C70侧墙钢结构组焊工艺及组焊夹具设计（全套含CAD图纸）
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本科毕业设计（论文） 墙钢结构组焊工艺及组焊夹具设计 2007 年 6月 题 目 指导教师 评 语 指导教师 (签章 ) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章 ) 成 绩 答辩委员会主任 (签章 ) 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 题 目 墙钢结构组焊工艺及组焊夹具设计 1、本设计的目的、意义 工装 夹具的设计是 对现场工艺人员的基本要。本设计主要包括对 艺流程的设计，对 及防止焊接变形的夹具设计。通过本次设计，全面认识、了解 具设计的基本设计；机械产品的方案设计、结构设计、设计绘图等。学会应用设计手册、工艺手册等相关资料解决设计中的问题。 2、学生应完成的任务 设计说明书一本：不少于 组装 焊接夹具装配图： 1张 主要零件图： 4 张 外文翻译：不少于 1万字符 3、论文各部分内容及时间分配：（共 周） 第一部分 实习及收集资料 (2周 ) 第二部分 方案设计、绘制草图 (2周 ) 第三部分 方案确定、焊接工艺设计及组装 焊接夹具总体设计 (3周 ) 第四部分 主要零件设计及绘图 (3周 ) 第五部分 论文整理及打印 ( 评阅及答辩 (1周 ) 备 注 参考资料：车辆工程；车辆修造工艺与装备；机械设计手册；焊接工艺手册；机床夹具设计 指导教师： 2007 年 4 月 6 日 审 批 人： 年 月 日 摘 要 墙是 载货物的主要部件之一，它的质量将影响货车承载能力，提高造质量对提高 铁路的货运能力有着非常重要的作用。由于货物会对侧墙产生向外的作用力，侧墙的强度和精度成为侧墙制造工作的重点。为了避免侧墙外凸和门缝的泄漏，设计了新的 墙焊接工艺和焊接夹具。 本设计首先介绍了夹具设计的基本原则，其中阐述了组焊夹具在焊接时的重要作用，重点介绍了了定位器和夹紧器的设计要求和设计方法，为后面作设计奠定了基础。 根据 墙的基本结构对其进行工艺要求分析，了解它在制造和使用时容易出现的问题，其中保证侧门折页座的距离尤其重要。在此基础上以保证质量为前提、缩短生产时间为目的设计新的侧墙焊接 工序。考虑到工作量大小问题，将侧墙加工工艺划分为四个工位进行，使工作能顺利、快速的进行。 根据工件在焊接时容易出现的变形应力计算每个夹具的夹紧力，在使工件不发生变形和位移的情况下具有足够的夹紧效果。根据前面所计算的夹紧力和工件可能的变形情况来设计夹具，首先确定每个工位的总体定位 夹紧方案，再设计各工件的定位 夹紧装置，使侧墙各部件的定位和夹紧更加准确、方便。在设计中对每个工位的定位原理和夹紧原理进行了相关阐述。 关键词 敞车侧墙；组焊夹具；定位；夹紧 70s is of it of s a to of of To of I 70s of of in of to of 70s I its to in It is to of On in to is so be a I on of in to in no to to of s of is 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 第 1 章 绪 论 具设计背景 基本成形方法中的焊接成形正在被广泛的应用，现在有 60%的热加工工艺都采用焊接，因为这种方法加工的工件的力学性能不会发生改变，而且有的焊接处的强度比母材的强度还高，根本不会存在“受力软肋”。 焊接质量的 着眼点主要在 焊条质量 和工装两个方面 。材料学的迅猛发展，新的焊接材料层出不穷，基本上能满足现在所有工艺的质量要求。 而组 焊 夹具又是 提高焊接质量和缩短生产周期 的重点 。现在焊接生产中，焊接时间只占产品全部加工时间的 10% 30%,其余为备料、装配及辅助工作时间。节约这些工序的时间对 缩短产品生产周期具有重要意义。因此，在焊接时我们会设计与工件相适应的夹具来定位夹紧工件，以达到缩短生产周期和提高生产质量的目的。 然而，多年来对组 焊 夹具的设计和组装，由于时间、环境条件的限制，总体设计与系统结构只能串行不能并行。夹具工艺师对工件的定位、装夹设计主要依赖经验，定性分析较多，定量分析较少，且计算复杂，同时缺乏必要的优化设计，设计的图纸不够直观。在装夹过程中工人要认真消化图纸，设计过程前期的潜在问题，在总装时汇总，达不到预期的效果，甚至造成返工。设计过程中的装配干涉问题，无法在设计中提前发现，造成工 人的劳动强度增大。已经很难适应当今快速、多样化的制造需求 。 具的发展情况 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具 与 人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。随着机械工业 的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。它主要表现在以下几个方面： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 为了加速新产品的投产，简化设计工作，加速工艺装备的准备工作，以获得良好的技术经济效果，必须重视机床夹具的标准化，系列化和通用化工作。 在单件，小批生产或新产品试制中，应推广使用组合夹具和半组合夹具。