毕业设计论文夹具设计

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摘 要

本文研究的是汽车左前纵梁及轮罩的焊接夹具设计问题，要求使工件定位迅速，装夹迅速，省力，减轻焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动。实现机械化，使焊接条件较差的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置，劳动条件的改善，同时也有利于提高焊缝的质量。

本文首先分析了汽车左前纵梁及轮罩焊装夹具设计的必要性和可行性；然后围绕左前纵梁及轮罩焊装夹具设计这一核心，通过对汽车焊装生产线、汽车焊装夹具的结构特点进行分析，归纳了焊装夹具的设计步骤和要点；重点对汽车左前纵梁及轮罩焊接夹具的设计，包括定位器的设计，夹具体设计，夹紧装置的设计。其中，定位器的设计是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件，应利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支撑点，可以减少定位器的数量，提高装配精度；夹具体的设计是通过控制焊件角变形的夹紧力计算和控制焊件弯曲变形的夹紧力计算来确定的，通过公式计算得出拘束角变形所需的单位长度（焊缝）夹紧力,再根据焊件形状、尺寸来完成夹具体的设计。

夹紧装置的设计是本文设计的重中之重，这次设计的主要核心是通过气缸来改善传统手动夹紧的的繁重体力消耗以提高生产效率。根据要求，设计气缸主要是对工件的夹紧，合理的气缸选择，合理的气动原理思路，极大地提高了生产效率和产品质量。

关键词：工装; 夹具；汽动；焊接

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Abstract

This study is the car left front rail and wheel cover welding fixture design, requirement for a workpiece positioning rapidly and clamping quickly, effort, reduce welding assembly positioning and the clamping heavy manual labor. Realization of mechanization, make for better conditions for the downhand welding position welding, improve working conditions and to improve the welding quality of poor condition of the space position of welding seam welding.

This paper first analyzes the car left front longitudinal beam and the wheel cover the necessity and feasibility of welding fixture design, and then around the left front rail and wheel cover welding fixture design of the core, according to structural characteristics of car body welding production line, automobile welding fixture analysis, summed up the welding fixture design steps and main points; key to car left front longitudinal beam and the wheel cover welding fixture design, including locator design, clip specific design and clamping device design. Among them, design of locator is guarantee welding fixture in China obtain accurate position of the assembly of parts and components, should use first loaded parts as assembly parts a base surface positioning supporting point, can reduce the locator number to enhance the assembly precision; to clamp the specific design is by the angle to control the welding deformation of the clamping force calculation and control of welding a bending deformation of the clamping force calculation to determine the, through the formula calculation show that angle restraint deformation required per unit length (weld) clamping force, then according to the welding shape, size to complete specific design clamp.

Clamping device design is the most important in this paper, the main core of this design is through the cylinder to improve the traditional manual clamping of the heavy manual to improve production efficiency. According to the requirements, the design of the cylinder is mainly for the clamping of the workpiece, a reasonable choice of the cylinder, a reasonable aerodynamic principle of thinking, greatly improving the production efficiency and product quality.

Key words: Tooling；fixtures；pneumatic；welding

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目 录

第1章 绪 论???????????????????????????4 1.1 课题的背景及意义????????????????????????4 1.2 焊装夹具国内外研究概况?????????????????????4 1.3 汽车焊装夹具研究概况??????????????????????5 1.3.1 车身焊接原理?????????????????????????5 1.3.2 汽车车身常用焊接方法?????????????????????6 1.3.3 焊装夹具的功用????????????????????????8 1.3.4 焊装夹具设计要求???????????????????????9 1.3.5 夹具的基本构成????????????????????????9 1.3.6 夹具的设计步骤???????????????????????10 1.4 本课题研究内容????????????????????????10 第2章 车身焊装夹具设计??????????????????????12 2.1 定位加紧方案确定???????????????????????12 2.1.1 夹具的定位方案的确定????????????????????12 2.1.2 夹具的夹紧方案的确定????????????????????14 2.2 单元夹具设计思路???????????????????????16 2.2.1 主要控制断面形状（MCS）???????????????????16 2.2. 2夹具单元设计思路??????????????????????16 2.3 夹具单元设计过程???????????????????????17 2.3.1 U09夹具单元设计过程????????????????????17 2.3.2 U14夹具单元设计过程????????????????????23 第3章 生成二维图?????????????????????????29 3.1 装配图的二维图????????????????????????29 3.2 零件图的二维图????????????????????????32 结 论??????????????????????????????35 致 谢??????????????????????????????36 参考文献 ?????????????????????????????37

