1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 细铁丝对焊工装设计 结构设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II 摘要 工装夹具设备在产品制造中具有重要的地位，夹具设计的好坏直接决定了生产线的生产能力、效率和产品的质量。工装设计制造周期已成为影 响新产品研制周期的主要因素。 本文简单的介绍了电阻焊和焊接夹具的发展和现状，分析了电阻焊的特点及其应用领域。经过查阅资料和工厂的实地关察制定了电阻焊夹具的总体设计方案详细的分析了夹具的定位、导向装置、夹紧方式、夹具的运动方式、夹具的具体的结构方式以及在机床上的安装方式等， 分别进行了机械系统的
2、设计和实现 。即能保证焊接质量，又能提高工人的工作效率，改善工作条件。 关键词 ： 电阻焊 、工装夹具、焊接夹具 III Fixture design of welding Iron wire Structural Design ABSTRACT Fixture equipment has an important place in the manufacturing.Fixture design quality of the production line directly determines the production capacity, efficiency and product
3、quality.Tooling design and manufacturing cycles of new products has become a major factor in the development cycle. This article briefly introduces the development of resistance welding and the welding fixture and the status,analysis of the characteristics and applications of resistance welding.Afte
4、r data access and plants off the ground observation.I developed the overall design of welding fixture and detailed analysis of the fixture positioning, guiding device, clampingclamp mode of motion the specific structural patterns of the fixture,installation on the machine and so on.Mechanical system
5、 design and achieve for them.That is able to ensure the welding quality, but also improve the efficiency of workers and improve working conditions. Key words:Resistance Welding , Fixture , Welding fixture IV 1绪论 . - 1 - 1.1电阻焊夹具 . - 1 - 1.1.1 电阻焊的最新动态 . - 1 - 1.1.2工装夹具目前的工作缺陷 . - 3 - 1.1.3工装模块化 . -
6、4 - 1.1.4 焊接夹具在生产中的运用 . - 4 - 2.总体设计方案 . - 5 - 2.1 焊接工装夹具简介 . - 5 - 2.1.1 夹具设计的基本要求 . - 5 - 2.1.2 焊接工装夹具的特点 . - 5 - 2.1.3焊接工装夹具的方案设计过程 . - 7 - 2.1.4 焊接工装夹具的功能特征分析 . - 7 - 2.1.5 主定位装夹系统 . - 8 - 2.1.6 辅助定位装夹系统 . - 8 - 2 2焊接工装夹具设计及参数选择 . - 8 - 2.2.1 基准 面的选择 . - 8 - 3.转盘及相关零件的设计 . - 11 - 3.1.1 不完全齿轮 . -
7、 11 - 3.1.2 电动机的确定 . - 11 - 3.1.3. 齿 轮的设计 . 错误 !未定义书签。 3.1.4不完全齿轮的键联接设计 . - 18 - 3.1.5 转盘 . - 18 - 3.1.6 凸轮机构 . - 19 - 4结论 . - 23 - 5. 致谢 . 错误 !未定义书签。 6.参考文献 . - 24 - 7.附录 . - 26 - 细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 1 - 1绪论 1.1 电阻焊夹具 焊接技术在工业生产中占有极为重要的地位。其水平对工业的发展有很重要的作用。随着现代科技的发展， 机械零部件，电子元件都朝微型化发展。这对传统焊接要求越来越高，而微型焊
8、接很好的填补了这方面的缺憾。 微型电阻焊 ， 也叫作小型或微电阻焊 ,其基本原理与常规电阻焊一样，是利用电流通过金属焊件的接触面产生的电阻热进行连接的方法川。通常将焊件尺寸 (板厚或线径 )大于 0.5-1.Omm的电阻焊叫作常规电阻焊，将焊件尺寸小于 0.2-0.5mm 的电阻焊叫作微型电阻焊 1。 作为 微型电阻焊 的一部分，逆变电阻焊技术由于其焊接控制精度高、功率因素高等优点，不仅在传统的应用领域扮演越来越重要的角色，而且还跻身于高科技一级更广 泛的应用 领域 ， 成为国民经济中不可缺的、生产效率极高的一种生产设备。 工装夹具设备在产品制造中具有重要的地位，夹具设计的好坏直接决定了生产线