在多品种，中小批生产中，应大力推广使用可 调夹具，尤其是成组夹具。 动化水平 近十几年来，高效，自动化夹具得到了迅速的发展。主要原因是：一方面是由于数控机床，组合机床及其它高效自动化机床的出现，要求夹具能适应机床的要求，才能更好的发挥机床的作用 。另一方面，在市场经济飞速发展的今天，提高产品生产效率和降低工人劳动强度是每个企业发展的关键，机械化夹具将逐渐解决这方面的问题。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 第 2 章 夹具的设计原则 具的分类与组成 装配 焊接夹具的分类 具可 分为： （ 1）组装（及定点焊）用的夹具：这类夹具的主要任务是按产品图纸和工艺上的要求，将各零件或部件的相互位置准确地固定下来。 （ 2）焊接用的夹具：已点固好的部件放在这类夹具上完成全部焊缝的焊接，使处在各种位置的焊缝都尽可能地调整到最有利于施焊的位置。 （ 3）组装 焊接夹具：在夹具上能完成整个部件的装配和焊接工作。 具可分为： （ 1）固定式夹具：其优点是：结构简单、占地少、稳固性大、夹具的磨损较少以及维修方便。缺点是：不能使部件的垂直焊缝处于水平位置。 （ 2）旋转式夹具：可以消 除上述缺点，但占地比固定式夹具大、结构较复杂，其价格也较贵，并且需要仔细地维修保养。 具可分为： （ 1）重型夹具：重型夹具装在主流水线上，用来制造车辆的主要部件，如底架、侧墙和车顶等。 （ 2）中型夹具：在中型夹具上的工作量比起重型夹具上要小得多，如组焊客车车顶端部、端墙和货车车门等。 （ 3）轻型夹具：轻型夹具被广泛用来制造独立的小部件，如制动梁、脚蹬、梁、柱等。 焊接夹具的组成 根据夹具元件或机构所起的作用，可以归纳出夹具一般由以下几部分组成： 1. 定位元件或 定位装置：是确定工件在夹具中准确位置的元件或部件。 2. 夹紧元件或夹紧装置：是夹紧工件，使其在外力的作用下仍能保证其 正确位置的元件。 3. 对刀、引导元件：用于确定、引导刀具和夹具之间相互位置的元件。 4. 连接元件：保证夹具和机床相互位置的元件。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 5. 夹具体：用于连接夹具的各组成部分，使之成为一个整体的基础件。 6. 其他元件及装置：有些夹具除上述组成部分外，还设置其他辅助元件。 焊接夹具的作用 1. 减轻下料及装配时的划线工作及零部件安装时的定位 工作，有时还可以免去定位焊。 2. 制品几何尺寸一致，减少尺寸偏差，提高制品的精度和互换性。 3. 降低对装配、焊接工人的技术水平要求。 4. 减少焊接生产中制品搬运及翻转时间，提高焊接设备的利用率及焊工的劳动力率。 5. 装配 焊接夹具能使焊接工件处于最有利的位置，并可采用某些最适当的焊接方法，从而提高了焊接速度和焊接质量。 6. 减少焊接变形量，可免除或减少焊后工作量。 位器设计 位的基本原理 一个空间的物体，在直角坐标系中有六个自由度，如图 2示，沿 x、 y、 绕 x、 y、 z 轴的转动自由度，要想对工件实现定位就是对这六个自由度的限制。在后面的定位器原理说全部采用这种定位原理。 图 2体的六个自由度 在加工中并不是要把工件的六个自由度全部限制，只需限制影响加工精度的自由度即可，所以定位时可能出现一下几种定位方式： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 1. 全定位：指工件的六个自由度全部被夹具限制，工件具有完全准确的位置。 2. 准定位：虽然没有完全限制工件的六个自由度，但已经限制了可能影响加工精度的自由度。 3. 重复定位：工件的某一自由度同时被两个或两个以上的支承点限制，这 样可能产生很多不利影响，因该尽量避免重复定位。 4. 欠定位：工件在夹具中，根据加工要求应该限制的自由度未被限制，不能保证加工精度，设计上不允许的。 定位方案应满足的要求 1. 定位方式必须根据工件结构、加工技术要求确定。 2. 定位元件设计和布置应保证工件定位稳定、并有足够的刚度。 3. 对定位元件的材料和技术条件应有一定的要求，以确保定位精度的稳定性和使用的持久性。 4. 定位方案应有可行性分析和论证。 定位方法和误差分析 把工件上的规定表面 (线、点 )与夹具上的规定表面 (线、点 )相互靠住的这一措施 ,叫做工件在夹具中的定位。该工件上的这种规定表面 (线、点 )称为定位基准，所以定位基准的选择也将影响加工精度。本次设计侧墙主要部件都是以平面为定位基准，常用的定位元件有固定支承、调节支承、自位支承和辅助支承。这些元件在定位时又有各自的特点，当接触面较大时，相当于三个支承点，限制三个自由度；窄长的接触面，相当于两发支承点，限制两个自由度；当接触面较小时，相当于一个支承点，限制一个自由度。 在采用调整法加工一批工件时，夹具相对刀具的位置经调定后不再变动。由于基准不重合，一批工件依 次在夹具中进行加工时，因工序基准位置变动将使工件的工序尺寸产生变化，以这个尺寸变化范围即其极限差值称为定位误差，用 定表示。工件以平面作为定位基准时，定位误差的大小主要取决于工件上定位基准平面的质量以及定位表面对于规定平面的位置尺寸公差。在一般情况下，定位表面往往就是规定平面，定位件不准确而引起的误差很小。在实践工作中很少要计算平面定位时的定位误差，即认为 定=0 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 紧器设计 夹紧装置的要求 夹紧是工件在外力作用下保持位置不变的过程，都是由夹紧装置来完成。