【正文】 。 另外還要感謝我的合作伙伴，所謂“單絲不成線，孤 木不成林”他們?cè)谖矣龅嚼щy時(shí)與我共同思考并解決問題，對(duì)我給予了很大的幫助。從課題選用、研究方式、設(shè)計(jì)思路直到論文的撰寫都是在指導(dǎo)老師路林講師的諄諄教導(dǎo)和耐心講解下完成的。實(shí)際上對(duì)焊接夾具的設(shè)計(jì)需要有很高的綜合實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)，所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”要對(duì)各個(gè)學(xué)科都有所了解，還需要有足夠的閱歷，才能將焊接工裝夾具，以及與之同類的機(jī)械儀器做得更好。 對(duì)于整個(gè)汽車制造業(yè)來說，焊接夾具也就是一葉扁舟，相比于科學(xué)技術(shù)發(fā)展如此之快的新時(shí)代下的自動(dòng)化焊接夾具系統(tǒng)，手動(dòng)組合夾具也只是滄海一粟。 (2)采用孔系夾具體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度強(qiáng)度大、定位準(zhǔn)確，為汽車零部件的焊接夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)選擇。提高效率是一方面，最主要的是設(shè)計(jì)得人性化，大眾化，這樣才能被更多的非高等技術(shù)人士所接受。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第 6章 結(jié)論 汽車焊接夾具雖然作為夾具，不屬于汽車內(nèi)部構(gòu)件，也非融合高科技材料，但在整個(gè)汽車制造業(yè)里仍占有很重要的地位。插入式 F夾對(duì)導(dǎo)軌施加的力小于多桿夾緊器，因此也不會(huì)對(duì)導(dǎo)軌的外形造成影響。經(jīng)洛氏硬度測(cè)量其硬度為58~62HRC。 表 51 Q235 鋼的力學(xué)性能 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 牌號(hào) (UNS) 截面尺寸 /mm b? /MPa s? /MPa 5? (%) ? (%) 試樣方向 GB/T700 Q235 A ? 16 375~ 500 235 26 — 縱向 B 16~60 215 24 C 60~150 195 22 D 150 185 21 作為導(dǎo)軌的 Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼為了適應(yīng)其工作需要。其具有良好的塑性和韌性，尤其是在環(huán)境寒冷的情況下仍能保持良好性能?？梢缘弥獙?dǎo)軌的材料為 Q235，屬于矩形冷彎空心型鋼， A 級(jí)。全篇設(shè)計(jì)主要是圍繞對(duì)汽車座椅內(nèi)導(dǎo)軌進(jìn)行的焊接夾具設(shè)計(jì)，由于所選的導(dǎo)軌的構(gòu)造簡(jiǎn)單，形狀規(guī)整，因此省去很多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，再考慮到設(shè)計(jì)組合夾具的簡(jiǎn)潔、方便操作、經(jīng)濟(jì)的原則，所以本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌組合夾具組合簡(jiǎn)單、并無過多復(fù)雜部件，整個(gè)外觀清晰明了，很適合投入到實(shí)際生產(chǎn)操作中。圖 42 展示了整個(gè)焊接組合夾具系統(tǒng)的裝配全景。直角定位件以對(duì)稱排列，將導(dǎo)軌的位置確定，兩根導(dǎo)軌距離不近不遠(yuǎn)，不影響裝夾和拆卸，導(dǎo)軌位置確定后，仍有很大空間安置多桿夾緊器，導(dǎo)軌內(nèi)部的焊接部件可用大力鉗臨時(shí)夾緊，焊接完成后可隨時(shí)拆卸。選擇孔裝配，顧名思義，利用零件或基礎(chǔ)件的孔與工作臺(tái)的孔作為配合基準(zhǔn)來裝配，通過定位銷來連接，不 需劃線就可以準(zhǔn)確裝配。事實(shí)上，分離面可分為很多種，但由于本次設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，與汽車外殼等復(fù)雜沖壓件有很大不同，所以不涉及分離面的確定，甚至與分離面毫無關(guān)聯(lián)，因此本設(shè)計(jì)省去很多繁瑣的設(shè)計(jì)工作。 焊接裝配是焊接制造工藝的重要一環(huán)，設(shè)計(jì)正確、合理的裝配方式和工藝可以縮短周期、降低成本以及保證工件的焊接質(zhì)量。 肘節(jié)鉗連接板作為將多桿夾緊器與工作臺(tái)連接的“橋梁”，實(shí)際上并沒有太大的尺寸要求，因此設(shè)計(jì)所用的連接板尺寸為自定義，借鑒 T61110 的結(jié)構(gòu)，將寬度厚度做了微調(diào)，也符合工裝要求，如圖 41(c)所示。