1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 细铁丝对焊工装设计 -结构设计 1 前言 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
2、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。为保证产品制造准确精度和互换协调，机械制造过程中采用大量工装工艺设备。焊接工艺装备是很具有典型意义的工装夹具设备。焊接工装夹具的方案设计过程受焊接结构、焊接工艺和焊接方法等多种因素的影响和制约，设计周期长，设计过程复杂，有着自己的特点和规律。在我的毕业设计中，要求设计一个 夹持机构能够保证对细铁丝定型，并且能够准确夹持住细铁丝两端，使他们相对应，以便于进行 对焊，形成一个封闭的环形。夹持机构要能与焊接头相适应，不能干涉。 2 电阻焊发展 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
3、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
4、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 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
5、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
6、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
7、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。 3、工装设计目前工作缺陷 目前工装设计制造中存在的问题 （ 1)工装设计制造已成为产品生产中的瓶颈 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
8、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。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
9、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
10、 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，以数字量传递作为各工艺环节的协调依据，为提高产品质量、缩短研制周期提供了新的途径。 4、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
11、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
12、，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。 5、焊接工装 焊接工装夹具是用来定位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。 （ 1）焊接工装夹具的特点 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。 同机械加
13、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
14、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。 （ 2）焊接工装夹具的方案设计过程 焊接工装夹具方案设计是根据焊接结构产品信息模型的特征数据，包括焊接结构件的形状特征、接头特征和装配特征等特征数据，也可以是夹具的功能需求，生成相应的工装夹具的结 构配置方案，如果所确定的夹具属于标准件，则可以给出相应参数化图形。焊接工装夹具的设计过程见图 2。 在焊接结构生产实践中，可
15、以借鉴各个工厂产品焊接生产定位装夹方法的实例，这些实例对焊接结构进行定位、假装位置和构建的设计思想对我的毕业设计有很高的参考价值。将这些实例作为设计知识，能对几何形状特征相似的焊接结构件的工装夹具方案设计起参考作用，根据需要，基于实例的设计只是对现有实例进行局部修改后生成工装夹具结构的简捷设计方案。如果设计实例中没有与此焊接结构相似的定位装夹方案，则根据焊接结构件的特征信息， 依据设计的知 识和经验进行决策，如选择定位件和夹紧件等。 （ 3）焊接工装夹具的功能特征分析 在焊接工装夹具的方案设计中，我依据的是毕业设计对工装夹具的功能要求或被焊焊接结构的产品信息模型特征数据，经过一系列的推理、匹配
16、、计算、分析评价和仿真等操作完成工装夹具和变位运动机构最佳设计方案的确定。这些设计方案是初步设计和详细设计的基础。在焊接工装夹具系统的设计中，焊接工装夹具与机械零件加工时装夹的不同之处在于必须同时考虑被焊工件和接头的定位和夹紧，以保证焊接结构装配的稳定性。 焊接结构的定位装夹系统由两部 分组成：完成焊接接头准确装配的主装夹系统；组成接头的两部分结构定位夹紧的辅助装夹系统。这两部分是不能截然分开的，主装夹系统与辅助装夹系统互相依存，有时合为一体。 3 1 主定位装夹系统 主定位装夹系统中的功能是完成焊接结构和焊接接头的准确定位并夹紧，它主要考虑的是工件的形状特征、焊接结构接头特征、装配特征和焊缝
17、特征等。通过对大量焊接结构的装夹系统的分析，主装夹系统的主要特征如下： (1)接头特征：接头的特征一方面用来确定最佳焊接位置，另一方面决定着焊接接头的装夹方案。例如接头为角接接头时，最佳焊 接位置为船形焊，接头为对接接头时，最佳焊接位置为平焊。 (2)焊缝特征：包括直线焊缝，环形焊缝和空间曲线焊缝三种。焊缝特征主要用来确定定位系统的运动自由度。例如，焊道为环形焊道时，定位装夹系统必须 保证实现将待焊点移动到最佳焊接位置的转动自由度。 (3)工件的形状特征：工件的形状特征决定了定位点、定位机构、夹紧方案和机构等，同接头特征一样，是决定定位装夹方案的重要因素。 3 2 辅助定位装夹系统 同主定位装
18、夹系统相似，辅助定位装夹系统首先应该解决的是组成接头的工件的定位方式，然后是其夹紧方式。其定位方式包 括 3-2-1定位法、 V形块定位法等等，定位方式的确定主要是由工件的形状来确定的，因此必须分析组成部分的形状特征。夹紧方式有手动螺旋夹紧、气动夹紧、液压夹紧等，组成部分的夹紧凡是是由定位方式、形状特征和生产效率等多方面的因素决定的。 6、总结 在一些性能要求很高的焊接场合，如金属箔、线件、电子元件等的精密焊接，由于产品的特殊用途对焊点的强度、飞溅控制及合格率均有极高的要求，用 传统的电容储能焊难以保证焊接质量的要求，而精密逆变点焊电源配以微机控制可以实现电流波形的任意控制和精密控制，能满足要
19、求。小功率 的精密逆变点焊电源开发相对来说比较容易，是今后逆变点焊机的一个发展方向。 我国发展逆变点焊机的时机已成熟。技术上的研究已取得了一些进展，但是逆变点焊机的产业化不仅需要完善的技术支持，还需要市场的配合，需要科研单位、生产厂商和使用单位多方面的合作。 工装设计具有如下特点 :多样性，单件需求，简易，精确，可靠。这就决定了工装设计是一项非常复杂的工程，要求具有很强的适应性。而目前工装设计效率低，制造能力不足，很难满足生产多样性，批量化的需求。焊接工装夹具的方案设计师焊接生产机械化和自动化的基础。 在寻求这一命题的解 答中，模块化思想是一种较好的选择。模块化的设计继承性提高了设计效率，缩短
20、了设计周期 ;模块化的设计并行性改变了传统的串行式设计，缩短了生产准备时间。模块化的设计使工装的组装更具柔性，实现了设计简化、加工批量和工装多样性的统一 ;模块化组装的可重构性，使工装模块可以大量重复利用，节约了设计、生产的时间和成本。 4参考文献 1 OBrien R L Welding handbookM VoL 2 NY： AmericanWelding Society，1991 2 张义等 逆变式次级整流阻焊电源的研究 J . 电力电子技术， 1995，（ 3）：15-21 3 王福生等 微机控制悬挂式逆变次级整流点焊钳研究 J 电焊机， 1999，（ 2）： 3-7 4 刘洪 飞机工
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