前圍前橫梁二序焊接夾具設計

1、河北工程大學畢業(yè)設計畢業(yè)設計任務書學生姓名：陳陳晶巖專 業(yè)：機械設計制造及其自動化設計題目：q001前圍前橫梁二序焊接夾具設計設計方案及參數：將前保左右安裝支架從一序改到二序焊接。一序操作困難的焊點也改到二序焊接。用一序合成件中前圍前下橫梁及前保左右安裝支架的定位孔定位，定位面選擇較大平面及不影響操作的位置。夾具用氣動的方式夾緊。設計內容1、q001前圍前橫梁二序焊接夾具主體結構方案設計2、 q001前圍前橫梁二序焊接夾具三維圖3、 q001前圍前橫梁二序焊接夾具二維工程圖4、夾具使用說明 指 導 教 師 系、部 主任 教 學 院 長 ii目錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1課題

2、的來源及意義11.2焊裝夾具國內外研究概況11.3夾具設計的基本理論及方法21.4汽車焊裝夾具發(fā)展趨勢31.5本文主要工作41.5.1功能性的要求41.5.2適應性的要求41.5.3可靠性的要求41.5.4壽命的要求41.5.5效率的要求51.5.6經濟的要求51.5.7人-機工程學的要求61.5.8安全保護的要求6第2章 焊接工藝分析在夾具設計中影響72.1焊裝夾具的基本概念72.2焊裝夾具的基本作用72.3焊裝夾具的基本要求82.4焊裝線發(fā)展過程及目前的現狀92.5生產綱領對焊裝夾具設計的影響102.6投資額度及車間廠房結構和面積對車身裝焊夾具設計的影響112.7焊點工藝分布對焊接夾具設計

3、的影響11第3章 汽車車身零部件分析及對夾具的要求123.1汽車車身零部件的特點123.2q001車前圍焊接夾具設計制造過程中的主要要求123.5.1前圍各個零件的主要定位方式123.5.2焊接結構零件在零件裝配到夾具上時所受的夾持力與料厚關系143.5.3裝焊夾具的設計精度取決于車身產品分總成的裝焊精度143.3定位銷、定位塊三維可調原則14第4章 夾具的主要設計流程及參數164.1目前焊接夾具的一般設計流程164.2一套完整夾具包含的內容和主要的定位方式174.2.1焊裝夾具組成174.3夾具零件目前的行業(yè)標準化建庫194.3.1基板204.3.2l板及h腿204.3.3安裝板工藝要求21

4、4.3.4定位塊及壓頭標準224.3.5夾緊臂224.3.6墊片234.3.7定位銷244.3.8螺釘與基準銷25第5章 夾具中的結構265.1手動夾緊器四連桿機構10265.2一節(jié)旋轉銷結構擺動導桿機構265.3氣動加緊機構及氣缸的選取285.4前圍總成焊裝夾具總成圖及工作過程29第6章 汽車焊裝夾具catia三維設計316.1數據管理（文件夾的管理）316.2部件（裝配組件）設計326.3零件設計346.4總裝配組件設計356.5工程圖設計（二維圖設計）36結語38畢業(yè)設計心得39參考文獻40致謝41摘要汽車焊裝生產線及焊裝夾具是汽車車身生產的關鍵設備，它對汽車生產制造水平起著至關重要的作

5、用，直接影響汽車生產規(guī)模、生產效率和生產質量。隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，激烈的市場競爭使汽車產品的更新?lián)Q代越來越快，汽車車身設計越來越個性化，對汽車焊裝線的需求量巨大，必須自行設計適合我國國情的汽車焊裝線，努力提高設計和制造能力。本文設計了焊裝夾具部件，對夾具運動機構模型簡化，以前圍總成工位為重點，對焊裝夾具的方案設計進行了探討和優(yōu)化設計。關鍵詞： 汽車；前圍前橫梁；夾具；catia三維設計abstractas the key equipment for the production of automobile bodywork, the automobile assembly-weldin

6、g line and welding jig are important for the automobile production level, and directly affects the production pattern, production efficiency and production quality. accompanying the rapid development of our nations automobile industry,the competition of automobile market becomes drastic, it makes th

7、e updating speed of automobile product more and more quickly, and the design of automobile bodywork more individuality, the needing of automobile assembly-welding lines become more and more large. the automobile assembly-welding lines which fit the situation of our country must be indigenous, and th

8、e design and manufacture abilities must be improved. in this paper, the model of movement machine of jig is predigested, the process design and optimization design by an example of the front wall is probed into.key words: automobile; front wall before the beam ; jig; catia three-dimensional design41

9、第1章 緒論汽車車身制造是汽車制造業(yè)中的一項系統(tǒng)工程，隨著我國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，對汽車焊裝線的需求量巨大，對其質量上的要求也日益提高。汽車車身是經過沖壓、焊接、涂裝、總裝這四個主要工藝過程生產出來的，焊裝作為汽車生產的四大工藝之一，其技術、設備、生產布局、自動化水平、柔性化水平等對整個汽車生產的作用至關重要。本文基于catia軟件，進行q001車前圍前橫梁二序焊裝夾具設計。1.1 課題的來源及意義汽車工業(yè)是我國國民經濟支柱產業(yè)之一，在國民經濟發(fā)展中有特殊地位和作用，汽車工業(yè)能極大地帶動和促進其它工業(yè)和產業(yè)的發(fā)展，并且成為顯示一個國家工業(yè)發(fā)達水平的重要標志。隨著汽車市場競爭的日益加劇，加快了

