【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要步驟，也是比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，定位的好壞可以決定后續(xù)工作的裝配焊接的精度和效率，一旦定位確定，其余的夾具組成部分也大致確定。由于本次設(shè)計(jì)僅僅為汽車座椅內(nèi)導(dǎo)軌的焊接夾具設(shè)計(jì)，與復(fù)雜的車身不同。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，構(gòu)造較規(guī)整，因此定位基準(zhǔn)面的選擇會(huì)比較簡(jiǎn)單。 在確定定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮導(dǎo)軌的技術(shù) 要求和所限制的自由度的數(shù)目，對(duì)于導(dǎo)軌自由度的限制過(guò)程，上文已簡(jiǎn)要敘述。對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)，會(huì)比較容易選擇穩(wěn)定可靠的定位面作為基準(zhǔn)面。由于導(dǎo)軌底部的面積最大，而且與最大面平行的面上分布焊點(diǎn)（如圖 22）。 (a) (b) 圖 22 導(dǎo)軌正面圖與焊點(diǎn)分布 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 因此選擇底部的面為組裝基準(zhǔn)面，在工作平臺(tái)表面（支撐基準(zhǔn)面）與組裝基準(zhǔn)面之間安置墊鐵，以保證焊接過(guò)程時(shí)，導(dǎo)軌不與工作臺(tái)直接接觸，以免對(duì)導(dǎo)軌上的焊 接點(diǎn)焊接產(chǎn)生的焊接熱影響工作臺(tái)。其中應(yīng)注意插入式 F 夾對(duì)其的夾緊力不宜過(guò)大，以免因應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致導(dǎo)軌產(chǎn)生非彈性形變。應(yīng)該注意的是，側(cè)面也有焊點(diǎn)，因此在對(duì)正面焊接結(jié)束后應(yīng)將導(dǎo)軌翻轉(zhuǎn) 90 度，在側(cè)面對(duì)側(cè)面端部進(jìn)行施焊（如圖 23）。所以側(cè)面也可以作為組裝基準(zhǔn)面。 圖 23 導(dǎo)軌側(cè)面圖 圖 24 直角定位件 T60305 本次設(shè)計(jì)采用的定位器是直角定位件 T60305（如圖 24）。用來(lái)作為支撐點(diǎn)限制導(dǎo)軌的自由度，墊鐵、插入式 F 夾 UDN300、多桿夾緊器 GH30290M 都會(huì)對(duì)導(dǎo)軌予以限制，如圖 25 所示（對(duì)各個(gè)定位件的細(xì)節(jié)，第四章會(huì)詳細(xì)說(shuō)明）。 圖 25 需限制的自由度圖樣 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 將導(dǎo)軌定位的過(guò)程中，應(yīng)盡量限制其 6 個(gè)自由度。通過(guò)對(duì)表 21 的查閱可以初步確定所選定位器的自由度限制情況，從而確定定位器的分布。導(dǎo)軌的一端 附近的插入式 F 夾，與墊鐵結(jié)合，可以限制導(dǎo)軌的 ?X 自由度；在其附近與對(duì)應(yīng)的另一端安放直角定位器可以限制 ?X 和 Z? 兩個(gè)自由度；在斷口處再安放直角定位件可以限制 ?Y 自由度；墊鐵與導(dǎo)軌緊密接觸，限制了 YXZ ??、? 三個(gè)自由度。這樣，導(dǎo)軌的六個(gè)自由度全部受到限制，保證其在夾具中處于完全確定的位置。 表 21 工件與自由度限制對(duì)應(yīng)表 工件定位基準(zhǔn)面 定位元件 相當(dāng)支點(diǎn)數(shù) 限制自由度情況 平面 寬敞定位板 3 1 個(gè)移動(dòng)， 2 個(gè)傳動(dòng) 窄長(zhǎng)定位板 2 1 個(gè)移動(dòng)， 1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 定位釘 1 1 個(gè)移動(dòng) 圓柱孔 長(zhǎng)圓柱銷 4 2 個(gè)移動(dòng)， 2 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 短圓柱銷 2 2 個(gè)移動(dòng) 段削邊銷 1 1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 短圓錐銷 3 3 個(gè)移動(dòng) 前后頂尖聯(lián)合使用 5 3 個(gè)移動(dòng)， 2 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 定位器的位置分布的工作大致完成后，還要對(duì)其材料及技術(shù)要求進(jìn)行商榷。其材料類型、表面硬度、尺寸公差及表面粗糙度 aR 要滿足要求。韌性和剛性也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)一些焊接工藝文獻(xiàn) [18]的查閱后可得知：焊接組合件的制造精度一般不超過(guò) IT14 級(jí)，夾具的精度必須高于制作精度至少 3 個(gè)等級(jí)，即不低于 IT11級(jí)。對(duì)于定位元件，其等級(jí)精度需略高一些，可取 IT9 或 IT8 級(jí)。裝焊夾具定位元件的工作表面的粗糙度應(yīng)比工件定位基準(zhǔn)的粗糙度低 1~2 級(jí)。