叉车座椅焊接夹具设计本科.doc

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1、上海交通大学本科毕业论文上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计叉车座椅焊接夹具设计 学学 生：黄冬生：黄冬 学学 号：号：711140010001 专专 业：业：11 春机电一体化春机电一体化 导导 师：王春香师：王春香 学校代码：学校代码：10248 上海交通大学网络教育学院上海交通大学网络教育学院 二一三年三月二一三年三月 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 I 毕业论文声明毕业论文声明 本人郑重声明： 1、此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特 别加以标注和致谢的地方外，本文不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的 研究成果。对本文研究做出重要

2、贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2、本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与 学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查 阅和借阅。本人授权上海交通大学网络教育学院可以将此文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3、若在上海交通大学网络教育学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有 抄袭，一切后果均由本人承担（包括接受毕业论文成绩不及格、缴纳毕业论文重 新学习费、不能按时获得毕业证书等） ，与毕业论文指导老师无关。 作者签名： 日期： 上海

3、交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 I 叉车座椅焊接夹具设计叉车座椅焊接夹具设计 摘摘 要要 随着物流业的持续发展，叉车作为其中重要的物料搬运设备，越来越受到重视，而其中的部 件-座椅悬架基座对叉车的安全性和减振性起到了决定性的作用。 焊接夹具作为重要的生产工艺装备，在不同行业都获得了广泛的应用。焊接夹具操作简便、 不用测量就能得到准确的装配位置，从而保证了装配精度，加快了装配作业的进程，同时由于保 证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件的互换性能，焊件上的配合孔、配合槽等机械 加工要素可由原来的先焊接后加工改为先加工后焊接，从而避免了大型焊件焊后加工所带来的困 难，有利于缩短焊

4、件的生产周期，提高焊接生产率。 叉车座椅的悬架基座主要由薄板冲压后的零件组焊而成，精度要求不高，中等批量。本文主 要设计了组焊这套部件的专用焊接夹具，主要内容包括夹具的总体设计方案，设计要则和具体的 设计过程，采用了现代的夹具设计方法，并对夹具的调试、使用以及保养等作了简要说明。 关键字：关键字：叉车，座椅，焊接夹具，夹具设计 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 II SEAT WELDING FIXTURE DESIGN FOR FORKLIFT ABSTRACT With rapid development of logistics, the forklift is more

5、and more considered as important equipment in the material conveying work .one of seat parts -suspension base is critical for safety and low vibration of forklift. Welding fixture is regarded as important production process equipment. which obtain wide application in every field. Due to easy to oper

6、ate and can get accurate assembling location without measurement, therefore it can ensure precision of assembly and speed up process of assembling work ,at the same time ,on account of assembling precision and controlling welding distortion, it can improve weldments compatibility. mating hole and sl

7、ot can change from first machining to after machining ,which can avoid difficulty that large weldment are welded ,and is beneficial to shorten lead time, and improve welding productivity . Suspension base of forklift seat is composed of sheet mental that is punched ,precision requirement is low , me

8、dium lot .this passage is to design this professional fixture for this set of parts .the main content include fixtures whole design scheme ,design principle and specific design process . besides, make a simple description for jig debugging、usage and maintenance. Key words：forklift , seat ,welding fi

9、xture ,fixture design 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 III 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACT.II 目目 录录.III 第一章第一章 绪绪 论论1 1.1 课题背景和意义课题背景和意义1 1.2 焊接夹具发展现状焊接夹具发展现状2 1.3 装焊夹具概述装焊夹具概述2 1.3.1 装焊夹具的定义及组成.2 1.3.2 装焊夹具的作用.2 1.4 本文设计与研究内容本文设计与研究内容2 1.5 本章小结本章小结3 第二章第二章 叉车座椅悬架基座焊接的工艺分析叉车座椅悬架基座焊接的工艺分析4 2.1 座椅悬架基座焊接部件的产品图座椅悬架基座焊接部件的