全過程單手操作，定位夾緊一氣呵成。夾緊時(shí)，四個(gè)鋼珠伸出，對(duì)兩個(gè)連接件進(jìn)行夾緊，每個(gè)銷釘?shù)膴A緊力 足夠完成夾緊任務(wù)，僅僅手工就可以完成。其外形尺寸為 7510025，三孔一槽，質(zhì)量 ，如圖 41(a)所示。 本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)模塊包括直角定位件、球鎖銷釘、插入式 F 夾、 肘節(jié)鉗連接板。 夾具體即工作臺(tái)，在工作臺(tái)的正面橫縱每隔 50mm 分布一個(gè)直徑為 16mm 的圓孔，稱為 D16 系列。 本次設(shè)計(jì)的夾具體為孔系結(jié)構(gòu)，并非普通毛坯加工，也非槽型結(jié)構(gòu)，剛度、強(qiáng)度比較大。對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)既要考慮使焊接夾具部件牢固可靠，更要考慮工件裝夾拆卸方便，得心應(yīng)手。（各部件之間的裝配情況以及介紹詳見第四章） 從本章正式開始對(duì)焊接工裝夾具的 設(shè)計(jì)，先是對(duì)工裝夾具設(shè)計(jì)的基本原則進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，對(duì)夾緊器進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇，緊接著明確了對(duì)夾緊器的夾緊力的初步計(jì)算，其中，對(duì)簡(jiǎn)單夾緊器和符合夾緊器進(jìn)行較詳細(xì)的分析與介紹，并做出選擇，最后對(duì)本次的夾具體設(shè)計(jì)借鑒的類型：柔性夾具，進(jìn)行了簡(jiǎn)要對(duì)比與分析。由于孔系方箱的尺寸較大，因此不予采用。前文多次闡述，由于本次對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀規(guī)整，因此不需要使用過多繁瑣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)支承件，僅用少量或不用支承件與其他部件進(jìn)行緊湊、合理的配合就可以完成裝夾任務(wù)。而且工作臺(tái)的孔結(jié)構(gòu)與定位件或夾緊器的孔重合，之間僅需要定位銷就可以完成定位，操作簡(jiǎn)單、快捷。 圖 37 焊接組合夾具爆炸圖展示 孔系結(jié)構(gòu)較與之近似的槽系結(jié)構(gòu)相比，剛度高、成本低、定位準(zhǔn)、各部件裝配時(shí)間短、工作效率高。其中組合夾具包括很多種：槽系、孔系以及可調(diào)整夾具。其功能豐富，夾緊件的變化調(diào)整靈活多變，能在保持之前的夾具部件大致不變且不大量改變其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅僅通過改變、更換少量零件就可以滿足對(duì)新產(chǎn)品的工裝要求。事實(shí)上，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，手柄的杠桿與連接板的鉸接點(diǎn)要稍微越過共線位置大概 ~3mm 左右便可確保在鉸鏈配合間隙較大的情況下能正常工作。 (a) (b) 圖 36 多桿夾緊器圖樣與運(yùn)動(dòng)圖解 實(shí)際上多桿夾緊器屬于第三類鉸鏈 — 杠桿夾緊器的派生形式，其手柄杠桿與連架桿、連接板為復(fù)合鉸鏈，手柄杠桿成為連架桿。其夾緊速度快、夾頭開度大、適應(yīng)性強(qiáng)，既適用于薄板類工件，也可用于對(duì)導(dǎo)軌的夾緊。例如，單純的杠桿機(jī)構(gòu)本身是無自鎖作用的，如果與偏心、螺旋、楔型等夾緊件組合就會(huì)獲得自鎖作用，不僅是自鎖，其夾緊力也會(huì)大大提升，原始力經(jīng)過第一個(gè)機(jī)構(gòu)傳向第二個(gè)機(jī)構(gòu)，其夾緊力會(huì)成倍增長(zhǎng)，原始力就會(huì)得到第二個(gè)機(jī)構(gòu)和第三個(gè)機(jī)構(gòu)的倍數(shù)增長(zhǎng)的乘積。 復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)是由幾種簡(jiǎn)單的夾緊件和傳力件利用杠桿和自鎖原理組合而成的夾緊機(jī)構(gòu)。20?，代入（ 33）式中得： QW FF 140? 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 由此可見，螺旋夾緊可以提供較大的夾緊力，足夠滿足對(duì)導(dǎo)軌的夾緊，其中升角遠(yuǎn)大于摩擦角，故會(huì)保證自鎖。使用力臂為 idL 14? 的扳手，例如插入式 F 夾的扳手，取 ? =176。