【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 SAB 幾十年如一日地致力于埋弧焊方面的研究。KEMPPI 從 1946 年生產(chǎn)電源起，至今仍專注于逆變電源研究，已創(chuàng)造出了多個(gè)世界第一。通過(guò)與國(guó)內(nèi)外電焊機(jī)廠商的廣泛接觸，印象非常深刻的是：國(guó)外知名企業(yè)都擁有自身的核心技術(shù)及其專有技術(shù)名詞(如我們熟知的 STT、CMT、Power Wave 等)，還有很多新的或我們以前不曾關(guān)注的技術(shù)名詞(如 Force Arc 等)，并都具有 R 標(biāo)識(shí)。由此可見(jiàn)，國(guó)外企業(yè)對(duì)核心技術(shù)及其知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的強(qiáng)烈意識(shí)?？傊?，在上述的三大展會(huì)中，來(lái)自世界各地企業(yè)的形象鮮明，異彩紛呈的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝使參觀者眼界大開(kāi)，同時(shí)也折射出行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)對(duì)焊接技術(shù)的研究非常深入、非常系統(tǒng)，從成套設(shè)備到焊廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 12 頁(yè) 共 42 頁(yè) 接單機(jī)、從焊接材料到焊接輔助機(jī)具……不僅產(chǎn)品外觀精美、色彩協(xié)調(diào)、性能穩(wěn)定、可靠性好，而且技術(shù)特點(diǎn)非常鮮明，這些都值得我國(guó)企業(yè)學(xué)習(xí)與借鑒。可以說(shuō)，以上展會(huì)為國(guó)內(nèi)外焊接設(shè)備與技術(shù)提供了展示的舞臺(tái)，也把國(guó)內(nèi)外焊接設(shè)備與技術(shù)進(jìn)步推向一個(gè)嶄新的階段，更為我國(guó)焊接設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展指明了方向。我們相信，我國(guó)焊接技術(shù)將會(huì)遵循客觀規(guī)律、實(shí)事求是穩(wěn)步地向前發(fā)展，不久的將來(lái)定會(huì)融入世界領(lǐng)先行列。由于要求擋泥板的強(qiáng)度高，因此擋泥板的焊接技術(shù)非常重要，它是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。擋泥板裝焊夾具也正是保證其焊接高質(zhì)量的關(guān)鍵焊接夾具屬于焊接工藝過(guò)程的輔助裝置，在擋泥板大批量生產(chǎn)過(guò)程中，該裝置是必不可少的。它不僅可以提高焊接生產(chǎn)率，而且也是保證焊接產(chǎn)品的尺寸精度重要裝置。焊接夾具沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化，屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的工藝裝備，要根據(jù)具體擋泥板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需求來(lái)自行設(shè)計(jì)與制造。因此,在裝載機(jī)制造過(guò)程中,裝載機(jī)焊裝工藝和焊接夾具的設(shè)計(jì)變得尤為重要。本設(shè)計(jì)為了縮短夾具設(shè)計(jì)的周期，提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率將直接利用 UG 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。UG 軟件可以構(gòu)建整套夾具的全數(shù)字化模型，可對(duì)整個(gè)產(chǎn)品、指定的子系統(tǒng)或零件進(jìn)行可視化裝配分析、檢測(cè), 從而促進(jìn)產(chǎn)品的性能優(yōu)化。與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比，利用 UG 軟件所提供的虛擬裝配功能，能實(shí)現(xiàn)不通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試就可在設(shè)計(jì)過(guò)程中檢測(cè)出零件存在的問(wèn)題大大降低的成產(chǎn)成本。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用從 20 世紀(jì) 60 年代起至今，制造企業(yè)的戰(zhàn)略由資源經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。20 世紀(jì) 60 年代制造企業(yè)追求的是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，70 年代是降低生產(chǎn)成本，80 年代是提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代則是進(jìn)一步加快市場(chǎng)響應(yīng)速度，21 世紀(jì)隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂，企業(yè)必須同時(shí)具備時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)能力、質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)能力、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力和創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)能力才能贏得市場(chǎng)。虛擬制造（Virtual Manufacture）的發(fā)展適應(yīng)了時(shí)代的要求。