焊装夹具毕业设计论文

焊装夹具毕业设计论文（精选7篇）

焊装夹具毕业设计论文篇1

汽车车身焊装夹具的设计探索

本文介绍了汽车车身的结构特点,并据此分析了汽车车身焊装夹具的`设计原则及方法,总结了相关的夹具调试技术经验,最后提出了新形势下汽车焊装夹具设计的发展方向.

作者：李涛作者单位：一拖(洛阳)福莱格车身有限公司刊名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(26)分类号：U4关键词：汽车车身焊装夹具设计调试柔性化

焊装夹具毕业设计论文篇2

UG软件是一套集CAD、CAM、CAE于一身的大型软件, 它改变了设计工作的传统模式, 使用该软件进行设计, 能直观、准确地反映零、组件的形状、装配关系, 其强大的功能可以使产品开发完全实现设计、工艺、制造的无纸化生产, 并可使产品设计、工装设计、工装制造等工作并行开展, 大大缩短了生产周期, 非常有利于新品试制及多品种产品的设计、开发、制造。通过其强大的功能来提高产品的设计质量, 对结构复杂的产品装配有着非常好的指导性[1]。

1 焊装夹具

把车身冲压件在一定工艺装备中定形、定位并夹紧, 组合成车身组件、合件、分总成及总成, 同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程[2]。焊装过程中所使用的夹具称为焊装夹具, 一般而言, 用于冲压件焊接生产的夹具设计要求如下: (1) 保证工件良好的定位精度; (2) 结构设计可靠; (3) 便于施焊和操作; (4) 缩短制造周期; (5) 调整方便。

2 可重构焊装夹具

2.1 可重构焊装夹具的概念与特点

可重构汽车焊装夹具是指按系统规划的要求, 以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式, 快速调整夹具功能的一类新型可变夹具。它是基于现有的或可获得的焊接夹具和其它组元的、可动态组态的夹具。

可重构夹具与常规的组合夹具、柔性夹具等相比, 至少应具有以下特点: (1) 可重构性好。可重构夹具具有丰富的含有标准接口的元件或单元, 能根据不同类型产品或零件重新构成新的装夹系统, 它们的可重构程度和范围大大超过了一般的组合夹具。 (2) 可扩充性好。可重构夹具系统采用标准接口设计思想, 可根据生产需要迅速扩充夹具结构和功能, 提供开放式的接口, 用户可方便快捷地扩充、更新和修改夹具元件或单元。 (3) 开放性好。汽车焊装主要是电阻焊和CO2保护焊, 此外还有气焊和手工电弧焊, 可重构夹具能适应不同的焊接设备。 (4) 适应性强, 可适用于较大范围内的车型或零部件。 (5) 响应新车型和重构的速度很快, 启动时间非常短, 费用低, 效率高。

2.2 焊装夹具可重构的实现

焊装夹具结构可重构化设计的关键是对焊装夹具零部件进行标准化、通用化、系列化, 以及采用可调式结构设计。焊装夹具的重构大部分工作是将标准化件重新组合的过程, 也就是将焊接夹具中普遍具有不同功能的元件, 如定位块支架、压紧块支架、导向座、工作台、工作台支架等抽出来, 预先设计成通用的标准化系列元部件, 在重构设计时, 设计者根据需要调用这些元部件任意组合构成一套夹具。

汽车车身焊装夹具设计属于专用夹具设计的范畴, 尽管各类车身焊接夹具的结构形式、复杂程度和零件数量不同, 但按功能来分, 车身焊接夹具通常由工作零件、夹紧器、固定零件、辅助零件组成。

3 水箱上横梁总成焊装夹具设计

3.1 方案设计与分析

以某型汽车水箱上横梁总成 (ERS21) 焊装夹具为例, 其采用普通滚轮底座, 点焊焊点16个, 单车型夹具, 手动焊接 (PSW) , 手动夹紧, 上件数量5件, 生产纲领10万/年 (2班、300天) , 生产节拍288秒, 设备开动率90%。

水箱上横梁总成夹具在设计前首先要分析数模。水箱上横梁总成由水箱上横梁组件1, 冷凝器上支架组件2和3, 格栅安装支架组件4和5组成。图1

分析设计任务书, 进行焊装夹具的初步设计, 确定各部件的定位方式, 底座 (即BASE) 的位置及高度, 操作高度等。对水箱上横梁总成而言, 水箱上横梁组件, 其要求12个夹紧定位点, 两个销孔定位, 两个均为Φ9mm圆孔。冷凝器上支架组件, 格栅安装支架组件, 其要求采用U型卡槽限位, 同时进行Z方向定位和销孔定位。

分析完部件工艺卡后, 选择一个可行的底座 (即BASE) 放置平面。操作高度设定为800mm, BASE高度为370mm。确定5个部件的上件顺序。由于本工位只有5个部件需要焊接, 点焊焊点16个, 因此, 可初步确定此工位循环工时不会超过288s的生产节拍。

这样, 一个初步的夹具设计工艺方案就设计完成。采用上述方案, 所有工位的定位销都设计成固定销, 结构简单。如果采用不同的放置平面, 部件的上件顺序, 具体方案断面图等都将发生变化。理论上说, 包围部件的6面体的6个面都可以考虑作为放置平面。

3.2 水箱上横梁总成夹具设计

当方案完成后, 根据工件的尺寸形状确定焊钳的数量、型式 (X型、C型) 、喉深、开档、行程、焊钳的吊挂形式 (U型、360°旋转等) 。初步选定焊钳后, 在数模 (Panel) 中插入焊钳模型, 当现行的焊钳文件库中没有合适的焊钳时, 可对现有的较合适的焊钳进行适当的修改, 并给出修改后的焊钳二维图。插入焊钳后按照方案中要求对各单元 (Unit) 进行设计。为实现设计方案就要进行技术设计, 其中包括主要零部件设计、各机构运动干涉检查等。本例为手动夹紧机构采用标准件, 无需自行设计。

3.3 夹具装配及干涉检查

在焊装夹具设计中, 自制件、外购件、标准件、国标件等是按照一定的装配关系装配成一个整体, 通常采用销轴来保证连接的精度。为了检查各单元之间能否顺利打开, 上下工件是否有足够的空间 (一般夹具处于打开状态时和工件之间的距离不小于20mm) , 运动过程中各组件、工位间是否存在干涉, 焊钳能否顺利进行焊接, 这些都需要进行夹具干涉检查。