當(dāng)對(duì)手柄施加外力時(shí)，質(zhì)點(diǎn)沿著螺旋斜面運(yùn)動(dòng)，插入式 F 夾的螺紋為方牙螺紋，由手柄施加的力為 QF ，手柄長(zhǎng)度為 L，螺紋平均直徑為 id ，則可求出質(zhì)點(diǎn)所受的水平力 1F ，即： 2/1 iQ dFLF ? iQ dLFF /21? （ 31） 質(zhì)點(diǎn)沿著斜面做運(yùn)動(dòng)時(shí)，其與斜面有摩擦力，所以反作用力 RF 與法線 NF 之間存在一個(gè)摩擦角 ? ，則作用在質(zhì)點(diǎn)上的作用力有三個(gè)，即水平力 F 、斜面反作用力 RF 和夾緊力 QF ，如圖 35(b)所示，根據(jù)正交平衡關(guān)系可推導(dǎo)出水平力 F和夾緊力 WF 之間的關(guān)系，即： )tan ( 1???? WFF （ 32） 將（ 31）式 代入（ 32）式中，可得：)tan(2 1?? ?? i QW d LFF （ 33） 式中： WF 為夾緊力， QF 為手柄給予的作用力， L 為手柄的長(zhǎng)度， id 為螺紋的平均直徑， ? 為螺紋升角， 1? 為螺母與螺桿間的摩擦角（一般取 1? =8176。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的工作原理如圖 35 所示。 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單夾緊機(jī)構(gòu)為插入式 F 夾，屬于螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，其利用螺旋沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 夾緊與其他工件組合實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)軌的夾緊。還可以參考圖 33 和圖 34。其中，值得注意的是，夾緊力的作用點(diǎn)千萬不能妨 礙施焊，其位置應(yīng)盡量靠近焊縫邊緣以利于減小變形。插入式 F 夾對(duì)導(dǎo)軌的作用力方向與墊鐵施加的支承反力在一條直線上，這就符合作用力在支承面積范圍之內(nèi)，不會(huì)破壞工件定位。夾緊力作用點(diǎn)要在夾緊方向已定的情況下確定作用點(diǎn)的位置和數(shù)量。 圖 34 多桿夾緊器夾緊方向圖樣 （ 2） 夾緊力作 用點(diǎn)的確定。為了減小夾緊力所導(dǎo)致的工件的變形，也應(yīng)該把夾緊方向設(shè)定在工件剛性最大的方向上，同時(shí)承力表面是定位件與定位基準(zhǔn)接觸面積較大的一個(gè)平面。 圖 33 插入式 F 夾夾緊方向位置圖樣 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 與之同時(shí)，夾緊力的方向還應(yīng)有利于減小工件變形。承受重力的定位表面水平向上，使焊接熱引起的作用力與重力由夾具的定位面或 擋鐵承受。夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。在設(shè)計(jì)之初，首先要確定夾緊力的三要素，其次進(jìn)一步選擇適當(dāng)?shù)膫髁Ψ绞?，最后具體設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)。操作方便、安全省力、夾緊迅速，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率。其夾緊力大小為 2950N，相當(dāng)可靠，不會(huì)破壞導(dǎo)軌表面（校核過程會(huì)在第五章詳細(xì)闡明）。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)。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)。因此該設(shè)計(jì)中所用的夾緊裝置選擇手動(dòng)夾緊。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。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。因此，力源裝置部分的設(shè)計(jì)可以忽略。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。沈陽工業(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。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。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)軌焊接過程也無復(fù)雜工序，所以未對(duì)防差錯(cuò)功能予以設(shè)計(jì)。（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