10、产品图4 2.2 焊接部件的重要技术要点分析焊接部件的重要技术要点分析4 2.1.1 尺寸公差和形位公差要求.4 2.1.2 焊接要求分析.5 2.3 零部件的结构分析零部件的结构分析5 2.4 焊接部件的焊接工艺方法的确定焊接部件的焊接工艺方法的确定6 2.4.1 部件的焊接工艺分析.6 2.4.2 组件的焊接工艺确定.6 2.5 生产纲领对焊接夹具的影响生产纲领对焊接夹具的影响8 2.6 本章小结本章小结8 第三章第三章 叉车座椅焊接夹具方案设计叉车座椅焊接夹具方案设计9 3.1 焊接夹具的设计原则与方法焊接夹具的设计原则与方法9 3.1.1 定位部件设计原则.9 3.1.2 夹紧部件设计

11、原则.9 3.1.3 夹具体设计原则.10 3.2 焊接夹具的设计方法焊接夹具的设计方法10 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 IV 3.3 焊接夹具的设计步骤焊接夹具的设计步骤11 3.4 总体方案的设计总体方案的设计12 3.4.1 夹具体方式的选择.12 3.4.2 定位方式与定位元件选择.14 3.4.3 其他辅助支撑.18 3.4.4 夹紧方式与夹紧元件选择.19 3.4.5 装焊方案.22 3.5 本章小结本章小结24 第四章第四章 叉车座椅焊接夹具详细零部件设计叉车座椅焊接夹具详细零部件设计25 4.1 夹具体夹具体25 4.1.1 夹具平台.25 4.1.2 固定

12、角座.26 4.2 定位元件定位元件27 4.2.1 定位销.27 4.2.2 定位座.29 4.2.3 活动插销.30 4.3 夹紧元件夹紧元件30 4.4 其它元件其它元件31 4.5 焊接夹具的喷漆要求焊接夹具的喷漆要求36 4.6 本章小结本章小结36 第五章第五章 焊接夹具的尺寸精度评估焊接夹具的尺寸精度评估37 5.1 焊接夹具尺寸精度的静态评估方法焊接夹具尺寸精度的静态评估方法37 5.2 焊接夹具尺寸精度的静态评估方法焊接夹具尺寸精度的静态评估方法37 5.2.1 尺寸精度耐久性评估.38 5.2.2 尺寸精度可靠性评估.39 5.3 本章小结本章小结40 第六章第六章 焊接夹

13、具的装配、调试、使用与保养焊接夹具的装配、调试、使用与保养41 6.1 焊接夹具的装配要求焊接夹具的装配要求41 6.2 焊接夹具的调试焊接夹具的调试41 6.3 焊接夹具的使用说明焊接夹具的使用说明42 6.3.1 焊接夹具的操作步骤.42 6.3.2 焊接夹具的使用要求.42 6.4 焊接夹具的保养焊接夹具的保养43 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 V 6.5 本章小结本章小结43 第七章第七章 总结与展望总结与展望44 参考文献参考文献45 致致 谢谢46 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 课题背景和意义课题背景和意义

14、“物流”概念自上世纪 70 年代末引进我国以来，已经有近 30 年的发展历史了，在此期间， 许多物流企业与物流园区也都相应的逐渐发展起来，现代物流业将成为我国国民经济的重要产业 和经济增长点。国家的“十一五”规划中明确提到要大力发展物流业，伴随着电子商务、信息技 术、电子书籍、供应链的迅速发展，物流业也正行驶在发展的快车道上。 叉车是一种能把水平运输和垂直升降有效结合的装卸机械，是实现物流机械化作业的重要设 备，具有通用性强、操作使用方便、工作效率高等特点，在我国国民经济的发展中，各行各业对 叉车的需求量都在不断增加,今后几年，随着国内大型叉车合资企业的投产，我国的叉车市场将拥 有非常广阔的发

15、展前景。 在整个叉车的制造生产中，驾乘人员的座椅生产是其中的主要环节之一，特别是驾驶员座椅 （如图 1-1 所示）的焊接生产涉及到安全性、可靠性等要求，工程师们通过有限元分析完成强度 设计后，座椅的焊接生产是关键环节，而其焊接夹具的好坏在很大程度上影响了焊接的质量和劳 动强度。座椅悬架基座的焊接是其重要的组成部分，它是将已经冲压成形的外壳和底座以及其他 零件在夹具上定位夹紧后，通过 CO2 气体保护焊焊装成组件的过程。目前，我公司暂时依赖以 前老师傅手工临时组焊的简单夹具来定位焊接，对焊工的技术水平要求高，而且劳动强度也大， 随着公司业务的发展，订单数量的不断增加，这种生产模式已经不能适应企业