10、汽車產品的更新?lián)Q代步伐，汽車新產品的開發(fā)和制造周期越來越短。2006年，國內汽車廠家共推出117款轎車、suv和mpv新車型。增加新車型沖壓模具和焊接工裝夾具雖必不可少，但汽車換型最主要的是改造焊接生產線。在汽車制造業(yè)中，汽車焊裝夾具在汽車焊裝線投入中占有相當大的比例，焊裝夾具的設計制造直接影響汽車的生產規(guī)模、效率和生產質量。車身焊裝是車身制造的重要組成部分，它是將已經沖壓成形的車身零件在夾具上定位夾緊后，通過點焊、凸焊、co2保護焊、釬焊以及粘接工藝（主要是電阻點焊）裝配成為白車身的過程。目前，國內的焊接裝備生產廠家綜合技術實力不足，不具備設計制造高水平的成套焊裝線的能力，面對汽車行業(yè)的日益

11、激烈的競爭又不允許國內的汽車生產廠家用國產的裝備進行試驗，只好成套引進，使得國內接裝備生產廠家近年來與國外水平的差距越來越大。國內汽車焊接生產水平與國外逐漸接近，而國內焊接裝備制造水平與國外差距卻逐漸加大，提高我國焊裝線及焊裝夾具自主設計和制造水平迫在眉睫。1.2 焊裝夾具國內外研究概況中國的汽車制造業(yè)已有50年的歷史，只是在近幾年中才得到了飛速的發(fā)展。相比之下，我國汽車制造業(yè)的工藝水平，特別是焊接工裝夾具水平，顯得越來越不適應這種快速發(fā)展速度的要求。這種現象的存在，原因在于在我國機械加工行業(yè)的傳統(tǒng)習慣中，焊接制造工藝的地位不高。在中國眾多的汽車制造生產廠家中，焊接工裝夾具通常采用的是專用工裝

12、夾具，它是針對一道或幾道特定的焊接工藝而配備的。隨著目前汽車生產小批量、個性化的發(fā)展趨勢，這類工裝的使用就越來越受到限制，其設計生產的周期較長，場地占用較大，重復使用率較低的缺點充分的暴露出來。這種現狀很大程度制約了我國汽車制造業(yè)焊接工藝水平的提高，延長了新車型研發(fā)的周期。在世界先進國家的汽車制造業(yè)，對廣泛使用的焊接工裝夾具已經標準化、系列化，設計時進行合理選用即可1。在國內對焊接夾具的系統(tǒng)研究不夠重視，汽車焊接夾具的開發(fā)設計更是一個薄弱環(huán)節(jié)。在我國現有的所有引進車型中, 焊接夾具幾乎無一例外全部依賴進口。焊接夾具開發(fā)的滯后狀態(tài)嚴重制約了我國汽車工業(yè)的進一步發(fā)展。這與國外的技術封鎖有關但更主要

13、的是我們重引進輕研究開發(fā)重眼前利益, 輕長遠打算。我國不少科研部門和制造單位從事了這項有益的作, 如機械工業(yè)部第四設計研究院、沈陽牡機制造公司、成都飛機制造公司和一汽、東風等國內著名汽車大集團都是其中的佼佼者。由于國產焊裝起點都不高,批量不大,與西方汽車大國相比水平還有待在實踐中進一步提高。在世界先進發(fā)達國家，焊接工藝及柔性焊接生產線備受關注，特別是柔性焊裝生產線適應不同產量、不同生產率、不同自動化程度、不同工廠環(huán)境的特點，柔性生產系統(tǒng)是車身焊裝線的主流發(fā)展趨勢。而且在工業(yè)發(fā)達國家和汽車大國,焊裝的研制開已形成一個相對獨立的新興工業(yè)部門焊裝的開發(fā)與設計已形成子標準化、系列化、通用化人們能夠緊隨

14、汽車車身車型更新?lián)Q代的步伐,及時地為新產品提供相應的焊接生產線為汽車廠家早上批量占領市場提供了堅實的技術裝備保證,爭得了寶貴時間。應該看到汽車焊接夾具是一項利潤豐厚的智力型產品,占一個車身車型開發(fā)費用的1/6左右。按目前國際上一個轎車車身正常開發(fā)費用5000-8000萬美元計算,焊接夾具至少占800萬美元以上。它真正的材料費用是很低的，大部分是在設計制作費用上。1.3 夾具設計的基本理論及方法經過多年的發(fā)展,在汽車焊裝夾具的分析和設計方面已經形成了較為系統(tǒng)的夾具設計的基本理論。如n-2-1 定位原理，形閉合和力閉合，螺旋理論等。n-2-1 定位原理車用焊裝夾具設計屬于專用夾具設計的范疇,其中包

15、括定位元件,夾緊元件,連接元件,骨架及緊固元件等基本組成部分,設計中最重要的部分是定位元件的設計,往常設計時大多采用六點定位,即“3-2-1”定位原理。對于車身零件,定位夾具除了具備限制零件剛體運動的基本功能外,還必須能夠限制過多的工件變形。如果還是用普通的六點定位的話,工件將因為沒有進行可靠的定位而發(fā)生定位不準的問題。要對薄板柔性件進行可靠定位,必須有更為有效的夾具設計理論來支持?！皀-2-1”定位原理是一種新的定位原理,該定位原理與廣泛應用于剛性件的“3-2-1”定位原理相比更適用于薄板件的定位。我們可以根據“n-2-1”定位原理,提出夾具優(yōu)化設計算法,即利用有限元分析和非線性規(guī)劃方法去找