定位元件的表面粗糙度 aR 一般不應(yīng)大于 mm? ，實(shí)際生產(chǎn)中通常取 aR = mm? 。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 由于導(dǎo)軌的焊接夾具組合相對(duì)較簡(jiǎn)單，導(dǎo)軌本身也并非結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作精密的零件，因此對(duì)與導(dǎo)軌頻繁接觸的定位元件表面不要求太高的加工精度和耐磨性，其加工精度和耐磨性適當(dāng)即可。夾具定位元件可選用 4 40Cr 等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金鋼，也可以選用 T T10 等碳素工具鋼制造，并 經(jīng)淬火 — 回火處理，以提高耐磨性。 本章最初簡(jiǎn)單介紹了六點(diǎn)定位原理以及 N21 定位原理，對(duì)定位基準(zhǔn)、定位器的布局與必限自由度進(jìn)行了初步確定，最后對(duì)定位器的材料與技術(shù)要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的選擇與說(shuō)明。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3章 焊接工裝夾具的設(shè)計(jì) 實(shí)用性是指夾具的使用功能，既能體現(xiàn)在技術(shù)性能上的優(yōu)越，又要保證人性化，即整個(gè)工裝系統(tǒng)與人體適應(yīng)，操作簡(jiǎn)便、安全，最大可能的提高工作效率。 眾所周知，焊接產(chǎn)品通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的零 部件結(jié)合而成，為了施焊方便或易于控制焊接變形，本設(shè)計(jì)將裝配和焊接兩道工序分開進(jìn)行，先裝配后焊接，形成永久連接的整體，由于設(shè)計(jì)的夾具是將導(dǎo)軌與其內(nèi)部的部件進(jìn)行固定，因此裝配過(guò)程比較簡(jiǎn)易，結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜。該夾具足可以適應(yīng)這種情況。由于焊接部分無(wú)精度高低之分，因此可以不考慮焊接順序帶來(lái)的影響。 導(dǎo)軌中的焊點(diǎn)較少，且焊縫面積也小，因此不會(huì)因局部受熱產(chǎn)生明顯的焊接應(yīng)力與變形。而且導(dǎo)軌與工作臺(tái)平面平行，焊縫處于平焊位置，較其他位置的焊接相比更容易獲得高質(zhì)量焊縫，幾乎所有焊點(diǎn)都可以在該位置完成，省時(shí)省力。由于導(dǎo)軌的一端需要 與座椅的其他部件焊接，且該處焊縫與其余的焊點(diǎn)在不同的平面上，因此導(dǎo)軌僅需要翻轉(zhuǎn) 90 度就可以使該焊縫同樣處于平焊位置。 為了盡量使夾具符合人性化，導(dǎo)軌可以很容易地放置在定位件和夾緊器組成的系統(tǒng)中，從夾具中取出同樣很簡(jiǎn)單快捷，夾緊器和定位件的位置不與焊接點(diǎn)沖突，且不會(huì)影響導(dǎo)軌安裝，又很適應(yīng)于工人操作，具有協(xié)調(diào)、簡(jiǎn)潔、清晰的特點(diǎn)。 經(jīng)濟(jì)性原則是指用最少的人力、物力、財(cái)力來(lái)獲得最佳的效果。焊接夾具的經(jīng)濟(jì)性一方面取決于工件的復(fù)雜程度，另一方面取決于采用巧妙的部件、精密的結(jié)構(gòu)以及適宜的材料對(duì)焊接夾 具系統(tǒng)的簡(jiǎn)化程度，前者難度不大，而后者則需要巧妙的思維、縝密的設(shè)計(jì)、豐富的經(jīng)驗(yàn)才能做到。汽車座椅內(nèi)導(dǎo)軌本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其夾具構(gòu)造自然清晰明了，在使用材料和部件選擇兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)即可符合經(jīng)濟(jì)性原則。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)及資料的查閱 [18]，可以粗略得出沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 工裝夾具的經(jīng)濟(jì)性公式： 000111 CBAEDCBA ?????? 其中 1A ， 1B ， 1C 分別為采用工裝夾具進(jìn)行焊接、裝配、機(jī)加工等工序的花銷； 0A ， 0B ， 0C 分別為未用工裝夾具進(jìn)行焊接、裝配、機(jī)加工等工序的花銷； D為工裝夾具制造支出； E為工裝夾具制造出的工件數(shù)量。 從經(jīng)濟(jì)的方向來(lái)看，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，在保證工裝夾具可靠性的同時(shí)減少精加工比例和結(jié)構(gòu)重量。因此，本次設(shè)計(jì)采用孔系結(jié)構(gòu)的通用的、標(biāo)準(zhǔn)的工裝夾具組件，專用于單件或小批量生產(chǎn)。（有關(guān)孔系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)詳見第 3節(jié)） 可靠性原則是指夾具在受力時(shí)具有足夠的剛度 和強(qiáng)度，一方面其可以足夠支承工件以及因限制其焊接變形而導(dǎo)致產(chǎn)生于各個(gè)方向的拘束力。另一方面，夾具應(yīng)具備防差錯(cuò)功能，防止操作者因疏忽造成裝配錯(cuò)誤、漏焊、錯(cuò)焊等差錯(cuò)。