9、的生产能力、效率和产品的质量。为保证产品制造准确度及互换协调，机械制造过程中采用大量工艺装备。工装设计制造周期已成为影响新产品研制周期的主要因素。 1.1.1 电阻焊的最新动态 电阻焊是将被 焊工 件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。 常规电阻焊的焊接机理较为单一 ，通常为形成熔核的熔化焊，相比之下微型电阻焊的接头形成机制要复杂得多。例如微型电阻焊经常应用的铜、镍、可伐合金、铂、钦等金属，为获得某一特定的使役性能 (如耐腐蚀性或增强导电性 )，这些焊件表面通常会涂镀金、镍、银等金属薄层，这些镀层往
10、往使焊接过程变得复杂，甚至会彻底改变接头的形成机制。 逆变式电阻焊机是近年来新出现的电阻点焊设备，与传统的工频交流电阻焊机相比，具有输出功率大、变压器体积小、质量轻、动态响应速度快、控制精度高、焊接电流脉动小、三相电网平衡、功率因数高等优点，在现代工业生产中得到了逐步应用和推广。 传统的晶闸管电阻焊接控制器除了在价格上有一定的优势外，对于高质量要求的领细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 2 - 域无法实现理想的焊接稳定性，焊接的产品质量无法与逆变焊接系统相比。 电阻点焊机的发展经历了单相工频交流点焊机、直流脉冲点焊机、三相低频点焊机、次级整流式及电容储能式点焊机的过程 ,80年代中期又出现了逆
11、变式点焊机。日本、美国等国家先后推出逆变式电阻焊机产品，并应用于汽车、家电、电子行业，建立起以逆变点焊机器人为主的汽车车身焊装线，使逆变式电阻点焊机进入实际应用阶段。目前，逆变电阻焊机主要用于中小功率焊机及点焊钳上。小功率的逆变点焊 机在电子工业中的应用较多。 国外逆变点焊机的研究较成熟，商品化程度也较高。目前，在逆变电阻点焊机领域，日本、德国和美国处于领先地位，各自均有多家公司推出了多种实用机型，并且在某些领域部分地取代了传统的单相点焊机和悬挂式交流点焊机。日本 AVIONICS株式会社生产的 NRW-IN8000A型逆变点焊机，逆变频率 2000Hz，配备标准 RS-232接口，可记忆保存
12、 15种焊接条件，具有 0.4 8000A恒电流调节范围以及恒电压和恒功率（电压电流）控制方式，该公司的 NRW-IN4000A型逆变点焊机通过使用焊接变压器 切换器可使一台焊机最大对应 8台焊接变压器。日本米亚基公司生产的系列逆变点焊机，具有多种控制方式，功率和电流自动触发 2种监测内容可选，时间可以 ms和 CYC（周波）为单位设定，逆变频率可选择 600Hz、 800Hz和 1000Hz，可存储 715种焊接规范。日本木村制作所开发了TD1-1200T型逆变控制器等产品，并将其用于悬挂式点焊机和固定式焊机；日本宫地美国分公司生产的精密逆变点焊机电源和配套的焊接变压器，采用恒功率控制，保证
13、焊接质量，通过 1个名为 WELDCARD的 RAM系统与 PC机相连，分析处理焊接程序和数据 ，采用MA-600A的 4个焊接变压器；韩国的 TAESUNG电子公司生产的精密逆变点焊机系列产品TST-105、 TST-300和 TST-5000，采用 IGBT全桥逆变式主电路，恒流控制， 4行 LCD显示，键盘输入，可调节电流的上升、下降斜率，其中 TST 105逆变频率为 4000HZ，最大输出电流 1500A； TST-300逆变频率为 2000Hz，最大输出电流 3000A； TST5000逆变频率 1000Hz，最大输出电流 5000A。国内的逆变技术在弧焊领域的应用比较成熟，已形成
14、弧焊逆变电源系列；但在电阻焊领域，这项技 术的优点还未得到发挥，仍有待于进一步的研究与开发。在这方面国内研究工作开展较早的单位有华南理工大学、上海交通大学、吉林工业大学和成都电焊机研究所等等。现已见报道的有华南理工大学开发研制的作为国家“七五”攻关项目的“ DN6-26”型机器人用 CMOS点焊逆变电源以及 25kVA的 IGBT逆变式点焊细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 3 - 机；上海交通大学研制的 GTR阻焊逆变电源；吉林工业大学研制的 IGBT逆变式点焊机 2;成都电焊机研究所研制的悬挂式逆变次级整流点焊钳 3等等。 1.1.2 工装夹具目前的工作缺陷 （ 1)工 装设计制造已成为产
15、品生产中的瓶 颈 目前，由于市场竞争越来越激烈，客户的需求也日趋个性化，所以产品必须适应客户，向多样化方面发展，同时又要尽量缩短开发周期，尽快上市，才能夺得先机，引领市场潮流。企业在这种形势下，必须进行多型号的同时研制和生产，这样工装的设计制造任务重，成本高，且生产能力很难满足产品生产的需要，已成为生产的瓶颈。究其原因，除新产品新型号多这一客观事实外，我国工装整体设计水平落后，效率低下，制造能力差也是重要原因。国外的工装设计制造已基本 实现数字化，而我国目前的工装设计制造距离数字化设计制造还有一定距离。基 本上只实现了计算机辅助设计，工装设计的三维建模应用不多，设计过程中的 CAE也很少采用。
16、如对支架刚度的计算、零件受力分析等主要依靠经验确定 ?导致设计的工装反复更改。与其他部门相比，工装加工工时分配困难，加工能力不足，特别是数控等精密加工能力无法满足工装制造的需要，许多工装设计不得不采取折中的方法，降低设计精度。不但影响生产周期和质量，还带来装配定位精度以及可操作性等方面的许多问题 4o （ 2)工装结构有待改进 目前的工装，特别是大型装配设备，占地面积大，制造周期长，导致整个产品的生产准备周期长，工装 制造成本居高不下。为减小装配过程中结构的变形并保证准确定位，目前的工装设备一般采用刚性结构，一套工装只能用于一个装配对象的装配，因此，生产准备过程中需制造大量的不同工装设备。而国
17、外的工装一般结构相对简单、轻巧，并采用模块化设计，工装往往具有一定的柔性。参照国外的先进工装结构对我国目前惯用的工装结构进行改进，采用标准化、模块化结构是缩短生产准备周期的有效途径。 （ 3） 工 装设计方法落后，效率低 为缩短生产准备周期，人们希望产品设计完成后，生产工装很快就能投入使用。我国目前工装研制一直保留传统的“串行工程”模式， 即各部门按顺序完成各自的专业工作，以模拟量作为各个工艺环节的协调依据，这种方法无疑已经落后。波音公司研制 B737 700时，采用了新的“并行工程”研制模式，即各部门并行作业，以数字量传递作为细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 4 - 各工艺环节的协调依据，