这对工件的加工质量影响很大，所以夹紧装置必须满足以下要求： 要保证工件在外力作用下位置不变，又不能使工件产生变形或损伤表面超过允许的范围。 作方便省力。 整、使用和维护。 夹紧力的确定 力都有三要素，即方向、大小和作用点，所以确定夹紧力就是要确定它的方向、大小和作用点。 （ 1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力方向应垂直于主要定位平面。 （ 2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。 （ 3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。 （ 1） 夹紧力的作用点应选择在不破坏工件定位已确定的位置，即应作用在支承上或支承所组成的面积范围之内。 （ 2）夹紧力的作用点应使夹紧系 统的夹紧变形尽量小 （ 3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面 计算夹紧力时，为了简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件的受力情况，找出在加工过程中夹紧最不利的状态，按静力平衡算出理论夹紧力，最后乘以安全系数得到实际所需的夹紧力，即： W （ 2 式中： W 实际所需的 夹紧力 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 11 页 P 由静力平衡计算出的夹紧力 K 安全系数，一般取 接夹具的其他部件 由于焊接工件大都属于长大工件，焊接时为了保证焊缝的合理布置和工件的平整性，大部分都在平台上进行。它既是工件定位主基面，又是安装其他夹紧器、定位器的夹具体。它的主要形状和尺寸都是依照焊接工件的形状和尺寸来确定的，并且要满足生产的刚度要求。 2. 焊件变位机 为了提 高生产效率，现在都采用流水线生产方式， 墙时的变位机是采用链条传动，在焊接时链条自动下沉在承托槽中，不与工件接触，避免工件产生不平，焊接完成需要把工件移动到下一工位时，承托轮使链条上升，顶起工件，使工件高于工作平面，传输到下一个工位。在设计时要注意传输的平稳性，使工件的中心尽量与传输链条的受力中心重合。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 12 页 第 3 章 墙结构与工艺 墙的结构 现在 石、建材、机械设备、钢材及木材等货物的通用铁路车辆，除能满足人工装卸外，还能适 应翻车机等机械化卸车作业，是现在正在广泛使用和发展的一种货车型号。 该车车体为全钢焊接结构，由底架、侧墙、端墙、车门等部件组成。车体 侧墙为板柱式结构，由上侧梁、侧柱、侧板、连铁、斜撑、侧柱补强板及侧柱内补强座等组焊而成（见图 3 主要材料采用屈服强度为 450450化学成分及机械性能见表 3 3 表 3450化学成分 牌号 化学成分 C n P S i 450 3450机械性能 牌号 屈服强度 R 抗拉强度 R m (延伸率 A ( ) 40冲击功 J ) 450 550 20 60 各主要受力部件的形状尺寸如下： （ 1）上侧梁：上侧梁在侧墙顶部并贯通整个侧墙。为了上翻车机械卸散粒货物，要求侧壁的上侧梁具有足够的强度和刚度，扶手及车门附件等侧壁附属零件的高度不得超过上侧梁，宽度不得超出立柱之外 ，以免被翻车机的卡板压坏。上侧梁在上翻车机械卸货时受力较大，倘若上侧梁变形过大，就会影响整个侧壁的承载能力，故应适当加强，尤其在侧壁的中央门孔处，上侧梁更需要加强。上侧梁采用 140 100 5(冷弯矩形钢管（见表 3 3），采用这样强大的上侧梁是为了适应使用翻车机卸货的要求。从而使上侧梁的强度和刚度大大加强。上侧梁在中央侧门孔的部分焊有厚 8 12门孔补墙板和厚 8三角形门孔补墙筋板加强，在上侧梁的外侧焊接吊起下侧门的钩链。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 13 页 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 14 页 (2)侧立柱： 全车共 12 根侧柱（包括侧门柱），每根侧柱高度为 2162侧柱采用 8冷弯双曲面帽形钢（见表 3 3），侧柱应尽量与底架枕梁、大横梁处在同一车体横断面内，以提高车体结构的整体承载能力。侧 柱根部用 6 个直径为 20铆钉铆在侧梁腹板上，为提高侧墙与底架的连接强度，在柱下半部焊接有厚 10补强板，其内焊接有铸钢内补强座。立柱在散粒货物的侧压力作用下（尤其在高速运行时，垂直和侧向震剧烈的情况下）以及在上翻车机卸货物时，会出现严重的外涨和内倾变形，以至影响车辆的正常运行，故在设计侧墙时，不但要使侧立柱本身具有足够的强度和刚度，还要注意它与底架侧梁及侧柱连铁的固接强度，侧立柱采用 8冷弯双曲面帽形钢能使侧力柱在受力后保持其截面形状的稳定性。 (3)侧柱连铁 ：侧柱中央靠内侧焊接用 1 2 0 5 3 5 .5 的槽钢制成的侧柱连铁（见表 3 3），槽口向车内，全车共 4 根，侧柱连铁的腹板上焊接下侧门折页座。侧壁结构的设计，为便于制造和检修，两根侧力柱之间的距离力求一致，以便侧门能够通用，两侧墙各侧柱对立面间距离均相等。 (4)侧板、端斜撑： 各立柱和侧柱连铁之间焊接 5上侧板，侧 壁的上部焊接的上侧板是压型钢板，保证侧壁的承载能力。上侧板全车共 12 块，侧板上部与上侧梁内缘焊接。每块上侧板的外表面上焊接有八字形的由 7 5 5 0 6 制成的两根斜撑（见表 3 3），以增强侧板的刚度，同时对上侧梁也起到支撑的作用。 (5)下侧门 为便于人工装卸散粒和小件货物，设有六扇上翻式下侧门。下侧门由门板和折页组成。门板由厚 6钢板压成中间凹入及四周带凹筋的压形板。折页由扁钢制成，其端部卷有圆环，焊接与门板上，借助 圆销与侧柱连铁上的折页连结，折页下部伸出板外，关门时插入底架侧梁上的下侧门搭扣座内。折页中部焊接有挂环，下侧门开启后，借助上侧梁上的勾梁吊挂起来。 表 3 3 墙各主要部件断面形状 上侧梁段面（ 连铁断面 ( 斜撑断面 ( 侧柱断面 ( 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 15 页 侧墙的焊接工艺 墙焊接时应该注意的问题 侧墙组成 (图 3 1)与底架组成是采用铆接连接的。由于侧墙的侧柱、底架的侧梁是采用分别单件钻孔，而后在组装时铰孔来实现铆钉孔加工的，因此，在侧墙组成中对车体钢结构组装有影响的尺寸主要有两组 :即相邻侧柱间中心距、下侧门折页座的定位尺寸。其中尺寸门折页座，尤其是中门折页座，如果采用在侧墙组装工序组焊，则对装门工序的影响很大，为此，特对以上两组尺寸，在侧 墙生产线设计时是如何保证的，讨论如下。 为了保证侧墙各侧柱间距先必须考虑侧墙在组焊过程中焊接变形的影响，为此，组装胎要选择合适的侧柱组装间距，即工艺尺寸 : l a（ 3 1） 式中：产品图所示侧柱间距名义尺寸； a 焊缝收缩量，一般取 2 毫米。 845 2了保证尺寸正确地选择焊接收缩量外，还要提高组装定位精度。一般对侧柱在组装中采取定位销，定位销位于平台的边上，上料的时候，侧柱经它而滑上侧墙平面，保证侧柱的 工艺尺寸。定位销可以由电气系统控制，在该工序焊接完成需要传输到下一工序时定位销下降，不会阻碍工件的传输。 中侧门折页座的组对，目前各生产厂大致分两种方法。一种是，将折页座与中门折页用销轴穿好，与侧门组成一起组焊在车体上。另一种方法，是在侧墙组装时，先将折页座组焊在侧墙上。这两种方法各有利弊。前者焊接折页座比较困难，但调整门与门框的间隙工作量小。后一种方法，则可以弥补第一种方法的缺陷，使折页 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 16 页 座处在便于施焊的位置 ;如果能保证折页座的正确位置 (即设计尺寸 )，则装门相当方便，而且提高了互换 性，也为将来修车更换中侧门提供了方便条件。 本次设计在焊接工艺上采取第二种方法，用组装胎上的样板定位来保证中门折页座的空间尺寸。当侧墙在平台上定位好了后，根据平台上的样板就可以准确地找到折页座的位置。下侧门折页座也可以在侧墙组装工序组对，只要采用专用样板定位即可，在此不作赘述。 焊接方法的选择 侧墙都是由型钢、板材和冲压件组焊而成的焊接结构，合理的选择焊接方法对保证侧墙钢结构的制造质量、提高生产效率及降低成本，都有重要的意义。 现在车辆焊接中主要采用的焊接方法有：手弧焊，2 手弧焊是车体钢结构制造中使用最早的一种焊接方法，主要优点是焊接灵活，但生产效率不高，已逐渐被其他焊接方法所取代。但在焊接小部件，如中侧门折页座、下侧门折页座、吊环等还是采用手弧焊。 2是利用2种焊接方法具有生产效率高（比焊条电弧焊高 1 3 倍），成本低（是埋弧焊和焊条电弧焊的 40% 50%），焊接质量好的特点。在焊接侧墙比较长的焊缝时， 采用自动焊接小车，不仅提高焊接效率，而且提高的焊接的质量，焊缝均匀。 数控机床焊接主要是针对两条相互对称的焊缝采用的焊接方法，它的机器手两个焊接喷嘴，可以同时焊两条焊缝，而且都很均匀，能很好的满足对称性。在两个焊枪中间还有一个压紧器，可以相当于一个夹紧器来用。在侧墙焊接中主要用于侧柱焊接和斜撑焊接。 数控龙门焊专机的特点 （ 1）数控龙门焊专机主要由双驱动 龙门架、滑动小车、机头、焊接电源、数字控制系统、水冷系统等组成。该设备纵向行走 (数控平车移动 )和横向行走 (滑动小车移动 )采用 2 轴联动数控交流伺服驱动系统，故能对侧墙帽形钢横缝、上侧梁纵缝、斜撑缝进行焊接。 （ 2）焊缝跟踪。机头运动轨迹 (对准焊缝川要由 2 轴数控联动控制实现 (即 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 17 页 面插补 )，机头可上下升降。同时配置焊缝自动跟踪系统，以补偿加工误差造成的焊逍偏差。并根据用户不同需要配置自动跟踪系统。 （ 3）数控系统。人机界面为工控触摸屏，采用 32 位 理器，高可靠的触摸面板，超强的清晰度和宽的视角， 是一个功能强大、操作简便的屏幕编辑器。主控采用 列，具有小烈化、高速度、高性能，自带两轴数控控制功能，能够高精度控制 x 轴、 y 轴的定位位置和运行方式。伺服驱动系统，具有高稳定性和输出精度高等特点。数控系统除控制焊枪运动轨迹外，还可以预置位置和速度、对水冷装置的起停、焊接电源的引弧 焊接 收弧等进行自动控制，具有多种检测控制功能。 （ 4） 操作系统。人机界面随时监控 x 轴 y 轴的运行方向和数据，且可以根据加工需要改变 x 轴 y 轴的定位变量和速度，达到焊接工艺要求的轨迹、长度、方式、速度。