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第1章 绪 论

1.1课题的背景及意义

汽车工业是我国国民经济支柱产业之一，在国民经济发展中有特殊地位和作用，汽车工业能极大地带动和促进其它工业和产业的发展，并且成为显示一个国家工业发达水平的重要标志。随着汽车市场竞争的日益加剧，加快了汽车产品的更新换代步伐，汽车新产品的开发和制造周期越来越短。增加新车型冲压模具和焊接工装夹具虽必不可少，但汽车换型最主要的是改造焊接生产线。在汽车制造业中，汽车焊装夹具在汽车焊装线投入中占有相当大的比例，焊装夹具的设计制造直接影响汽车的生产规模、效率和生产质量。

车身焊装是车身制造的重要组成部分，它是将已经冲压成形的车身零件在夹具上定位夹紧后，通过点焊、凸焊、CO2保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配成为白车身的过程。目前，国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力，面对汽车行业的日益激烈的竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产的装备进行试验，只好成套引进，使得国内接装备生产厂家近年来与国外水平的差距越来越大。国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距却逐渐加大，提高我国焊装线及焊装夹具自主设计和制造水平迫在眉睫。

1.2 焊装夹具国内外研究概况

中国的汽车制造业已有50年的历史，只是在近几年中才得到了飞速的发展。相比之下，我国汽车制造业的工艺水平，特别是焊接工装夹具水平，显得越来越不适应这种快速发展速度的要求。这种现象的存在，原因在于在我国机械加工行业的传统习惯中，焊接制造工艺的地位不高。在中国众多的汽车制造生产厂家中，焊接工装夹具通常采用的是专用工装夹具，它是针对一道或几道特定的焊接工艺而配备的。随着目前汽车生产小批量、个性化的发展趋势，这类工装的使用就越来越受到限制，其设计生产的周期较长，场地占用较大，重复使用率较低的缺点充分的暴露出来。这种现状很大程度制约了我国汽车制造业焊接工艺水平的提高，延长了新车型研发的周期。在世界先进国家的汽车制造业，对广泛使用的焊接工装夹具已经标准化、系列化，设计时进行合理选用即可。

在国内对焊接夹具的系统研究不够重视，汽车焊接夹具的开发设计更是一个薄弱环节。在我国现有的所有引进车型中, 焊接夹具几乎无一例外全部依赖进口。焊接夹具开发的滞后状态严重制约了我国汽车工业的进一步发展。这与国外的技术封锁有关但更主要的

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是我们重引进轻研究开发重眼前利益, 轻长远打算。我国不少科研部门和制造单位从事了这项有益的作, 如机械工业部第四设计研究院、沈阳牡机制造公司、成都飞机制造公司和一汽、东风等国内著名汽车大集团都是其中的佼佼者。由于国产焊装起点都不高,批量不大,与西方汽车大国相比水平还有待在实践中进一步提高。

在世界先进发达国家，焊接工艺及柔性焊接生产线备受关注，特别是柔性焊装生产线适应不同产量、不同生产率、不同自动化程度、不同工厂环境的特点，柔性生产系统是车身焊装线的主流发展趋势。而且在工业发达国家和汽车大国,焊装的研制开已形成一个相对独立的新兴工业部门焊装的开发与设计已形成子标准化、系列化、通用化人们能够紧随汽车车身车型更新换代的步伐,及时地为新产品提供相应的焊接生产线为汽车厂家早上批量占领市场提供了坚实的技术装备保证,争得了宝贵时间。应该看到汽车焊接夹具是一项利润丰厚的智力型产品,占一个车身车型开发费用的1/6左右。按目前国际上一个轿车车身正常开发费用5000-8000万美元计算,焊接夹具至少占800万美元以上。它真正的材料费用是很低的，大部分是在设计制作费用上。

1.3汽车焊装夹具研究概况

1.3.1车身焊接原理

焊接是两个或两个以上的金属零件之间不可拆卸的联接方法之一，其实质是利用局部加热或加压的办法，使被连接处的金属熔化，促成两金属的原子相互渗合并接近到0.3~0.5nm的金属晶格距离，完全依靠原子间的结合力把两个分离的金属构件连接起来。

在焊接过程中，一般都是把局部加热到熔化温度以上然后冷却结晶凝固，它经历加热→ 熔化 → 金属冶金反应 → 结晶→ 固态相变 → 形成接头等几个过程，又是一个复杂的冶金反应、材料热处理及变形应力的产生过程。