1) UG装配的位置约束

在装配中, 两个组件之间的位置关系分为约束和非约束。配对组件就是将两个组件之间的位置关系进行约束, 使组件根据需要合理地装配。进行约束关系后的组件之间存在关联关系, 当一个组件移动时, 有约束关系的所有组件随之移动, 组件之间始终保持相对位置, 而且约束的尺寸值还可以灵活修改, 真正实现装配级的参数化[3]。UG软件提供了配对、对齐、角度、平行、垂直、中心、距离、相切等定位方式实现了模型的虚拟装配。

在进行运动干涉检查时, 利用“更改约束”的功能, 使手动夹紧器的组件转动某一角度, 模拟夹紧器打开过程中的任意位置点。由于装配好的组件之间存在装配关系, 手动夹紧器组件的运动会带动整个一套夹具的运动, 从而可以模拟整个机构的运动过程。由于各Unit夹具在较小的空间内密集分布时, 容易造成各Unit之间干涉, 在打开时相邻Unit不能同时打开而存在干涉, 焊钳没有足够的空间进行焊接等, 为避免干涉, 有效的进行焊接, 设计过程中需要反复进行干涉检查, 当出现干涉时, 需要修改组件结构直至能顺利进行焊接为止。

全套水箱上横梁总成焊装夹具如下图所示 (图8, 图9。插入焊枪, 再次进行干涉检验, 确保工件、焊枪和夹具之间不存在运动干涉 (图10)

结语

本文详细介绍了利用UG NX4.0进行水箱上横梁总成夹具虚拟设计的过程。首先详细论述了其方案设计的过程, 包括各工件的定位点的选取、上件的顺序、BASE面的优化选择等。初步方案完成后, 以冷凝器上支架组件夹具为例, 介绍了夹具设计的具体过程。然后进行了夹具装配及干涉检查。

参考文献

[1]周秦源, 刘让贤, 王雪红.UG软件在绘制航空产品图解图中的应用[J].广西轻工业, 2008 (4) :65-66

[2]李文忠, 李津.浅析汽车混流柔性焊接生产线制造技术[J].汽车工艺与材料, 2006 (8) :20-31

焊装夹具毕业设计论文篇3

【摘要】当前我国经济处于快速发展阶段，各行各业蓬勃发展，特别是在汽车行业正在朝着低碳、环保、节能、安全等人性化方向去发展。尤其是在国内外汽车制造研发企业共同竞争的市场环境下，对于车本身的技术要求更全面，人们对于购买汽车的品味需求和安全化标准的期望越来越高。本篇文章重点介绍汽车车身的焊装夹具的设计方面的重要性，对其相关技术层面的发展进行简单的分析，从而发现在技术设计方面的一些问题，方面以后进行改善改造。

【关键词】车身焊装夹具；设计；关键技术

0.引言

焊装夹具基本是由底板、支基、气控这三个最主要的部分组成的。一般情况下，生产制造设计方面对焊装夹具的设计主要考虑的两个方面是：人机工程；焊接质量。其中人机工程指的是在不同的操作作业的工作人员和机器以及空间环境这三者之间的相互协调。它是人机工程学科中重点研究的核心问题。我们都知道，汽车的车身它是汽车的重要组成部分，同时它也是整个汽车上的所有零件部件的载体。我们平时见到的汽车通常情况下它是由三百多个到五百多个范围之内同时具有空间复杂性的曲面形态的薄板来焊接而成的。同时，汽车车身本身上的尺寸也会直接影响到整个汽车的装配质量，所以，掌握汽车车身焊装夹具设计的关键技术至关重要。

1.汽车车身焊装夹具的结构

汽车车身焊装夹具它是更好地的保证车身焊接质量的重要的一个因素，它的作用不仅如此，它还深远的影响着整个汽车在制造精度上面和生产周期上面的好与坏。

焊装夹具是由底板、支基和气控这三个部分共同来组成的。汽车车身焊装夹具最常见的结构就是系统中的定位元件和夹紧元件这两个重要元件来构成的。其中的定位元件包括定位块和定位销等。这两者均采用的是可以进行调节调试的组织结构，它们可以通过对垫片数量的具体情况调整来达到对定位块的精确位置的具体调整。

随着汽车行业发展的需求，汽车焊装夹具也随着汽车制造行业的发展使其种类越来越多样化。按照汽车车身焊装夹具的动力源来进行分类则是包括：手动夹具，无驱动夹具，液压夹具，气动夹具，真空夹具，混合式夹具等。若按照汽车车身焊接夹具的用途功能来进行分类，则包括焊接用夹具，装配用夹具，检验用夹具等。按照汽车车身焊接夹具的工作的范围来分类则是：通用夹具；专用夹具。最后按夹具的结构来区分分为固定式夹具、悬挂式夹具和移动式夹具。

2.汽车车身焊装夹具设计中常见问题

在前面引言中本文也提到了这一点。汽车车身焊装夹具在设计的时候重点也是最主要需要考虑两个方面就是人机工程方面和焊接质量方面。为了能够更好地来保证焊接的质量，应该科学合理的确定薄板冲压件在焊装搭接的顺序，也就是合理的确定定位点和定位的方法。而人机工程它能够保证相关操作工作人员可以在更舒适的空间环境内安全稳定的进行工作。但是，在汽车车身焊装夹具的生产现场中经常会出现一些问题。

有的位置汽缸的压头进行打开的角度明显不够，对于一些相关的零件部件取出极为不方便，同时双抽缸的定位也非常不稳定。有的时候道具机器出故障，都是靠人力来解决，对人机工程知识的应用效果不明显或者说是根本无法体现出来。

汽车车身的焊装夹具结构方面的设计不合理。所以在制造技术水平及标准相对而言较低的环境背景下，汽车车身焊装夹具尽可能的采用分体式，因为这样更方便进行拆装和调整。

3.汽车车身焊装夹具设计技术研究

对汽车车身焊装夹具的设计方面的分析研究主要是对零部件的设计方面的研究。因为零部件的设计主要是集中在关于零部件的标准化研究领域。

在上个世纪的中期，CAD技术（计算机辅助设计技术，Computer Aided Design）已经开始在汽车制造行业逐渐应用起来，并迅速的发展到应用于产业制造中的每一个环节当中。CAD技术也就是计算机辅助设计技术在汽车车身焊装夹具的设计领域是开始于上个世纪的七十年代，那也是最初开始应用计算机来进行汽车焊装夹具设计的一个阶段。一直到现在，再设计焊装夹具的时候人一直都是主体，任何知识和技术都是由专业技术人才来研发和掌握的，计算机从始至终只是一种交互式的绘图工具。