虛擬制造又稱擬實(shí)制造，它是實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即利用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上模擬出產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程，從而對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工制造、性能分析、生產(chǎn)管理和調(diào)度、銷售及售后服務(wù)做出綜合評(píng)價(jià)，以增強(qiáng)制造過(guò)程各個(gè)層次的決策與控制能力?？梢钥闯?，虛擬制造并不是真實(shí)的制造過(guò)程。它不產(chǎn)生真實(shí)廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 13 頁(yè) 共 42 頁(yè) 產(chǎn)品，不消耗材料和能量，而是利用制造對(duì)象、制造資源和制造過(guò)程的模型實(shí)現(xiàn)制造的本質(zhì)過(guò)程。從虛擬制造概念的提出到迄今為止，它已成為世界各國(guó)科技界、企業(yè)界研究的熱點(diǎn)。世界上許多國(guó)家都將虛擬制造看作是 21 世紀(jì)制造業(yè)變革的核心技術(shù)之一，紛紛從不同方向開(kāi)展研究。美國(guó)拖拉機(jī)公司用虛擬設(shè)計(jì)方法代替常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把原來(lái)從設(shè)計(jì)到定型所需的 69 個(gè)月時(shí)間縮短到不足 1 個(gè)月時(shí)間，而且允許用戶在虛擬環(huán)境下觀察試驗(yàn)（Field Test） ，并在 1993 年獲得虛擬環(huán)境應(yīng)用獎(jiǎng)。近幾年來(lái)，虛擬制造技術(shù)也引起我國(guó)科技工作者的關(guān)注，已開(kāi)展了很多研究工作，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已有幾十家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開(kāi)展虛擬制造技術(shù)方面的研究。國(guó)家 863/CIMS 主題也將“制造系統(tǒng)的可視化、虛擬建模與仿真”確定為研究重點(diǎn)。如今，隨著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)理論和技術(shù)的不斷應(yīng)用，虛擬制造技術(shù)取得了的顯著發(fā)展，虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用成為制造業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)手段。 柔性技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用在 20 世紀(jì) 30 年代到 20 世紀(jì) 50 年代，一般采用自動(dòng)流水線制造設(shè)備，這可稱為剛性自動(dòng)化（Fixed Automation）方式。自動(dòng)流水線設(shè)備的價(jià)格通常相當(dāng)昂貴，如果要改變產(chǎn)品的品種，自動(dòng)流水線需要作較大的改動(dòng)，在投資和時(shí)間方面的耗費(fèi)很大，柔性制造系統(tǒng)的出現(xiàn)改變了這一狀況。由于柔性技術(shù)具有較高的生產(chǎn)率和對(duì)產(chǎn)品及市場(chǎng)的應(yīng)變能力，使其在制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在英國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)等工業(yè)化國(guó)家，柔性焊裝夾具在國(guó)外已成為車身生產(chǎn)線的主要方式，結(jié)構(gòu)上多采用貫通式焊裝生產(chǎn)。貫通式焊裝生產(chǎn)是指工件的定位夾具系統(tǒng)與工位間輸送系統(tǒng)呈分離狀態(tài)，其功能是將工件移送至下一工位。目前,對(duì)柔性?shī)A具的設(shè)計(jì)主要是對(duì)于傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新研究，這類夾具有兩種：1）傳統(tǒng)的槽系組合夾具。傳統(tǒng)的槽系組合夾具的突出特點(diǎn)是組裝靈活多變，使用可靠，盡管它有好的柔性，但是配套元件多而且元件加工精度極高，尤其是夾具裝配和調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，初置費(fèi)用高，生產(chǎn)廠家很少采用，逐漸被冷落。2）孔系組合夾具。這是最新發(fā)展的柔性?shī)A具，它與傳統(tǒng)的槽系組合夾具原理相同只是元件結(jié)構(gòu)和組裝方式不同。該系列元件因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以孔定位，螺栓連接，定位精度高，剛性好，是現(xiàn)代柔性?shī)A具的主流。使用孔系組合夾具可以大幅節(jié)省夾具的設(shè)計(jì)制造工時(shí)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。裝焊夾具廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 14 頁(yè) 共 42 頁(yè) 的柔性設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)方面需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于現(xiàn)有焊接夾具創(chuàng)新研究的同時(shí)，也要在夾具原理和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新研究，尋求原理、結(jié)構(gòu)方面的突破。為此本設(shè)計(jì)將采用孔系組合夾具來(lái)提高焊裝夾具的柔性化。 課題研究的內(nèi)容與設(shè)計(jì)方案本論文主要研究?jī)?nèi)容如下：根據(jù)所在實(shí)習(xí)單位的實(shí)際情況和指導(dǎo)老師的意見(jiàn)，我選擇的課題為“某叉車門架下橫梁焊具(焊接工裝夾具)的設(shè)計(jì)” 。