影响焊接应力与变形的因素，主要是两个方面：第一是焊缝附近不均匀加热的范围和程度，也是产生热变形的范围和程度。第二是焊件本身的刚度以及受到周围边界约束的焊接，即阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度。这两方面作用的结果决定了焊缝附近塑性变形区的大小和分布，也决定了残余应力与残余变形的大小。人们可以从设计和工艺两方面来采取减小焊接应力与变形的措施。 1、人们可以采取的设计措施有：

1）、尽可能减少焊缝的数量，避免不必要的焊缝； 2）、选择合理的焊缝尺寸和形状；

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3）、合理选择结构形式和安排焊缝位置； 4）、避免焊缝布置得过分集中。 2、人们可以采取的工艺措施有：

1）、焊前将结构或部件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形，反变形应该能抵消焊后形成的变形；

2）、对于刚性小的结构，可以采用夹具支承夹紧的方法，增加结构要焊接时的刚性，达到减小焊接变形的目的；

3）、选用合理的焊接方法和规范，可以减小变形量；

4）、选择合理的装配焊接顺序，即把结构适当地分成部件，分别装焊接，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝在焊接过程 中能比较自由地收缩而不影响整体结构， 然后再拼焊成整体，这样有利于控制变形。采用机械或加热的预拉伸，使薄板预先得到拉伸，然后在张紧的薄板上装配焊接骨架，可有效防止变形。 1.3.2 汽车车身常用焊接方法

车身焊装过程中应用最多的是电阻焊，一般占整个焊接工作量的60％以上，有的轿车车身几乎全部采用电阻焊，高级轿车还采用粘接点焊方法。电阻焊是所有焊接方法中焊接效率最高的一种，适用于大量生产，在薄板焊接方面使用最广。其他焊接方法还有点焊、螺柱焊、二氧化碳气体保护焊等。 1、电阻焊

电阻焊加热时间比较短，热量较集中，焊接过程中产生的应力和变形较小，通常在焊后不必进行校正和热处理。不需要焊丝、焊条、保护气体、焊剂等焊接材料，焊接成本比较低。操作较简单，易于实现机械化和自动化，生产效率比较高，是汽车车身制造中应力最广泛的焊接方法。

电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并在焊接处通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，断电冷却时，在压力继续作用下实现金属结合，形成牢固接头。这种工艺过程称为电阻焊，也叫接触焊。 电阻焊有以下特点：

1）、利用电流通过工作工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热，即热源不是来源于工件之外，而是内部热源。

2）、整个焊接过程式在压力作用下完成的，即心须施加压力。

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3）、在焊接处不需要加任何填充材料，也不需要任何保护剂，电极压力和焊接电流是产生电阻焊的基本条件。 2、点焊

点焊是一种高速、经济的连接方法，主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等、它适用于焊接搭接头、接头气密性要求低、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板件，因此广泛用于汽车车身的焊接。

点焊按一次形成的焊点数，可分为单点焊和多点焊：按对焊件的供方向，可分为单面点焊和双面点焊。

最常见的点焊方法是双面点焊（电极从工件两侧供电），尤其是双面点焊，在车身焊接中运用最多，这时工件的两侧均有电极压痕。单面点主要用于电极难以从两侧接近工件或工件一侧要求压痕较浅的场合，如汽车车身外表面或装饰面板的点焊，此时，一侧是电极，另一侧是接触面积较大的导电板，可以消除或减轻下面的压痕，在汽车车身大量生产中，单面多点焊也获得广泛应用。

焊点质量不仅取决于焊点尺寸，还与焊点表面与内部质量有关。焊点在外观上要求表面压坑线，平滑呈均匀过渡，无明显凸或局部挤压的表面鼓起，外表面没有环状或径向裂纹；表面不得有熔化或粘附的铜合金。从内部看，焊点形状应规则、均匀，焊点尺寸应满足结构强度的要求；内部无超标的裂纹和缩孔；焊点核心周围无严重过热组织。 焊点尺寸主要焊点直径，焊透率和表面压坑深度等。 3、螺柱焊

螺柱焊是将金属螺柱等紧固件焊于工件上的焊接方法，它是焊接紧固件的一种快速方法，不仅效率高，而且可以通过专用设备对接头质量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，从而保证接头的导热性、导电性和接头强度。在汽车车身零件组焊过程中，常常利用螺柱焊在一些小零件上焊接安装汽车附件用的紧固件。

广泛采用的螺柱焊方法主要有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊。它们都是利用直流焊接点原来产生电弧。

4、二氧化碳气体保护焊

二氧化碳气体保护焊是融化极气体保护电弧焊的一种，它是采用可熔化的专用二氧化碳焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来融化焊丝与母材金属，并向焊接区输送二氧化碳保护气体，使电弧、 融化的焊丝、 熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续