可重构制造系统是一种专业的专用机器和柔性制造的组合系统。它可以集成化、模块化，同时具有很强的变化能力和诊断能力。所以，对于任何一个汽车制造企业来说，能否开发出满足要求非常高的可重构夹具不再是仅仅取决于企业的现代科技信息化水平的高低，它重要的影响因素是企业设计者组合水平的高低。

汽车焊装夹具在生产线上的标准化也是一项技术上的难点难题。所以目前比较先进的技术就是一体式点焊钳应用技术。一体式点焊钳就是把焊接变压器和点焊钳进行组合合成一体。在一些机器人焊接领域内，这个技术已经被广泛应用，形成了标准的生产制造一体化。

4.总结

根据當前汽车车身焊装夹具的发展趋势和我们对于焊装夹具的认知和相关技术的了解及其研究可以知道，我国的汽车焊装夹具的设计技术特别是智能化设计技术还不够成熟。同时，我国针对这方面的研究又非常的少。因此，我国对于这块领域还需要继续努力和发展。国内的汽车生产制造行业的企业也应该从单纯的追求经济利润方面转变发展方向，注重质量的同时加大对这方面的研究，掌握住汽车焊装夹具设计的关键技术可以更好地生产出低碳、安全、环保、节能的汽车。同时掌握了这方面的关键技术还可以降低焊装线的生产成本。 [科]

【参考文献】

[1]姚春玲，张俊华，李宝顺等.基于遗传算法的汽车车身焊装夹具优化设计及MATLAB实现[J].机械设计与制造，2010，（10）：237-239.

[2]姚春玲，张俊华，李宝顺等.汽车车身焊装夹具的三维设计[J].制造业自动化，2009，31（7）：132-134.

[3]刘鹏，谢水生.汽车车身焊装夹具的计算机辅助设计难点解决方案[J].烟台大学学报（自然科学与工程版），2009，22（3）：180-184.

钻床夹具毕业设计（本站推荐）篇4

机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。机械制造工业是制造农业机械、动力机械、运输机械，矿山机械等机械产品的工业生产部门。机械制造是国民经济的装配部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济或现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。将设计图样转化成产品，离不开机械制造工艺与夹具，因而它是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它，就不能开发制造先进的产品和保证产品质量，不能提高生产效率、降低成本和缩短生产周期。

夹具设计是每个机械类学生必须完成的一个教学环节，是对我们所学专业的一个测试，也是对我们学生做的一次具体的、重要的考验。此设计密切结合高等学校的办学宗旨。已检测我们在学习和实习过程中对所学知识的掌握程度和运用水平。同时在设计中与同学互相帮助，一起去图书馆查阅设计中需要得一些相关资料，共同探讨设计中出现的问题，体现了同学之间的凝聚力，增进了同学之问的友谊，加强了与老师的知识探讨．

作为机制专业的学生不能以学好课本上的理论知识而满足，如果不懂的运用他们，学再多的理论知识也毫无用处。因此我们非常重视本次设计的实践，通过本次设计是我们各方面的能力都有所力加强，对于今后的生产实习以及走上工作岗位有很大帮助，是我们受益匪浅。本设计不足之处，恳请老师点评、指正。

前言········································································1 1.设计任务书·····························································3 1.1设计任务书····························································3 1.2目的····································································4 2．钻床夹具设计过程·····················································5 2.1定位方案设计与定位分析············································5 2.2定位误差分析与计算·················································7 2.3对刀及引导装置设计·················································8 2.4加紧机构设计·························································9 2.5夹具体设计··························································10 2.6精度分析计算························································10 3．绘制夹具总图·························································11 4．绘制夹具零件图·······················································11 5．夹具操作动作说明····················································12 6．设计心得体会·························································13 7．参考文献·······························································15 8．致谢····································································15

1．设计任务书

1.1设计任务书

如图1所示，设计加工一直径为φ30h7的轴上2个直径为15H7的孔，两孔的距离为150H13。φ15H7孔对φ30h7外圆的垂直度公差为0.1mm/100mm，φ15H7孔对φ30h7外圆轴线的对称度公差为0.1mm。其他表面均以加工完毕。（中批量生产）

图1 1要求

1）保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案、合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率

专用夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应。应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。专用夹具的生产属于中批量生产。4）使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。5）经济性好

1.2目的

综合运用机械方面的知识，掌握机床夹具的设计方法、设计步骤及设计计算过程，具有运用计算机辅助设计机床夹具的能力。关键词

钻套 V型块圆柱削

2.钻床夹具设计过程

机床夹具的种类结构虽然繁多，但它们组成可概括为以下几个部分：

1、定位装置：定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

2、夹紧装置：夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢。

3、对刀或导向装置：确定刀具相对于定位元件的正确位置。

4、连接元件：确定夹具在机床上正确位置元件。

5、夹具体：夹具体是机床夹具的基础件。

6、其他装置或元件：指夹具固特殊需要而设置的装置和元件。用夹具装夹工件有以下优点：

①能稳定的保证工作的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。

②能提高劳动生产率，使用夹具装夹方便、快速、工件不需要划线找正，可减少辅助工时，提高生产率。③能扩大机床的使用范围。

所以我们决定设计钻床的专用夹具加工此工件。

2.1定位方案设计与定位分析

机械加工时，为了使工件的被加工表面获得规定的尺寸和正确位置要求，确定工件在机床上或家具中有正确的位置过程，称为定位。用来确定生产对象（工件）上几何关系所依据的那些点，线，面叫做基准。根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，称为机构自由度。放在空间的物体都有六个自由度。工件的定位，就是使得工件占据一致的正确的位置，实质上就是限制工件的六个自由度。在分析工件定位时，通常是用一个支撑点限制工件的 5 一个自由度，用合理分布的六个支撑限制工件的六个自由度。工件的自由度限制真确了就可以保证工件的加工精度。1）自由度的分析（图2）

为保证加工轴上轴Φ15H7孔的距离及孔与端面的距离，则要限制Y轴的移动。保证两孔与轴线的垂直度，则需限制X、Z轴的移动。为了保证两孔的对称度，则需限制X轴的移动，所以综上所述所设计的夹具在加工时应限制工件的四个自由度，即：X、Z轴的移动，X、Y轴的移动。2）确定定位方案，设计定位装置