系统具有自动、于动、中步功能 ，单动每操作一次对编入 焊接工序进行中步执行 ;而自动操作是在机头定位工作完成后，起动命令系统，系统就全部按照设定的运行轨迹和焊接工艺参数完成全部操作。 侧墙焊接工位划分 现在很多工厂为了提高生产效率普遍采用流水生产线，这样可以提高生产效率，对工人的技术要求也比较单一，工人的熟练度就会提高，从而提高产品质量。为了使每步工序的生产节奏差别不大，现在对将侧墙焊接划分为组装工位、侧柱焊工位、斜撑焊工位、侧墙反面焊工位。工件组装工序完工后，由各胎架上的输送系统传送工件，并在侧柱焊工位、斜撑焊工 位上依次完成侧柱、斜撑、上侧梁与侧墙板缝的焊接。附件焊胎上的工件人工完成附件组焊后，通过侧墙翻转机翻转后实现侧墙反面焊接，最后由天车将工件吊离生产线。 1. 侧墙组装工位 墙组装工位（第一工位）主要由侧墙组对胎、侧柱连铁料架、上侧梁料架等组成，所完成的工作时将上侧梁、上墙板和连铁组对焊接（见图 3 2）。组对胎架主要由定位夹紧单元、上下连接单元、可移连铁定位槽、输送系统等组成。 (1)将侧柱连铁吊上组装胎上 ,并调整使其靠紧纵向定位块 ,然后将侧柱连铁夹紧。 (2)将上侧板吊上组装胎 ,并使其靠齐侧 柱连外侧翼边及纵向定位块 ,与侧柱连铁点固。 (3)将上侧梁吊至侧墙组装胎对应位置 ,使用专用气缸将定位机构伸出 ,将上侧梁纵 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 18 页 向定位 ,组装完后定位机构缩回到腔体内。 (4)上侧梁采用自动焊接小车进行焊接。 图 3 2 墙组焊第一工位工件 1 上侧梁； 2 上墙板； 3 连铁 2. 点焊侧柱工位 侧柱焊工位（第二工位）主要由侧柱焊胎架、侧柱料架，下墙板料架组成，所要完成的工作是将下侧门折页座、下墙板、吊环和侧柱与第一工位的工件焊接成形（见图 3 3）。完成侧柱与侧墙板的焊接采用点焊固定，到第三工位在用数控机床 焊接。 图 3 3 墙组焊第二工位工件 1 下侧墙板； 2 吊环； 3 下侧门折页座； 4 侧柱 （ 1）第一工位焊接后的工件传输过来后，停在规定的位置，按挡铁的位置放上下侧板，经圆柱定位销把侧柱放上平台。 （ 2）用上侧梁夹具夹注侧柱的上边，用侧柱夹具夹住侧柱的下边缘。点焊下侧墙板和侧柱。 （ 3）根据样板定位焊接小部件，吊环，下侧门折页座。 3. 斜撑组焊工位 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 19 页 斜撑焊工位（第三工位）主要由斜撑焊胎架、数控专用焊接设备（可配备机器人焊接系统或半自动焊系统）、斜撑料架组成，所进行的工作是用数控机床焊接斜撑和 侧柱 （图 3 4） 。 （ 1）第二工位传输来的工件，停在规定的位置，用上侧梁夹具夹住上侧梁。 （ 2）用数控龙门机床焊接，两把焊枪同时焊接侧柱的两条焊缝，并且侧柱上方有压力器，保证焊缝的紧密性。 （ 3）焊接斜撑与（ 2）的焊接类似，都是两条焊缝同时焊接 图 3 4 墙组焊第三工位工件 4. 反面焊工位 反面焊工位（第四工位）主要由反面焊胎架、侧柱补强板料架、门孔补强板料架组成，所要完成的工作是焊接侧柱里面的焊缝和焊接个补强板（图 3 5）。 （ 1）第三工位完成的工件由吊车和人工配合翻转，夹紧在平台上 后先焊接连铁和墙板的焊缝。 （ 2）焊接侧柱部墙板、门孔补强板和门孔补强筋板。 图 3 5 墙组焊第四工位工件 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 20 页 1 侧柱补强板； 2 门孔补强板； 3 门孔补强筋板 5. 该自动焊接生产线的特点 (1)生产线采用组合式、模块化设计。具有一定范围的柔性功能，通过各模块间的组和、调节和少量构件 (如压头 )的更换，能适应 墙、无门侧墙、有小门无中门侧墙、无斜撑侧墙、无侧柱连铁的侧墙等不同车型的侧墙生产需要。 (2) 工件在各个工位均采用拘束焊接方式。即在侧柱上下端、上侧梁端部、连铁端部 均设气动夹紧机构，从而大大减小了焊接变形。采用气动夹紧，造价较低，清洁无污染。 (3)工件输送平稳。各胎位均设有独立的双输送链输送系统，实现工件的自动传输。各胎位输送可实现全线联动，同时也可以分胎位单独操作控制。由输送链导轨承载工件质量，故输送过程平稳可靠。 (4)工件定位精度高。生产线各胎位设置 3 个接近开关，实现工件输送过程中的起动、减速、停止 (即初定位 )。采用气动圆锥销插入侧柱内侧面实现工件精确定位。 (5)生产线电器控制采用 序控制系统，设置人机界面触摸屏通信控制系统，随时显示各工位工作状态。 2 个 信接口可实现与外部控制设备的数据交换。1 个 络接口，可与局域网的数据交换，实现生产管理、质量管理、安全控制的远程集中控制。 (6)安全可靠性高。工件输送及翻转时设置声光报警。翻转变位机设气动安全圆锥插销，所有夹紧气缸均带磁控开关，升降平台设位置开关，实现安全联锁保护。整条生产线设置了短路、断电、漏电、停电或意外停机等保护装置 (7)数控自动焊专机技术先进。生产线所配置的帽形钢数控龙门式自动焊机、斜撑数控龙门式自动焊机，采用进口数控系统，具有示教功能、原轨迹倒退功能、中断记忘功能， 2 把焊枪可同时焊接，配置自动跟踪机头和快速坐标定位机构，故生产线焊接质量可靠、焊接效率高。