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1、2012届湖北汽车工业学院毕业设计论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采
2、用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密 ，在_年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要论文主要介绍了湖北省东风（十堰）设备制造厂关于东风日产的L42L减震器装配右部夹具设计。本文侧重于计算机辅助设计与制造，使用AutoCAD绘制二维工程图，运用三维软件进行三维数字化建模，夹具的虚拟装配，以及部分主要零部件的制造仿真，干涉分析。对夹具部分主要零部件的结构、技术要求作了详细说明；还对工艺方案的经济性和技术可行性进行了分析比较，夹具参数作了理论计算；对整个夹具的设计步骤进行了说明，并
3、对有关数据进行验算其合理性，得出夹具设计的合理性。关键词：减震器装配，夹具设计，二维工程图，三维建模AbstractThe paper introduces the Hubei Province, Dongfeng (Shiyan) equipment manufacturer Dongfeng Nissan the L42L shock absorber assembly right side of the fixture design. This paper focuses on computer-aided design and manufacturing, drawing two-di
4、mensional engineering drawings using AutoCAD, Application of three-dimensional software of 3D digital modeling, fixture virtual assembly, as well as parts of the main parts and components manufacturing simulation, interference analysis. The structure of the fixture part of the main components of the
5、 technical requirements are explained in detail; also analyzed and compared the economic and technical feasibility of the technology program, the fixture parameters and the theoretical calculations; The clamp design procedure are illustrated, and the relevant data for checking its rationality, the r
6、ationality of the design of the fixture.Keywords：The shock absorber assembly，Fixture design，Two dimensional engineering drawings，Three dimensional modeling.目录摘要1一.绪论11.1本课题的来源、目的及意义11.1.1课题的来源11.1.2课题的目的11.1.3课题的意义11.2课题国内外研究现状及趋势11.2.1课题的国内外研究概况11.2.2 课题的研究趋势预测31.3焊接夹具设计的基本理论与特点31.3.1 焊接夹具定位原理31.3.
