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1、烟台大学毕业论文(设计)目录第一章 绪论11.1课题背景11.2国外概况和焊装夹具目前发展状况11.3 本文主要研究内容2第二章 汽车焊装夹具整体方案设计32.1焊装夹具简介32.1.1焊装夹具基本概念32.1.2夹具的定位原理32.2 CD柱内板总成设计分析42.2.1 CD柱内板总成各部分简介42.2.2 CD柱内板总成自由度的限定62.2.3 CD柱内板总成各夹具简介6第三章 焊装夹具设计73.1焊装夹具设计流程73.2 夹具设计的文件管理83.2.1 文件目录命名83.2.2 文件命名83.3 焊接夹具结构组成和断面形状83.3.1焊装夹具的结构组成83.3.2 主要控制断面形状（MC
2、S）93.4 U02焊接夹具设计113.4.1 PNL截面113.4.2 压块设计123.4.3 定位块的设计133.4.4 压板的设计143.4.5 连接板163.4.6 U02夹具运动分析183.4.7 气缸的选择验证193.5 U01工位焊接夹具设计203.6 U11和U12工位焊接夹具设计213.7 P03工位单独固定销设计243.7.1 销支架设计243.7.2 连接块的设计253.7.3 支架的设计263.8 绘制工程图27第四章 总结30致谢31参考文献32第一章 绪论在我国汽车行业不断蓬勃发展，国产汽车品质也越来越高。同时为了提高汽车产量，增加汽车车身焊接效率，我国汽车行业对汽
3、车车身自动焊接夹具的需求正在不断增长。汽车车身的加工是通过冲压、焊接、涂装和总装进行生产的，焊接作为四大工艺之一，在汽车设计和生产占据主要部分，同时汽车车身的焊接关系着汽车整体车况的稳定性和安全性，在用户不断追求安全舒适的激烈竞争情况下，汽车焊接在四大工艺中扮演着越来越重要的角色。汽车焊接夹具的设计在焊接工艺中占着十分重要的作用，焊装夹具的设计布局是保证焊接完整高效进行的保证。本文基于CATIA软件,结合烟台宇信科技有限公司的北汽福田汽车项目的侧围CD柱后轮毂进行焊接夹具的设计，同时运用虚拟的设计，再结合夹具设计的标准和优化夹具设计理念对侧围CD柱后轮毂进行焊接夹具规划和设计。1.1课题背景汽
4、车行业在我国飞速增长，已经成为我国经济支柱之一。特别是在烟台市经济中汽车行业占据了很大部分，是烟台经济发展的中流砥柱。我国大型汽车制造商早也在十几年前就开始了自主研发的车型和生产线。北汽、一汽、比亚迪、奇瑞和上汽等都有自主研发的汽车焊装生产线。然而随着人们对汽车的需求不断改变加快了汽车厂商对型号和种类的不断研发和更新。在进行更改汽车型号和种类的同时需要改造新型汽车焊接生产线，焊接生产线在汽车厂商投入在占很大的比重，而在生产线中焊接夹具占用很大的比例，而且焊接夹具设计水平的高低严重关系到汽车生产的效率、质量和产量。车身整合焊装是汽车车身制造的关键部分，它是将已经冲压成形的车身零件在夹具上定位夹紧
5、后，通过点焊、凸焊、CO2保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配成为白车身的过程。目前国内汽车厂商除了几家大型企业和合资汽车生产商使用自动焊装夹具以外，大多是国内汽车厂商依然是人工操作操作模式，不仅效率低，而且生产的汽车的品质参差不齐，生产的产品标准化程度较低。在日益竞争激烈的汽车行业中，国内厂商和国际大型汽车制造厂商焊接装备水平相比差距逐渐变大。传统的汽车焊接方法和夹具己不能满足不断更新换代的市场的要求,因此各汽车制造商在进行各自的汽车制造中积极引进和研发先进的焊接生产线和夹具来适应这种市场的需求。1.2国外概况和焊装夹具目前发展状况自从上世纪二十年代福特汽车公司开发出世界上第一条汽
