《【开题报告】中立柱内加强板分总成焊接工装夹具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【开题报告】中立柱内加强板分总成焊接工装夹具设计（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计（论文）开题报告题目 中立柱内加强板分总成焊接工装夹具设计专 业 名 称 焊接技术与工程班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 熊震宇填 表 日 期 2013 年 4 月 2 日目 录1 选题依据及课题意义12 国内外研究概况及发展趋势12.1 车身焊装简介12.2 车身定位特点32.3 国内外汽车焊装夹具设计研究现状4柔性夹具5焊装零件的快速设计及标准化5焊装零件数据库及参数化设计5气缸的分析计算7夹具的运动模拟仿真及有限元分析7夹具的精度及误差分析7夹具的控制82.4 发展趋势83 研究内容及实验方案83.1 研究内容83.2 实验方案104 目标、主要特色及工作进度104
2、.1 目标104.2 特色104.3 工作进度10参考文献111选题依据及课题意义汽车制造业是全球性重要的支柱产业，中国汽车工业也进入了一个快速制造，群雄逐鹿的时代，随着人民生活水平的日益提高，在未来五至十年将是SUV（多功能运动型）车型的市场。汽车制造业是一个国家工业发展水平和科学技术发展水平的标志，其预研、生产、销售、售后，与国民经济许多部门息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要的推动作用。近几年来，汽车市场逐步向个性化趋势发展，人们不再看好大众化的汽车车型，竞相追逐个性化、多功能车型。因此，小批量、多车型在市场倍受青睐。使得汽车产品的更新换代步伐不断加快，汽车新产品的研发和制造周期
3、越来越短。这给我国汽车制造企业带来了新的挑战和机遇，同时也对企业竞争力提出了更高的要求。为了提高自身竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化做出快速敏捷的反应并及时地对自身的生产做出合理的调整与重新规划来降低成本，提高生产产品质量，尽快的让符合消费者要求的汽车产品投放市场1。汽车制造分为发动机、车身、地盘、车内装饰及电子系统几个部分。而汽车车身焊接工装夹具是整个车身制造的核心，它包括合件、分总成和车身总成的夹具，焊接工装夹具的精度高于冲压件的精度，是保证车身精度和质量的重要环节，其主要作用是确保汽车车身焊接件形状、尺寸、精度符合产品图纸技术要求，焊装夹具的设计制造精度、速度和自动化程度直接影响汽
4、车的生产效率、规模和质量。汽车车身制造的效率高、数量多、夹具使用频繁，所以在焊接工装夹具设计过程中，要保证一些定位元件，如销、定位面的可更换性，或者设计调整垫片来保证夹具的精度。另外基于UG平台的三维模型设计能够有效地减少夹具设计的周期，大大提高了效率，减少了成本，而且利用UG的动态模拟与仿真可以有效地检查机构运动是否干涉，利用工程分析模块可以准确的重要部位进行强度、应力分析。这些都提高了焊接夹具的可靠性。2国内外研究概况及发展趋势2.1车身焊装简介汽车车身焊装生产线是汽车白车身全部成型工位的总称，汽车焊装总成主焊线分为：车身骨架、地板、前围、后围、侧围和顶盖焊接总成；每个部分总成又由组成该部
5、分的若干零件的焊装支线和工位组成。每个工位由许多定位夹紧夹具、自动焊接装置、检测装置以及供电供气供水装置组成。线间、工位间通过搬送机、机器人等搬送设备实现上下料和零部件的传送，以保证生产线内各工位工作的连贯性。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结合成整体的过程称为焊装过程。该过程中所使用的夹具称为焊装夹具，焊装夹具包括焊接装置、装配装置、以及引导焊枪与工件的导向装置；焊装夹具能将工件迅速精确的定位并在所定位的位置上进行焊接装配，是焊装生产线上的关键的工艺设备。图1 汽车分总成焊装夹具夹具的制造按系统规划重排、重复利用、更新模