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送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件互相连接起来。 5、凸焊

凸焊是在焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸点，使其在另一焊件表面接触并通电加热，然后压塌，用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。凸点的作用是将电流和压力限在特定位置上。凸焊主要用于将螺母，垫圈等小零件焊接到较大的冲压件上。 6、缝焊

缝焊是用一对滚盘电机代替点焊的圆柱形电极，与工件相对运动，从而产生一个个熔核相互重叠的密封焊缝的焊接方法。它主要用于用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等气密性要求高的焊缝。 1.3.3焊装夹具的功用

1、在汽车车身焊接过程中定位夹紧，保证车身零件之间正确的装配关系，同时保证车身焊接质量及焊接过程顺利。采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。

2、缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本。采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上备有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率，夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。

3、增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品。采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。

4、减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能。如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作

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也非常困难和疲劳。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。 1.3.4焊装夹具设计要求

1、焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证车身上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时，夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。

2、焊装夹具应动作迅速，操作方便。操作位置要处于工人容易接近．最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。

3、焊装夹具的设置应便于施工，有足够的装配．焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。

4、夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。

5、为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。

6、用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度．尺寸精度影响较大。

7、在同一个夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。

8、焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。

9、尽量选用已通用化．标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。 上述这些原则是设计车身焊装夹具时所必须考虑的，但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大，有的焊装夹具只有一个简单的框架，有的则相当复杂。一般来说，应根据生产批量的大小和产品结构的特点并结合工厂的生产条件来选择焊装夹具的类型，设计夹具。 1.3.5 夹具的基本构成

汽车焊接夹具的主要装置有由夹具基板、定位装置、夹紧机构和一些辅助机构。 l、夹具基板

基板是焊接夹具的基础元件，夹具其他部分都是建立在这个基板之上的，因地它的精度

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直接影响到夹具的精确性，因此对基板的工作平面有着严格的要求。基板的上表面都设有基准线，用于夹具的自身测量和准确定位。为了节约材料、减轻夹具重量、降低成本，在不影响夹具定位机构和基准槽的情况下，夹具基板应尽量采用框架结构。 2、定位装置

夹具定位装置是用来确定焊接件的相对位置和装配关系的，定位装置一般有定位销和定位面两种，定位销又有固定销、气动伸缩销、插销等，定位面一般根据焊接零件需要定位处的型面做成定位块。 3、夹紧机构

汽车焊接夹具的夹紧机构是为了固定焊接零件，防止点焊时因作用力太大而导致的零件错位变形。主要分为手动夹紧机构和气动夹紧机构两种，在实际生产中，一般配合使用手动、气动夹紧机构，保证正常生产。 4、辅助机构

为了夹具能够更加方便的用于实际生产过程中，有些夹具还包括3种辅助机构，如旋转系统、翻转机构、反作用焊接结构、测量机构等。 1.3.6夹具的设计步骤

1、在焊接夹具设计之前，首先要了解整个的结构特点，确定生产纲领，明确焊装线的初步规划，运用同步工程学的知识，先期切入到骨架数据设计阶段，做好充分的工艺准备工作，再结国内外先进的夹具结构和本公司的实际情况，规划出夹具的总体方案。最终确定是用固定式夹具还是随行夹具、自动化程度的高低、是否考虑多种车型共用等。 2、根据白车身数据及焊点规划方案，规划出焊接树状图，规划出整个焊装线方案，同时结合饭金件的模具工艺方案和总装的装配工艺，规划出合理的定位孔、支撑面及压紧方式。

3、根据夹具焊点规划和焊接树状图确定的焊装线规划，确定夹具的辅助设备和公用动力。

4、焊装夹具的整体坐标要和设计坐标一致，这样就保证整个从设计到制造的基准统一，同时考虑夹具的模块化，系列化，包括基板的模块化、L座、垫片、连接块等，这样即保证了精度又缩短了制造周期。

1.4本课题研究内容

汽车左前纵梁及轮罩在焊装过程中，由于薄板刚性差易变形，为了保证零部件之间正确

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的相对位置和焊接间隙，必须通过焊装夹具将其固定。为保证汽车左前纵梁及轮罩装配尺寸的准确性，最重要的手段就是正确的工装定位。汽车焊装夹具与其他夹具相比，定位单元型面复杂，精度要求高，设计制造难度大。