1）門架下橫梁焊接相關(guān)技術(shù)的研究：對(duì)裝焊夾具和它的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求做了詳細(xì)介紹，這兩部分的內(nèi)容是門架下橫梁焊接夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于夾具設(shè)計(jì)的最后目的是為了焊接，因此本文對(duì)門架下橫梁焊接中最常用的電焊技術(shù)做了詳細(xì)介紹。2）對(duì)已完成的三維夾具進(jìn)行二維工程圖的輸出，包括元件的尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注等。3）門架下橫梁的三維夾具設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)首先分析了夾具設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)依據(jù)，并在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)駕駛室結(jié)構(gòu)總結(jié)出夾具設(shè)計(jì)的邏輯結(jié)構(gòu)，以此為設(shè)計(jì)指導(dǎo)，在參照夾具設(shè)計(jì)的一般方法、流程的基礎(chǔ)上，根據(jù)該總成的特點(diǎn)，進(jìn)行了具體而詳細(xì)的夾具設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)焊鉗的設(shè)置原則進(jìn)行了介紹。4）對(duì)已完成的三維夾具進(jìn)行二維工程圖的輸出，包括元件的尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注等：本課題的技術(shù)路線為：廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁(yè) 共 42 頁(yè) 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)定位方式設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各部件設(shè)計(jì)、主要部件的計(jì)算、校核UG 三維建模，虛擬裝配并檢驗(yàn)干涉總體校核是 優(yōu)化設(shè)計(jì)并編寫說(shuō)明書(shū)否 制定總體方案5）外門架下橫梁焊具及焊接技術(shù)的研究：在對(duì)外門架下橫梁裝焊夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)外門架下橫梁結(jié)構(gòu)熟悉，也要知道裝焊夾具的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也要對(duì)常見(jiàn)的焊接技術(shù)有所掌握，這樣才能在對(duì)裝焊夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不強(qiáng)化或弱化任何相關(guān)因素。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁(yè) 共 42 頁(yè) 2 外門架下橫梁概述外門架下橫梁是裝載機(jī)車身的一個(gè)輔助的組成部分，它的質(zhì)量影響著叉車使用中的方便性能，由若干個(gè)小的分總成組成，最后將各分總成焊接在一起形成門架下橫梁。門架下橫梁焊接材料主要是 Q345。它們可焊性好, 適宜大多數(shù)的焊接方法, 但由于不是`很厚的板, 因而剛性差、易變形。在結(jié)構(gòu)上, 焊接散件具有空間曲面, 形狀、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。除存在因剛性差而引起的變形外, 還存在回彈變形。 裝焊夾具概述體的過(guò)程稱為裝焊過(guò)程。裝焊夾具沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)化，均屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的工藝設(shè)備，是根據(jù)具體各車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需要來(lái)裝焊夾具定位機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)支撐機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力源限位機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)件圖 21 裝焊夾具組成由圖 21 可見(jiàn)，一般的裝焊夾具由定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力源、限位機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)件組成。 裝焊夾具的特點(diǎn)1）門架下橫梁裝配焊接夾具的定位方式、定位元件形狀復(fù)雜。門架下橫梁裝配焊接夾具由于門架下橫梁零件有三維空間曲面，他們形狀較簡(jiǎn)單，但剛性差，易變形。在夾具中定位時(shí)往往要合理的取門架下橫梁特定的面，定位孔的首選應(yīng)是產(chǎn)品圖的基準(zhǔn)槽。廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁(yè) 共 42 頁(yè) 2）門架下橫梁外形較簡(jiǎn)單，有三維空間面,尺寸較大,裝焊夾具的定位往往采用過(guò)定位的設(shè)計(jì)以保證在裝焊部件時(shí)的正確性，盡量減少產(chǎn)品焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接變形；3）一般情況下，門架下橫梁裝配焊接夾具中的夾緊裝置通常采用手動(dòng)裝置。夾緊裝置的位置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需合理、精確、牢靠。4）門架下橫梁裝配焊接夾具設(shè)計(jì)時(shí)要充分分析各零部件，考慮定位、定位裝置、夾緊裝置、輸送裝置及焊槍、焊鉗之間的干擾問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員必須充分考慮沖壓件裝配焊接前后取出等一系列的干涉問(wèn)題，如定位裝置、夾緊裝置之間的干涉；焊槍、焊鉗與定位裝置、夾緊裝置之間的干涉。 