7、2焊接夹具特点41.4课题的主要内容与技术要求4二.焊装夹具组成及总体方案的确定52.1焊装夹具基本构造52.1.1焊装夹具的用途52.1.2焊装夹具基本构造52.2焊装夹具总体结构方案的确定62.3系统具体方案设计分析8三夹具设计的方法与步骤93.1夹具设计前的分析93.1.1焊装工件焊接点的确定93.1.1定位夹紧方案的确定103.1.2定位夹紧装置的选择113.1.3总夹具设计的板块分类133.2零部件设计步骤133.2.1 BASE板细则设计133.2.2附件的细则设计143.2.3 PC1装置的细则设计173.2.4 PC2装置的细则设计193.2.5 PC3装置的细则设计213.2
8、.6 PC4装置与PC5装置设计233.2.7各定位夹紧装置的布局定位25四夹紧机构的分析264.1 PC1装置的机构分析264.2 PC2装置的机构分析284.3 PC3装置的机构分析29五.结论305.1结论305.2展望30致谢31参考文献32附录33一.绪论1.1本课题的来源、目的及意义1.1.1课题的来源本课题将针对东风汽车设备制造关于东风厂日产的L42L减震器装配右部夹具设计，对制造车间实际的车身板料焊装夹具设计与制造过程进行科学整理、归纳和完善，以期最终形成关于减震器装配夹具的相关设计思路与方法。1.1.2课题的目的通过软件仿真、计算模拟试验，针对减震器装配的无缝隙、无错位、连接
9、紧密的要求，完成L42L减震器装配夹具的设计，用以指导减震器装配的生产实践，达到提高生产实际设计程度、获得有关设计的经验与操作的目标。1.1.3课题的意义我们通过调查，就减震器的有关事项，通过现场调研发现存在如下主要问题：首先，该减震器焊装时容易出现有配合间隙的情况，并伴随着减震器薄板件变形的情况，这对减震器的使用效果有很大的影响；其次，该产品的装配生产线的节拍低，周期长，不能适应市场对其紧张的需求，很大程度的影响了该产品的实际价值。基于上述原因，对减震器装配夹具研究已势在必行。通过对减震器装配的定位夹紧控制，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且依据对装配夹具的
10、设计与使用，可以建立或完善加工工艺系统，从而更大程度上提高减震器加工工艺水平，获取更大的经济利益。1.2课题国内外研究现状及趋势1.2.1课题的国内外研究概况我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。
11、从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，通常为机床价格的1110一1115，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入wTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。汽车减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震
12、弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。减震器太软，车身就会上下跳跃，减震器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。作为汽车的主要配套行业，中国减震器市场需求相应增长，2008年需求规模约为4700万只。预计未来将以10%左右的速度增长，2010年有望达到5700万只。国内的减震器行业一直处于供大于求的状态，从近几年的减震器生产情况看，2007年减震器包括汽车与摩托车等产量达到5627万支，2008年已超过6000万只。尽管如此，国产减震器生产远远不能满足市场需求，尤其是中高档汽车减震器更是供不应求，缺口部分仍依赖于进口。与此同时，国内减震器生产
13、厂家过多，市场竞争处于同质低价水平，在国外的主要减震器企业不断进入国内市场的情况下，国内企业将面临生存的“危”与“机”。中国汽车零部件产业规模迅速扩大、出口迅速增长、零部件企业创新活动踊跃、关键零部件基本都实现了本土化生产。中国汽车零部件产业的不足一是规模比较小、实力弱；二是处在国际分工中最低端；三是研发能力严重不足。新中国成立60年、特别是改革开放30年来，中国经济飞速发展。民营企业在这个过程中异军突起，以其独特的活力迅速成长。当前零部件行业中，民营资本和境外资本已经开始占据主要地位。进入新世纪，民营企业展现出旺盛的生命力。此时，民营企业的合法权益得到法律保障，其发展被纳入国家经济发展正常轨
