1、xxx 毕业论文 I 摘 要 本 文研究的是 汽车 左前纵梁及轮罩 的焊接夹具设计问题，要求使工件定位迅速，装夹迅速，省力，减轻焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动。实现机械化，使焊接条件较差的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置，劳动条件的改善，同时也有利于提高焊缝的 质量。 本文首先分析了汽车 左前纵梁及轮罩 焊装夹具设计的必要性和可行性；然后围绕 左前纵梁及轮罩 焊装夹具设计这一核心，通过对汽车焊装生产线、汽车焊装夹具的结构特点进行分析，归纳了焊装夹具的设计步骤和要点；重点对汽车 左前纵梁及轮罩 焊接夹具的设计，包括定位器的设计，夹具体设计，夹 紧装置的设计。其中，定位器的设计 是保证焊
2、件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件，应利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支撑点，可以减少定位器的数量，提高装配精度；夹具体的设计是通过 控制焊件角变形的夹紧力计算和 控制焊件弯曲变形的夹紧力计算来确定的，通过公式计算得出 拘束角变形所需的单位长度（焊缝）夹紧力 ,再根据焊件形状、尺寸来完成夹具体的设计。 夹紧装置的设计是本文设计的重中之重，这次设计的主要核心是通过气缸来改善传统手动夹紧的的繁重体力消耗以提高生产效率。 根据要求，设计气缸主要是对工件的夹紧， 合理的 气缸选择，合理的气动原理思路，极大地提高了生产效率和产品质量。 关键词 ：工装 ; 夹具；汽动；焊接 xx 毕业
3、设计 论文 2 Abstract This study is the car left front rail and wheel cover welding fixture design, requirement for a workpiece positioning rapidly and clamping quickly, effort, reduce welding assembly positioning and the clamping heavy manual labor. Realization of mechanization, make for better conditio
4、ns for the downhand welding position welding, improve working conditions and to improve the welding quality of poor condition of the space position of welding seam welding. This paper first analyzes the car left front longitudinal beam and the wheel cover the necessity and feasibility of welding fix
5、ture design, and then around the left front rail and wheel cover welding fixture design of the core, according to structural characteristics of car body welding production line, automobile welding fixture analysis, summed up the welding fixture design steps and main points; key to car left front lon
6、gitudinal beam and the wheel cover welding fixture design, including locator design, clip specific design and clamping device design. Among them, design of locator is guarantee welding fixture in China obtain accurate position of the assembly of parts and components, should use first loaded parts as
7、 assembly parts a base surface positioning supporting point, can reduce the locator number to enhance the assembly precision; to clamp the specific design is by the angle to control the welding deformation of the clamping force calculation and control of welding a bending deformation of the clamping
8、 force calculation to determine the, through the formula calculation show that angle restraint deformation required per unit length (weld) clamping force, then according to the welding shape, size to complete specific design clamp. Clamping device design is the most important in this paper, the main