由于所设计夹具是用于加工实心轴上的两孔，且两孔有一定的距离，一孔与端面有距离要求，所以应当以轴的外圆面与轴的一端面定位。而又考虑到夹具必须限制X、Y轴的移动，所以初步拟定以一长V型块与一支撑钉来限制这几个方向的自由度。

分析：由于X、Z轴的移动X、Y轴的移动，而Y轴的转动没限制，所以此定位属于不完全定位。

由于一个长V型块能够限制四个自由度，即：两个方向的转动与移动，即这把Z轴的转动也限制了，但是所加工的轴上的孔为通孔，所以限制了Z轴移动也不会影响加工，不影响加工精度。

由上述分析可得，用一长V型块和一支撑钉定位是可行的。

图2 2.2定位误差分析与计算

能否保证工件的加工精度，取决于道具与工件的相互位关系。当一批工件逐个在夹具上定位用调整法加工件时，各个工件在夹具中所占的位置并不一致，各个工件的不一致性必然引起工件相对刀具之间的位置变化，加工后，个工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差，称为定位误差。用ΔD表示。

一批工件逐个在夹具上定位时各个工件位置不一致的原因有两个。根据工件结构特点，其定位方案有二：一是定位基准与工序基准不重合；二是定位基准的位置变化。

（1）基准不重合误差：由于定位基准与工序基准不重合而引起的加工尺寸误差，称为基准不重合误差，用ΔB表示。

（2）基准位移误差：工件在夹具中定位时，由于定位副的制造误差和最小配合间隙的影响，导致各个工件定位基准的位置不一致，从而给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用ΔY表示。ΔD=ΔB+ΔY ΔY=δd/（2sinα/2）

本设计课题是加工轴上的两个孔，由于两孔间有一定的距离要求所以应当考虑定位误差。我们是用一支撑钉去限制Y轴方向的移动，所以应当考虑此方向上的定位误差。又由于加工这两轴是一次装夹同时加工两孔，所以它的定位定位基准与工序基准重合，所以ΔB=0, ΔY=0, ΔD=ΔB+ΔY=0。因为△Y<1/3*0.63（0.63为孔间距离的公差），所以定位误差符合要求符合。2.3对刀及导引装置设计

本课题设计我们采用GCr15钢作为钻套材料。GCr15是一种最常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于GCr9，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性中等，切削性一般，焊接性差，对白点形成敏感，有第一类回火脆性。

由于课题要求此工件中批量生产，所以用可换的钻套较为合理。为了钻套能和好的固定在钻套支架上，所以在钻套的一边开了一个缺口。并用一个M16的螺钉去压紧钻套。

钻套主要尺寸由《机床夹具零、部件》国家标准 GB/T2263 — 80、GB/T2265 — 80。（后附零件2图）

钻孔加工时，钻套外径为φ30mm g6；内径为φ150mmH7。钻套端面至加工面的距离取 25mm。先选用φ14.8的麻花钻进行钻削并钻通，再用φ15的铰刀铰削。这样可以达到所加工孔的要求（Φ15H7）。2.4夹紧机构设计

参考夹具资料，采用铰链氏夹紧机构来夹紧工件。如图3所示：

图3 1 工件压紧横梁 2 螺母 3拉紧螺杆

打开1工件压紧横梁和3拉紧螺杆，把工件放在压紧横梁下面。放下1压紧横梁，打上3拉紧螺杆，使拉紧螺杆穿过压紧横梁右端的槽，然后拧紧2螺母。从而使1压紧横梁压紧工件。

此种夹紧装置可以快速的装夹工件，并使工件可以得到所需的夹紧力，也不会工件的装夹位置。这样就提高了生产效率。由图可知压紧横梁中间开了V型槽，这可是夹紧力均匀，使工件能很好的与下V型块接触保证了加工精度。横梁上的V型块也可以用来压紧不同尺寸的圆柱，符合了设计要求。

2.5夹具体设计

根据课题的要求及综上所述的分析，我们决定用一长V型块作为夹具体。我们设计V型块总长为400mm，宽和高都是150mm。这么大的尺寸可以用来加工此种类的零件，加工两孔距离为120-360mm。同时这么大的实体尺寸很适合工人的操作，通事此夹具体全由45钢制造，所以有一定的重量不必再设计夹具体与钻床的链接机构，可以由工人直接用手拿住进行加工。这样就使加工更加的简单。同样由于夹具体有那么的大小，经过计算与分析可得，可以加工两孔距由120mm到360mm的轴。

同时为了方便排除加工时的铁屑，我们特意在V型槽底端开了一条宽度为10mm排屑槽，此槽可以让加工出来的铁屑更容易的排除，同时也提高了加工的精度。经过上述分析可以知道此夹具体不仅结构合理，通用型也很强，同时加工容易。满足课题要求。

2.6精度分析与计算

由课题设计要求可知，加工孔的位置要求为：

1）φ15H7孔对φ30h7外圆的垂直度公差为0.1mm/100mm。2)φ15H7孔对φ30h7外圆轴线的对称度公差为0.1mm。位置精度（δk1=0.01mm，δk2=0..10mm）校核如下。①影响位置精度δk1的因素有三项： △k1=0.01mm/100mm △A+△T=0.02 mm/100mm △T=（0.034-0.014）mm/48mm=0.042/100mm(铰刀尺寸为φ15 时的歪斜)按概率法计算得

√（0.01/100）2 +(0.02/100)2+（0.042/100）2=0.044/100mm＜δk1 故其夹具的精度较低。

②影响位置精度δk2的因素有两项：

△T1=0.03 mm(铰套中心对V形块标准圆柱的对称度)△T2=0.034-0.014=0.020 mm（铰刀与铰套的配合间隙）将误差合成得

√0.032+0.0202=0.030mm＜δk2 由上述分析及公式的计算 √△D2+△A2+△G2+△T2≤δk 此夹具加工满足加工精度要求

3.绘制夹具总图

根据已完成的夹具结构草图，进一步修改结构，完善视图后，绘制正式夹具总装图。（附图1）

4.绘制夹具零件图

（附图2）5.夹具操作动作说明（与装配图说明）

（1）挡块体的安装

先用挡板紧固螺钉3把挡块体2紧固在夹具体1上，再把定位螺杆6装进挡块体，调节到适当的加工距离，然后用螺母5紧固。（2）钻套支架的安装

先把11紧固双头螺杆的一头装进10支架压紧铁块中，再把10支架压紧铁块装进1夹具体的T型槽中。然后把12钻套支架下的孔穿过11紧固双头螺杆并与T型槽配合好。最后装上5螺母，并拧紧。（3）支架的安装

