 3 个支持点 在一个垂直面 XOZ 平面 内布置 2 个支撑点 在另一个垂直面 YOZ 平面 内布置 1 个支撑点 这 称为 6 点定位法 也就是 3 2 1 定位原理 当工件放在平面上 这即是三点支 撑 而用销轴的支撑都是线支撑 相当于二点支撑 球面上的支撑相当于一点支撑 汽车车身绝大部分是薄板柔性冲压件 其焊装过程 其最主要的尺寸问题是薄 xxxxx RH06 左车门总成补焊夹具 26 板件法向上的变形 甚至其自重所引起的变形也不容忽视 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 在其自重作用下可能产生 1 3mm 的平均变形 因此 对于薄板件而言 最合理的夹具系统是 N 2 1 定位原 理 要求其第一基准面上存在多于 3 个定位点 去限制这一方向上的零件变形 N 2 1 定位原理是适用于薄板柔性件夹具设计的定位原理 它要求 工件第一 基准面上所需的定位点数为 N N 3 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体运动是 完全足够的 因为实际焊装中夹紧力通常不会作用在这两个基准面方向上 第二基 准面上的两定位点应布置在薄板件较长的边上 这是因为 一是由于两定位点间距 尽可能大时 零件更稳定 二是可以更好地弥补零件表面或定位元件的安装误差 值得强调的是 在冲压件的正反两侧同时设置定位点是绝对不允许的 因为这种情 况下 甚至极小的几何缺陷都可能导致薄板件相对巨大的挠度和潜在的不稳定或翘 曲 4 2 2 夹具定位点优化设计算法 在 N 2 1 定位原理中 第一基准面上的定位点 N 一般大于 3 但这并不意味 着 N 越大越好 实际上 N 个定位点的位置同样起着很重要的作用 我们采用有限 元分析法确定定位点 N 的大小和位置 有限元法是一种求解场问题的数值方法 其数学基础是变分原理 核心思想是 离散化和分片插值 用网格去逼近所分析的场 目前二维有限元的应用已十分成熟 国内外都有较多的研究和实例 并出现了 DEFORM FORGE2 MARC 等商品化软件 根据有限元网格划分的基本原则 为薄板冲压件划分合适的有限元网格模型 定位 元件是刚性点接触 可以限制薄板在接触点处的一个或一个以上自由度 假如第一 基准面上的定位元件不限制薄板件的刚体运动 则薄板件可能滑动 在不考虑冲压 导致的薄板件的残余应变和加工硬化的条件下 用静态线性有限元分析去找出工件 的变形 确定定位点的数目和位置 首先必须确定定位点优化目标函数 如式 3 7 所示 式中 x 是一个表示 N 个设计变量或定位元件位置的向量的不同组合 F x 是用 于优化的目标函数 定义为节点在薄板表面法向变形的平方和 n 是有限元节点数 节点的变形考虑在方程 F x 里 Wi 是薄板表面上第 i 个节点在该处法方向的节点 xxxxxxx 本科毕业设计说明书 27 变形 首先假定初始可行的夹具定位布置 然后基于有限元分析计算目标函数 最 后由非线性优化寻求定位点的最佳数目和布置形式 具体步骤为 按照有限远网格划分原则将工件进行网格划分 在工件的可行位置按一定的 间隔布满支撑点 并将支撑点进行编号 1 2 3 N 计算在重力作用下 F x 的大小 如果 F x 太大 则应该调整支撑点的间隔 使 F x 控制在一定的范围内 依次去掉支撑点 1 2 每次去掉一个支撑点 计算在重力作用下 F x 的 大小 比较可得到对冲压件影响最小的支撑点 去掉这个点 则这个工件的支撑点 减少为 N 1 再在这 N 1 个点中 依次去掉支撑点 比较找出影响最小的点并去掉 将工 件的支撑点减少为 N 2 不断重复上一步骤 直到 F x 引起突变或者 F x 的值达到不能接受的时候 此时工件上的定位点数目和位置就是最优的 图 3 2 所示是某汽车门框焊接示意图 按现有的夹具定位夹持进行焊接 焊后尺寸波动较大 经分析增加两个夹持点 焊 后尺寸波动明显减小 上面的优化计算过程只考虑了薄板件的重力作用 实际情况 下有可能还需考虑