14、道。民营汽车零部件企业在党的政策方针指引下得到提高和稳步发展。万向集团、万安集团、万丰奥特集团、信义玻璃、浙江银轮机械、上海久乐安全气囊等众多优秀民营零部件企业迅速成长。根据国家信息中心的调查研究，民营汽车零部件企业数量占中国零部件企业总数的49%，工业总产值所占比重为24%，营业收入所占比重为20%。面向未来，肩负重任的民营零部件企业将迎来更富挑战性的考验。在市场竞争日益激烈的背景下，最贴近市场的民营企业必须接受优胜劣汰的法则，特别是一些以低成本优势展开竞争的外向型企业，要主动转型才有出路。1.2.2 课题的研究趋势预测夹具设计的发展主要是为了夹具产品加工过程中的提高产品质量与产品周期的主要
15、措施。该课题的研究可以很好的解决关于国内减震器装配中易出现的问题，改善产品的质量、精度，从而提高减震器的设计要求。它的研究也将是随着产品的多样化与多元化而实现柔性化，即可以满足多种产品的定位与夹紧要求。因此，减震器装配夹具将会随着产品的需求而出现柔性化。同时夹具设计应该为适应产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务，这样就需要全面推广CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM/CAE技术是现代技术中设计夹具制造的发展方向，随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用
16、范围。这样会降低生产成本，提高生产效率，缩短生产周期，从而为公司的发展提供更大的空间。1.3焊接夹具设计的基本理论与特点1.3.1 焊接夹具定位原理通过对焊接件的了解可知道两焊接件是属于薄板件，因此，关于薄板件的焊装夹具的设计需考虑如下方面：薄板件定位原理由于薄板件柔性较大，在加工载荷下容易变形，在工业生产中可能导致较大的尺寸偏差。因此，在传统的刚性夹具设计广泛应用的“3-2-1”的定位原理难以解决薄板件焊装质量精度难以控制的问题。针对夹具定位点优化布局问题，已经有研究者提出了优化选择工件定位布局的方法。方法中，以定位点到被加工特征关键点的误差传递系数作为优化目标，采用特征值优化方法，较为真实
17、的反应了优化参数，能够满足各个代加工特征定位精度要求。但是这种方法还是基于传统的“3-2-1”的定位原理，并没有讨论薄板件焊装所需要解决的柔性较大、工件易变形等问题，而且生产实践证明，“N-2-1”定位原理能够较好的满足薄板件焊装加工定位的精度要求，因此本文考虑基于“N-2-1”定位原理进行定位点优化布局分析。在“N-2-1”定位原理中，第一基准面所需的定位点数假设为一个大于3的变量N，第二、第三基准面分别设定两个和一个定位点以限制工件刚体运动。这是由于加工载荷和工件自重所引起的变形主要集中在薄板件法线方向，因此第一基准面上采用过定位的方式，以增强薄板件的刚性，限制和减少焊接加工中该方向上的变
18、形；而由于加工过程中所产生的力一般不会作用或者较少作用在第二、第三基准面上，两个和一个定位点一般可以避免薄板件的弯曲和翘曲。同时由于薄板件特殊的几何特性，微小的几何缺陷都可能引起工件在加工过程中产生相对较大的挠度，必须避免在薄板件正反面上同时存在定位点。1.3.2焊接夹具特点用于焊接工艺的组合夹具，为了适应焊接工艺要求，一般具有如下特点：夹具结构较为复杂焊接加工，是将二件以上的零件通过焊接工艺连接成一定形状及位置关系的机械构件。焊接夹具必须具有形成构件的每一个零件的定位、夹紧结构；这些定位结构应保证构件所要求的尺寸和形位精度。一般来说，焊接用组合夹具比一般组合夹具在结构上要复杂一些。夹具应能适