16、的成长，为此，急 需开发一套专用的焊接夹具来满足生产要求。 图 1-1 叉车座椅 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 2 1.2 焊接夹具发展现状焊接夹具发展现状 当前国内对焊接夹具的研究都还局限于焊装夹具的计算机辅助设计、加工、焊装夹具的通用 性和可重组性等方面。缺少对焊装夹具的整个生命周期，包括虚拟化设计、加工、装配、调试以 及后续改型阶段缺乏系统而有效的计算机辅助手段，缺少焊装夹具对工件组焊时偏差影响规律的 定量研究，以及根据研究结果而得出可以指导焊装夹具设计的原则和方法。一个国家的制造业的 国际竞争力取决于装备的先进性和经济性，夹具是机械加工制造不可缺少的工艺装备，在机床技

17、 术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术也正朝着高精度、高效、 模块、组合、通用、经济方向发展，随着焊接技术的不断发展，产品的不断更新换代，对其焊接 夹具的需求将会越来越大。 1.3 装焊夹具概述装焊夹具概述 1.3.1 装焊夹具的定义及组成 将零件按一定顺序放入夹具内定位夹紧，使各零件间保持正确的相对位置关系后，进行焊接 的过程称为装焊过程。而用来装夹其零件的夹具称为装焊夹具。装焊夹具属于非标工艺装备，是 根据实际的产品结构特点、生产条件和成本预算来设计的。一般的装焊夹具由定位部分、夹紧部 分以及夹具体组成。 1.3.2 装焊夹具的作用 （1）采用了装焊夹具，零件可

18、以通过定位销、定位块等快速定位，可以不用测量就能得到 准确的装配位置，加快了装配作业的进程。 （2）采用了装焊夹具，装配和焊接可以在同一工位上完成，可减少制造工序，提高生产效 率。 （3）由于装焊夹具能强行夹紧焊件并且可以预先在夹具上设置反变形部分，故能有效控制 或消除焊接变形，提高焊接质量。 （4）采用装焊夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件的互换性 能； 1.4 本文设计与研究内容本文设计与研究内容 本文研究的主要内容是阐述焊接夹具的发展现状、焊装夹具设计原理、步骤、方法以及夹具 功能。并对夹具的设计作了深入地分析。叉车座椅悬架基座是由具有复杂型面的零件组成，它由 薄

19、板冲压后，通过装焊而构成一个焊接组件。其中装焊质量的好坏将直接影响座椅的质量、生产 率、经济性以及安全性。而装焊的质量取决于焊工操作的准确性、冲压件的精度以及夹具的装配 精度。而焊装夹具的设计需要考虑冲压件的结构特性、焊接的先后顺序、焊点的位置分布以及焊 接工艺性等，它是以座椅悬架基座产品图纸为主要依据的。装焊生产的效率和质量直接受夹具设 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 3 计的好坏的影响，而其设计又与众多因素有关，所以本文研究的主要内容就是在给出的各种约束 和要求下，利用 SOLIDWORKS 进行三维建模并虚拟装配，设计一套满足产品生产工艺要求和图 纸要求的夹具，并尽量使其

20、性价比最高。 1.5 本章小结本章小结 本章介绍了设计此套装焊夹具的背景及意义，并阐述了焊接夹具的发展现状以及装焊夹具的 定义、组成与作用。随着汽车行业的大力发展，焊接夹具的应用也会越来越多，其自动化水平也 会有很大程度地提高。 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 4 第二章第二章 叉车座椅悬架基座焊接的工艺分析叉车座椅悬架基座焊接的工艺分析 焊接部件的工艺性的好坏直接影响焊接的设计以及后续焊接的可行性及经济性，所以焊接部 件的工艺分析尤为必要。焊接部件的工艺分析一般包括对部件产品图中重要的技术要点分析以及 零部件的结构分析。 2.1 座椅悬架基座焊接部件的产品图座椅悬架基座焊接部