9、 core of this design is through the cylinder to improve the traditional manual clamping of the heavy manual to improve production efficiency. According to the requirements, the design of the cylinder is mainly for the clamping of the workpiece, a reasonable choice of the cylinder, a reasonable aerod
10、ynamic principle of thinking, greatly improving the production efficiency and product quality. Key words: Tooling； fixtures； pneumatic； welding xx 毕业 设计 论文 3 目 录 第 1 章 绪 论 4 1.1 课题的背景及意义 4 1.2 焊装夹具国内外研究概况 4 1.3 汽车焊装夹具研究概况 5 1.3.1 车身焊接原理 5 1.3.2 汽车车身常用 焊接方法 6 1.3.3 焊装夹具的功用 8 1.3.4 焊装夹具设计要求 9 1.3.5 夹具
11、的基本构成 9 1.3.6 夹具的设计步骤 10 1.4 本课题研究内容 10 第 2 章 车身焊装夹具设计 12 2.1 定位加紧方案确定 12 2.1.1 夹具的定位方案的确定 12 2.1.2 夹具的夹紧方案的确定 14 2.2 单元夹具设计思路 16 2.2.1 主要控制断面形状（ MCS） 16 2.2. 2 夹具单元设计思路 16 2.3 夹具单元设计过程 17 2.3.1 U09 夹具单元设计过程 17 2.3.2 U14 夹具单元设计过程 23 第 3 章 生成二维图 29 3.1 装配图的二维图 29 3.2 零件图的二维图 32 结 论 35 致 谢 36 参考文献 37
12、xx 毕业 设计 论文 4 第 1 章 绪 论 1.1 课题的背景及意义 汽车工业是我国国民经济支柱产业之一，在国民经济发展中有特殊地位和作用，汽车工业能极大地带动和促进其它工业和产业的发展，并且成为显示一个国家工业发达水平的重要标志。随着汽车市场竞争的日益加剧，加快了汽车产品的更新换代步伐，汽车新产品的开发和制造周期越来越短。增加新车型冲压模具和焊接工装夹具虽必不可少，但汽车换型 最主要的是改造焊接生产线。在汽车制造业中，汽车焊装夹具在汽车焊装线投入中占有相当大的比例，焊装夹具的设计制造直接影响汽车的生产规模、效率和生产质量。 车身焊装是车身制造的重要组成部分，它是将已经冲压成形的车身零件在
13、夹具上定位夹紧后，通过点焊、凸焊、 CO2 保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配成为白车身的过程。目前，国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力，面对汽车行业的日益激烈的竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产的装备进行试验，只好成套引进，使得国内接装备生产 厂家近年来与国外水平的差距越来越大。国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距却逐渐加大，提高我国焊装线及焊装夹具自主设计和制造水平迫在眉睫。 1.2 焊装夹具国内外研究概况 中国的汽车制造业已有 50 年的历史，只是在近几年中才得到了飞速的发展。相比之下，我国汽车制造
14、业的工艺水平，特别是焊接工装夹具水平，显得越来越不适应这种快速发展速度的要求。这种现象的存在，原因在于在我国机械加工行业的传统习惯中，焊接制造工艺的地位不高。在中国众多的汽车制造生产厂家中，焊接工装夹具通常采用的是专用工 装夹具，它是针对一道或几道特定的焊接工艺而配备的。随着目前汽车生产小批量、个性化的发展趋势，这类工装的使用就越来越受到限制，其设计生产的周期较长，场地占用较大，重复使用率较低的缺点充分的暴露出来。这种现状很大程度制约了我国汽车制造业焊接工艺水平的提高，延长了新车型研发的周期。在世界先进国家的汽车制造业，对广泛使用的焊接工装夹具已经标准化、系列化，设计时进行合理选用即可。 在国
15、内对焊接夹具的系统研究不够重视， 汽车焊接夹具的开发设计更是一个薄弱环节。在我国现有的所有引进车型中 , 焊接夹具几乎无一例外全部依赖进口 。焊接夹具开发的滞后状态严重制约了我国汽车工业的进一步发展。这与国外的技术封锁有关但更主要的xx 毕业 设计 论文 5 是我们重引进轻研究开发重眼前利益 , 轻长远打算 。 我国不少科研部门和制造单位从事了这项有益的作 , 如机械工业部第四设计研究院、沈阳牡机制造公司、成都飞机制造公司和一汽、东风等国内著名汽车大集团都是其中的佼佼者。由于国产焊装起点都不高 ,批量不大 ,与西方汽车大国相比水平还有待在实践中进一步提高。 在世界先进发达国家，焊接工艺及柔性焊
16、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 ,焊装的研制开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子标准化、系列化、通用化人们能够紧随汽车车身车型更新换代的步伐 ,及时地为新产品提供相应的焊接生产线为汽车厂家早上批量占领市场提供了坚实的技术装备保证 ,争得了宝贵时间。应该看到汽车焊接夹具是一项利润丰厚的智力型产品 ,占一个车身车型开发费用的 1/6 左右。按目前国际上一个轿车车身正常开发费用 5000-8000 万美元计算 ,焊接夹具至少占 800 万美
17、元以上。它真正的材料费用是很低的，大部分是在设计制作费用上。 1.3 汽车焊装夹具研究概况 1.3.1 车身焊接原理 焊接是两个或两个以上的金属零件之间不可拆卸的联接方法之一，其实质是利用局部加热或加压的办法，使被连接处的金属熔化，促成两金属的原子相互渗合并接近到 0.30.5nm的金属晶格距离，完全依靠原子间的结合力把两个分离的金属构件连接起来。 在焊接过程中，一般都是把局部加热到熔化温度以上然后冷却结晶凝固，它经历加热 熔化 金属冶金反应 结晶 固态相变 形成接头等几个过程，又是一个复杂的冶金反应、材料热处理及变形应力 的产生过程。 影响焊接应力与变形的因素，主要是两个方面：第一是焊缝附近