19、应焊接工作条件焊接方法很多，如电弧焊、气焊、锡焊、氩弧焊等，一般都在高温下进行。用于焊接工艺的组合夹具在结构上应针对不同情况采用各种措施来适应这种工作条件。1）在结构上应保证被焊件的焊缝处在易于进行焊接操作的位置。2）溅落的焊渣可能会灼伤元件表面，因此在组装焊接用组合夹具时，尽可能不在焊缝下方安装高精度元件，或者在不影响所要求的夹具精度的情况下，应尽可能采用报废元件组装。否则，应在下方元件表面上覆盖石棉纸或涂一层黄油或用专门涂料涂敷加以保护。3）电弧焊用的组合夹具，工件夹具均为电流回路的组成部分，其元件连接面、工件在夹具上的压紧面及电缆与夹具的连接处，如接触不良将会存在较大的电阻而产生大量的热
20、使间隙空气发生热电离，带电离子与电子将在电场作用下形成摄氏几千度的电弧，致使组合夹具表面融化。为避免产生这种情况，这类组合夹具的元件与元件之间、工件与元件之间应保持接触良好。特别是工件与元件接触面积较小时，可在其间加垫铝、铜等软金属以增加接触面积。为了使电缆与夹具连接可靠，可采用螺纹，压板紧固。4）焊接时，整个构件处于一个不均匀的加热过程之中，存在较大的残余应力，因此焊接用组合夹具应具有较高的刚度，以保证构件的位置精度。通常，在使用焊接夹具进行焊接时，可先点焊工件焊缝，初步固定后再将构件从夹具上取下，然后进行全面焊接。1.4课题的主要内容与技术要求课题的主要内容是L42L减震器装配右部夹具设计
21、，该设备是用来装配东风日产L42L车型减震器的非标设备。其主要的技术参数如下：节 拍：2.7分钟/辆份 拧紧力矩：60Nm10%人工手动上下料，气动夹紧、气动打开，人工焊接。二.焊装夹具组成及总体方案的确定2.1焊装夹具基本构造2.1.1焊装夹具的用途焊装夹具在车身生产中的作用是：通过夹具上的定位销（基准销）、S面型块（基准面）、夹紧臂等组件的协调作用，将工件（冲压件或总成件）安装到工艺设定的位置上并夹紧，不让工件活动位移，保证车身焊接精度的一致性和稳定性。2.1.2焊装夹具基本构造夹具的基本构造：如图2-1所示，由台板、支座、L板、基准销、基准面、夹紧机构（气缸、夹紧臂、U型限位块等）等组成
22、。图2-1夹紧臂汽缸L板支座基准面台板基准销（1）台板：用于安装夹具组件，上表面加工有坐标刻度线，用于夹具基准状况的检测（如：三座标检测仪检测用）。(2)支座:用于支撑夹具台板、夹具高度调节和安放水平调整，使夹具按工艺布置要求定置安放。(3)L板:用于安装夹具型块（S面元件）、基准销组件、夹紧机构、导向装置等夹具组件。(4)基准面:将零件支承在正确的位置上，并支撑夹具夹紧机构的夹紧力。(5)基准销:将零件安装到正确的位置上；保持后续工序定位基准的一致性；保证产品焊接精度的一致性和稳定性。(6)夹紧机构:夹紧机构（U型块、夹紧臂、汽缸或手夹、等）-用于矫正变形的工件、缩小工件间的搭接间隙，将工件
23、夹紧固定在正确的位置上（基准面），避免焊接作业时工件错位或变形，确保工件焊接精度的稳定性。、U型限位块：使夹具夹紧臂（或带有基准销和S面的摆臂）处于夹紧工况时的稳定性（不让其摆动），确保定位或夹紧部位的准确性。、夹紧臂：通过杠杆或四连杆的作用，将气缸（或手夹）的推力转化为夹紧臂（或摆臂）的夹紧力， 实现“矫正变形的工件、缩小工件间的搭接间隙，将工件夹紧固定在正确的位置上（基准面），避免焊接作业时工件错位。”的目标。、气缸（或手夹）：通过气缸（或手夹）的往复运动，实现夹具的夹紧和松开。2.2焊装夹具总体结构方案的确定为使夹具能够很好的保证焊装要求，选择的夹具总体结构布局方案要合理。参照车身焊装夹
24、具的有关布局，可确定其组成布局要素。首先，夹具不可或缺的就是夹紧装置与定位装置，他们是实现夹具功能的主要组成要素，作为两零部件的焊接，则需要两组夹紧装置与定位装置，为保证焊接质量两组定位夹紧装置必须要有紧密的尺寸联系。其次，需要有一个基板作为夹紧装置、定位装置的定位基础，它能够实现定位夹紧装置的布局定位以及其它零部件的布局定位。再次，作为基板必须保证定位板面处于水平状态，这就要求基板下方有关于调节平衡的装置，称其为调节装置；在调节装置之下应有与地面连接的装置。最后，由课题要求知道是气动夹紧的方式，故还需要气动操作控制台，气动气路控制阀安装板，以及气动必须的一些连接装置的安装台，他们均可布置在基