21、件的产品图 图 2-1 座椅悬架基座焊接部件的产品图 悬架基座焊接组件由底座、外壳、U 型支架、阻尼器安装支架以及台阶销组成。底座的材料 是 10 号钢，外壳的材料 10 号钢，U 型支架的材料是 08#钢，阻尼器安装支架的材料是 08#钢， 台阶销的材料是 Y15，悬架基座焊接的总体尺寸是 364 x 425.2 x 204.6（mm） 。 2.2 焊接部件的重要技术要点分析焊接部件的重要技术要点分析 2.1.1 尺寸公差和形位公差要求 (1) 阻尼器安装支架圆孔与底座方孔距离为 1.17”0.06”。 (2) 阻尼器安装支架上两孔中心线与底座底面的平行度要求 0.03”。 (3) 外壳上的

22、圆形孔中心线以及底座底面对底座方形孔中的位置度要求为 0.03”。 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 5 2.1.2 焊接要求分析 （1）U 型支架侧边与底座之间有两处角焊缝。 （2）外壳的内侧边与底座之间有 3 处角焊缝,1 处对接焊缝。 （3）阻尼器安装支架与外壳之间有 2 处角焊缝 （4）台阶销与外壳内侧边之间有 2 处角焊缝。 （5）所有焊接工艺必须符合 AWS-D14.4 规程。 2.3 零部件的结构分析零部件的结构分析 叉车悬架基座由底座、外壳、支架等零件组成，其底座和外壳的钢板厚均为 3mm，都为薄板 件。其对焊接夹具设计来说，有以下特点： （1） 、结构形状比较复

23、杂，三维造型困难 座椅悬架基座主要由薄板冲压件装焊而成的构件，为了造型美观和整体具有一定的强度，往 往通过形变强化来增加其强度，所以结构形状较为复杂。 （2） 、刚性相对机加件较差且容易变形 单个冲压件与机加件相比刚性比较差，容易变形，只有通过与其他冲压件组焊后，整体才具 有较强的刚性。 该部件由 5 个零件组焊而成分别是底座、外壳、U 型支架、阻尼器安装支架、台阶销。组件 中各个零件的三维图如图 2.2 所示。 （a）底座 （b）外壳 （c）U 型支架 （d）阻尼器安装支架 （e）台阶销 图 2-2 座椅悬架基座 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 6 2.4 焊接部件的焊接工艺

24、方法的确定焊接部件的焊接工艺方法的确定 2.4.1 部件的焊接工艺分析 该组件的焊接结构，尺寸不大，零件数量也不多，而且组焊各零件时也不会产生干涉，故设 计时可考虑将其放在同一夹具中装配好，然后进行组焊。由于该组件都是由薄材冲压而成，容易 产生结构变形。 在该组件的焊接中，焊接方法选择应该依据材料的焊接性、工件厚度、生产纲领、焊接质量 以及各种焊接方法的使用范围和现场设备条件等综合考虑决定。现主要考虑材料的焊接性、零件 厚度和各种焊接方法的适用范围三方面考虑。由于该组件底座和外壳材料均为 10 号钢，U 型支 架和阻尼器支架均为 08 号钢，台阶销为 Y15 钢，都属于低碳钢。一般低碳钢的焊接

25、性适用于各 种焊接方法。各冲压件厚度均为 3mm,为薄板厚度，可以采用手工电弧焊、氩弧焊、CO2 气体保 护焊均可施焊，其中氩弧焊成本较高，没有特殊的质量要求，一般情况下不需采用氩弧焊。在几 种焊接方法中，就单件、小批量而言，手工电弧焊成本较低。 在焊接中，影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。而对于铁基金属碳含量是评估钢材可焊 性最直接的方法。而含碳量的高低与钢材的可焊性成反比。该组件的金属材料碳含量普遍都小于 0.2%，属于低碳钢，焊接性良好，焊前不需预热。在该组件的焊接中，可能出现的缺陷是由于焊 接应力，产生过大的变形。从而引起焊件的精度不够，影响后续的正常装配。因此这种危害性比 较严重，