6、车生产流水线开始,汽车制造行业从手工进入半自动模式以来，世界各大汽车厂商不断对生产线进行更改和优化。到上世纪七八十年代,丰田汽车开发了第一条柔性生产线，可以使一条生产线适用于多个品种的汽车生产优线随后出现了自动化制造模式和混合制造模式等。目前，国际大型汽车制造商已开始了全自动焊装生产线，在意大利、德国、美国等制造业发达的国家已应用工业机器人的柔性自动化。在焊接方面国外大多使用关节式点焊机器人，在汽车零部件如汽油箱、消音器等国外厂商也已实现自动化与机器人焊接。在世界上竞争愈加激烈的汽车市场，在不断跟新产品适应社会需求的同时改变焊接现状是必不可少的步骤。自动化柔性生产系统越来越多的应用于汽车生产中
7、。在现在的汽车焊接夹具的发展状况下主要有两大特点：（1）汽车车身焊接夹具朝着智能化、全自动化趋势发展；（2）汽车车身焊接夹具在柔性化方面有全面普及的趋势。1.3 本文主要研究内容本文以北汽福田汽车项目U201左/右C、D内板总成焊接夹具设计为基础，对焊装夹具运动机构进行分析，并对侧围C、D内板总成工位焊接夹具设计方案进行深入探讨和优化。第二章 汽车焊装夹具整体方案设计2.1焊装夹具简介2.1.1焊装夹具基本概念焊装夹具是指焊装过程中所使用的夹具。在汽车生产中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。图2-
8、1 某焊装夹具2.1.2夹具的定位原理在焊接过程中，每一个焊接件所放置的位置是不能保证一致的。即使对同一批要进行焊接的焊接件来说，也不能确保每一件都放在同一个位置，各焊接件本身的差异和各工件的位置、倾斜角度也是不一致的。由于焊接件位置的这种不确定性，同时要满足限定自由度。在工艺学中使用空间直角坐标轴分为6个自由度，沿三坐标轴的移动自由度和绕三坐标轴的转动自由度。未进行自由度限定的焊接件可以看做一个刚体，是无法进行加工焊接的，为保证焊接件最后的焊接精度和质量，必须对焊接件进行自由度的限制。汽车焊装夹具和普通机床夹具的形式和理论虽然是相似的。但普通的夹具定位在设计时一般采用6点定位原理,即通用的一
9、面两销的定位原理，完全定位即可。然而在进行汽车焊装夹具设计的定位时，不能采用普通的标准。汽车车身是空间曲面，简单的6点定位不能保证焊接件的定位精度。在汽车车身夹具定位时应使用过定位，即所谓的“ N- 2 - 1”定位原理。它是指在进行选定的基准面上进行斯能够第一基准面上所需的定位点数为N(N3)，第二、第三基准面所需的定位点为 2 个和 1个。 第二、第三基准面的2 个和 1 个定位点是完全足够的 ,在实际的焊接生产线中很少有力会作用于第二和第三基准面，通常不必考虑第二。第三基准面的刚度和强度。在生产线中以焊接件的平面作为定位基准进行自由度的限制是最常见的一种形式。在进行焊接夹具设计定位的时候
10、，可以以焊接件表面接触的情况进行分析。通过焊接件表面接触的面积大小，接触点的数目多少。进行确定在设计夹具时所采用的形式：夹紧装置还是支承件。一般当接触面积较大，或接触位置较多和平面相似时，限制工件3个自由度，两个旋转自由度和一个移动自由度。第二个基准一般是以工件的圆柱孔来进行定位，主要通过定位销来实现，一般采用短销进行限定两个自由度，两个移动自由度，第三个基准同样是采用定位销进行定位，和第一个进行配合限定一个旋转自由度。在夹具进行定位时一般较少采用长销进行定位，防止气缸夹紧时产生较大的力对销产生破坏，影响定位效果。2.2 CD柱内板总成设计分析2.2.1 CD柱内板总成各部分简介图2-2 CD