25、板上，可称其为附件装置。故焊装夹具总体结构方案图可表达如下图2-2所示： 图2-2其中，基板作为承上启下的作用，既在上定位各大装置，又在下连接各调节接地装置，基板一般为面板形式，是作为整个夹具的基础，可称其为BASE板。整个调节装置受力不大，故可选择以螺栓的螺纹调节的方式进行平衡调节，并分布于BASE板的下端四个角上，为使螺栓调节有可调节的空间，在BASE板与螺栓调节装置之间应有中间装置连接。由于焊装无冲击状态，故该接地装置可采用垫板直接接触的方式。两组定位夹紧装置是作为设计的重点，故需对定位夹紧装置作出其结构方案。先对定位方式进行选择，初步拟定定位方式为一面两孔的方式，这属于完全定位的方式，
26、但对于薄板件来说该定位方式不足以使工件定位精确，即焊接较易出现变形，故采用一面两孔的基本定位，再辅助定位在易变形区，即采取过定位的方式。而关于夹紧方式的选择则是采用夹紧在定位点（或定位面）处，即采用对称夹紧方式。用机构简图的形式作出两种定位夹紧方案如图2-3所示：图2-3其中，（a）图中的夹紧方式比（b）图多一个机构，（a）图方案固定了气压缸缸体，可以使夹紧过程较稳定，但（a）图的夹紧方案容易出现死点位置；（b）图方案的气缸缸体可以自由转动，且结构较简单，但会使夹紧过程不稳定。综合题设要求的生产要求，需要工作可靠，故不能出现夹紧卡死的现象，据此选择（b）图定位夹紧方案。关于定位夹紧装置的具体组
27、织结构则是可参照车身焊装夹具装置的设计而由一系列的L板，定位板，连接件，定位件，压紧件等组成。2.3系统具体方案设计分析关于BASE板的设计方案则是采取焊接形式，保证BASE板上方的定位夹紧装置能够较好的定位在BASE板上，故BASE板上应焊接一面板，该面板有较好的平面度，是整个BASE板加工精度较高的零件。而BASE板的下端则是要保证气路气管可以布置在面板下方，以免焊接掉落的焊渣对气路造成破坏，故BASE板下端应采取中空的结构。对于定位夹紧装置的设计则可参考车身焊装夹具的设计。对定位装置它应有定位元件，连接件，定位板以及L板等。设计该装置首先根据定位方式选择定位元件，根据定位元件确定连接零件
28、以及确定定位板的定位距离，其次，选择L板的型号加以安装在BASE板上，最后对整个装置的安装进行干涉分析。对夹紧装置的设计则是首先根据夹紧方式选择夹紧元件，依据杠杆的原理对工件进行压紧。由题设要求知道是气动夹紧，选择动力臂与阻力臂，根据夹紧力的要求选择气缸，最后选择L板进行安装，并进行运动部件的干涉分析和总成安装的干涉分析。对于工件有些定位夹紧较近的点，可选择将定位装置与夹紧装置集成在一个装置上，保证各自的功能时也节省了装置的安装空间与安装干涉的可能。三夹具设计的方法与步骤3.1夹具设计前的分析3.1.1焊装工件焊接点的确定对于焊接工件，焊点的选择很重要，它确定了焊枪的焊接位置，并要使夹具设计时
29、夹具不与焊枪发生干涉。对于该焊装件的焊点分析则可根据保证焊点质量，对焊点中心离边板最小尺寸要求可参照附表1。而焊点距离选择应适当，在满足焊缝强度和技术要求的前提下焊点距离尽可能大些，在焊缝长度一定时，布置焊点越多，焊距就越小，焊点核心尺寸越小，反而降低了焊接强度，其合理点距应如附表2所示。最终对工件的审核，选择焊点位置如下图3-1所示：图3-1确定焊点之后可以对焊枪的位置进行设定，选择焊枪的位置，并保证设计的夹具不与焊枪在焊接过程中发生干涉。选择焊枪的位置为如图3-1的工件的上方，故应使设计的夹具尽量布局在工件的下方。3.1.1定位夹紧方案的确定前面提到该焊接工件为薄板件，根据“N-2-1”定
30、位原理进行定位点优化布局分析，也即对工件的参数进行一系列分析选择较优的定位方案与夹紧方案。经过厂方对焊接工件的参数分析，选择出如下图3-2所示的一系列点的定位与夹紧为较优化的定位夹紧方案：图3-2定位方案的选择是一面两孔定位，再辅助以不同的定位点，而夹紧方案则是采用对侧夹紧的方法。在上图中，定位点与夹紧点A,B,C,D,E,F,G,H表示的是该定位或夹紧处的中心上的一点（对于孔定位则是定位销中心线与工件孔中间位置的交点，对于孔面配合定位则是定位销中心线与定位面的交点，对于对侧点夹紧则是两夹紧点的连线中心点，对于对侧面夹紧则是两面几何中心的连线中心点）。其中，A点是作为孔与面定位的基准点，B点也