6、块或零部件的方式，快速调整制造过程、制造功能和制造能力的新型制造方式。可重构制造系统是基于现有的或可获得的新设备和其它组元的新一代制造系统。焊装夹具结构可重构化设计是将焊装夹具中普遍具有不同功能的元件，如定位块、压块、连接板、转臂、支架等抽出来，预先设计成通用的一系列标准化元部件，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。对焊装夹具零部件进行标准化、通用化、系列化是该设计方法的关键。夹具重构设计主要靠设计者的设计经验和组合水平。从汽车焊装夹具的结构上来讲，焊装夹具设计主要有分体式定位夹紧与整体式定位夹紧两种设计理念。分体式设计是将焊接夹具中普遍具有不同功能的元部件，如定位
7、块支架、压紧块支架、导向座、工作台、工作台支承架等抽出来，预先设计成通用的标准化系列元部件；在设计时，设计者根据需要，调用这些元部件进行装配组合构成一套夹具。整体式设计不用把这些零部件拆分，直接整体设计整体制造。用于较高的加工精度条件下，加工出整体式的定位夹紧结构不需要或需要很少的调整就能达到生产精度要求，国外一些先进的汽车制造公司所用的汽车焊装夹具就是采用的整体式结构。分体式结构中的定位夹紧部件可更换、调整以用于不同的焊接场合，而整体式结构在这方面的灵活性就要差很多，也不适合我国汽车的加工生产现状。因此，焊装夹具的设计主要还是采取分体式定位夹紧的设计理念2。汽车焊装夹具有很多种类，分类方式也
8、各不相同，从夹具的工作范围分类包括通用夹具和专用夹具；从夹具本身构造分类包括移动式夹具、固定式夹具和悬挂式夹具；从用途分类包括装配用夹具、焊接用夹具、装配焊接夹具、检验用夹具和其他夹具；从动力源分类包括混合式夹具、真空夹具、磁力夹具、液压夹具、气动夹具和手动夹具。图2 汽车焊装夹具的分类2.2车身定位特点白车身都是由一些薄板冲压件的零件、合件、分总成最后焊接总成。焊接件为薄板冲压件时，其刚性较差，容易变形，如果仍然按刚体的六点定位原理，即3-2-1定位，工件就可能因自重或夹紧力的作用，定位部位发生变形而影像定位精度。此外，薄板焊接主要产生波浪变形，为了防止变形，通常采用比较多的辅助定位点和辅助
9、夹紧点以及过多的依赖于冲压件外形定位。因此薄板焊接工装与普通夹具有显著的差别，不仅要满足精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易变形和制造尺寸偏差较大的特征，在第一基面上的定位点数目N允许大于3，即采用N-2-1定位原理3。上海交通大学根据N-2-1定位原理，针对汽车车身覆盖件的焊接夹具设计，提出夹具优化设计的算法，即利用有限元分析和非线性规划方法找到最优的“N”定位点，以使薄板冲压件的总体变形最小。汽车焊装夹具与一般的焊装夹具一样，其基本机构也是由定位件、夹紧件和夹具体等组成，定位夹紧的工作原理也是一样的。但由于汽车焊接结构件本身形状的特殊性，气焊装有如下特点。1)汽车焊装构件是一个外
10、形复杂的空间曲面结构件，并且大多是由薄板冲压件构成，其刚性小、易变形，装焊是要按其外形定位，因此定位元件的布置亦具有空间位置特点，定位元件一般由几个零件所组成的定位器。2)汽车构件的窗口、洞口和孔较多，因而常选用这些部位作为组合定位面。车身焊装夹具大都以冲压件的曲面外型、在曲面上经过整形的平台、拉延和压弯成型的台阶、经过修边的窗口和外部边缘、装配用孔和工艺孔定位，这就在很大程度上决定了它的定位元件形状比较特殊，很少能用标准元件。3)汽车生产批量大，分散装配程度高，为了保证互换性，要求保证同一构件的组合件、部件直至总成的装配定位基准的一致性，并与设计基准尽量重合。4)由于汽车生产效率高，多采用快