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 21 页 第 4 章 墙组焊夹具设计 侧墙的组装焊接是一个多工位的加工过程，如上章所介绍的，可以将其划分为四个工位，分别是组装工位，侧柱焊接工位，斜撑焊接工位和反面焊接工位，侧墙夹具的设计是按照这四个工位不同的生产要求进行的夹具设计。 第一工位夹具设计 第一工位所完成的工作就是将上侧梁，墙板，连铁组对、点固。结构如图 3 3所示，侧墙夹具的平面布置要根据焊接时可能产生变形的情况来选择夹具的装夹位置。主要是两块墙板接触的地方，容易在焊接时膨胀，时墙板发生弯曲。主要要保证的尺寸是孔的距离，它的尺寸不能保证就可能导致中侧门配合不紧密。焊上侧梁和上墙板时用焊接小车，减少工作量，同时提高焊缝质量。具体情况如 4所示， 图 4 1 侧墙组焊第一工位夹具平面布置图 1 上侧梁定位挡铁； 2 墙板挡铁； 3 墙板夹具； 4 上侧梁； 5 墙板； 6 上侧梁夹具 位方案确定 根据第一工位的加工顺序，是先放上连铁、墙板，最后放上侧梁。在侧墙焊接中要保证两侧门柱之间的距离和侧墙与上侧梁的相对位置 。因为侧门和侧墙是分别加工后组装的，侧门的宽度已确定，只有保证两侧门柱的距离才能保证他们的完整配合。侧墙与上侧梁的相对位置主要是保证侧墙在车体组装时上侧梁两端多出的部分的尺寸。 1. 连铁定位 连铁的定位主要是靠加工台上的定位槽和定位销来定位的，定位槽与连铁的外表面接触，可以限制连铁沿 x、 y、 z 轴 的转动和朝 x 轴的反向位移、 z 轴的反向位移，定位钉 靠在连铁的垂直面上，可以限制连铁朝 x 轴的正向位移，在 y 方向上没有力 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 22 页 作用，不会发生位移，不需要定位。在定位销安装在墙板的夹具体上。具体情 况如 4 2 图所示 图 4 2 连铁的定位示意图 1 连铁； 2 加工台与定位槽； 3 定位钉 2. 侧墙的定位 侧墙的六个面都是平面，所以主要采用平面定位。底面放在工件平台上，限制，墙板沿 z 轴的位移和转动；左边缘与挡铁相接触，限制墙板在 x 轴的位移；下边缘与定位钉接触，限制了墙板沿 y 轴的位移。挡铁由于不是受力件，强度可以不用太高，考虑到经济性，材料选用 面的挡铁全部选择 用再叙述）。挡铁焊接在平台上，定位销安装在墙板的夹具体上（如图 4 3），按照定位要求已基本限制了工件加工时可能发生位移的方向。 图 4 3 墙板定位示意图 1 挡铁； 2 定位钉； 3 墙板 上侧梁是采用 1 4 0 1 0 0 5 的冷弯矩形钢管。上侧梁是用天车吊是工作台，人工调整位置的，位置偏移会很大，所以采用三个平面的定位。左边缘与挡铁相接触， 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 23 页 限制上侧梁沿 x 轴的位移；上侧梁的下表面与工作台相靠，限制了上侧梁沿 z 轴的位移和沿 3 个轴的旋转自由度。挡铁焊接在平台上，定位销安装在上侧梁夹具体上。如 4 4 所示。 图 4 4 上侧梁定位示意图 1 挡铁； 2 定位钉； 3 上侧梁 定位误差的分析计 算：上述的三种工件都是以平面定位为主，这样定位误差的大小取决于工件上定位基准平面的质量以及定位表面对于规定的位置尺寸公差。当工件用平面作为定位基准时，通常基准和定位表面接触较好，误差很小，可以忽略不计，即认为 定=0。 夹紧器设计 第一工位在前面定位工序的基础上进行焊接，相对位置如图 4 5 所示。由于焊缝的位置关系，焊缝 2 比较容易焊，采用连续焊。焊缝 4 在背面采用点固，等到反面焊接时再采用连续焊。 图 4 5 第一工位侧面焊接示意图 1 上侧梁 ； 2 焊缝； 3 墙板； 4 点固焊缝； 5 连铁 （ 1）上侧梁夹具所需夹紧力计算 上侧梁在焊接可能发生以下形式的变形 (图 4 6)，梁的中间向上拱起，夹具的作用力应该是垂直向下作用。夹紧力在这个是后是一个范围，它应该是大于焊接变形而小于工件的塑性变形力。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 24 页 图 4 6 上侧梁的变形示意图 1 墙板； 2 上侧梁 由静力平衡得： 6 4 1） 式中： Q 夹具的夹紧力（ N）； e 焊缝截面重心到梁截面中心的距离（ L 梁的长度（ F 焊缝纵向收缩力（ N）， 2F ， m 为系数（ 2/N ， k 为角焊缝的焊角（ 表 4 1 m 的选取 一条焊缝 两条焊缝 焊条电弧焊 468 10 （ 2/N 0 （ 2/N 这里取 m = 468 10 （ 2/N ， k =4L =13010e =26 ( 6 8 1 0 1 6 1 0 ) 6 7 . 5 3 3 8 6 ( )13010 上侧梁上布置了 8 个夹具，虽然每两个夹具的间距不相同，我们可以近似认为他们每个夹具的夹紧力相同，则夹紧力： 4 2 3 ( )8（ 4 2） 将上式代入式（ 2 1）得实际夹紧力 W ： 2 8 4 6 ( )W P N （ 4 3） 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 25 页 （ 2）上侧梁夹具的结构设计 根据焊缝和工件的相对位置，工件可能产生的变形是上侧梁向上弯曲。为了防止上侧梁向上弯曲，所以上侧梁夹具的夹紧力是作用在上侧梁的中央垂直向下的夹紧力，它是气缸的 推力向上传给夹板，夹板再传给夹紧器的，夹板与气缸推杆、夹紧器的连接都适用销钉连接。