31、是作为孔与面定位的基准点，C点是作为面夹紧的基准点，D点是作为点夹紧的基准点，E点也是作为点夹紧的基准点，F点是作为孔定位的基准点，G点是作为孔定位的基准点，H点是作为面夹紧的基准点。由厂方提供的工件参数可以找出这八个点之间的关系。由前面关于该夹具的总体设计方案可知该夹具应有BASE板，故该工件在BASE板上方布置，选择一个方位后，以BASE板的一边方向为x轴，另一方向为y轴，竖直向上为z轴，建立空间直角坐标系0xyz。取A（327,85,380.2），则根据八个点之间的关系其它点的坐标分别为：B（302.210.484）； C（447.5,349.73,200）； D（407,320,484
32、）； E（497,295,493）；F（500,270,491.5）； G（645,130,377.5）； H（675,100.45,379.67）。同时也可确定焊接中间点距BASE板的高度圆整后取值为：=416mm。根据这八个点从而可以布置各定位夹紧装置的布置，这将在后面予以介绍。3.1.2定位夹紧装置的选择由上图3-2的定位夹紧点的布置情况，以及参考前面车身焊装夹具设计的装置，同时为了使装置尽可能的少，故将靠的比较近的定位夹紧点集成设计在一个装置上。如D，E，F点距离较近，故可考虑集成在一个装置上，G，H点也靠的较近，也设计在一个装置上，将该定位夹紧装置命名为PCn。其中，PC1装置上设计
33、有定位夹紧点D，E，F；PC2装置上设计有夹紧点C；PC3装置上设计有定位夹紧点G，H；PC4装置上设计有定位点B；PC5装置上设计有定位点A。故可确定需要设计五大定位夹紧装置，而这些装置多由L板，压紧臂，摆臂，定位板，连接件以及定位销（或定位面）或夹紧块（或夹紧销）等组成，因此关于定位夹紧装置的设计可细致到各零件的设计。按照现有的厂标件的标准统一一些能够通用互换的零件，例如 L座、导向板、调整垫片等。因此，我们设计这些PC装置时可以先根据条件选取通用件，再设计非标件，而关于非标件的设计业可参照车身焊装夹具的非标件的设计，其图例如下图3-3所示：图3-3连接件就可按照此样例进行设计。同时关于定
34、位夹紧装置的设计原则是使结构尽量紧凑，安装合理，保证定位点的精度；保证夹紧力不少于50kg，当动力臂与阻力臂比值大于1:3时使用限位块。关于具体尺寸关系的设计可参照下图3-4所示及其设计步骤如下：图3-4a)根据操作高度确认BASE板高度，从而确定Y距离；b)根据气缸行程及B值确定C值；根据y值确定转点距 BASE距离H1;（也就是转点的位置，必须取整5整0）这是最关键点c)根据定位点A至工件边缘距离X，确定H2（即最大阻力臂）；d)根据H2选取B值及气缸行程（50、75、100、125、150）；（行程保留5mm的缓冲距离）；（夹紧力必须大于50Kg）e)注意H1取值时，保证气缸转动时与UN
35、IT及BASE 不干涉；f)需要降低打开高度时，可适当降低H1和B值。夹紧装置均可按照此模型来加以设计。3.1.3总夹具设计的板块分类参照车身焊接夹具以及对定位夹紧点的分析，该焊接夹具的设计可分为以下几大类：BASE板，附件，PC1装置，PC2装置，PC3装置，PC4装置，PC5装置。其中BASE板是作为整个系统的定位基础，它上可连接各大定位夹紧装置与附件部分，下可确定附件连接地面的高度；附件是指除BASE板和各大定位夹紧装置以外的零部件，是作为外连装置的组成部分；而各大定位夹紧装置则是作为定位夹紧作用的，是作为和工件直接接触的装置，它是整个设计的主要部分。对于各装置零件的设计分类，则是关于非
36、标件定位件与连接件的设计以及通用件L板与定位销的选取。定位件的主要作用是以孔作为定位基准连接L板与连接件；连接件的主要作用是为加调整垫片而作为各方向上的固定距离的补偿；L板是作为装置与BASE板连接的基础件，而定位销是作为定位与夹紧作用在工件上的零件。其中，关于非标件的设计是重要部分。3.2零部件设计步骤3.2.1 BASE板细则设计BASE板主要是焊接而成的，它主要由U型钢，六边块，半六边块，吊耳，连接板，以及板座等组成。BASE板的板座上的孔位主要用于各大部件的定位，因此关于板座上孔位的设计较为重要。BASE板上有14个10的孔，主要作为定位基准，其精度要求较高，故取孔的公差为H7。另还有