此安装与（2）步骤相同，这里不再重复。（4）钻套的安装

先把7钻套的下端φ30g6配合到12钻套支架上φ30H7的孔。在转动7钻套的缺口并对准紧固螺钉的螺孔，然后把8钻套紧固螺钉拧紧。（5）工件的装夹

打开13工件压紧横梁和15拉紧螺杆，把工件放在压紧横梁下面。推动轴靠紧到6定位螺杆，然后放下1压紧横梁，打上15拉紧螺杆，使拉紧螺杆穿过压紧横梁右端的槽，然后拧紧5螺母。从而使13压紧横梁压紧工件。（6）加工操作

把夹具体放到钻床的工作台上，移动夹具体使7钻套上端口对准钻头。先用Φ14.8钻头钻通加工轴，换上Φ15的铰刀加工孔。（7）把工件取下来加工另一个工件。（8）一个工作日完后，清扫夹具体。

6.设计心得体会

1）目标完成情况：

经过几个星期的努力，设计达到了预想的成功，由于条件的限制没能加工出成品，但对于我自己来说已经学到了不少东西。2）存在不足：

一是对钻床的不熟悉，二是在公差与配合方面的知识所学较少。3）程序设计中遇到的问题及解决方法：主要困难：学院图书馆相关资料有限。

解决方法：在互连网上收集相关资料与有关公司联系落实加工 4）总结和体会：

通过这次课程设计，我更加熟练的掌握了使用机械制图的方法，加深了对机械制造技术基础课程知识的理解。由于时间仓促，设计还有很多不足之处，如：夹具部分不够全面，效率不高等等，都是对工艺基础不熟练，对相关认识缺乏造成的。在实践过程中李老师给了我很大的帮助和鼓励，在今后的学习中我会加强理论与实践的结合，通过不断的摸索来弥补自己在机械制作方面的差距。

与同学讨论我们设计过程遇到的问题更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!首先从课程设计本身来说，是对我们平时所学的专业知识的巩固，回想课程设计刚开始时，全无思路，举步维艰。对于理论知识掌握不牢固的我来说，真是书到用时方恨少，所以我把这学期学过的专业课书籍又看了一遍，并且又请教了老师和同学，来了设计灵感。其次，课程设计也锻炼了我们大家的团结协作的精神，刚开始的时候，我们大家都是两眼发黑，什么思路都没有，但是大家却懂得团结协作，虽然每个人的设计内容都不同，但是思路都是大同小异，所以大家各自去 13 查阅资料，而且是分别查阅不同的资料，最后大家汇总，拟定出每一个人夹紧方案，和夹具形状，工作效率提高了几倍。第三，在课程设计的过程中能培养我们的创新能力，虽然我们的设计内容都是很简单，但是这其中也不乏创新能力的体现，比如我们有的同学的加工位置不再同一轴线上，是分布在圆周上，按照以前的经验就是利用分度装置，但是我们同学却设计了一个新颖的夹具，这是对我们创新能力的最好的锻炼方式的体现。

这次课程设计马上就要结束了，回想这一段设计路程，虽然我收获了许多，但同时发现了自己存在的很多不足，自己知识有很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高等。以后在这些方面我要重点改正。我很感谢这次课程设计，同时通过这次设计使我们对夹具设计的过程有了一个比较全面的了解，他把我们从枯燥的理论知识中解放了出来，是我们发现了这其中的乐趣，为我们以后的工作指明了道路。

7.参考文献

[1].兰建设.机械制造工艺与夹具[M].机械工业出版社,2008 [2].黄云清.公差配合与测量技术[M].机械工业出版社,2009 [3].刘晓年.机械制图[M].机械工业出版社,2007 [4].隋明阳.机械设计基础[M].高等教育出版社,2002 [5].王启平主编王振龙.狄士春副主编.机械制造工艺学(第5版)[M].哈尔滨工业大学出版社，2005 [6].王启平主编.机床夹具设计[M].哈尔滨工业大学出版社，2005 [7].李旦.邵向东.王杰等.机床专用夹具图册[M].哈尔滨工业大学出版社，1998

8.致谢

夹具设计课程设计说明书篇5

一、序言···············································2

二、设计任务说明·······································2

三、工件的安装顺序·····································3

四、定位元件选择设计··········································3

五、夹紧机构···········································4

六、导向装置的选择·····································3

七、夹具的总体设计·····································3

考文献·················································4

序言

机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：

1.保证加工精度机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。

2.提高生产效率机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。3.减少劳动强度采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。

二、设计任务说明

本次课题设计是要为此图中的端盖（零件材料为45，需要大量生产，年生产量大于5000件）设计一套钻φ20侧孔的夹具，实现将工件定位，精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。

图1-3-1

三、工件的安装顺序

零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据,工件的装卸位置如上图1-3-1右侧刨面图。

工件由左向右安放定位，由右向左抽取出来。所以定位元件选择短销、大平面组合定位、外端圆面添加平面支持钉定位和支持；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。

四、定位元件选择设计

由于该零件的加工是钻φ20孔并以φ50孔内表面作为定位面，属与孔定位类型，因此本次设计采用的定位元件为短销、大平面组合定位。，限制工件5个自由度；夹装工件时，工件孔与短销、大平面表面的刚性接触，精准度要求较高，分别限制工件的X、Y、Z方向的移动自由度以及X、Y方向的旋转自由度。

工件定位短销φ50与加工工件之间间隙配合，便于工件加工时装取和定位。大端面为φ90的圆平面，定位工件φ120的右端面，两者结合限制了工件5个自由度。工件的径向Z方向的转动自由度在工件的夹紧时被限制；工件大端面230x230的侧面的可调支持钉的顶面为φ40的支持平面，除了支持工件之外，限制的工件Z方向的转动自由度，精确的工件的钻孔位置。