18、不均匀加热的范围和程度，也是产生热变形的范围和程度。第二是焊件本身的刚度以及受到周围边界约束的焊接，即阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度。这两方面作用的结果决定了焊缝附近塑性变形区的大小和分布，也决定了残余应力与残余变形的大小。人们可以从设计和工艺两方面来采取减小焊接应力与变形的措施。 1、 人们可以采取的设计措施有： 1）、 尽可能减少焊缝的数量，避免不必要的焊缝； 2）、 选择合理的焊缝尺寸和形状； xx 毕业 设计 论文 6 3）、 合理选择结构形式和安排焊缝位置 ； 4）、 避免焊缝布置得过分集中。 2、 人们可以采取的工艺措施有： 1）、 焊前将结构或部件装配成具有与焊接变形相反
19、方向的预先反变形，反变形应该能抵消焊后形成的变形； 2）、 对于刚性小的结构，可以采用夹具支承夹紧的方法，增加结构要焊接时的刚性，达到减小焊接变形的目的； 3）、 选用合理的焊接方法和规范，可以减小变形量； 4） 、 选择合理的装配焊接顺序，即把结构适当地分成部件，分别装焊接，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝在焊接过程 中能比较自由地收缩而不影响整体结构， 然后再拼焊成整体，这样有利于控制变形。采用机械 或加热的预拉伸，使薄板预先得到拉伸，然后在张紧的薄板上装配焊接骨架，可有效防止变形。 1.3.2 汽车车身常用焊接方法 车身焊装过程中应用最多的是电阻焊，一般占整个焊接工作量的 60以上，有的
20、轿车车身几乎全部采用电阻焊，高级轿车还采用粘接点焊方法。电阻焊是所有焊接方法中焊接效率最高的一种，适用于大量生产，在薄板焊接方面使用最广。其他焊接方法还有点焊、螺柱焊、二氧化碳气体保护焊等 。 1、 电阻焊 电阻焊 加热时间比较短，热量较集中，焊接过程中产生的应力和变形较小，通常在焊后不必进行校正和热处理。不需要焊丝、焊条、 保护气体、焊剂等焊接材料，焊接成本比较低。操作较简单，易于实现机械化和自动化，生产效率比较高，是汽车车身制造中应力最广泛的焊接方法。 电阻焊 是将被焊工件压紧于两电极之间，并在焊接处通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，断电冷却时
21、，在压力继续作用下实现金属结合，形成牢固接头。这种工艺过程称为电阻焊，也叫接触焊。 电阻焊有以下特点： 1）、 利用电流通过工作工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热，即热源不是来源于工件之外，而是内部热源。 2）、 整个焊接过程式在压力作用下 完成的，即心须施加压力。 xx 毕业 设计 论文 7 3）、 在焊接处不需要加任何填充材料，也不需要任何保护剂，电极压力和焊接电流是产生电阻焊的基本条件。 2、 点焊 点焊是一种高速、经济的连接方法， 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等、 它适用于焊接搭接头、接头气密性要求低、厚度小于 3mm 的冲压、轧制的薄板件，因此广泛用于
22、汽车车身的焊接。 点焊按一次形成的焊点数，可分为单点焊和多点焊：按对焊件的供方向，可分为单面点焊和双面点焊 。 最常见的点焊方法是双面点焊（电极从工件两侧供电），尤其是双面点焊，在车身焊接中运用最多， 这时工件的两侧均有电极压痕。单面点主要用于电极难以从两侧接近工件或工件一侧要求压痕较浅的场合，如汽车车身外表面或装饰面板的点焊，此时，一侧是电极，另一侧是接触面积较大的导电板，可以消除或 减轻下面的压痕，在汽车车身大量生产中，单面多点焊也获得广泛应用。 焊点质量不仅取决于焊点尺寸，还与焊点表面与内部质量有关。焊点在外观上要求表面压坑线，平滑呈均匀过渡，无明显凸或局部挤压的表面鼓起，外表面没有环状
23、或径向裂纹；表面不得有熔化或粘附的铜合金。从内部看，焊点形状应规则、均匀，焊点尺寸应满足结构强度的要求；内部无超标的 裂纹和缩孔；焊点核心周围无严重过热组织。 焊点尺寸主要焊点直径，焊透率和表面压坑深度等。 3、 螺柱焊 螺柱焊是将金属螺柱等紧固件焊于工件上的焊接方法，它是焊接紧固件的一种快速方法，不仅效率高，而且可以通过专用设备对接头质量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，从而保证接头的导热性、导电性和接头强度。在汽车车身零件组焊过程中，常常利用螺柱焊在一些小零件上焊接安装汽车附件用的紧固件。 广泛采用的螺柱焊方法主要有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊。它们都是利用直流焊接点原来产生电弧
24、。 4、 二氧化碳气体保护焊 二氧 化碳气体保护焊是融化极气体保护电弧焊的一种，它是采用可熔化的专用二氧化碳焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来融化焊丝与母材金属，并向焊接区输送二氧化碳保护气体，使电弧、 融化的焊丝、 熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续xx 毕业 设计 论文 8 送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件互相连接起来。 5、 凸焊 凸焊是在焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸点，使其在另一焊件表面接触并通电加热，然后压塌， 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等 。 凸点的作用是将电流和压力限 在特定位置上。