26、应当避免。此组件在生产中采用焊接夹具强行固定，由于外壳背面与底座焊接时悬空， 局部受热集中，产生的焊接应力也大，变形严重，故在背侧设置铜板导热以带走一部分热量并控 制其变形程度。经过这样的处理，可减少零件在焊接中的变形，从而达到预期的焊后精度要求。 2.4.2 组件的焊接工艺确定 由于本公司现有设备只能进行手工电弧焊和 CO2 气体保护焊，为获得最佳的焊接工艺，故进行 对比如下： 1、工艺路线方案一、工艺路线方案一 若此组件焊接方法选用手工电弧焊，其焊接特点如表 2-1 所示： 表 2-1 手工电弧焊特点 焊接方法手工电弧焊 焊接设备交流电弧焊机 焊件材质低碳钢 10#，08#，Y15 焊接位

27、置平、立、横、仰 板厚(mm)3.0 焊接电流（A）100 焊接速度（mm/s）57 操作范围焊钳和焊机间距 50m 以下 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 7 焊机性价比13 焊接材料酸性焊条 焊道外观良 受风的影响小 受焊工操作技术的影响大 焊接辅具焊钳 2、工艺路线方案二、工艺路线方案二 若此组件用 CO2 气体保护焊，其焊接特点如下表 2.4.2-2： 表 2-2 CO2 气体保护焊特点 焊接方法CO2 气体保护焊 焊接设备CO2 半自动焊机 焊件材质低碳钢 10#，08#，Y15 焊接位置平、立、横、仰 板厚(mm)3.0 焊接电流（A）150 焊接速度（mm/s）9.

28、59.8 操作范围 焊具与送丝装置间距 3m；送丝装置与焊机间距 25m 以 下 焊机性价比57 焊接材料CO2 焊用焊丝 0.8mm ，CO2 气 15 L/min 焊道外观稍差 受风的影响大 受焊工操作技术的影响小 焊接辅具导电嘴、喷嘴 由以上两个表格对比可知：手工电弧焊所用设备比较简单，操作灵活，焊接质量对焊工技术 依赖性很大。此外，手工电弧焊时劳动环境差，生产率低。因此手弧焊适用于焊接单件或小批量 产品。而 CO2 气体保护焊对焊工操作技术要求不高，减少了焊接的不确定因数，提高了焊接质 量。CO2 气体及焊丝价格便宜，焊件能耗低，因此其焊接使用成本只有手弧焊的 30%50%。CO2 气

29、体保护焊的电弧能量集中熔透能力强，熔敷速度快，生产效率比手弧焊高 12 倍。CO2 气体保护焊由于使用较大的电流密度，因此熔深比手弧焊深，同时焊丝熔化快，不用清 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 8 理焊渣等特点，鉴于该组件的批量、厂内现有设备以及产品要求，适宜选择半自动 C02 气体保护 焊。 2.5 生产纲领对焊接夹具的影响生产纲领对焊接夹具的影响 生产纲领决定了夹具的设计节拍，是由生产节拍体现的。焊接产品工位的生产节拍一般由夹 具动作时间、装配时间、焊接时间、包装时间、搬运时间等组成。 以某叉车焊装生产线为例： 工作制度：两班制，全年工作 246 天，每班工作时间 8 小时

30、。 生产纲领：2 万台/年 生产节拍： T=11 分/台 （T=246 天*2 班*8 小时*60 分/20000 辆*0.9311 min） 生产节拍：T=夹具动作时间+装配时间+焊接时间+搬运时间+包装时间 由上我们可以看出生产节拍主要由生产纲领决定，而生产纲领又与夹具的自动化程度有很大 关联。所以我们在进行夹具设计时，必须考虑到生产纲领，以保证将夹具上所有作业内容能在规 定的生产节拍内完成。 2.6 本章小结本章小结 本章主要阐述了叉车座椅焊接部件的工艺分析，其中包括焊接部件的重要技术要点分析、结 构分析以及工艺方法的确定，也讲述了生产纲领对后续夹具设计的影响，部件工艺性的好坏将直 接影