工件的加工要求限制6个自由度，短销大平面定位元件和可调支持钉符合设计要求，而且可以准确定位钻孔的位置。

短销大平面定位元件固定在夹具体上，选用4个内六角M8的螺钉链接在夹具体右侧面。螺纹孔的分度圆为φ70程90°分布。钻孔定位的可调支撑钉与夹具底盘M15的螺杆螺纹连接，依靠M15螺母锁紧。

五、夹紧机构 1.夹紧力的方向的确定：

夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。.夹紧力的作用点的选择：

夹紧力的作用点不能破坏定位，而且应选择在工件刚度高的部位。支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。3.选择夹紧机构：

设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：

1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。工件和夹具的变形必须在允许的范围内。夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构；操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。依据工件加工（大批量生产）设计要求及夹具的设计，本套夹具的夹紧机构采用偏心夹紧机构，操作简单、动作迅速，缺点是自锁性能较差、增力较小。工件钻孔的受力与夹紧力相互垂直，而且工件加工的环境平稳，工件钻孔的垂直方向有支持力，所以偏心机构的夹紧机构符合本次夹具设计要求。

夹紧机构的零件装配及配合；（1）夹具体与滑套之间过盈配合，夹紧轴与滑套间隙配合（2）夹紧轴与滑套间隙配合并且涂抹黄油润滑；左端配合开口垫圈夹紧工件；右端先安装压紧回力弹簧后，装入夹具体，端口安装塑胶夹紧垫片，偏心轮安装在最右端M6螺母螺栓连接。

六、导向装置的选择

导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，钻床夹具中钻头的导向采用钻套，大量生产的工件需要采用可换导向钻套来加工工件，来提高其工作的连续性和其工作效率。选择导向装置：用于钻床零件加工的可换导向钻套，更换导向钻套，只需松动固定螺钉然后将导向钻套，逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时即可取出，更换方便迅速。

钻夹具中的导向钻套,除要求它引导钻头，钻出正确的孔外，还要求它能在装卸时快而准确。

导向装置零件链接装配；钻模板与夹具体之间用4个M8的螺栓连接，导向衬套φ36与钻模板之间过盈配合；导向钻套φ28与导向衬套之间间隙配合；导向钻套的缺口被螺钉固定在钻模板上，固定和便于装卸导向钻套。夹具体与夹具地盘。之间用4个M8的螺栓连接。

七、夹具的总体设计

夹具使用的零件材料尽可能统一。夹具体、夹具底盘、导向板使用铸铁材料，加工平面也比较少，也易于加工；导向钻套、螺钉、螺栓、螺母、垫片、夹紧弹簧选用标准零件。短销大平面定位套、夹紧轴、导向衬套、夹紧轴滑套、支持钉的平面是设计件，加工平面较多、加工精度要求比较高。偏心轮、开口垫片、夹紧垫片是设计件，加工平面不多、加工精度要求也不高。

加工导向钻套距加工工件的距离是8mm；如果距离较远影响加工精度，对加工钻头的也有较高的长度要；夹具底盘有四个缺口用于固定在机床上；夹具设计进可能紧凑。

参考文献：

典型夹具设计的特点篇6

镗床夹具设计特点

镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模。

一、镗床夹具的典型结构形式

（1）前后双支承镗模

（2）无支承镗床夹具

二、镗床夹具的设计要点

1．导引方式及导向支架

镗杆的引导方式分为单、双支撑引导。

单支承时，镗杆与机床主轴采用刚性连接，主轴回转精度影响镗孔精度，故适于小孔和短孔的加工。

双支承时，镗杆和机床主轴采用浮动联接。所镗孔的位置精度取决于镗模两导向孔的位置精度，而与机床主轴精度无关。

镗模导向支架主要用来安装镗套和承受切削力。因要求其有足够的刚性及稳定性，故在结构上一般应有较大的安装基面和必要的加强筋；而且支架上不允许安装夹紧机构来承受夹紧反力，以免支架变形而破坏精度。

2．镗套

镗套的结构形式和精度直接影响被加工孔的精度。常用的镗套有：

（1）固定式镗套固定式镗套外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。

（2）回转式镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动的镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔。

3．镗杆和浮动接头

镗杆是镗模中一个重要部分。镗杆直径d及长度主要是根据所镗孔的直径D及刀具截面尺寸B×B来确定（参考表11.1之值选取）。镗杆直径d应尽可能大，其双导引部分的L/d≤10为宜；而悬伸部分的L/d≤4～5，以使其有足够的刚度来保证加工精度。

用于固定镗套的镗杆引进结构有整体式和镶条式两种。

当双支承镗模镗孔时，镗杆与机床主轴通过浮动接头而浮动连接。

车床夹具设计特点

一、车床夹具的主要类型

在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在主轴上；少数安装在床鞍或床身上。后一类属机床改装范畴，应用较少，不做介绍。车床夹具按工件定位方式不同分为：定心式、角铁式和花盘式等。

1.定心式车床夹具

在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。

2．角铁式车床夹具

在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。

3．花盘式车床夹具这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。

二、车床夹具设计要点

1．车床夹具与主轴的连接方式

由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，故要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且要连接可靠。通常连接方式有以下几种：

（1）夹具通过主轴锥孔与主轴连接

（2）夹具通过过渡盘与机床主轴连接

2.对定位及夹紧装置的要求

（1）为保证车床夹具的安装精度，安装时应对夹具的限位表面进行仔细找正。

（2）设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴线重合。

（3）车床夹具的平衡及结构要求

对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具，设计时应采用平衡装置以减少由离心力产生的振动及主轴轴承的磨损。

车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性；夹具结构应力求简单紧凑，轻便且安全，悬伸长度尽量小，使重心靠近主轴前支承。为保证安全，夹具体应制成圆形，加具体上的各元件不允许伸出夹具体直径之外。此外，夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。

钻床夹具设计特点

一、钻床夹具的主要类型

钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。其主要类型有以下几种。

（1）固定式钻模在使用中，这类钻模在机床上的位置固定不动，而且加工精度较高，主要用于立式钻床上加工直径较大的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。

（2）回转式钻模这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干个绕轴线分布的轴向或径向孔系。

（3）翻转式钻模主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于f8~f10mm。它可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。其结构较简单，加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于10 kg为宜。