25、凸焊主要用于将螺母，垫圈等小零件焊接到较大的冲压件上。 6、 缝焊 缝焊是用一对滚盘电机代替点焊的圆柱形电极，与工件相对运动，从而产生一个个熔核相互重叠的密封焊缝的焊接方法。 它主要用于 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等 气密性要求高的焊缝 。 1.3.3 焊装夹具的功用 1、 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 。采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。 同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后
26、零件的结构尺寸容易达到图纸要求。 2、 缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本。采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上备有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率，夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产 品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。 3、 增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的
27、产品。采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。 4、 减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能。如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作xx 毕业 设计 论文 9 也非常困难和疲劳 。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。 1.3.4 焊装夹具设计要求 1、 焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证车身上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时，夹具必须使被装
28、配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。 2、 焊装夹具应动作迅速，操作方便。操作位置要处于工人容易接近最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。 3、 焊装夹具的设置应便于施工 ，有足够的装配焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。 4、 夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移
29、，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。 5、 为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。 6、 用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度尺寸精度影响较大。 7、 在同一个 夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。 8、 焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。 9、 尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。 上述这些原则是设计车身焊装夹具时所必须考虑的，但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大，有的焊装夹具只有一个简单的框架，有的则相当复杂。一般来说，应根据
30、生产批量的大小和产品结构的特点并结合 工 厂的生产条件来选择焊装夹具的类型，设计夹具。 1.3.5 夹具的基本构成 汽车焊接夹具的主要装置 有由夹具基板、定位装置、夹紧机构和一些辅助机构。 l、 夹具基板 基板是焊接夹具的基础元件，夹具其他部分都是建立在这个基板之上的，因地它的精度xx 毕业 设计 论文 10 直接影响到夹具的精确性，因此对基板的工作平面有着严格的要求。基板的上表面都设有基准线，用于夹具的自身测量和准确定位。为了节约材料、减轻夹具重量、降低成本，在不影响夹具定位机构和基准槽的情况下，夹具基板应尽量采用框架结构。 2、 定位装置 夹具定位装置是用来确定焊接件的相对位置和装配关系的
31、，定位装置一般有定位销和定位面两种，定位销又有固定销、气动伸缩销、插销等，定位面一般根 据焊接零件需要定位处的型面做成定位块。 3、 夹紧机构 汽车焊接夹具的夹紧机构是为了固定焊接零件，防止点焊时因作用力太大而导致的零件错位变形。主要分为手动夹紧机构和气动夹紧机构两种，在实际生产中，一般配合使用手动、气动夹紧机构，保证正常生产。 4、 辅助机构 为了夹具能够更加方便的用于实际生产过程中，有些夹具还包括 3 种辅助机构，如旋转系统、翻转机构、反作用焊接结构、测量机构等。 1.3.6 夹具的设计步骤 1、在焊接夹具设计之前，首先要了解整个的结构特点，确定生产纲领，明确焊装线的初步规划，运用同步工程
32、学的知识， 先期切入到骨架数据设计阶段，做好充分的工艺准备工作，再结国内外先进的夹具结构和本公司的实际情况，规划出夹具的总体方案。最终确定是用固定式夹具还是随行夹具、自动化程度的高低、是否考虑多种车型共用等。 2、根据白车身数据及焊点规划方案，规划出焊接树状图，规划出整个焊装线方案，同时结合饭金件的模具工艺方案和总装的装配工艺，规划出合理的定位孔、支撑面及压紧方式。 3、根据夹具焊点规划和焊接树状图确定的焊装线规划，确定夹具的辅助设备和公用动力。 4、焊装夹具的整体坐标要和设计坐标一致，这样就保证整个从设计到制造的基准 统一，同时考虑夹具的模块化，系列化，包括基板的模块化、 L 座、垫片、连接块等，这样即保证了精度又缩短了制造周期。 1.4 本课题研究内容 汽车 左前纵梁及轮罩 在焊装过程中，由于薄板刚性差易变形，为了保证零部件之间正确