31、响后续焊接夹具的结构的复杂程度，所以进行详细的分析尤为重要。 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 9 第三章第三章 叉车座椅焊接夹具方案设计叉车座椅焊接夹具方案设计 3.1 焊接夹具的设计原则与方法焊接夹具的设计原则与方法 3.1.1 定位部件设计原则 定位部件的设计原则，主要是要符合主定位点原理即从产品设计、工艺制定、工装设计到制 造、装配、检验、调试等各环节基准的高度统一。避免基准传递紊乱，从而减少累积误差和人为 疏忽，保证生产出符合产品要求的具有互换性的焊接总成。 在具体确定夹具定位基准时，原则如下： （1）基准统一原则 在进行焊件生产中，每个零部件可能不止一个焊接工序，而且

32、焊好的组件后续可能还需要进 行装配，每次焊接、装配时都需要定位夹紧，所以为了减少累积误差，必须采用基准统一原则。 （2）定位基准的选择 在确定定位基准时，选择冲压件上重要的配合孔、配合面、重要的型面以及有位置度要求的 工艺孔等作为定位基准。在以孔定位时，尽量选择其冲压工艺中能保证的最稳定的加工孔或工艺 孔。如果需要选择面做定位基准时，尽量选择平面，避免选择曲面。因为定位平面的定位块结构 简单、易加工而且定位稳定可靠。 （3）定位点数量的确定 在设计中仍以一个自由物体有六个自由度的基本原则来确定定位点。但由于是薄板冲压件， 为克服薄板刚性不足，容易弹性变形，保证组件有足够的定位刚度，允许出现过定

33、位。 （4）定位点的位置的确定 首先将定位基准的孔和型面确定为定位点；其次将两个制件搭接处需要焊接的部位确定为定 位点；另外将易变形处确定为定位点支撑。 3.1.2 夹紧部件设计原则 焊接时，为了保证冲压件与定位基准紧密贴合，必须依靠夹紧器对零件施加合适的夹紧力进 行夹固，以保持其正确的装配位置。在设计夹紧机构时一般需要考虑其大小、方向以及作用点。 具体设计要求如下： （1）夹紧力的作用点确定 选择定位基准面、容易变形处以及两零件搭接处的定位支撑点确定为夹紧点。避免在悬空处 布置夹紧机构，与支撑点形成力偶，破坏原有的定位关系。 （2）夹紧力的作用方向确定 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接

34、夹具设计 10 夹紧力的作用方向应指向被夹紧件，通过其产生的反作用力而使冲压件表面与支撑块紧密贴 合。 （3）夹紧力的大小确定 夹紧力的大小应以克服冲压件的弹性变形保证定位可靠为宜。具体的合适的夹紧力可以通过 实验法获得。夹紧力过大或过小都将影响组件焊后的尺寸精度。 （4）夹紧部件结构功能满足使用要求 1）夹紧部件夹紧力的大小应能适当调整。以便在实际使用中获得最佳的夹紧状态。 2）手动夹紧部件夹固焊件时应能自锁，以保证手离开时，工件与定位面贴合。松开时活动 自如、力量均匀。 3）夹紧部件应动作灵活可靠、操作安全、方便、占用空间小、且有足够的夹紧行程；最好 采用标准件，以方便其采购与维修。 4）

35、气动夹紧一定要预留有适当的夹紧行程量。以便调节夹紧力的大小。 3.1.3 夹具体设计原则 1）夹具体是夹具的基础部件也是重要的测量基准，所以在夹具体工作台面上应加工有若干 根纵横相交的基准线，且基准线与基准线之间要有形位公差的要求。 2）组成夹具体的各个零部件要结构简单而且加工工艺性好。 3）夹具体要保证有很好的刚度和强度以及稳定性。因为在夹具体上除了要承受整个夹具自 重、焊接组件的重量之外，还要支撑焊枪的焊接压力。所以夹具体必须要能在承受外力的情况下， 不发生移动、转动和变形。 4）当为固定夹具体时应设置有吊运或搬运的结构。当为移动夹具体时，行走轮应设置锁止 机构。 5）夹具体应设置有调整机