由于在第二工位和第三工位上侧梁夹具还要夹紧侧柱，所以得它的夹紧器可以往前面调，也可以根据工件表面高度而调整高度，而且夹紧器与侧柱外表面接触的地方设计成圆弧面。夹具的具体结构如图 4 7。 图 4 7 上侧梁夹具简图 1 夹紧器； 2 夹具体； 3 定位钉； 4 连接螺栓； 5 气缸装置 2. 墙板夹紧器的设计 （ 1）墙板夹具夹紧力计算 墙板与连铁焊接的时候最可能发生的变形就是墙板翘曲 (图 4 8)。夹紧力是用来防止变形，但它不 能使工件发生变形，所以夹紧力只能等于变形力，不能比变形大很多，以免破坏工件。首先计算焊接时的变形应力： 图 4 8 墙板变形形式 1 墙板； 2 焊缝； 3 连铁 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 26 页 22 2t a （ 4 4） 式中： E 弹性模量，钢取 E =21 0 ( / )N ； 工件厚度，墙板厚度为 5 变形角度，这里取 2o ； l 夹紧力与焊缝的距离。 则得： 622 22 . 1 1 0 5 t a n 24 6 0 紧力2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2P P P q A q A 6 2 6 6 2 61 . 2 7 3 1 0 1 7 1 0 1 . 2 7 3 1 0 1 2 1 0 = 2）墙板夹具结构设计 在连铁和墙板焊接的地方，它的焊接接头类似于丁字接头，而且墙板属于薄板件，很容易发生翘曲变形，而且是两边同时翘起，因此夹具应该在焊缝的两边都有夹紧力，以防止变形。所以墙板夹具的夹紧器有两个夹紧面，其他基本结构和传力原理都与上侧梁夹具一样（见图 4 9）。 图 4 9 墙板夹具简图 1 夹紧器； 2 夹具体； 3 气缸装置 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 27 页 第二工位组焊夹具设计 第二工位总体布局方案 第二工位的主要工作是焊接吊环、下侧门折页座、下墙板和侧柱。焊接时最容易发生位移的是侧柱，所以主要夹紧的是侧柱，它采用两头夹紧，上边是上侧梁夹具来夹紧 (上侧梁的螺旋夹紧器往前面调节，垂直作用在侧柱上方），下边主要靠侧柱夹具来夹紧，侧柱夹具的作用可以分解成向下的夹紧力和向上侧梁的推紧力。需要保证的尺寸是每个侧门的两个折页座间的距离，下侧门能不能密封就要看它的尺寸。夹具的平面 布置如图 4 10。 图 4 10 侧墙组焊第二工位夹具平面布置图 1 上侧梁夹具； 2 吊环装置； 3 侧柱； 4 下侧门折页座； 5 下墙板挡铁； 6 侧柱夹具 定位方案设计 第二工位所焊接的零部件分别是吊环，下侧门折页座，下墙板和侧柱。下侧门折页座和下墙板关系到下侧门的配合问题，特别是在运输细小货物时，侧门的密封性显得尤为重要。侧柱布置的位置关系到整个侧墙的受力性能，将影响整车的运载性能。 下墙板平放在平台，限制了它沿 x、 y 轴 的旋转；下墙板的上边 缘依靠上墙板的下边缘来定位，限制了下墙板沿 板圆弧处用挡铁控制两侧墙板的距离，限制了下墙板沿 铁焊接于工作台上，挡铁的高度要适中，太高会影响工件的传输。定位示意图 4 11。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 28 页 图 4 11 下墙板定位示意图 因为下侧门折页座是焊接在上墙板上，所它不能采用接触式定位，只能采用样板定位，确定它在 x 轴上的位置，样板焊接在工作台上。而 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 1 页 F of a e is a an An is to to of a to D be to as is on a s in of an a so be to of of in of is on a of to to at a of of a as a 1. in as 19951. of is to to be in of by up of of be to a of of is A of is be in to a of of a to up is to to 19961. An on a AM a It of in of 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 2 页 of as a or of to in is in to to 19961. it to of as as of of be to to be to on or be to to on of 2. . 1 of AM as a 1999 to 997 to 2000. on or of of is to be in to up to is of to as of AM an to at a of to It to to do so in It a of to a of a of to in it to of in of by of As a it be at a to on It up on be to an on 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 3 页 of to an as to to of in a up a of to et a 19961. is to is is by of is it is to on a