16、到最優(yōu)的“n”定位點,以使得薄板件的總體變形最小?！皀-2-1”定位原理認為2:（1）第一基準面上所需的定位點數為n(n3)對絕大部分薄板件加工過程,其最主要的尺寸問題是薄板件法向方向上的變形,甚至其自重所引起的變形就不容忽視。有關分析表明,對一塊長寬各400mm,厚1mm的薄板,用“3-2-1”原理定位,在其自重作用下就可能產生13mm 的平均變形。因此,對于薄板件而言,最合理的夾具系統(tǒng)是要求其第一基準面上存在多于三個定位點去限制這一方向上的零件變形。（2） 第二、第三基準面所需的定位點為二個和一個在第二、第三基準面上分別需要二個和一個定位點去限制薄板件的剛體運動。二個和一個定位點是完全足夠

17、的,因為實際加工所產生的力通常不會作用在這兩個基準面上,以避免彎曲和翹曲。更進一步的分析表明,第二基準面上的兩個定位點應布置在薄板件較長的邊上。這是因為當兩個定位點間距盡可能大時,零件將更穩(wěn)定,同時還可以更好的彌補零件表面或定位元件的安裝誤差。（3） 禁止在正反兩側同時設置定位點必須強調禁止在工件正反兩側同時設置定位點,因為甚至極小的幾何缺陷都可能導致薄板件相對巨大的撓度和潛在的不穩(wěn)定或翹曲。1.4 汽車焊裝夾具發(fā)展趨勢目前，中國汽車有市場兩個特點：一是有很高的增長率，二是市場競爭非常激烈。汽車市場的競爭點越來越集中在產品的更新?lián)Q代上，面對如此快速的產品更新，汽車行業(yè)過去采用那種大批量單車型專

18、機生產模式已不太適應當前發(fā)展的要求。因此多品種的柔性化生產也越來越多地應用在汽車生產中，概括起來，目前汽車焊裝夾具的發(fā)展顯現以下兩方面的特點3：（1）車身焊接夾具設計的智能化趨勢車身焊接夾具的設計受車身零件結構形狀、焊接工藝、焊接方法、焊接設備等多種因素的影響和制約，設計周期長，設計工作量大，設計過程復雜，在一定程度上制約了汽車柔性化的發(fā)展方向。隨著ai技術和cad技術的飛速發(fā)展，探索其結構的特點和規(guī)律，建立一個具有零部件庫、實例知識庫、領域知識庫和推理規(guī)則的智能化系統(tǒng)，對于提高設計效率，縮短新車型的開發(fā)周期具有較大的實用價值。（2） 自動化、柔性化程度普遍提高趨勢汽車制造的個性化、批量化、高

19、效率和對產品質量一致性的要求，使汽車焊裝生產線的自動化、柔性化程度日益提高。由于焊接機器人可以提高焊裝生產的自動化程度，減輕操作者的勞動強度，提高生產效率，保證焊接質量，是實現了車身裝焊的柔性化、自動化生產方式的有效手段，這樣焊接機器人在汽車焊接生產中獲得了大量應用。隨著機器人自動化成套焊裝系統(tǒng)的廣泛應用，我國汽車焊裝生產線的自動化、柔性化程度將顯著提高。1.5 本文主要工作本文以長安q001車前圍橫梁總成焊裝夾具的設計為基礎，對焊裝夾具運動機構進行分析，并對前圍2序分總成工位夾具方案設計過程進行了探討和優(yōu)化設計，對焊點的分布與數量進行分析隨后在夾具實際設計過程中進行了驗證和應用。裝配焊接是車

20、身制造中的重要環(huán)節(jié)之一，它直接影響車身質量、生產率和經濟性，提高裝配精度和焊接質量是車身制造的核心工作。焊裝夾具就是為了保證車身的裝配精度、提高生產率設計要求應盡可能詳細、明確、合理且具有一定先進性。主要有10個方面的內容。1.5.1 功能性的要求保證二序夾具能夠焊接一序沒有焊接的焊點，同時保證員工操作方便，焊鉗要焊接點的地方不與夾具的如何地方干涉。1.5.2 適應性的要求保證焊接工藝能順利進行，夾具結構應開敞，工人操作方便，焊接設備容易接近工作位置，必要時可在夾具上切去影響開敞性的部分，以改善夾具的開敞性。1.5.3 可靠性的要求可靠性要求是指產品在規(guī)定的工作條件下，在預定使用壽命期內能完成

21、規(guī)定功能的概率。二序夾具可完成預定的工作，應用在焊裝生產線上，因此要求夾具必須工作可靠。設計時要進行可靠性分析:1)對于沖壓零件裝焊后應具有互換性的車身合件及總成，應使用車身的各配合部位，特別是孔洞的形狀尺寸符合技術要求。2)能快準確地進行裝配定位、夾緊，被焊部位要便于操作，松開夾緊機構后，焊件能從夾具上方便地卸下， 且安全可靠。3)在設計夾具時，要注意夾具上的某些零部件出現導電，絕緣等問題，提高車身的裝焊質量。4)由于車身結構復雜，因此，對所設計的定位件 、夾緊件等要充分考慮其加工工藝性及零部件的通用化和標準化，便于更換易損件和恢復原設計精度。5)車身總成的裝焊夾具比較復雜笨重，在制造使用中

22、常需調整樣架來進行調整校正。1.5.4 壽命的要求壽命的要求是產品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內而且無需大修的連續(xù)工作期限。因各零部件難以設計成相等壽命，所以易磨損件的壽命應盡量設計成倍數關系。1.5.5 效率的要求年生產綱領決定了夾具的設計節(jié)拍，工位的生產節(jié)拍由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、搬運時間等組成。q001焊裝線：生產綱領：1萬臺/年工作制度：單班制，全年工作262天，每班工作時間8.5小時。生產節(jié)拍：t12分/臺 （t=262天*1班*8.5小時*60分/10000輛*0.9=12min）生產節(jié)拍：t=夾具動作時間+工作時間（裝配時間+焊接時間+搬運時間） 由上述時間