（4）盖板式钻模这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。

（5）滑柱式钻模滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。

二、钻模的设计要点

1．钻套

钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。

（1）固定钻套

（2）可换钻套

（3）快换钻套（4）特殊钻套

2．钻模板

钻模板用于安装钻套，确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上，常见的钻模板有：

（1）固定式钻模板

（2）铰链式钻模板

（3）可卸（分离）式钻模板

（4）悬挂式钻模板

铣床夹具设计特点

一、铣床夹具的主要类型及结构形式

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。

1．直线进给式铣床夹具

这类铣床用得最多。夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。

根据工件质量、结构及生产批量，将夹具设计成单件多点、多件平行和多件连续依次夹紧的联动方式，有时还要采用分度机构，均为了提高生产效率。

2．圆周进给式铣床夹具

圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。

这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。

3.靠模铣床夹具

这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主进给运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。

二、铣床夹具的设计要点

由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生振动，因此设计铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理。

1．定向键

定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。

定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。

定向键有矩形和圆形两种。

定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。

2．对刀装置

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。

焊装夹具毕业设计论文篇7

1 车身件焊装偏差的来源

白车身通常是指完成所有焊接工序,还没有进入涂装工序的车身焊接总成[2],主要由地板总成,左、右侧围总成,顶盖,“四门两盖”(行李箱盖,发动机罩盖,左、右门及前、后门等)焊接组成[3]。白车身焊装质量因素概括起来包括三个大的方面——精度、强度和外观[4]。其中,由于车身尺寸精度直接影响到整车的装配和功能,因此减少焊装偏差是提高车身焊装质量的关键。导致车身焊装偏差产生的原因有很多,主要涉及零件产品设计、零件初始偏差、焊装夹具、焊装过程中产生的偏差以及焊装后冲压件的回弹变形等多个方面[5,6]。

a.零件产品设计确定了车身零件的几何尺寸和形状特征,同时也决定了车身零件的制造工艺,而车身零件的制造工艺决定了车身零件的初始偏差大小。在焊装过程中,可以通过将夹具上定位销和定位夹紧面的位置尽量调整至理论上的最佳位置来减少零件初始偏差对焊装精度的影响。

b.焊装过程中产生的尺寸偏差以及车身件焊接完成后的回弹变形与焊接工艺、车身件的几何尺寸和形状、焊接夹具有关。

汽车焊接夹具是焊装线的重要组成部分,其作用是保证每台夹具下所属焊装零件之间的相对位置和焊接件的尺寸精度,减少焊接件在焊装过程中的变形,提高焊装生产率[7,8]。美国汽车工业的统计结果表明,72%的车身制造误差来源于焊装夹具定位误差[9]。因此,减少焊装夹具定位误差可以在很大程度上提高车身焊装精度。

焊装夹具的设计流程为;夹具设计→夹具加工→夹具装配→车身件焊接→车身件焊装精度检验→夹具验收,见图1。在这个流程中,任何一个环节都有可能产生误差,并影响最终的焊装质量。其中夹具设计是夹具制造、安装和调试的基础,良好的设计是保证车身焊装质量的前提。

本文应用CATIA V5软件进行前盖内板总成焊装夹具的设计,在设计过程中从以下几方面控制该总成件的焊装质量:夹具夹紧方案、焊枪选型、焊接位置、人机工程、夹具零件材料以及夹具装配测量。夹具实际使用结果表明,针对上述因素,在夹具设计中采取相应措施可以减少夹具定位误差、提高夹具精度、减少焊点缺陷,提高焊接效率。

2 前盖内板总成焊装质量评价

某车型前盖内板总成由以下零件组成:前盖内板,左、右铰链安装板和锁钩固定板(图2)。由图2可见,组成前盖内板总成的各个车身件上孔洞和沟槽较多,零件曲面变化较为平缓,车身件形状整体呈对称分布,夹具设计时可充分利用各个车身件上的定位孔和重要型面进行定位夹紧。前盖内板总成焊装时常见的质量问题有焊接变形、焊点缺陷、工人操作困难、与车身件接触的夹具零件由于和车身件频繁摩擦引起的磨损、夹具定位夹紧面和车身件不贴合等。

3 控制前盖内板总成焊装质量的夹具设计方案

常见的汽车焊装夹具由定位机构、夹紧机构、工作台以及一些辅助结构组成。定位机构通常包括定位销、支撑块、调整垫片和安装支座;夹紧机构通常包括夹紧器、夹头、支撑块和安装支座;工作台是安装定位机构和夹紧机构的平台。针对前盖内板总成焊装中经常出现的质量问题,在夹具设计中可以从以下几个方面进行改善。

3.1 夹具夹紧方案

尺寸大的车身件焊接时弹性变形较大,是易变形的车身覆盖件;尺寸小的车身件焊接时弹性变形较小,可作为普通零件对待。前者在焊接时的定位依据是“N-2-1”定位原理,后者在焊接时的定位依据是“3-2-1”定位原理[10]。如果工件上有定位孔,可首先选择以定位孔为定位点,再根据焊点分布情况和工件大小设置定位夹紧面,最后根据车身件的形状确定夹具单元的结构形式。本文中的前盖内板总成件共有23个焊点,分两个工位焊完,其中定位焊工位焊接12个焊点,补焊工位焊接11个焊点。由于定位焊工位具有固定零件间相对位置的作用,因此研究其夹具夹紧方案和焊点分布对控制总成件的焊装质量更为重要。

图3为前盖内板总成定位焊夹具的夹紧方案。黑色小圆点为焊点,圆形为工件的主定位销,菱形为辅助定位销,矩形框为定位夹紧面,X、Y、Z为被定位点限制的工件运动方向。左铰链安装板上有2个焊点,由于工件尺寸小,因此只设置了2个定位销和3个定位夹紧面;右铰链安装板上有3个焊点,同样原因设置了2个定位销和3个定位夹紧面;锁钩固定板总成有7个焊点,工件尺寸较大,设置了2个定位销和7个定位夹紧面;前盖内板是大型薄壁弹性件,同时也是其它零件焊装的基础,除了和上述零件共用的定位夹紧面外,还设置了2个定位销和5个定位夹紧面。另外由图3可见,前盖内板总成的零件形状和焊点分布总体上是对称的,为减少焊接变形,设置夹紧点时也要考虑尽量使之对称分布。值得注意的还有焊点附近定位夹紧面的设置,在焊点之间设置定位夹紧面可以减少工件焊接时产生焊接变形,但夹紧点过多或离焊点太近会影响焊枪的进出,因此夹紧点位置要根据焊点间的距离和车身件形状综合考虑。