本文针对汽车左前纵梁及轮罩，构思夹具设计方案，进行焊点规划，焊钳选型，夹具工艺分析等。最终完成焊接夹具设计。

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第2章 车身焊装夹具设计

2.1定位加紧方案确定

2.1.1夹具的定位方案的确定

夹具的定位加紧一般采用六点定位原则，本设计同样采用该定位方式。

所谓六点定位是指要使工件在夹具中的位置完全确定，其充分必要条件是将工件靠置在按一定要求布置的6个支撑面上，使工件的六个自由度全部被限制，其中每一个支撑点相应的限定一个自由度。这就是六点定位准则，又称“六点定律”。

在进行装配焊接作业时，首选应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直保持将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图纸要求得到确定的位置的过程称为定位；把焊件在装配焊接作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。设计夹具过程中通常采用过定位方式即六点定位，进行定位，将工件的六个自由度全部限定。 定位基准的优先原则

1、车身零件的制造工艺，定位基准确定的先后顺序为总成→分总成→组件→零件。因为如果装配件的定位基准不确定，则不可能正确评价和确定零部件的精度，也无法决定零部件的准确修正方向。同时为了使车揣零件在制造过程中的变化要素最小，需要把含有更多变化要素的装配件上的定位基准首先确定。

2、为了确定车身零部件的位置，需要基准孔、基准面和基准端的组合，但是在同一方向上约束时，采用基准面、孔、端的顺序不同，考虑车身零件的形状，定位基准选择的先后顺序为基准面→基准孔→基准端。这是因为冲压零件的成形顺序是先拉延后冲孔，先选基准面再选基孔定位与零件的成形顺序保持一致；优先选用基准面可以使相邻零件的贴合面累积误差最小，也容易补偿刚性不足的零件形状，而且如果基准孔的位置和孔间距不准确会造成被焊零件的位置不稳定。 定位基准位置的选定方法

夹具定位基准的选定必须以冲压件零件图、装配焊接后的零件图、车身焊装工艺流程和工艺方案、车身装配公差要求以及基本车型的有关资料为依据。其选用方法为： 1、夹具定位基准面的厚度一般为16或19mm，只有地板框架处夹具定位基准面的厚度选 用19mm。为了便于夹具设计与检测，定位基准面尽量选 在与车线平行的位置，且与车线

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之间的距离为整数；若定位基准的位置与车线倾斜，则从车线处标注尺寸和角度。 2、定位基准面要尽量可能选在断面形状一致的位置，尽量避免断面发生变化的位置。 3、定位基准孔要尽可能与定为基准不重合。这是因为近准孔与基准面的定位方向不同，当零件定为基准面发生变化时，定位基准孔的位置也发生变化。

4、分析整条生产线上各工位零件的构成以及各构成零件的位置，使定位基准的位置尽量选在能够贯穿整条生产线的位置上，即生产线上各工位的定位基准尽量保持一致，以减小工位间的定位偏差。

5、定为基准尽量选在被焊零件有贴合要求或功能要求的位置，如有装配关系要求的面或孔，有位置要求的端部或孔等。

6、定为基准尽量选在容易上件取料的位置，容易实现焊装自动化的位置，以及设装配累计误差最小化的位置。

7、对于相同的零件的定位，其定位基准位置尽量要统一。

8、定位基准要选在可以减小焊接变形的位置上。当焊面的长度足够时，可以将定位基准面直接选在焊接面上。

9、各被焊零件要尽可能单独定位，不能只依靠相邻零件型面的贴合来定位。 式样书中本工位各套夹具分布如图2-1所示

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图2-1 加紧定位分布图（MCP）

2.1.2 夹具的夹紧方案的确定

气动夹具具有加紧动作迅速、夹紧力稳定、操作方便、安全无污染、清洁干净等鲜明特点，因此本设计中采用的是气动加紧。此类夹具用压缩空气作为动力源，通过管道、气阀、气缸等元件，产生加紧工件的夹紧力。

气动夹紧机构是以压缩空气为传力介质，推动气缸动作以实现夹紧作用的机构。由于气动夹紧机构的夹紧速度快，夹紧力比较稳定，操作简单，不污染环境，并可实现程序控制，容易实现机械化和自动化，在批量和大批量汽车焊装生产线上广为应用。通过气动回路控制，操作者可在一个工作位置操作按钮开关，实现各个方位的气缸动作控制，而且夹紧、松动速度极快，从而能大大缩短生产辅助时间，提高劳动生产效率。

在进行焊装夹具设计计算时，首先要确定装配焊接时所需夹紧力，然后根据夹紧力的大小和方向、被焊接零件的结构、夹紧点的布置，安装空间的大小等来选择夹紧机构的类型和数量。

夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面，以保证零件定位稳定，变形较小。当夹紧

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力的方向与重力方向一致时，可使夹紧力最小。选择夹紧力的作用点时，主要应当考虑工件夹紧时要稳定、变形最小。所以夹紧力的作用点应落在定位件上，应尽量选在零件刚性最好的部位上，以减少夹紧变形。 1、夹紧气缸的选取