11、速夹紧器，如手动铰链-杠杆夹紧器、气动夹紧器和气动杠杆夹紧器。5)汽车焊装夹具以专用夹具为主，随行夹具与机械化、自动化程度高的汽车焊装生产线相匹配。6)汽车车身焊接一般采用电阻点焊和CO2气体保护焊，焊装夹具要与焊接方法相适应，保证焊接的可达性和夹具的敞开性4。2.3国内外汽车焊装夹具设计研究现状国内外汽车焊接工装夹具设计到现在已经发展到了短周期，快速设计制造的阶段了，设计过程中主要研究柔性组合工装夹具；焊装零件的快速设计及标准化；焊装夹具的精度及误差控制；气缸的计算及程序化设计；基于软件的夹具数据库管理及参数化设计；基于软件的夹具设计、运动仿真及有限元分析法；以及夹具的控制。焊装夹具设计对整
12、个车身的质量起着非常重要的作用。2.3.1柔性夹具在汽车柔性组合夹具设计上，吴玉光等分析了组合夹具设计的几何原理，并根据3个定位销和工件轮廓边界的几何关系，提出将工件装卸运动分为平移装卸运动和旋转装卸运动两种运动形式，并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点概念，进行定位方案的装卸可行性分析和定位质量分析。根据对3个定位销的反作用力之间的几何和力学分析，进一步提出瞬心三角形概念和同向边概念，并利用这些概念进行工件的可夹紧性分析，确定工件边界的可行夹紧边范围5。唐介正总结了柔性气动夹具的减小焊接过程中产生的拘束应力；动力来源方便，压缩空气本身具有弹性，能满足柔性焊接的要求；简化了夹具结构等优点6。
13、2006年S. Arzanpour等用一种专用软件系统来对三维柔性夹具进行开发和测试，以优化重新配置过程并获得了实际进展7。2.3.2焊装零件的快速设计及标准化在柔性组合夹具的研究基础上，要实现焊装生产线快速成型，则要实现焊装零件的快速设计及标准化。郝静华在工装夹具的零部件设计中分析形状误差和位置误差对工装夹具、零部件使用的影响，提出正确选择形位公差和合理确定公差值直接影响工装夹具的制造精度、被加工件的使用要求及被加工件的工艺要求8。杨伟提出了零件夹具设计的经济型、柔性化、精确性、重复性、耐用性等方法原则9。刘跃庆等摘通过对汽车车身焊接夹具零件设计的一般规律进行探讨，提出了在焊接夹具设计中所应
14、该遵循的基础条件。因为汽车车身焊接夹具的设计与冲压件、工序件结构及精度关系密切相关10。2.3.3焊装零件数据库及参数化设计汽车焊接工装的快速制造及零件的标准化，就要建立企业自己的夹具设计数据库，并对相关标准零件进行参数化设计，就会大大缩短夹具设计周期。参数化技术是当前CAD技术重要的研究领域之一，它是指通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动，其中进行驱动所需的几何信息和拓扑信息由计算机自动提取。在设计过程中，系统自动地捕获用户的设计意图，并把各个设计对象以及对象之间的关系记录下来，当用户修改图纸中的设计参数时，系统能自动地更新图纸，使图
15、纸中反映的用户设计意图和设计对象之间的关系依旧可以维持。参数化设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸的关系，参数与设计对象的控制尺寸有显然的对应，设计结果的修改受尺寸驱动的影响，所以也称为参数化尺寸驱动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，极大的改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，体现出的应用价值，能否实现参数化目前已成为评价CAD系统优劣的重要技术指标。因此，对参数化设计方法的理论与应用技术进行研究有着重要的现实意义和实用价值。张荣生介绍夹具单元的参数化在汽车焊装夹具设计中的运用，用参数化的设计建立夹具单元的模块化，以降低设计强度，缩短设计时间，提高设计效率。建立焊装夹具的模块化库，有利于夹具设计结构、设计经验的积累，从而为设计更好更高水平的焊装夹具提供支持11。王华侨根据组合夹具元部件的构成特点，采用参数化造型的方法对夹具元部件进行了三维造型，以VisualFoxpro6.0为数据库平台，研究和开发了夹具元部