18、为提高产品质量、缩短研制周期提供了新的途径。 1.1.3 工装模块化 模块化制造技术 (Model Mechanical Technology，简称 MMT)是以传统的模块化设计技术为基础，在现代计算机技术和信息技术的支持下，进行产品的模块化设计、模块化制造和模块化管理等各种有关技术的总称。 MMT是由多学 科先进知识形成的综合系统技术，其本质是采用模块化原理对制造系统进行全面建模，提高系统的柔性和可变性。 MMT与先进技术有非常密切的关系，是先进制造技术的前沿领域之一 5。 由于计算机技术的快速发展， CAD, CAE 等计算机辅助技术的发展使设计从方案设计到生产制造都可以实现快速建模并实现
19、信息的共享。从而使并行工程得以发展，基于并行思想的模块化应用就具有了施行的条件。 根据工装自身的功能结构特点，可以将工装的结构分为驱动，连接，定位，夹持四大功能部分，针对这些功能部件的结构特点，抽出最基础的连接，驱动两 大结构进行模块化。连接可以有螺栓联接，卡环连接，锥面连接，弹性倒齿连接。驱动有手动，电动，液压驱动和气动。运动机构包括直线移动机构，旋转机构，和增力夹持机构。如连杆机构，杠杆机构，螺旋机构，楔块机构。现已有手动钳夹，手动螺钉卡箍。若将这些进行整理，模块化，系列化，那么工装设计效率就可以得到很大提高。 1.1.4 焊接夹具在生产中的运用 焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，
20、便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备 13。在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具 ，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 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的 2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。为此，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有以下几个方面： (1) 准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 (2) 有效的防止
21、和减轻了焊接变形。 细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 5 - (3) 使 工件处于最佳的施焊部位，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) 以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。 (5) 可以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。 2.总体设计方案 2.1 焊接工装夹具简介 2.1.1 夹具设计的基本要求 （ 1）、工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。 （ 2）、 夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置
22、和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。 （ 3）、焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态。 0 （ 4） 、便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。 （ 5） 、良好的工艺性。所设计的夹具应便于 制造 、安装和操作，便于检验、 维修 和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。 2.1.2 焊接工装夹具的特点 焊接工装夹具是用来定位
23、和夹紧焊接结构工件的装置，是焊接结构装配在焊接生产中重要的基本工艺装备 6。 一般由夹具体、定位器和夹紧装置组成。焊接工装夹具分为通用夹具和专用夹具，其分类见图 l。由于焊接结构产品形状及施焊工艺的不同，有时需要单独设计专用的夹具，但在设计时尽量选用已通用化、标准化的工装夹具系统。 细铁丝的对焊工装设计 结构设计 - 6 - 同机械加工夹具相比，焊接工装夹具的设计既有其共同点，又有其特殊 性。这主要表现在以下几方面： (1) 由于焊件一般是由许多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和点固在夹具体上又是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。从这一方面分析，其装夹系统要比单纯加工
24、零件的机械加工夹具复杂。 (2) 有时需要夹具对工件给予反变形或者作刚性夹固，但没有必要对所有的零件都作刚性夹固，以允许某些工件在某一方向有适量移动，以防止内应力过大。 (3) 在定位精度方面，焊接时定位装夹精度的要求比机械加工低。 (4) 焊接过程一般都在高温下进行，由于加热和冷却的不均匀性，焊接时和 焊接后焊道的纵向和横向都要产生相当大的局部应力与收缩变形。因此除了在焊接工艺方面进行优化之外，在夹具的设计过程中，应使夹具有较大的刚度，并尽量保持焊接结构的装配精度。 (5) 夹紧系统应能保持自锁，并有足够的装配作业、焊接空间。 (6) 焊接夹具与工件间应保持良好接触。 (7) 对于单件或小批量的生产，也可以使用组合夹具。