在车身焊装夹具中常选用带Y型双肘接头的夹紧气缸作为动力源，如图2-2所示为已经标准化的夹紧气缸活塞杆缩回时的外形结构尺寸图。其接头销轴C与压板相连，通过气缸活塞杆带动压板运动，安装销轴D固定，使气缸绕D点转动。夹紧气缸的缸径主要有32、50、63三种系列可根据夹紧力大小不同来选用，缸径越大，气缸输出作用力越大，则夹紧力也越大。气缸行程有50、75、100、125、150等系列，气缸行程影响压块的打开角度，当行程越大，打开的角度也越大。选择气缸行程时，尽量选用标准行程大于使用行程5～10mm，这样可保证夹具的可靠夹紧，补偿压板夹紧面的磨损量。也就是说如果选择的气缸行程为75mm，则其实际行程为70mm，应为要留出5mm的补偿量

图2-2标准化气缸收回时的外形结构尺寸图

2、夹紧力的计算过程

设计中压块的结构可以简化为图2-3

图2-3压紧过程简图

由杠杆平衡原理有 P?A?F?B 其中，P－单杠双作用气缸推力，kgf F－夹紧力，kgf A－气缸作用力臂，mm B－夹紧力臂，mm

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6连接板实体的设计

由于车身焊装夹具设计采用过定位原则，应尽量减小接触面积，以免因定位太多而造成定位不可靠。一般接触面积宽度选为15-20mm即可。因为连接板上要安装夹紧气缸所以在设计连接板时应该根据气缸选型的型号，来定气缸安装孔及铰支孔的大体位置. 设计连接板时应根据压板的设计及气缸的行程，根据设计要求选择行程为50的气缸，其尺寸按照45行程来计算。在设计时把首先打开的气缸即上面的气缸设计成与地面成90度放置。同时应遵循所设计夹具的工位特点、受力情况及材料的节省等方面来考虑设计。步骤如前因连接板为独立的整体可直接进行拉伸，拉伸厚度为16毫米，为节省材料在满足受力要求的前提下进行倒角及切除多余部分。设计前已经确定了BASE 的高度为750mm。确定支架高度为400mm，连接板尺寸如图2-9所示

图2-9 连接板外形尺寸

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7、销支架的设计

设计销支架时，首先需要把销装配在合适的位置，根据销的位置设计销支架，销支架的具体尺寸如图2-10所示

图2-10 销支架外形尺寸

8连接块的设计

在装配图中进行连接块的设计。这样可以随时调整其形状，使销支架，定位块等零件通过连接块更好的连接在连接板上。在装配中调整各孔的位置，使各连接孔为整数。连接支架也要做的比较结实。 根据安装位置和尺寸来设计，组装图如图2-11所示

图2-11 U09装配图

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9、干涉运动分析

在运动分析过程中，需定义移动副和转动副，在本设计中其定义是这样的：分别定义压板、压块、气缸头、气缸体为转动副，其中气缸体和气缸头气缸连接点转动，压板与压块同时绕支点作旋转运动，同时气缸头沿气缸杆作平移运动。

气缸打开后需对运动轨迹进行保存，运动轨迹需保存两个，一个为气缸完全打开时的状态，一个为气缸运动到最大偏转角度的位置。前者为了说明气缸完全打开时，在放置车板时，不会与其产生干涉，后者是为了说明气缸打开过程中不会与夹具支架发生干涉。 运动分析是检查夹具是否能够打开和检查在打开时是否与其它夹具或车件发生干涉，如图所示：

图2-12 夹具的打开状态

2.3.2 U14夹具单元设计过程 1、切取断面线

根据断面位置与车线关系，采用一维断面。截取断面，首先设置工作部件，将断面线A面为车线绝对值小的一面,B面为车线绝对值大的一面已确定断面位置，开始截取断面。 2、简画装配草图

在设计压板时，首先应根据压板的打开状态，气缸的行程来确定旋转点及气缸安装绞支点的位置，同时要考虑气缸打开或关闭时连接部分是否干涉。

进入草图界面，根据断面线的形状设计压板的形状。 在设计压板时应先确定3个圆的

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位置，因为要考虑当气缸打开将所焊接部件拿出时是否与所设计的夹具压板干涉，一般将它们之间的打开余量设为大于20毫米，并做打开分析，看是否干涉。如图2-13所示：