36、构，以便于夹具安装，使其工作在最佳状态，从而满足产品焊接 的要求。 6）如果夹具体采用铸造方式，其不得有砂眼、气孔、裂纹以及削弱夹具体强度的其他缺陷， 且铸件上表面应光滑平整。 3.2 焊接夹具的设计方法焊接夹具的设计方法 为了满足新产品快速投入市场的迫切需求，缩短产品的生产周期已成为重中之重，而以往的 只针对特定产品的夹具设计方法已经不再适用，需采用功能柔性化、产品系列化、结构模块化的 设计方法，以加快焊接夹具的制造周期、提高设计质量、降低生产成本。 焊接夹具的组合式设计方法就是将一些以往焊接夹具中经常用到的定位销、定位块、工作 台、补高台、支架、垫片等零件，预先设计成系列化、标准化、通用化

37、程度很高的功能部件。这 些功能部件具有结构简单可靠、机械加工工艺性好、适应性强、系列化程度高等特点。当需要组 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 11 成特定的功能部件时，只需要选用若干通用部件任意搭配组合即可。这种组合式设计方法具有以 下优点： 1）由于采用的大部分是通用件，大大地提高了设计效率和整套夹具的制造质量，缩短了整 个夹具的制造周期，降低了项目总成本。 2）调整方便 夹具体工作台上刻有若干纵横相交的基准线和基准孔，通过此基准可以方便 测量定位块的空间，以此来调整焊接组件的空间位置。 3.3 焊接夹具的设计步骤焊接夹具的设计步骤 根据焊接夹具任务书的要求，经讨论、审批后即

38、可进行设计。对于未提供任务书的，以焊接 总装图为依据设计。由于装焊夹具设计本质上也属于机械设计的范畴，故可以采用机械设计的基 本程序和方法进行，即从准备阶段-方案设计-技术设计-试制实验阶段。对于焊接夹具的整个设计 过程来讲，方案设计是最关键的。因为拟订焊接夹具的结构方案时，除了需要满足基本的定位、 夹紧功能外，还需考虑装配和焊接的工艺特点以及焊工操作的舒适性等。当设计方案确定后，夹 具的整个结构就可以确定下来，接下来就可以对单个零件进行详细的设计和选型了。以下是基本 的程序和方法： 1、准备阶段、准备阶段 1）焊接夹具设计任务书； 2）产品的总装图和零件图； 3）焊接产品的生产纲领，主要是生

39、产类型和年产量； 4）车间生产条件，如现有焊接设备状况、夹具的安装空间、作业面积、车间水、电、气的 供应情况以及物流方式等。 5）了解相应安全法规，使夹具的功能满足安全法规要求。如果是气动夹具，则需在夹具中 设置保护功能装置，防止安全事故的发生。 6）了解人体工程学，使设计的夹具在操作时能符合人体工程的规律，以达到减轻操作者的 劳动强度，提高其舒适性。 当收集了上述资料，经过详细分析研究后，可获得对夹具的基本要求，从而更加明确设计任 务。在此基础上可到个人、市场、同类工厂、网络论坛搜集相应的技术资料。这些技术资料包括 米思米工厂自动化零件手册、焊接夹具结构图册、现代夹具设计手册等。 2、方案设

40、计、方案设计 在进行方案设计是需要确定以下几个方面： 1）根据现有条件，是采用自动化、半自动化还是纯手动夹具。 2）是否将其设计为通用性夹具还是专用夹具。 3）整个夹具的基本组成和具体的安装方式，主要零、部件的基本结构形式和联接方法； 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 12 4）为实现夹具所需功能，借用或变换相应的机构。包括夹具基本的定位功能部件、夹紧功 能部件、辅助功能部件如使焊件实现回转、翻转、升降等，考虑其应使用何种机构和动力源。 5）初步确定夹具的主要零部件的基本参数和相关的技术性能，如定位元件的材料、夹具体 的承载力、夹钳的夹紧力大小及调节范围、动作频率、夹具的总体尺寸

41、等。 提出几种不同方案，根据实际情况，从技术和经济两方面进行比较，选择最理想的方案。 3、技术设计、技术设计 此阶段主要是绘制总装配图、部件装配体以及非标零件图。根据经审定的设计方案进行总装 配图设计。绘制装焊工装总图与一般机械制图略有差异，需要把被焊接件的轮廓用黑色双点划线 画出。然后按从定位元件、夹紧元件、夹具体等顺序画出各自的具体结构。由于一套夹具由许多 零部件组成，而在总装配图中是以组装好的状态来表达视图，这样不利于各个零件的表达，故需 增加有总装图的三维爆炸图，以便于辨别各个零件的形状特征。最后绘出夹具体和相应的联接件， 把各个零部件组成为一个整体。在总装配图上要标注总体尺寸、配合尺