23、我們不難看出生產綱領決定了生產節(jié)拍，而夾具的自動化水平將很大程度上影響到生產綱領。因此，我們在對夾具設計時，必須考慮生產綱領來設計夾具，保證能夠在生產節(jié)拍內完成該夾具上所有作業(yè)內容。1.5.6 經濟的要求盡量低的制造成本，為此所設計的夾具結構應盡量簡單，制造和維修應容易，應盡量采用標準化夾具元件，對易損件便于更換。盡量少用可拆卸的活動夾具元件。提高產品設計制造經濟性的主要措施：1）采用先進的現代設計方法，使設計參數最優(yōu)化,達到盡可能精確的計算結果,保證機器足夠的可靠性。2）最大限度地采用標準化、系列化及通用化的零、部件。這是設計中要重點考慮的，因此要對標準件、通用零件、部件、通用的設計規(guī)范有所

24、了解。作為初設計者，要學習、參考已有的成功的設計，還要學習查閱機械設計手冊。3）盡可能采用新技術、新工藝、新結構和新材料。4）合理地組織設計和制造過程。5）力求改善零件的結構工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。重設計計算，輕結構設計，特別是結構的工藝性設計，這是初學者最易忽略的問題，所以，在設計中要特別注意。提高使用的經濟性的主要措施 1）合理地提高機器的機械化和自動化水平，以期提高機器的生產率。工業(yè)機械手下是提高效率的措施之一。2）降低能源消耗，是提高經濟性的主要措施。要合理配置動力系統(tǒng)，選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期達到降低能源消耗的目的。3）選擇適當的防護及潤滑措施

25、，減少機械摩擦，減少磨損，以延長機器的使用壽命。4）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現象，減少消耗，保護環(huán)境。1.5.7 人-機工程學的要求人-機工程學也稱為技術美學，包括操作方便宜人，調節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護保養(yǎng)容易等。1.5.8 安全保護的要求1）夾具設備的布局要合理，應便于操作人員裝卸工件、加工觀察和清除雜物；同時也應便于維修人員的檢查和維修；2）夾具設備的零、部件的強度、剛度應符合安全要求，安裝應牢固，不得經常發(fā)生故障；3）夾具設備根據有關安全要求，必須裝設合理、可靠、不影響操作的安全裝置；4）夾具設備的電氣裝置必須符合電氣安全的要求。第2章 焊接工藝分

26、析在夾具設計中影響2.1 焊裝夾具的基本概念把車身沖壓件在一定工藝裝備中定形、定位并夾緊，組合成車身組件、合件、分總成及總成，同時利用焊接的方法使其形成整體的過程稱為裝焊過程。焊裝過程中所使用的夾具稱為焊裝夾具 （圖2-1）。圖2-1 某工位焊裝夾具2.2 焊裝夾具的基本作用1提高了產品裝配精度，優(yōu)化產品質量采用焊裝夾具可以精確地對零件進行定位并牢固的夾緊，保證裝配件的相對位置，減少了由于人工劃線的誤差帶來的定位不精確。同時焊裝夾具在焊接過程中使零件的變形受到一定的限制，可以大大減少焊接變形，使焊后零件的結構尺寸容易達到圖紙要求。2縮短焊裝時間，能夠批量生產，減少加工費，降低產品成本。采用了焊

27、裝夾具，零件由定位元件定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置，加快了裝配作業(yè)的進程。另外在焊裝夾具上備有擴力機構牢固夾緊，可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率。夾具可強行夾固焊件或預先給予反變形，能控制和消除焊接變形，提高焊接質量，減少或取消焊后矯正變形或修補工藝缺陷的工序，使整個產品的生產周期縮短。雖然制作焊裝夾具增加了產品成本，但焊裝夾具的使用減少了裝配和焊接工時的消耗，提高了產量，易形成大批量生產，從而減少加工費，使產品總成本降低。3增加了產品的均勻性，能得到具有互換性的產品采用焊裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，使焊接質量穩(wěn)定，所以可提高焊件的互換性能。4. 減輕了工

28、人勞動強度，使不熟練工人操作也成為可能如果不使用夾具，在裝配定位焊時，要求工人在生產節(jié)拍時間內劃線來保證裝配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接時，裝配鉗工要始終扶持住工件，保證其位置在焊接過程中不發(fā)生變動，這項工作也非常困難和疲勞。焊裝夾具的使用降低了對工人的技能要求，也減輕了工人的勞動強度2.3 焊裝夾具的基本要求1) 上焊裝夾具必須保證焊件焊后能獲得正確的幾何形狀和尺寸，尤其是保證孔洞的尺寸和形狀。在裝配時，夾具必須使被裝配的元件獲得正確的位置和可靠的夾緊，并且在焊接時能阻止焊件產生變形。2) 焊裝夾具應動作迅速，操作方便。操作位置要處于工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動夾具，其操

29、作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應設在工人最易用力的部位。當夾具處于夾緊狀態(tài)時，應能自鎖。3) 焊裝夾具的設置應便于施工，有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊點保持適當距離，或布置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉位。4) 夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，以及焊件的表面質量。夾緊力適當，使夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大而產生較大的應力。5) 為了保證使用安全，應設置必要的安全互鎖保護裝置。6) 焊接夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結構的形狀精度