37、20个M10的螺纹孔，用于各大装置的L板的连接，10个M8的孔，用于附件装置的连接。故按照设想的安装定位方式，可将其表达为如图3-5所示：图3-5 定位装置在板座上一般采用正则布置的方式，即PC4装置按照习惯原则应使其孔位中心线与板座边缘线平行。这里之所以使其与板座边缘线成一定角度是考虑到正则布置时定位元件的非定位点与工件接触，也即定位发生干涉现象，这是不允许出现的，故采取将PC4的定位孔斜置来避免发生干涉，经过对工件的干涉区分析，发现使PC4装置斜置角度为9时较好。本文后节将会就具体定位的细则加以详述。关于三联件安装防护板、阀安装防护板、按钮操作台这些附件的安装则是要求不发生干涉布置合理即可
38、。BASE板下端主要是U型钢焊接而成，采用的U型钢的高度为120mm，U型钢之所以如此布置时为了方便气路布置时气管的走线，既要防止被焊渣熔断，也要考虑节省空间，故U型钢采用外置的方式。最后通过几个零件焊接可得知其高度为=155mm，而通过在板座上包容这些零部件定位后可确定BASE板的长度为860mm，宽度为470mm。关于BASE板的具体图例可查看附录中的图13.2.2附件的细则设计附件主要有以下几个部分：按钮操作台；阀安装防护板；支座；三联件安装防护板；垫脚板等组成。按钮操作台的设计是考虑到手工焊时由于长时间操作人容易疲劳，而该夹紧方式采用的是气动夹紧，故人疲劳后单手按动按钮而另一只手则还放
39、在工件上从而容易出现安全事故，因此采用双手同时作用来夹紧的方式。在采用左右手按钮夹紧时为使节省空间且符合人机工程，采用隔板安置在左右手按钮之间。故在操作面板上应有如下作用按钮：左右手夹紧按钮，松开按钮，通电按钮，断电按钮。总共有五个按钮，即操作面板上至少应有五个按钮，且左右手夹紧按钮必须分开，故关于其具体图形如下图3-6所示：图3-6关于三联件安装防护板的设计，在此先说明这里的三联件是气动三联件，它由过滤器、调压阀、油雾器三部分组成，是气动夹紧系统的重要组成部分。三联件安装防护板也是焊接而成的，由方板，角钢，圆钢焊接而成，主要起安装防护的作用。其方板上的两安装孔为2*M8，孔间距为75mm，同
40、时三联件的有效容纳范围为134mm*210mm。据此可选择三联件的大小以及类型。阀安装防护板的设计，它与三联件安装防护板的作用相同，故在结构上也相类似，它由方板，方管以及槽钢焊接而成。关于阀体安装有四个孔，其大小为4*M8，成2*2的阵列布置，其间距为210mm，40mm。支座的设计要考虑到它上接BASE板，下连垫脚板，同时通过人机工程学的操作高度的考虑，查人机环境工程表2-21可知直立姿势时工作面的高度为倍的身高，而查表2-3可得我国成年人身高的尺寸，取第五百分位可满足大多数人操作要求，并取女性身高，故有人体高度为h=1484mm。故焊接高度为：故由此可确定支座的上表面距地面的高度为：而设计
41、的支座的高度为195mm，故据此可选择调节螺栓的高度。同时，支座承受BASE板上所有零部件的重量，故需对其承受重量进行校核。支座地支撑件为槽钢，其材料为Q235A，即=235MPa，该应力可看做静应力的计算，网上查询取安全系数为S=2+2*50%=2.5，故查询材料力学公式（2.1）有：而将槽钢的截面看做规则图形时其尺寸如下图3-7所示：图3-7故A=75*5+(40-5)*5*2=725mm2根据公式有：故取重力加速度为g=9.8m/s2。故该槽钢可承受的重量为：很显然BASE板及其上零部件的总重量远小于此。在此关于调节螺栓的承载力就不一一校核了。垫脚板主要是用于调节螺栓与辅助调节螺栓的支撑