關(guān)于這點(diǎn)，由于本次設(shè)計(jì)的焊接夾具構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)導(dǎo)軌焊接過(guò)程也無(wú)復(fù)雜工序，所以未對(duì)防差錯(cuò)功能予以設(shè)計(jì)。但設(shè)計(jì)的夾具系統(tǒng)以孔系連接，各部件之間裝配牢靠，絕對(duì)能夠保證正常的夾緊工作，并可以承受各種拘束力。 工裝夾具造型美觀、對(duì)稱乃是在滿足功能使用和經(jīng)濟(jì)許可條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)夾具的變化與統(tǒng)一、穩(wěn)定與均衡、比例與尺度等形式美法則的設(shè)計(jì)也 適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的美學(xué)原則。本次設(shè)計(jì)的焊接夾具在滿足使用的基礎(chǔ)上，使各個(gè)夾緊器、定位件等部件處于對(duì)稱位置，既美觀又得體，既實(shí)用又不會(huì)顯得很突兀。在保證符合人體系統(tǒng)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，使簡(jiǎn)潔的造型富有美感。 工件在夾具中的位置確定由定位和加緊兩個(gè)方面決定，為了能使工件在焊接過(guò)程中保持不動(dòng)，不僅需要定位件，最重要的是夾緊器對(duì)工件的夾緊作用。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 因此，要設(shè)計(jì)出即符合要求又具備以上的原則的夾緊器顯得尤為重要。 典型的夾緊裝置分為三個(gè)部分，力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元 件。其中，力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置，通常是指機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)所用的氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等動(dòng)力裝置。本次設(shè)計(jì)的力源是人力，不涉及復(fù)雜的氣、液、電等啟動(dòng)設(shè)施。因此，力源裝置部分的設(shè)計(jì)可以忽略。緊接著是中間傳力機(jī)構(gòu)，顧名思義，它是將力源產(chǎn)生的力傳遞給夾緊元件的機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是可以改變夾緊力的方向、改變夾緊力的大小、保證夾緊力的可靠性和自鎖性等。本次設(shè)計(jì)的夾緊器中插入式 F 夾靠的是螺旋結(jié)構(gòu)，多桿夾緊器使用的是鉸鏈 — 杠桿機(jī)構(gòu)，兩者既可以改變夾緊力的方向又可以改變夾緊力的大小。最后是夾緊元件，即與工件接觸的部分，是夾緊裝置的最 終執(zhí)行元件，通過(guò)其與工件接觸而完成夾緊動(dòng)作，插入式 F 夾和多桿夾緊器都選用了合適的壓頭作為夾緊元件。對(duì)夾緊裝置的設(shè)計(jì)仍需要將工作特點(diǎn)、定位方式、工藝條件等因素予以綜合考慮。 夾緊裝置按作用力可分為機(jī)動(dòng)夾緊和手動(dòng)夾緊，機(jī)動(dòng)夾緊包括液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、氣液壓傳動(dòng)、電機(jī)傳動(dòng)、電磁夾緊及真空夾緊等；手動(dòng)夾緊僅僅依靠人力，適用于小批和成批生產(chǎn)。因此該設(shè)計(jì)中所用的夾緊裝置選擇手動(dòng)夾緊。夾緊裝置如果按轉(zhuǎn)變?cè)剂閵A緊力的機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單夾緊機(jī)構(gòu)和組合夾緊機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)單夾緊機(jī)構(gòu)包括楔式、螺旋式、 偏心輪式、杠桿式等，組合夾緊機(jī)構(gòu)則是將簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)分別兩兩組合形成復(fù)雜的夾緊機(jī)構(gòu)。其中插入式 F 夾 UDN300（如圖 31）屬于手動(dòng)螺旋式夾緊器，而多桿夾緊器 GH30290M（如圖 32）屬于手動(dòng)第三類鉸鏈 — 杠桿機(jī)構(gòu)夾緊器，屬于組合夾緊機(jī)構(gòu)。 圖 31 插入式 F 夾 UDN300 圖 32 多桿夾緊器 GH30290M 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 首先，對(duì)于插入式 F 夾 UDN300 來(lái)說(shuō)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、拆卸便捷，適用于小批生產(chǎn)，動(dòng)力來(lái)源僅僅依靠手動(dòng)螺旋，由于設(shè)計(jì)了表面光滑、面積較大的夾緊元件，在夾 緊時(shí)不會(huì)破壞工件表面。查表可得其夾緊力可達(dá)到 230kgf，最大開口 300mm，喉深 83mm，質(zhì)量 ，足夠可以勝任夾緊導(dǎo)軌的任務(wù)。對(duì)于多桿夾緊器 GH30290M 來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有足夠的剛性。其夾緊力大小為 2950N，相當(dāng)可靠，不會(huì)破壞導(dǎo)軌