30、、尺寸精度影響較大。7) 在同一個夾具上，定位元件和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。8) 焊裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率，盡量使制作時投資少，成本低。9) 盡量選用已通用化、標準化的夾緊機構及標準的零部件來設計制造焊裝夾具。上述這些原則是設計車身焊裝夾具時所必須考慮的，但具體到焊裝夾具的結構上卻是差異甚大，有的焊裝夾具只有一個簡單的框架，有的則相當復雜。一般來說，應根據生產批量的大小和產品結構的特點并結合本廠的生產條件（例如車間面積、起重設備、水電氣供應情況和技術水平等）來選擇焊裝夾具的類型，設計夾具。2.4 焊裝線發(fā)展過程及目前的現狀焊裝生產線(pr

31、oduction line of welding),是指必須經過焊接工藝才能完成完整產品的綜合生產線，它包括專用焊接設備、輔助工藝設備以及各種傳輸設備等。汽車車身焊裝生產線的發(fā)展過程大體可分為三個階段：1. 固定式單工位焊裝臺的小型焊接方式這種在發(fā)達國家50年代以前全靠手工操作組焊車身的方式，在國內的小汽車廠家中應用較多。它是各工位獨立操作，被焊接車身零件主要依靠人工搬運，它的生產能力只能依靠工人操作的熟練程度，對設備自動化程度的要求幾乎沒有。由于單靠工人的熟練程度而提高生產能力是有限制的，所以以提高生產能力為目標進行了傳送裝置及專用焊接設備的開發(fā)研究工作。這樣很快滿足了提高生產能力的要求。但

32、這種設備無法滿足混流車型的生產。2. 剛性焊接生產階段 1965年左右開發(fā)出利用機械控制系統(tǒng)來滿足23種車型的生產。剛性焊接生產線屬于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，它具有以下特點：（1） 通常把作業(yè)劃分為較多個簡單工序;（2） 按分批投入的方式，順序完成各簡單工序；（3） 完成工序時間很短；（4） 單個工序自動化。目前這種剛性焊裝生產線仍然有一定的應用，但隨著先進制造技術的蓬勃發(fā)展，這類生產線正在面臨著技術改造的艱巨任務，處于被淘汰之中，在轎車生產中所占份額正急劇減少。處于這個階段的我國汽車焊裝線以一汽大眾汽車有限公司捷達轎車車身焊裝設備與上海大眾汽車公司車身焊裝線為代表，前者總成工位及車身主焊線采用焊裝自動

33、線，廣泛采用各種類型的多點焊機和焊接機器人，工藝先進，自動化程度高；后者由于采用國外先進技術，工藝先進，但自動化程度較前者低，采用懸掛式點焊機等設備，手工焊接仍占較大比例。3. 柔性焊接生產階段 世界汽車發(fā)展的趨勢是由大批量生產向多品種小批量生產轉化，為了滿足汽車消費者廣泛而多樣化的需求，適應汽車市場的激烈競爭，必須不斷縮短車型變換周期、加快車型的更新，使焊裝生產線從機械化、自動化向柔性化發(fā)展。由于計算機的飛速發(fā)展以及控制領域的技術提高、機器人的發(fā)展、工具的柔性化，1975年正式開始了汽車焊裝生產線的自動化研究，且研究出為滿足消費者多樣化需求的柔性生產系統(tǒng)。柔性焊裝生產線的特征是大量使用工業(yè)機

34、器人、數控焊鉗、可快速更換的工裝設備和非同步輸送帶、可編程控制的自導車，它能方便地適應幾個基本車型及若干變型車的同時生產并易于適應以后的改型。柔性焊裝生產線屬于柔性制造系統(tǒng)(fms),fms的柔性是指對產品的柔性，即系統(tǒng)為不同的產品和產品變化而進行設置，以達到高的設備利用率，減少制造過程中零件的中間存儲，對于顧客需求具有快速相應的能力。與剛性焊裝生產線相比，柔性焊裝生產線主要特點為：（1） 把作業(yè)僅分為幾個工序；（2） 不同批次的不同工序可以重疊投入；（3） 完成工序加工時間快和不變；（4） 全部加工工序自動化；（5） 產品的焊接主要由焊接柔性制造系統(tǒng)完成。在德國的大眾、寶瑪格、日本的本田、瑞

35、典的沃爾沃、美國的卡特比勒等公司均大量使用車身柔性焊裝生產線。德國benz的sindelfingen工廠布置有三條車身焊接總裝線，三條地板總成線及相應的中地板、前后地板線等，共有焊接機器人1000余臺，自動化率為95%，生產約10個車型，二班制時日產16001700輛。在車身制造中，選擇哪種型式的車身焊裝生產線和需要多少焊裝設備，取決于生產批量的大小、車身質量的要求以及工廠的場地和投資情況。在我國，經過20多年的大力發(fā)展，汽車制造業(yè)取得了很大的進步，從國外引進了輕型車、面包車、轎車等各種類型的汽車，各主要汽車廠家形成了一定的生產規(guī)模，基本上具備了一整套較為完善的生產、管理及技術保證體系。但車身

36、焊裝生產線還是主要依賴從國外全套引進，缺乏自主獨立開發(fā)能力。引進的焊裝生產線大都是國外80年代的產品，屬于剛性焊裝生產線，自動化水平不高。2.5 生產綱領對焊裝夾具設計的影響年生產綱領決定了夾具的設計節(jié)拍，工位的生產節(jié)拍由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、搬運時間等組成。q001焊裝線：生產綱領：1萬臺/年工作制度：單班制，全年工作262天，每班工作時間8.5小時。生產節(jié)拍：t12分/臺 （t=262天*1班*8.5小時*60分/10000輛*0.9=12min）生產節(jié)拍：t=夾具動作時間+工作時間（裝配時間+焊接時間+搬運時間） 由上述時間我們不難看出生產綱領決定了生產節(jié)拍，而夾具的自動化水