42、作用，具体图例参照图纸。其中，钻有浅孔的位置是给调节螺栓进行定位支撑的，而辅助调节螺栓的作用则是为了使夹具整体平衡而起作用的。3.2.3 PC1装置的细则设计PC1装置上集成有定位夹紧点D，E，F，其中D，E点是点的定位夹紧点，选择的定位夹紧元件为球头定位压紧小短销，而F点是孔的定位点，选择的定位元件为尖头圆柱销。在PC1装置上集成有定位装置，夹紧装置。作为集成装置，夹紧装置与定位装置应有共同部分，则是L板与定位板，在定位板上有两个分端分别定位了夹紧装置与定位装置。为减小夹具的制造误差与装配误差，需考虑夹紧与定位的可微调，该夹紧装置是点的夹紧，故只需在Z轴方向上可以调整即可，故在Z轴方向上要有
43、调整垫片，同时为保证薄板件夹紧不变形，故在夹紧点下方应有辅助定位点，使夹紧点保证对中夹紧，同样，该辅助定位点也需要有在z轴方向上的微调，即在z轴方向上有调整垫片；而定位装置是孔的定位，则需在x,y方向上可进行微调，在z方向上定位销的高度位置合适即可，故只需在x，y方向上要有调整垫片。其系统结构连接关系可表示如下：可针对D,E点设计夹紧装置，而对F点设计定位装置，需分别设计夹紧装置与定位装置首先对夹紧装置进行设计，先清楚两夹紧点D，E在空间位置的关系，仍沿用之前建立的空间坐标系，故有，因此确定其中一点的设计，另一点也可依此而确定，取E点作为设计夹紧装置的参数，E点的坐标为（497,295,493
44、），依此设计该夹紧装置的外形如下图3-8所示：图3-8根据E点z坐标值可知=493mm，故Y=493mm；选取气缸有效行程为2D=95mm，取阻力臂B=60mm，由X=140mm可得H2的尺寸为H2=215mm。 而C的距离根据干涉分析后的设计可有C=108mm，故H1=Y-C=493-108=385mm。由尺寸关系可看出，为了使压臂刚度足够，保证夹紧准确，故加限位块来确保压臂左右刚度。因此整个系统的连接尺寸关系设计完成，下面说明对气缸的选取问题。根据设计要求保证每个夹紧力不小于50Kg，取g=10N/Kg，故E点的夹紧力矩为：故根据力矩平衡所要求的气缸压紧力为：而工厂常用气压源压力为P=0.
45、5MPa，查液压与气压传动公式（12-11）有：故根据此气缸最小内径（内径选择只可大不可小）与活塞有效行程（行程必须为规定的大小）选择气缸外购件，若最终选定的气缸外径D02B则需重新选择，即气缸外径应满足D02B。关于定位装置的设计则是在定位板上进行定位销的安装，选择的定位销是普通的圆柱销，该销上的定位点F（500,270,491.5），故，据此可设计具体连接件的定位点距离。而系统要求有x,y方向上的调整，故需有两个方向上的调整垫片，也同时应有两个连接件。将销座与连接件设计为一个零件，故可得出其系统连接结构。关于夹紧装置与定位装置的共有部分L板的选择，则是由图3-7可看出选择的L板不能使定位板
46、与工件发生干涉，故选择的L板图形如下图3-9所示：图3-9 有关PC1装置的具体图形可参看附图23.2.4 PC2装置的细则设计PC2装置上有夹紧点C（447.5,349.73,200），主要用来实现面的辅助夹紧，夹紧元件选择压块。因此该装置主要是夹紧装置的设计，为使工件夹紧不产生变形仍采用对侧夹紧的方式，即一面夹紧另一面辅助定位。该夹紧装置的基础仍是L板，连接定位板，同时，该夹紧面在所建坐标系内是一倾斜面，即该面不与x0y面或x0z面或z0y面平行，因此要求设计的压块的压紧面是斜面，与夹紧面平行的斜面。要保证夹紧准确，要求该夹紧面在夹紧方向即y轴方向上微调，即在对侧夹紧处有调整垫片，在z轴方
47、向上只需高度符合即可。故其系统结构连接关系可表示如下：由于该装置要求是竖直方向上的夹紧，故为了使得装置所占空间尽可能小，气缸的安装也要在竖直方向上，这就要求压紧方式不是阻力与动力在同一方向的方式，但仍是采用杠杆的原理。根据此连接关系及要求可做出夹紧装置的外形如图3-10所示：图3-10由设计图确定动力臂B=85mm，阻力臂H2=45mm，其中，由C点z轴坐标可得Y=200mm，选择的气缸有效行程为2D=45mm。同样要保证每个夹紧力不小于50Kg，取g=10N/Kg，故C点的夹紧力矩为：故根据力矩平衡所要求的气缸压紧力为：而工厂常用气压源压力为P=0.5MPa，查液压与气压传动公式（12-11）有：故根据此气缸最小内径（内径选择只可大不可小）与活塞