【導(dǎo)讀】和普及創(chuàng)造了可能。隨之而來的就是汽車的品質(zhì)的好壞直接影響汽車的銷量，今天的汽。的造型到成為一款好車，白車身的加工生產(chǎn)線就起了很大的比重。會影響到最終的車身質(zhì)量。本文針對RH06左車門總成補焊夾具的具體設(shè)計，簡介焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程；分析了焊裝夾具的設(shè)計原理，與氣動設(shè)計。最后本文提出了設(shè)計不足與對汽車焊裝行業(yè)。焊裝線發(fā)展過程及目前的現(xiàn)狀...

　　

【正文】 夾緊元件標準化設(shè)計 車身裝焊時，為了克服零件的彈性變形和其他外力的影響，保證車身沖壓件的定位基準面與定位塊的緊密配合，必須借助夾緊機構(gòu)對零件施加夾緊力，夾緊力主要用于保持零件裝配的相對位置，保證裝配精度。夾緊機構(gòu)根據(jù)需要可以采用氣動和手動兩種。手動夾緊是利用四連桿機構(gòu)自鎖原理來 實現(xiàn)對工件的夾緊，它不利于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；氣動夾緊是利用壓縮空氣為動力來實現(xiàn)夾緊工作，這種夾緊方式易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和流水線作業(yè)。 夾緊件與沖壓件接觸部分的形狀也是由該位置沖壓件的 CAD 數(shù)據(jù)決定。夾緊件設(shè)計過程中必須要充分考慮到其打開狀態(tài)的寬敞度，便于焊件的裝卸以及工人的操作，同時也要注意相鄰夾具夾緊件的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式不同，其運動過程的軌跡也不相同。在保證正常工作的情況下，盡量將其結(jié)構(gòu)簡單化、統(tǒng)一化。一般氣動夾緊件的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一節(jié)銷形式，通過連接銷軸的位置精度 (177。 )和尺寸加工精度來保證夾緊件的工作 精度。當(dāng)沖壓件斷面形狀復(fù)雜，在水平和垂直方向需要同時定位及夾緊時，為防止夾緊元件在打開過程中與零件發(fā)生干涉，將夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計成兩節(jié)銷形式，并且此時定位板上有限位結(jié)構(gòu)，這時氣缸必須固定安裝，在工作過程中只是氣缸的活塞桿上下移動，而整個氣缸不發(fā)生擺動。若夾緊件與沖壓件接觸部分的傾斜角大于 15176。時，為防止過緊接觸而迫使沖壓件變形，需要設(shè)置限位塊。 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 30 圖 44 標準化工作為夾具的設(shè)計、制造和維修帶來了很大的經(jīng)濟效益。根據(jù)焊裝夾具零部件的結(jié)構(gòu)形狀出現(xiàn)的頻率，可以將夾具零部件劃分為標準件、重復(fù)使用件、 相似件、特殊件并進行不同程度的標準化工作。標準件指那些出現(xiàn)頻率很高，形狀、結(jié)構(gòu)、功能非常典型的零部件或機構(gòu)，如定位銷、支架、檔塊等。將這些零部件或機構(gòu)進行標準化處理，實現(xiàn)夾具結(jié)構(gòu)的通用化和系列化，從而有利于夾具適應(yīng)不同的產(chǎn)品生產(chǎn)要求。 焊裝夾具計算機輔助設(shè)計方案評價 汽車焊裝夾具計算機輔助設(shè)計包括兩個方面的內(nèi)容：一是裝夾方案設(shè)計、夾具元件的選取與布局設(shè)計，即從夾具工程數(shù)據(jù)庫中選取相應(yīng)的夾具元件，對于沒有的元件進行購買或設(shè)計制造；二是夾具設(shè)計方案分析與評價。 夾具計算機輔助設(shè)計很大一部分工作是從夾具工程 數(shù)據(jù)庫中選取夾具元件的過xxxxxxx本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 程，實際上是提出功能夾具需求，尋求滿足相應(yīng)功能夾具元件的過程，也就是夾具功 構(gòu)關(guān)系映射滿足的過程。 夾具設(shè)計過程中，主要根據(jù)零件的焊裝工藝需要，在一定的焊接設(shè)備條件下，按照“ N21”定位原理對所要焊接的零件進行定位和夾緊，限制工件必要的自由度及保證定位的可靠性和準確性。也就是要按照零件的夾持特性要求，選擇合適的夾具元件，在零件的定位面域 (Locating faces，簡稱 LFs)和夾緊面域 (Clampingfaces，簡稱 CFs)中完成對零件的定位和夾緊。