11、柱内板总成的三围造型北汽福田汽车项目的CD柱内板总成如图2-2所示，是由左C柱内板总成、左后轮罩总成和左C、D柱内板总成焊点组成。图2-3，2-4显示左C柱内板总成和左后轮罩总成的夹紧，支承位置。图2-3 左C柱内板总成图2-4 左后轮罩总成北汽福田汽车项目的CD柱内板总成焊接装配的零件有多个，它们的装配和焊接应按工艺要求的顺序逐步进行，定位和夹紧是分别单独的或是一批批联动的进行，故在设计CD柱内板总成焊接夹具时应充分考虑这一点。2.2.2 CD柱内板总成自由度的限定通过工艺学和力学原理，在汽车车身装焊夹具设计时，至少需确保限制6个自由度，三个坐标轴方向自由度，三个选择自由度。紧靠焊接夹具的定
12、位夹紧装置，是不足以限制6个自由度，不能解决定位问题。在这种情况下需要观察焊接件的特点，依靠焊接件之间面接触相互制约的关系来解决自由度的问题。所以要完全解决限制自由度的问题，要了解焊接件的特点，是否容易产生变形，刚性问题。在此同时熟悉焊接夹具的基础知识。在适当的位置，采用恰当的夹紧定位的夹具，才能做出最适合此种车型的车身焊接夹具。针对车身这种特殊结构，支承是必不可少的部件，汽车车身焊接件本身自重比较大，却车身对焊接精度要求较高，在没有支承夹具的情况下，会由于夹紧力和自重的影响下产生变形。 C、D柱内板总成，同样使用焊装件的相互制约关系。在左C柱内板总成中已两冲压的白车皮接触的平面作为第一基准面
13、，限制三个个自由度，然后通过定位销P01和P02限制C柱内板总成的旋转和移动，完全定位。同样在左后轮罩总成中除了平面进行定位外，通过P03和P04的定位销进行定位，限制三个自由度确保左后轮罩总成能完成定位。2.2.3 CD柱内板总成各夹具简介CD柱内板总成是用冲压形成的薄板进行焊接而成的，虽然有一定的刚性，但相对机械加工来说单个较大的冲压件是很容易变形的，所以在进行CD柱内板总成的焊接时应进行设计较多的夹紧和支撑焊装夹具。在保证焊接顺利完成的同时，尽量不要使冲压件产生变形。CD柱内板总成共有20个夹紧支撑位置(U01-U20),4个定位孔(P01-P04)。在U01到U20定位位置中，U02、
14、U11、U12、U13和U15用于安装支承夹具，在焊接时支撑焊接件，防止在焊接过程中焊枪和焊接件自重对焊接件造成变形，影响产品质量。4个定位孔通过设计的定位销，P01和P02定位销用于左C柱内板总成的定位，而P03与P04定位销限制左后轮罩总成的自由度。由于任务分配本文中仅对U01、U02、U11、U12以及P03位置的夹具设计。第三章 焊装夹具设计3.1焊装夹具设计流程建立内板总成装配文件调入总成零件文件设计定位方式通过草图或建模绘制定位部件完成所有零件定位部件绘制连接板辅助零件部件之间是否干涉设计拼台基板焊枪是否干涉完成夹具控制系统安装完成部件二维图纸设计准备完成是否是否图3-1 设计流程
15、图3.2 夹具设计的文件管理3.2.1 文件目录命名1、项目名GA存放本工位夹具总图；2、项目名LJ存放本工位夹具单元及其零件；3、项目名PNL存放本工位设计用PNL；4、项目名STD存放本工位设计用标准件、外购件、国标件；5、项目名2D存放本工位各套夹具2维工程图；6、项目名UNIT存放本工位PNL截面。3.2.2 文件命名1、加工件:项目代号工位号零件序号：如RPI20-01-01 代表 RPI20工位的U01的01号零件；2、标准件:名字与标准件一致；3、外购件:名字与外购件一致。3.3 焊接夹具结构组成和断面形状3.3.1焊装夹具的结构组成汽车焊装夹具设计属于专用夹具设计的范畴，虽然各类车身焊接夹具的结构形式、复杂程度和零件数量不同，但是其基本组成结构是类似的，一般由压块、定位块、压板和压连接板成。1、定位块定位块是夹具的重要结构。定位块的位置及形状是由焊接件的选用的位置形状所决定的，她是焊接夹具与焊接件相接处的结构。形状表面和尺寸精度直接影响