37、平將很大程度上影響到生產綱領。因此，我們在對夾具設計時，必須考慮生產綱領來設計夾具，保證能夠在生產節(jié)拍內完成該夾具上所有作業(yè)內容。2.6 投資額度及車間廠房結構和面積對車身裝焊夾具設計的影響車身焊接的投資額度及車間廠房結構和面積是車身夾具設計的基礎，其決定焊接夾具的自動化水平、柔性化、通用化程度、分總成焊接夾具及焊裝線夾具的工位分布、吊運夾具的合理編排、零合件的輸送方式等。在夾具工位布置時，我們必須考慮的一個因素就是廠房的面積結構，我們需要結合廠房的面積結構合理的布置和安排夾具的工位數量、體積及結構形式等，廠房結構、工藝布置等也是我們在夾具設計初始階段應該考慮的。2.7 焊點工藝分布對焊接夾具

38、設計的影響在夾具設計的時候，需要重點考慮的一個問題就是焊點工藝分布，考慮焊接夾具的可操作性，夾具不能與焊機焊接有干涉，因此在夾具設計過程中，在三維數模中，用焊鉗模擬在夾具平臺上焊接過程，夾具設計過程中，進行焊鉗干涉性模擬。q001車前圍焊點方向復雜，所以應當選用較為合適的焊鉗極臂。 在保證接頭強度和技術要求的前提下應盡可能減小搭邊寬度，以減輕結構重量。為保證焊點質量，對焊點中心離邊板最小尺寸要求，可參考表2-1。表2-1 焊接結構鋼時焊點中心到板邊的距離6一個焊件厚度/mm12346焊點中心到板邊最小距離/mm812182530焊點的距離應該選擇適當，在滿足焊縫強度和技術要求的前提下焊點距離盡

39、可能大些，在焊縫長度一定的范圍內，焊點布置越多，點距越小，分流越大，焊點核心尺寸越小，反而降低了焊縫強度。車身裝焊合理點距如表2.2所示。表2-2 焊接結構鋼時的點距6一個焊件的厚度/mm12346焊二層板的最小點距/mm1525304060第3章 汽車車身零部件分析及對夾具的要求3.1 汽車車身零部件的特點汽車車身一般由外覆蓋件、內覆蓋件和骨架件組成，覆蓋件的鋼板厚度一般為0.8-1.2mm范圍內，骨架件的鋼板厚度多為1.2-2.5mm也就是說它們大都為薄板件，對焊接夾具設計來說，有以下特點7。（1)結構形狀復雜，構圖困難汽車車身都是由薄板沖壓件焊接而成的空間殼體，為了造型美觀和殼體具有一定

40、的剛性組成車身的零件通常是經過拉延成型的空間曲面體，結構形狀相當復雜。（2)剛性差，易變形經過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但和機械加工件相比，剛性要差得多，而且單個的大型沖壓件容易變形，只有焊接成車身殼體后，才具有較強的剛性。（3）以空間三維坐標標注尺寸汽車車身產品圖以空間三維坐標來標注尺寸，為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標注尺寸，我國的汽車車身一般每隔 200mm 或 400mm劃一坐標網線，3個坐標的基準是:前后方向(y向)以汽車前輪中心為0往前為負值, 往后為正值；上下方向(z向)以縱梁上平面為0，往上為正值，往下為負值；左右方向（x向） 以汽車對稱中心為0，左右不分正負。3.2

41、q001車前圍焊接夾具設計制造過程中的主要要求 3.5.1 前圍各個零件的主要定位方式圖3-1 qoo1前圍示意圖由于q001車前圍總成焊接裝配的零合件有多個，它們的裝配和焊接應按工藝要求的順序逐步進行，定位和夾緊是分別單獨的或是一批批聯(lián)動的進行，故在設計微型車前圍總成焊接夾具時應充分考慮這一點。車身前圍焊裝夾具大都以沖壓件的曲面外型、在曲面上經過整形的平臺、拉延和壓彎成型的臺階、外部邊緣、裝配用孔和工藝孔定位, 這就在很大程度上決定了它的定位元件形狀比較特殊,很少能用標準元件。焊接夾具上要分別對各被焊工件進行定位,并使其不互相干涉，在設置定位元件時要充分利用工件裝配的相互依賴關系作為自然的定

42、位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設置定位支承，可要求產品設計時預沖平臺、翻邊作為定位控制點，總之，對于要求不嚴格的裝配，盡量不使用焊接夾具。車身焊裝夾具上,板狀定位較多，定位板一般用q235 鋼板，厚度為1219mm。定位塊間距既要保證定位精度，又要保證焊鉗伸入的方便性。定位件按坐標標注尺寸，標注公差車身沖壓件裝配后，使用電阻焊接，工件不受扭轉力矩，當工件的重力與點焊時加壓方向一致,焊接壓力足以克服工件的彈性變形，并仍能保持準確的裝配位置與定位基準貼合，此時可以省去夾緊機構。焊接通常在兩個工件間進行，夾緊點一般都比較多，電阻焊是一種高效焊接工藝，為減少裝卸工件的輔助時間，夾緊應采用高效快速裝

43、置和多點聯(lián)動機構。對于薄板沖壓件，夾緊力作用點應作用在支承點上，只有對剛性很好的工件才允許作用在幾個支承點所組成的平面內，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準。3.5.2 焊接結構零件在零件裝配到夾具上時所受的夾持力與料厚關系 夾持力一般要求在3001500n。通過裝配定位使焊接合件在夾具中形成一個剛性型腔，并使它們的尺寸穩(wěn)定的保持在相應的坐標系中，以抵抗沖壓件在裝配搭接上所產生的變形。在通過點焊時，要克服焊接變形力和機械沖擊力。同時操作人員也必須嚴格按工藝要求焊接，以避免產生點焊順序不一致造成的變形、超差等焊接質量不合格現象。對于薄板沖壓件，夾緊力作用點應作用在支承點上，只有對剛性很好的工件才