這就是對夾具結(jié)構(gòu)最基本“ 功能”的要求。同時，設(shè)計出來的夾具“結(jié)構(gòu)”既要實現(xiàn)上述功能，滿足由零件造型特征、零件焊接工藝和焊接設(shè)備所決定的零件夾持特性的需要，同時還要考慮夾具元件在組裝上的裝配性、拆卸性等的需要。這樣，結(jié)構(gòu)作為功能的實現(xiàn)形式，就存在著一個由“功能”到“結(jié)構(gòu)”的映射關(guān)系。 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟為：①結(jié)構(gòu)單元的匹配與創(chuàng)建，根據(jù)概念設(shè)計階段的功能要求，經(jīng)過功 —— 構(gòu)映射過程，形成夾具的功能單元集合。將其作為相應(yīng)的搜索關(guān)鍵詞，在夾具工程數(shù)據(jù)庫中對所需的結(jié)構(gòu)單元進行搜索，若匹配，則在元件庫中進行搜索，若沒有夾具元件與其功能要求匹配，則 進行專用件設(shè)計，并將專用件及時添加到元件庫中。②結(jié)構(gòu)單元的裝配。在上一步功 構(gòu)映射所形成的描述夾具結(jié)構(gòu)體的功能裝配圖中，記錄并描述了裝配單元的層次關(guān)系、位置關(guān)系和連接關(guān)系。在功能結(jié)構(gòu)裝配圖支持下，尋找各個夾具元件和各個結(jié)構(gòu)單元的表面之間所發(fā)生的各種制約關(guān)系，并通過操作工件、夾具元件和結(jié)構(gòu)單元的各個表面，將它們連接到一起，完成裝配過程，并生成裝配圖。 汽車焊裝夾具設(shè)計分析與評價的目標主要體現(xiàn)為 5 個方面，圖 是可重構(gòu)夾具設(shè)計分析評價目標。可以采用基于語義的多專家模糊評價方法，當(dāng)獲得不同夾具設(shè)計方案的評價值后 ，評價值最大的設(shè)計方案為最優(yōu)設(shè)計方案。然后，根據(jù)這個方案選定所需的夾具元件并進行夾具的計算機輔助設(shè)計。 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 32 本章小結(jié) 焊裝夾具的設(shè)計是汽車焊裝生產(chǎn)實現(xiàn)的關(guān)鍵，焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點決定了其實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計的可能性。車身制件是薄板沖壓件，具有在法向上易變形的特征，必須采用在第一基準面上的定位點數(shù)大于 3的“ N21”定位原理，定位效果不僅取決于定位點的數(shù)量，而且取決于定位點的布置形式。本章提出了焊裝夾具計算機輔助總體控制方案，采用有限元分析法確定車身焊裝夾具的定位點數(shù)量與位置；結(jié)合重慶元創(chuàng)公司的系統(tǒng)開發(fā) ，提出了焊裝夾具計算機輔助設(shè)計的工程數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)；研究了焊裝夾具部件標準化和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提出了焊裝夾具評價目標樹。xxxxxxx本科畢業(yè)設(shè)計說明書 33 第 5 章 國內(nèi)外研究和工程運用現(xiàn)狀 車門焊裝技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀 車門是汽車白車身結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的鋼板沖壓、焊接結(jié)構(gòu)。車門通常是由車門沖壓薄板件經(jīng)過焊接、涂膠、包邊、膠合、固化等工藝裝配而成。其中，焊接作為車門生產(chǎn)中的主要工藝，起著非常重要的作用，而點焊在車門焊接中的應(yīng)用尤其廣泛。以往國內(nèi)車門焊接主要以勞動強度大、生產(chǎn)效率低的懸掛式手工點焊鉗為主， 隨著對汽車產(chǎn)量和質(zhì)量的要求不斷提高，機械化、自動化、柔性化、高質(zhì)量焊接是車門焊接技術(shù)的發(fā)展方向。目前車門焊接生產(chǎn)線都采用柔性生產(chǎn)線以實現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的自動化，工業(yè)機器人大量應(yīng)用于車門柔性焊裝線，其使用不僅提高了零部件生產(chǎn)的自動化水平及生產(chǎn)效率，同時使生產(chǎn)更具有柔性，焊接質(zhì)量也得到了保證。 