图2-13 U14草图

为了避免给设计造成浪费，在作运动分析之前须先对草图进行打开状态干涉分析。通过旋转角度，来确定气缸行程是否能够保证气缸处于打开状态时，不会发生干涉。通过学习可知，行程100mm的气缸在满足各项要求的情况下所打开的最大角度为87.062度，，因此可以通过打开角度，使压板臂草图旋转来检验其刚打开时是否会与发生干涉。

3、压块的设计

根据夹点位置首先将压板的草图绘制出来，点击拉伸按钮，厚度为16。如图2-14和图2-15

图2-14 压板1的拉伸

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图2-15 压板2的拉伸

4、定位块的设计

根据夹点位置将定位块的草图绘制出来，点击拉伸按钮，厚度为16。如图2-16和图2-17

图2-16 定位块1的拉伸

图2-17 定位块2的拉伸

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5、压板的设计

根据压块和草图中支点的位置，确定压板相对尺寸如图2-18和图2-19。

图2-18 压板主体尺寸

图2-19 压板耳朵尺寸

6连接板实体的设计

由于车身焊装夹具设计采用过定位原则，应尽量减小接触面积，以免因定位太多而造成定位不可靠。一般接触面积宽度选为15-20mm即可。因为连接板上要安装夹紧气缸所以在设计连接板时应该根据气缸选型的型号，来定气缸安装孔及铰支孔的大体位置. 设计连接板时应根据压板的设计及气缸的行程，根据设计要求选择行程为100的气缸，其尺寸按照95行程来计算。在设计时把首先打开的气缸即上面的气缸设计成与地面成90度放置。同时应遵循所设计夹具的工位特点、受力情况及材料的节省等方面来考虑设计。

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步骤如前因连接板为独立的整体可直接进行拉伸，拉伸厚度为16毫米，为节省材料在满足受力要求的前提下进行倒角及切除多余部分。设计前已经确定了BASE 的高度为750mm。确定支架高度为150mm，连接板尺寸如图2-20所示

图2-20 连接板外形尺寸

7连接块的设计

在装配图中进行连接块的设计。这样可以随时调整其形状，使销支架，定位块等零件通过连接块更好的连接在连接板上。在装配中调整各孔的位置，使各连接孔为整数。连接支架也要做的比较结实。 根据安装位置和尺寸来设计，组装图如图2-21所示

图2-21 U14装配图

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8、干涉运动分析

在运动分析过程中，需定义移动副和转动副，在本设计中其定义是这样的：分别定义压板、压块、气缸头、气缸体为转动副，其中气缸体和气缸头气缸连接点转动，压板与压块同时绕支点作旋转运动，同时气缸头沿气缸杆作平移运动。

气缸打开后需对运动轨迹进行保存，运动轨迹需保存两个，一个为气缸完全打开时的状态，一个为气缸运动到最大偏转角度的位置。前者为了说明气缸完全打开时，在放置车板时，不会与其产生干涉，后者是为了说明气缸打开过程中不会与夹具支架发生干涉。 运动分析是检查夹具是否能够打开和检查在打开时是否与其它夹具或车件发生干涉，如图所示：

图2-22 夹具的打开状态

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第3章 生成二维图

3.1装配图的二维图

在每个试图中，尺寸标注必须遵循一定的原则。每一组结构都应该有横向和纵向与基准建立的尺寸关系。每遇到一组结构时，首先观察该组结构是否是装配特征，如果属于装配特征，确定该特征属于重要尺寸类型还是无关紧要的尺寸。重要的定位特征尺寸，需要与基准建立直接的尺寸关系。在本设计中定位基准选择的是空间坐标线，也就是基准车线，通过车线和定位销之间的尺寸连接关系，将尺寸关系由，定位销传递到车线，以对各装配零件实现尺寸传递关系。

无论是孔还是压块、定位块，都要与车线建立位置尺寸关系，每一个特征都要有两个方向的定位尺寸，在标注每个特征时，就要看一下该特征是否与基准车线构成了横向和纵向的尺寸关系，如果没有或者缺少，说明该特征的尺寸标注是不准确的，需要补充或修改。 本次设计要出两套夹具的装配图

图3-1 U09主视图

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图3-2 U09右视图

图3-3 U09俯视图

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图3-4 U14主视图

图3-5 U14右视图

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图3-6 U14俯视图

3.2 零件图的二维图

按照设计要求，本次设计要在两个单元中选择四个零件出二维图。U09单元中我选择05号和09号零件绘制零件图，U14单元中我选择02号和06号零件绘制零件图。零件图二维图的制作过程与装配图的二维图制作过程类似。零件图的视图方向应尽量与主视图的方向保持一致，比例为1：1。