of a to or to of be a of be or be to on to of as to of of is to of a to a in to a 3. to as of on is to of to to to a of be on a of T, By be to of as as he/to a a a of a A of is . It of of 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 4 页 as is It is up of a a D on on of up up of s of is in of 4 he of is to of a is a in us a to of on to be be to As an at to of be of to up a 5 . S. . K. (1996). A 15,432 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 5 页 (1999). of a B. J. R. (1997). M. uh 2000). An of R. (1996). 146- 15 3 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 6 页 互联网半自动夹具设计系统的发展 库马尔 ,克 ,库马尔和 新加坡国立大学机械 学院 与生产工程 学院 摘要 夹具 设计是一个复杂和一个直观的过程 。 一种高效夹具设计系统 对 降低成本和减少所需的时间 来说 是必要的 。 这篇文章 介绍 了一个简单的互联 网半自动化夹具设计系统 的发展 ( 为的是 证明 实体的 三维夹具设计 是 可以在因特网上 进行 。 整个系统通过 计以确保 在 因特网 上的 可实行性的 ,该系统必须 具 有 网上生存的 条件 ,例如可移植性和良好的客户服务器计算性能 。 这个系统立足 于 3 层服务器结构上 运用 远程调用方法来实施的 。 设计通信是以一种开放的，自我扩展成模 块的 语言来实施的 。 一个先进的设计系统再 加上一个标准夹具元件库 ,使用户能 完成 夹具装配 的设计任务 ， 虽然 在 今后的设计中 大部分的计算 都会被限制在一个 服务器 中 。 开发这一系统的目的是为用户提供方便 的 夹具设计功能 ,用 一个小的 成本 聘请一个专门商业建模程序作为 你设计的后盾。 夹具其实就是一种夹持工件的装置 ,常用于 加工操作 ,例如加工 ,检验 ,装配等 。 夹具元件 的 基本宗旨是 重复并持续 的 定位 ,支持和 加紧 工件 让加工可以顺利的进行 . 夹具的解决方案都是由夹具的供应商 如 以如何调节夹具的 方 式提出的 . 这些 方案都 是用 现 在常 用的标准组件 来组合而成的 ,就 像 用 木来堆积各种各样的形状和尺寸一样 . 这些系统的 基本组成部分包括 工作台、定位元件、挡板 和 夹紧元件 . 这样 设计 的系统 最大好处 是 可提供设计的灵活性 . 一套完整的夹具系统 应该 是非常灵活 ,可 灵活地 配置在 各种大型的工件夹具或机床 . 不过 ,模块系统 的这个特 征 意味着 设计师 们将 不断 被怀疑能否实现可行性 和完善夹具配置 . 这一点尤为重要 ,因为 目前 夹具 的趋势是柔性制造系统 ( 尺寸越来越小 , 以实现要求的精度。 基于 统 的 专家 级 夹具设计系统 为 此 将提供一条 好的 出路 ， 它 将 按制造自动化 的宗 旨 有助于降低成本和周转时间 。 西南交通大学本科毕业设计（外文翻译） 第 7 页 随着因特网 应用越来越广泛， 许多企业 都把 因特网作为一种沟通的平台 ,甚至 把他们重要的业务都放在上面 . 这使得他们 与世界各地的合作伙伴的交易瞬间完成 。 机械行业 包括夹具设计 也应该采取这种 方式 。 这 对于 推动 工 业界实现分 散 制造和提供快速制造能力 是特别重要 的 。 因特网使夹具设计 系统 不仅能节省 成本 和时间 . 它也将有助于促进 设计师与他们同行 之间 新层次的合作 , 以及不分地域限制 地 与客户 的协作 ,最终 目标建 立 的 系统 将会 保证 用户经济效益 并轻松掌握 夹具设计功能 , 并能 利用任何形式的计算机平台 进行 夹具设计 ,或能 解决客户提出 的问题 . 2 综合叙述 立系统 很多 半自动及自动夹具设计系统已经 开发成功 并 用在 统 上 . 这些 系统提供夹具设 计 功能 ,如参数化夹具元件 库 和内在 干 涉的 例行检查 ,以确保无碰撞 的 设计解决方案 ， 并为 他们提供 走刀余量 . 这些系统都是基于 独立 机器或关闭的网络 . 这中系统的 一个最大 弊端是 需要 非常高的投资 ,这将有可能 导 致 人们 为了建立商业建模软件包 而不要 他们 . 另一个 面临的问题是要 一直维护 和升级为 新 版本 的 夹具设计系统和 台 将不断 的开发和引进 系统 为此 提供另一种选择 ,只要花很少的钱就能实现夹具设计系统的这些功能 . 它也将需要用户不断地进行升级 . 络系统 互联网 在最近 几年 迅速的扩张 ,并 在 可预见的将来 也将是这样 . 它已 从 一种投寄 邮件 及跟踪文章和数据传输 手段 发展 到 提供多种服务 的 交流 媒介 . 随着科技进步 ， 互联网基础设施和
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