另外，隨著白車身輕量化與安全要求的不斷提高，大量 輕質(zhì)高強鋼廣泛 用于制造白車身重要的結(jié)構(gòu)件，如車門加強板，這些新材料的特殊物理化學(xué)屬 性給焊接技術(shù)提出新的要求。傳統(tǒng)的氣壓驅(qū)動焊鉗及交變電流焊機由于焊接精 度差、焊接不穩(wěn)定等 缺點已不能適應(yīng)新材料的焊接要求。而由伺服電機驅(qū)動電 極的新型伺服焊鉗能夠精確地控制電極電壓及位移；中頻逆變直流點焊機以其 快速的響應(yīng)速度，穩(wěn)定的電流控制，大大改善了新材料的焊接質(zhì)量，已經(jīng)得到 越來越廣泛地應(yīng)用。 隨著中國汽車市場競爭越來越激烈，這迫使汽車制造商生產(chǎn)出性價比高， 類型多樣，質(zhì)量可靠的汽車來滿足消費者的需要，而做到這一點，采用先進的 汽車生產(chǎn)線是關(guān)鍵，車門的焊接生產(chǎn)線是整個生產(chǎn)線的一部分，也應(yīng)該體現(xiàn)現(xiàn) 代汽車生產(chǎn)的要求。 車門焊裝偏差分析的研究現(xiàn)狀 車門焊裝偏差是車門零件實際焊裝尺寸相對 于理論尺寸的偏差值，受到焊 裝過程中各種因素的耦合影響，伴隨著裝配過程產(chǎn)生、累積和傳播。其偏差是 車門制造綜合偏差的主要來源之一，直接影響車門的開合以及外表面整體尺寸 精度。對于車門焊裝偏差分析，許多學(xué)者開展了大量的研究工作，主要包括兩 個方面。 （一）面向制造的偏差分析。針對制造過程中所出現(xiàn)的尺寸偏差，進行診斷分析以識別偏差的根本原因，從而實現(xiàn)制造過程的偏差控制。針對車門柔性件裝配特點，系統(tǒng)分析了車門裝配偏差的來源，并利用主成 分分析法對測量數(shù)據(jù)進行處理以確定xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 34 偏差來源，從而提出車門偏差一般的診斷 分析方法 。對車門總成質(zhì)量進行了詳細的統(tǒng)計分析，根據(jù)裝配精度 與理論值相比存在的偏差，對工裝夾具進行調(diào)整。把車門裝配 偏差歸結(jié)為三種：零件沖壓偏差，夾具偏差和焊槍偏差，并分析了各種偏差的 產(chǎn)生原理以及減小偏差的方法。分析在線光學(xué)測量機測得的多變量數(shù)據(jù)，提出用于汽車車門裝配過程的偏差識別及分類。對車門總成焊接精度的影響因素進行分析，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析焊接總成、包邊總成 及鉸鏈焊接總成中存在的質(zhì)量問題，提出解決方案并對調(diào)試結(jié)果進行驗證。對車門鉸鏈焊接工藝進行實驗分析，分析焊后殘余應(yīng)力和焊接變形， 為車門焊接變形提供很好的依 據(jù)。 （二）面向設(shè)計的偏差分析。建立數(shù)學(xué)模型模擬零件焊裝過程，分析尺寸偏差在裝配過程中的傳遞原理。隨著基于柔性薄板特性的裝配偏差分析技術(shù)的 深入研究，很多學(xué)者在裝配偏差建模方法上做了一些有效的探索。柔性薄板裝 配是一個形閉合和力閉合的耦合過程，因此將有限元法用于偏差分析成為發(fā)展 趨勢?？紤]了薄板件在焊接裝配中的變形情況，提出了一維偏置梁 單元模型，利用偏置有限元單元分析了一維情況下零件偏差、工具偏差及裝配 順序?qū)ρb配偏差的影響。它的不足之處在于這種模型不能考慮復(fù)雜零件的三維 變形，因此計算精度較差。采用理想 零件有限元模型進行焊裝過程 的偏差分析 。 用實際零件點云數(shù)據(jù)的有限元模型，研究實際柔性薄 板件的裝配偏差。在蒙特卡洛計算方法的基礎(chǔ)上，提出有限元和隨機數(shù) 的方法，對薄板件裝配誤差進行分析。提出了綜合考慮零件結(jié)構(gòu)分析與統(tǒng) 計分析的偏差流理論。又進一步將有限元分析與統(tǒng)計分析相結(jié)合， 提出力學(xué)偏差仿真模型，研究了零件偏差與裝配偏差之間的關(guān)系，并用敏感系數(shù)法克服了有限元分析中直接蒙特卡洛計算量太大的弊端，建立了裝配過程中 偏差敏感系數(shù)矩陣，提高了仿真計算的效率。該模型克服了有限元計算量過大 的缺點，解決了一維偏置梁單 元模型的計算精度問題。提出了數(shù)字薄板裝配方法，分析了確定性定位和偏差分析，對比了在ＥＡＶＳ中所提供的泰勒 級數(shù)展開和蒙特卡洛兩者偏差分析方法的計算方法和優(yōu)缺點。 