44、允許作用在幾個支承點所組成的平面內，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或導電電極貼合，對于1.2mm厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于0.8mm，每個夾緊點的夾緊力一般在300-750n范圍內；對于1.5-2.5mm之間的沖壓件，貼合間隙不大于1.5mm每個夾緊點的夾緊力在500-1500n范圍內8。3.5.3 裝焊夾具的設計精度取決于車身產品分總成的裝焊精度 車身產品零合件的精度取決于車身產品沖壓件的自身精度和裝焊夾具的制造精度。只有兩者的精度得到保證，在調試及生產中才能提高夾具的操作性和產品的質量。在車身焊接分總成出現超

45、差時，工藝人員才能容易地對夾具、沖模的各環(huán)節(jié)進行協(xié)調修正。根據夾具中各部分所起的作用不同，其制造精度也不盡相同。定位部件應有較高的制造精度；夾緊部件、底座則應有足夠的強度和剛度。故在設計中所選用的定位導向板、支承板、定位銷等部件制造精度的要求較高，而設計的底板、角支座均有較高的強度和剛度。在本夾具設計過程，定位銷位置精度要求控制在±0.02mm以內，定位銷表面淬火處理，硬度hrc 4045。定位型面、底座等位置精度控制在±0.02mm，定位板、壓頭厚度不小于19mm，擋塊表面需要熱處理，硬度hrc 4045。3.3 定位銷、定位塊三維可調原則微型車前圍總成零件的外形尺寸大，

46、定位元件及夾緊壓頭形狀復雜，制造難度大，很難做成整體結構，是由一個個部裝、定位板、定位塊及壓頭塊構成，保證車身表面的空間形狀及車身骨骼精度，這些部裝在裝配時，調整工作量比較大。由于沖壓零合件孔位精度狀態(tài)往往不穩(wěn)定，如果將定位元件做成一個整體結構，在生產過程中存在沖壓零合件無法落料的風險，因此，在設計前圍總成夾具過程中，我們要求定位銷、定位塊等定位元件三維可調，保證在x、y、z三個方向上均可以調整。通過增加墊片調整y方向。通過增加墊片調整x方向。螺母調節(jié)定位銷z方向。圖3-2 定位元件三維可第4章 夾具的主要設計流程及參數4.1 目前焊接夾具的一般設計流程建立零件總成裝配文件調入總成圖零件文件設

47、計零件定位方式通過草圖或建模繪制定位部件完成所有零件定位部件繪制連接板等輔助零件檢查部件之間是否干涉設計拼臺，基板檢查焊槍是否干涉完成夾具控制系統(tǒng)的安裝完成部件二維圖紙準備結束是否是否4.2 一套完整夾具包含的內容和主要的定位方式4.2.1 焊裝夾具組成汽車車身焊裝夾具設計屬于專用夾具設計的范疇，盡管各類車身焊接夾具的結構形式、復雜程度和零件數量不同，但按功能來分，車身焊接夾具通常由工作零件、夾緊器、固定零件、輔助零件組成，如圖所示（圖4-1）301：h支板302：l支板303：安裝版304：連接塊305：銷座306：定位銷307：定位塊308: 定位塊309：壓轉臂310：連接板701：氣缸

48、圖4-1 夾具零件的結構圖表4-1 夾具零件的屬性組成結構信息零件信息屬性值工作零件夾緊器鏈接零件輔助零件定位快壓塊定位銷夾緊氣缸連桿連接板壓轉臂限位塊支座墊片螺栓、基準銷l型、u型l型、u型圓形、菱形工作行程、缸徑鉸支點距離安裝孔間水平距離、垂直距離安裝孔間水平距離、垂直距離孔數、垂直距離高度長度、孔數、孔距、厚度直徑、長度(1)工作零件：與車身零件直接接觸的零件，是夾具的核心零件，它確定被裝配薄板件在夾具中的位置，從而保證被裝配的薄板件間相互位置符合技術要求，有時還直接確定焊接結構的外形。工作部件主要有三類：定位塊定位車身型面：壓塊夾緊定位面；定位銷定位車身的孔，一般壓點的數量n 定位點的

49、數量m，且壓塊與定位塊是一一對應的。定位銷的安裝與車身零件上孔的位置是相適應的。(2)夾緊器：實現夾具的夾緊動作，由氣缸或手動夾緊器驅動，保證定位元件與薄板件緊密接觸，同時保證薄板件在焊接時位置不會應焊接和裝配受力而發(fā)生變化。根據零件斷面結構及設計要求不同，可以分為一節(jié)旋轉銷式、兩節(jié)旋轉銷式和手動四連桿式三種。(3)固定零件：用以承裝工作零件和夾緊器，或使夾具安裝固定在工作臺上，是夾具安裝和檢驗的基礎。這類零件通常做成標準化結構，供設計者根據需要進行合理選用，可以分為固定式、旋轉式兩種10。圖4-2 基板 (4)輔助零件：緊固連接或完成輔助功能的零件，通常是國標件和按照行業(yè)標準設計企業(yè)標準件。