3.2 焊枪选型

常见的焊枪类型有C型和X型,焊枪的选择要根据车身件形状和焊点分布情况而定。为节约成本、便于操作以及减少焊枪切换对节拍的影响,同一个工位应尽量使用1把焊枪焊完所有的焊点。当焊点焊接方向平行于地面时,适合使用C型焊枪(图4a);当焊点焊接方向垂直于地面时,适合使用X型焊枪(图4b)。由图3可见,前盖内板总成件的焊点焊接方向均垂直于地面,因此适合使用X型焊枪。

3.3 焊接位置

焊接时,焊枪电极帽轴线和被焊接区域表面的角度十分关键,当焊枪电极帽轴线垂直于零件焊接区域表面时,所得到的焊点质量最好。车身件是复杂的曲面,每个部位的曲率都不一样。手动焊接工位的工人往往凭经验进行焊接操作,对于工人焊接时凭肉眼难以将焊枪放到正确位置的焊点以及看不见的焊点,很难保证电极帽轴线垂直于焊接区域表面。这种情况下,可以在焊枪电极帽固定端根据焊接区域表面的法向和电极帽直径大小设计焊枪导向装置(对焊枪起导向作用的零件)。如图5a所示的焊接位置,由于此处车身件遮住了下面的夹具结构,而且焊接空间小,工人焊接时难以快速、准确地将焊枪放到正确位置,因此设计了图5b所示的焊枪导向装置。该装置可以帮助工人在焊接时快速、准确地找到焊接位置,调整焊接角度,以确保焊点质量。另外,设计夹具时还要考虑给焊枪留出焊接通道和活动空间,避免焊枪与车身件或夹具发生干涉。

3.4 人机工程

夹具工作台是安装夹具单元的平台,其高度和夹具单元安装面与地面的角度决定了工人的操作范围。因此,夹具工作台的高度要根据工厂工人的人机工程图确定,角度要根据车身件的形状和焊点的分布状态确定,使工人在合适的位置操作焊枪,方便焊接操作,并有利于保证焊接质量和提高焊接效率。图6为某工厂站立操作工位工人的人机工程图,深灰色区域为普通工人的最佳操作区域,浅灰色区域为普通工人可以达到、但操作困难的区域,灰色以外的区域是工人无法操作的区域,各部分的区域大小可根据工厂工人的身高范围确定。图6中所标识尺寸的单位为mm,带“*”的尺寸为校核人机工程时需要特别注意的尺寸,以地面为基准,当操作高度<900 mm时,普通工人操作会非常困难;当操作高度>1 000 mm时,普通工人操作时手臂可以自由活动,1 100 mm是普通工人在最佳操作区域内操作时肘关节的最低位置。另外,方框内水平方向标识的150 mm和高度方向的600 mm是工人操作时下肢的活动空间范围,L1和L2是工人的双臂操作宽度范围,当1个工位只有1个工人操作时,L1可取值1 100 mm、L2可取值1 600 mm。由于前盖内板总成件曲面变化不大,因此夹具工作台的操作面可设计为平行于地面,设计者应根据焊接顺序模拟工人的整个动作过程,尽量使工人操作高度在1 000~1 300 mm之间,且工人在焊接和行走过程中不会碰到夹具或车身件。

3.5 前盖内板总成焊接夹具易磨损零件的材料

前盖内板总成焊接夹具在使用过程中,由于频繁地取件和上件,与车身件接触的部位容易磨损,导致夹具精度降低,影响车身的焊装精度。与车身件接触的零件是定位销和型块,为延长其使用寿命,设计时要选用耐磨性好的材料,并根据需要进行热处理。定位销一般采用15Cr Mn,还要对与车身件接触的部分进行硬化处理;与内板接触的型块一般采用45号钢,并对定位夹紧面进行硬化处理。

3.6 夹具装配测量

焊装夹具调试时偶尔会出现夹具定位夹紧面和车身件不贴合的问题,这可能是由冲压件尺寸超差引起的,也可能是夹具上与车身件接触的零件没有调整到理论位置而导致的。在冲压件尺寸合格的情况下,为避免出现这个问题,必须注意以下几点。

a.夹具设计时采用的坐标系要和车身坐标系保持一致。夹具调试时,需要测量定位销和定位夹紧面的位置数据,测量前要先从夹具数模上提取其理论值,然后与实际测得的夹具定位销和定位夹紧面位置的数值对比,并将夹具上零件的位置调整至理论位置。如果夹具设计时采用的坐标系和车身坐标系不一致,从夹具数模上提取的数据要通过坐标系变换转为车身坐标系下的理论值才可以用于测量;如果直接根据夹具数模上的数据调整,可能会与车身件上定位孔和定位夹紧面的理论位置产生偏差,而且坐标系变换过程中由于计算精度的问题也会带来误差。

b.夹具设计时,零件的加工精度和装配精度要和车身件的精度相匹配,避免夹具零件尺寸偏差超出车身件尺寸偏差。

c.夹具装配完成后,要按规定对定位销位置、型块定位面进行测量和调试,将与车身件接触的夹具零件调整到理论位置。

4 结论

a.采用“N-2-1”原理定位被焊接零件时,根据车身件形状对称设置定位夹紧点可减少焊接变形。前盖内板总成上共有23个焊点,分两个工位焊完,其中定位焊工位焊12个焊点,补焊工位焊接11个焊点;

b.前盖内板总成件上的焊点焊接方向均垂直于工作台,因此使用X型焊枪;

c.为前盖内板总成焊枪焊接设计了焊枪导向装置,有利于快速、准确地找到焊接位置和调整焊接角度,保证了焊点质量;

d.对夹具工作台的人机工程进行了校核。结果表明,夹具工作台应平行于地面,操作高度在1 000~1 300 mm之间,且工人在焊接和行走过程中不会碰到夹具或车身件;

e.前盖内板总成定位销可采用15Cr Mn材料,还要对与车身件接触的部分进行硬化处理;型块可采用45号钢,并对定位夹紧面进行硬化处理。

参考文献

[1]陈媛媛,徐浩,魏庆丰.白车身焊接误差原因及控制方法[J].汽车与配件,2014,(23):66-69.

[2]汪文芳.轿车车身尺寸控制与夹具工艺设计分析[D].武汉:武汉理工大学,2010.

[3]庞新福,冯斌,张春斌.白车身试制过程中的焊接质量控制分析[J].汽车工艺与材料,2009,(8):10-12.