車門焊裝工藝分析 車門裝配是一項復(fù)雜的系統(tǒng)過程，是將車門薄板件焊裝成分總成，再由分 總成經(jīng)過焊接、涂膠、包邊等工藝裝配成車門總成。因此，探討汽車車門裝配 工藝，對提高車門制造水平有很重要的意義。本章將根據(jù)車門的裝配特點，介 紹主要的裝配工藝（焊接、涂膠、包邊），其中重點分析車門焊接工藝。 車門類型及功能要求 車門是車身上相對獨立的部件，與車身 組成一個有機的整體。車門按開 啟方式分為順開式、逆開式、推拉式、折疊式、外擺式以及上掀式等xxxxxxx本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 類型；按 窗框工藝形式可分為整體窗框車門、獨立窗框車門和無窗框車門。 車門一般都是有車門本體和車門附件組成。車門本體屬于白車身范疇是白車身的重要組成部分，指作為整體未進行涂裝、裝配的薄板焊接總成，包 括車門外板、車門內(nèi)板、各種車門加強板、玻璃導(dǎo)軌等，是實現(xiàn)車門整體造型 效果、強度剛度、可靠性以及工藝性的基礎(chǔ)框架；而附件則是為滿足車門的多 項功能要求，在車身上裝配的零件及總成，包括門鎖系統(tǒng)、車門鉸鏈、車門限 位器、車門玻 璃、車門玻璃升降器、車門拉手、窗簾、車門密封件以及車內(nèi)外飾件等。 車門本體通常是由外板總成和內(nèi) 板總成，經(jīng)過涂膠、包邊、焊接、膠合固化等工藝裝配而成，這樣不但可以提 高車門的強度，而且還可以獲得較高的精度。在生產(chǎn)過程中，車門外板、車門 內(nèi)板和各種加強板首先由各種不同厚度的薄鋼板沖壓成形，然后車門外板和車 門內(nèi)板分別與各種加強板焊接裝配而成外板總成和內(nèi)板總成，其中外板總成一 般由外板和外板加強板等零件焊接而成；內(nèi)板總成一般由內(nèi)板、內(nèi)板加強板、 門鎖加強板、鉸鏈加強板、玻璃導(dǎo)軌、防撞梁等零件焊接而成。 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 36 第 6 章 氣壓傳動 氣缸選擇 由于此工位全部是電阻電焊，且無強磁場干擾和本身壓臂尺寸，選擇 SMC 公司的 CK1A 系列氣缸。根據(jù)實際需要得出的壓臂長度與 CK 系列氣缸參數(shù)選擇相應(yīng)的具體型號氣缸。根據(jù)如下圖和表中 H2 長度、 B 長度和打開角度選擇氣缸行程，同時根據(jù) H2 與 B的比值來選擇缸徑。 圖 61 圖 62 xxxxxxx本科畢業(yè)設(shè)計說明書 37 圖 63 圖 64 圖 65 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 38 氣路操作圖 圖 66 xxxxxxx本科畢業(yè)設(shè)計說明書 39 氣路原理圖 圖 67 上角表格中的按鈕數(shù)目為了保 證現(xiàn)場安裝時候不會出現(xiàn)問題而多定制的按鈕標盤 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 40 第 7 章 結(jié)論與展望 總結(jié) 汽車制造業(yè)是全球性重要支柱產(chǎn)業(yè)，在激烈的市場競爭中，必須根據(jù)市場需求，盡快地制造出客戶滿意的個性化汽車。焊裝是汽車制造的四大工藝之一，焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的快速高效建造是汽車制造業(yè)快速響應(yīng)市場需求的重要條件之一。夾具在汽車焊裝線上占有相當(dāng)大的比例，它的設(shè)計制造精度和進度直接影響汽車的制造精度和生產(chǎn)周期。過去，國內(nèi)汽車焊裝夾具多采用傳統(tǒng)的手工方法進行設(shè)計效率低，周期長，隨著敏捷制造、柔性生產(chǎn)和計算機集成制造系統(tǒng)的逐步實施和采用，傳統(tǒng)設(shè)計方法已不能滿足先進焊接生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的要求。為此，本文結(jié)合生產(chǎn)實際，開展了汽車焊裝夾具的計算機輔助設(shè)計的研究。 汽車焊接夾具的設(shè)計成功 ,提高了焊接的焊接 精度和焊接的可靠性 ,為汽車制造業(yè)打下了良好的 基礎(chǔ)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展 ,各汽車生產(chǎn)廠家對車 身焊裝設(shè)備的要求越來越高 ,而且汽車車身焊接夾 具的設(shè)計與沖壓件、工序件結(jié)構(gòu)及精度關(guān)系極為密切 ,充滿了豐富的特殊性 ,在設(shè)計時 ,除了考慮遵 循一般的規(guī)律性外 ,