焊接概述由于組成門架下橫梁的鋼板為 30mm 左右，為提高焊接生產(chǎn)率，提高焊接強(qiáng)度，生產(chǎn)中以二氧化碳保護(hù)焊工藝為主。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的要求所以在本夾具將采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的技術(shù)。保護(hù)焊是利用氣體作為保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱來(lái)熔化金屬和焊絲形成焊縫的一種電弧焊方法。焊具有下列優(yōu)點(diǎn)：1）生產(chǎn)效率高，節(jié)省電能。 氣體保護(hù)焊的電流密度大，可達(dá) 100~300A/，因此電弧熱量集中，焊絲的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，同時(shí)焊后不需要清渣，所以能夠顯著提高效率，節(jié)省電能。2）焊接成本低。由于 氣體和焊絲的價(jià)格低廉，對(duì)于焊前的生產(chǎn)準(zhǔn)備要求不高，焊后清理和矯正工時(shí)少，所以成本低。3）焊接變形小。由于電弧熱量集中、線能量低和 氣體具有較強(qiáng)的冷卻作用，使焊件受熱面積小。特別是焊接薄板時(shí)，變形很小。4）對(duì)油、銹產(chǎn)生氣孔的敏感性較低。5）焊縫中含氫量少，所以提高了焊接低合金高鋼抗冷裂紋的能力。6）熔滴采用短路過(guò)渡時(shí)可用與立焊、仰焊和全位置焊接。7）電弧可見(jiàn)性好，有利于觀察，焊絲能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)焊接線，尤其是在半自動(dòng)焊時(shí)可以較容易地實(shí)現(xiàn)短焊縫和曲線焊縫的工作。8）操作簡(jiǎn)單，容易掌握。焊具有下列缺點(diǎn)：廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 18 頁(yè) 共 42 頁(yè) 1）與手弧焊相比設(shè)備較復(fù)雜易出現(xiàn)故障，要求具有較高的維護(hù)設(shè)備的技術(shù)能力。2）抗風(fēng)能力差，給室外焊接作業(yè)帶來(lái)一定苦難。3）弧光較強(qiáng)，必須注意勞動(dòng)保護(hù)。4）與手弧和埋弧焊相比，焊縫成形不夠美觀，焊接飛濺較大。3 外門架下橫梁的三維夾具設(shè)計(jì)本文將詳細(xì)闡述利用 UG 三維軟件進(jìn)行裝焊夾具的設(shè)計(jì)。本課題的夾具設(shè)計(jì)目標(biāo)為：針對(duì)“外門架下橫梁” （待焊工件）的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)相應(yīng)的裝焊夾具，以便將待焊工件定位進(jìn)行焊接。外門架下橫梁是叉車車身的一個(gè)組成部分。本工序是將完成的各個(gè)部分零件焊接在一起，形成外門架下橫梁。本文討論的夾具設(shè)計(jì)已經(jīng)制造完畢并調(diào)試使用，并且使用狀況良好。 焊接夾具設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)門架下橫梁是較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，為了改善產(chǎn)品質(zhì)量，必須將設(shè)計(jì)與制造聯(lián)系在一起。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q代和老產(chǎn)品改進(jìn)的需要。對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行裝焊夾具的設(shè)計(jì)，由于設(shè)計(jì)結(jié)果往往不止一個(gè)，當(dāng)一個(gè)夾具設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生之后，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行分析，以確保設(shè)計(jì)的合理性，如圖 31 為夾具分析與評(píng)價(jià)指標(biāo)框圖：圖 31 分層次的說(shuō)明了夾具綜合分析評(píng)價(jià)的指標(biāo)，具體說(shuō)明如下：裝夾可靠性的評(píng)價(jià)依據(jù)為：零件能否被可靠的夾緊，在焊接時(shí)夾具能否防止零件產(chǎn)生變形；夾具結(jié)構(gòu)的開(kāi)敞性、焊鉗的可達(dá)性、夾具上各種器件的干涉性，工件裝上、卸下的方便性等。裝夾精度滿足情況的評(píng)價(jià)依據(jù)為：夾具的加工精度，零件的定位方式，定位件的加工精度、剛度和耐磨性，定位件之間的間距，定位件能使焊鉗伸縮的余量等。強(qiáng)度和剛度滿足情況的評(píng)價(jià)依據(jù)為：夾具的材料和結(jié)構(gòu)形式，夾具設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算結(jié)果，夾具承受重力和因焊件變形所引起的各個(gè)方向的力的情況。廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 19 頁(yè) 共 42 頁(yè) 焊接夾具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)功能滿足情況可制造性裝夾的可靠性裝夾精度滿足情況剛度滿足情況防變形情況夾具元件標(biāo)準(zhǔn)化程度非標(biāo)準(zhǔn)夾具元件可加工性制造時(shí)間制造成本可裝配性 圖 31 夾具分析評(píng)價(jià)指標(biāo)框圖在確定了夾具分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)后，便可以根據(jù)這些依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)焊具了。 焊接夾具典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝焊夾具常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)包括定位元件和夾緊元件。夾具常用定位方式有孔、型面定位兩種，夾緊機(jī)構(gòu)有手動(dòng)，氣動(dòng)兩種夾緊方式，由于外門架下橫梁的面較簡(jiǎn)