图3-7 U09-05定位块零件图

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图3-8 U09-05定位块零件图

图3-9 U14-02定位块零件图

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图3-10 U14-06定位块零件图

在零件图中需要标注各特征的形状尺寸和位置尺寸。在标注尺寸前需要确定位置和加工基准，由于该零件为加工件所以其定位基准也就是该零件的加工基准。锁有的尺寸线都应从基准销向外引出。

无论是装配图还是零件图，需要在两面分别明确标示出A、B两面的位置。在这里应该特别提到的是粗糙度的标注，支撑板与定位块之间的尺寸精度是影响工件装夹精度重要尺寸，零件接触面有Ra3.2的表面粗糙度要求。零件中有表面发黑要求，即对表面进行热处理。这主要是因为，压块和定位块，经常与车板发生配合，磨损较严重，如果不做表面热处理，尤其是与车板接触的表面，磨损会很严重，易造成夹具的损坏，造成定位块或者压块因磨损而无法使用，造成浪费。

经过以上各步骤，本次毕业实际的目的已经达到，U09和U14单元夹具也已成形。最后以成品U02号和U14号夹具的三维视图为本设计论文画上一个圆满的句号。

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结 论

本次设计中我通过分析设计任务书，我的任务是三维设计两套夹具以及组装图和部分零件的二维图。在这过程中我遇到了很多问题，有CATIA软件方面的，也有设计方面的。夹具设计其实并不简单，它需要综合我们所学的各方面的专业知识，如《机械设计》、《机械制造工艺学》、《互换性与测量技术基础》、《金属工艺学》等，而且还要考虑工艺和成本问题。同时还要求我们对CATIA操作非常熟悉，对专业知识掌握得相当牢固。如果一方面缺乏，工作将很难进行下去。

由于以前对夹具设计不太了解，车身焊接方面知识懂得不多。设计工作思路很不清晰，因此走了不少弯路。在了解了夹具的相关知识和设计规定后，才有了一个清晰的设计思路。 在做之前首先分析任务书，定出基座的高度和位置，做一基准面便于支架的定位这很重要。否则设计出来的各套夹具支架的底面不再同一基座的面上，再去调解支架相对比较麻烦。 在做的过程中，夹具准确定位和夹紧要遵循六点定位原则，尤其是U09夹具单元的销支架的定位是设计中的难点、如何准确定位销支架是关键。需要你采取自上而下的装配关系去考虑，将销先装上而后定位。

当整套夹具大体设计完后，应进行运动分析。当出现干涉时，我们还要不断的修改旋转点的位置，旋转点是一个重要的参数。在设计过程中我们要不断的改动旋转点的位置。 在标注二维图的过程中，我也出不少问题，有许多尺寸漏标了。对于有关尺寸标注知识掌握得不够，刚开始没有一个清晰的思路。首先我们应确定下料基准、定位基准，而后依次向外标出，防止漏掉一些重要尺寸，还要标注公差，需要我们对公差概念很好的理解。 这次设计让我感触很深，做任何工作都要认真踏实，切勿急躁。在做工作前，应对工作进行认真分析和充分准备，多思考，勤动手，明确一个清晰的思路，而后再做可避免出一些错误，只有经过反复的修改以后，充分考虑各方面要求，才能最终设计出令人满意的产品，而不是欣赏品才能进行加工。

现在的我实践经验还很不足，做得还尚待提高。在以后的工作中，我会多多积累经验，不段提高自己的专业素质和能力。

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致 谢

尊敬的院领导、指导老师：

在我的毕业设计过程中，院领导为我们创造了良好的设计环境，在软件方面给与我们极大的帮助，并从各种硬件方面尽量满足我们做毕业设计的要求。在此我对院领导表示由衷的谢意。

本学位论文是在我的导师xxx老师的亲切关怀和耐心指导下完成的。xxx老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到最终完成，xxx老师都始终给予我细心的指导和支持。在此谨向xxx老师致以诚挚的谢意。

我对毕业设计课题汽车左前纵梁及轮罩的焊接夹具设计很感兴趣，经过摸索与学习，终于按期完成了设计任务。本次设计使我的理论知识得到了综合运用,而且还学到了许多新的知识与技术,同时也为毕业后更好地适应工作岗位打下了良好的基础。

同时，感谢xxx学院各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处世。我也要感谢我的母校xxx，是她提供了良好的学习环境和生活环境，使我的校园生活丰富多彩，为我的人生留下精彩的一笔。

最后，我还要感谢含辛茹苦培养我长大的父母，谢谢你们！我将在今后的工作岗位中继续努力，争取更大的成绩。

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参考文献

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