50、按各部分的名稱來分，車身焊接夾具通常由定位塊、壓塊、定位銷、夾緊氣缸、連桿、壓轉臂、限位塊、支座、墊片、螺栓、基準銷等組成。夾具設計中對同一零件可能有不同的結構形式，如定位銷分為固定銷、移動銷幾種，其中移動式有旋轉、直線移動等種類（圖4-3）。圖4-3 固定銷、移動銷和旋轉銷4.3 夾具零件目前的行業(yè)標準化建庫為適應汽車改型快、研制周期短的發(fā)展要求，在進行夾具的具體結構設計時應盡可能多的采用標準化元件。在焊裝生產線的設計中，大量系列化的標準件的使用，可極大縮短生產線的設計與制造周期。4.3.1 基板基板一般由槽鋼與鋼板焊接而成，槽鋼多采用10#、12#、14#、16#、20#、25b#等，鋼板

51、厚度多采用t=20mm或t=25mm。對于小夾具或滑臺等可采用t=30-40mm的鋼板焊接而成，對于總拼接夾具以及頂蓋焊裝夾具，其滑臺及支架可采用矩形方管與鋼板焊接而成?；宓脑O計尺寸應充分考慮加工工藝性，以及吊裝、運輸等方便性。對于本套夾具基板只需要加工頂面，寬度500mm長度1400mm，設計作業(yè)高度800mm,base高度400mm（圖4.4）基板厚度選取t=20mm的板料。作業(yè)高度800mm圖4-4 基板示意圖安裝要求臺面應處于水平狀態(tài)（工藝設計要求傾斜放置的除外），安裝時用測量儀、水平儀或透明膠管灌水檢查校水平。多臺連線安裝的夾具（特別是采用舉升自動搬送的裝置），同軸度和水平度、節(jié)距

52、應符合設計要求。4.3.2 l板及h腿l板是固定在基板或h腿上的，用以連接支板、夾緊臂及定位塊等專用支座。其高度自100mm至500mm之間，每個50mm劃為2類9種規(guī)格，已形成標準。（圖4-5）h腿支架l板圖4-5 工件與基板面尺寸較大時需要在l支板與基板之間使用h腿安裝要求采用高強螺栓與臺板連接，并配定位銷定位，同夾具組件的連接也應采用高強螺栓連接，并配定位銷定位4.3.3 安裝板工藝要求安裝板大部份都為非標準件，其本身并不直接定位工件，板的材料一般使用q235a，依據合同及技術協(xié)議其厚度分為16mm及19mm兩種規(guī)格。為了方便氣缸的擺動以及防止與氣缸碰撞其吊耳處應適當去除。（圖4-6）吊

53、耳處應適當去除圖4-6 安裝板4.3.4 定位塊及壓頭標準定位塊毛配已經成為標準件，常用的高度可以劃分為三種規(guī)格50mm、70mm、90mm,（但根據車身零件的不同可以調整），寬度已經形成標準可以化為兩準規(guī)格16mm、19mm。材料常常采用45#使用數控加工，表面發(fā)藍。表面加工成型后表面高頻淬火hrc38-42。(圖4-7)圖4-7 定位塊4.3.5 夾緊臂夾緊臂手動夾緊機構在普通加緊單元中夾緊臂夾緊力不得小于300n，當夾緊單元為雙級夾緊臂時，第一級氣缸直徑為63mm,第二級汽缸直徑為50mm,此外，當夾緊單元為雙加緊臂且分為支板和夾緊臂時，支板側汽缸直徑為63mm，夾緊臂側氣缸直徑為50m

54、m。（圖4-8）圖4-8 壓臂安裝要求u型限位塊付（凸凹組件）的安裝，u型槽側面和安裝部位側面間隙0.05mm，用高強內六角螺栓可靠緊固，凸凹組件嚙合時不能產生碰撞（不能有異響），止動面間隙0.1mm，用手推動夾緊臂（或擺臂）凸凹組件不能有錯動；夾緊臂（或擺臂）應有足夠的強度，夾緊狀況下不能產生彎曲變形；氣缸（或手夾）的夾緊力（氣壓、節(jié)流閥、緩沖閥或調節(jié)螺栓）應調整合適，夾具動作應柔和，沒有明顯異響，工件夾緊部位不能產生明顯壓痕或變形；夾緊工況下工件用手不能搬動，夾緊臂用手不能晃動。注：u型限位塊付配合間隙用塞尺（厚薄規(guī)）檢查。4.3.6 墊片墊片一般與定位塊配合使用，因為catia設計中所有

55、設計都為理想狀態(tài)，夾具的零件在機加工中會出現誤差，安裝中也會出現誤差，零件在沖壓過程中也會出現偏差，這些誤差都是不可避免的，所以在安裝的過程中需要使用三坐標測量儀測試每個點的絕對坐標后，通過增減墊片調整坐標誤差。墊片厚度一般有兩種規(guī)格t=0.5mm及t=1.0一般而言一組墊片的厚度為3mm,有四片墊片組成（0.5+0.5+1.0+1.0=3mm），寬度配合定位塊的尺寸，寬度分為兩種規(guī)格16mm及19mm。長度墊片主要的有兩種規(guī)格，長度為50mm，25mm。墊片的加工一般采用多板料焊接后采用線切割的加工方式10。（圖4-9）圖4-9 墊片的標準4.3.7 定位銷定位銷是定位車身部件的重要方式，一般定位銷與白件的孔配合，定位銷的直徑一般比工件相應孔減0.2mm-0.5mm,形狀根據工件上的空的形狀，長度一般首先保證伸出工件5-10mm,長度一般選取為15mm、20mm、25mm三個系列，盡量選用長度大于20的長銷。定位銷的材料一般選用45#鋼，前部高頻淬火，硬度為hrc42-45，發(fā)黑處理，表面粗糙度要達到0.8。定位銷的安裝一般要與銷座配合，銷座的尺寸長度根據夾具尺寸的需要，寬度與定位塊類似16mm，19mm。銷座的使用一般要考慮到是否與工件干涉，如果遇到干涉可以改變