42、寸、位置精度要求以及技 术说明。技术说明主要是关于安装过程需要注意的安装配合等问题、夹具润滑和保养要求、检验 要求、螺栓的紧固力矩等等。 4、试制实验阶段、试制实验阶段 此阶段主要是通过试制焊件，发现问题，加以改进，以达到焊接产品的要求。 3.4 总体方案的设计总体方案的设计 3.4.1 夹具体方式的选择 根据前述夹具体的选择方法以及常用的夹具体的方式有如下几种，如图 3-1 至图 3-6 所示。 图 3-1 固定式夹具体 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 13 图 3-2 移动式夹具体 图 3-3 摆动式夹具体 图 3-4 水平旋转式夹具体 图 3-5 垂直旋转式夹具体 上海交

43、通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 14 图 3-6 组合式夹具体 考虑到该组件没有特殊焊接位置要求的分装夹具和有自动输送装置的全自动或半自动生成线 上的夹具，故该组件采用常用的固定式夹具体，其三维图如下图 3-7 所示。 图 3-7 夹具体三维图 3.4.2 定位方式与定位元件选择 自由物体在空间直角坐标系中有 6 个自由度，要使工件在夹具体中占据有正确的位置，则必 须限制相应的自由度。在冲压件焊接生产中，为克服薄板弹性变形，保证制件正确的定位支撑点， 可以采用过定位。一般的定位元件选取规则如下： （1） 、以工件的平面为基准定位时，常采用支撑块、支撑板、支撑钉、挡块定位。 （2） 、

44、以工件圆孔内圆柱面为基准定位时常采用定位销。 （3） 、工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用 V 形快或圆弧块定位。 （4） 、以工件的型面为基准定位时，可采用仿形块定位。 通过分析该组件，由于底座的下底面是冲压的加工基准，而且其左右侧两小孔位置与后续 U 型支架的两孔位置同心，基于基准统一原则，故底座可采用 2 个主定位块 1 以及 4 个短圆柱销定 位。考虑到底座为薄板类零件，在底座左右折弯部位布置六个辅助定位块 2 如图 3-8 所示，两个 短定位块分别限制了三个自由度，分别是绕 X 轴方向的转动，绕 Y 轴方向的转动Y，以及 Z 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 15

45、方向的移动Z。另外六个辅助定位块 2 也分别限制了三个自由度，很显然属于过定位，但在焊接 中考虑到克服弹性变形，增加定位支撑点的个数，是可以采用的。 图 3-8 底座定位 底座和 U 型支架采用同一定位销定位如图 3-9，右侧两个短圆柱定位销限制了 3 个自由度， 短圆柱销 1 限制了 X 方向的移动、Y 方向的移动，短圆柱销 2 限制了以及绕 Z 轴方向 的转动，显然属于过定位，但是在这里是允许的。因为在冲压工艺中底座和 U 型支架的两孔 以同一基准一次冲出来的，故两孔的中心距尺寸的精度是比较高的。同理左侧两个短圆柱销也限 制了三个自由度。 图 3-9 U 型支架定位 外壳以其凸缘及侧面两孔

46、定位，如图 3-10，底座的限位基准槽和外壳的限位基准轴如图 3-11 和图 3-12 所示。 图 3-10 外壳定位 图 3-11 底座基准槽限位 短圆柱销 2 短圆柱销 1 辅助定位块 2 辅助定位块 2 主定位块 1 定位凸缘 定位孔 限位基准槽 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 16 图 3-12 水平推肘限位 外壳的定位凸缘限制了 X 方向的移动和 Z 方向的转动，水平推肘的限位轴限制了 Y、Z 方向的移动和转动、Y、Z、，其中重复限制。但为了提高工件定位基准与定位 元件之间的位置精度，在这里允许使用。 U 型支架采用一面两孔的定位方式如图 3-13，定位元件共用底座定

47、位的两短圆柱定位销。定 位分析已在之前讲述，故不再赘述。 图 3-13 U 型支架定位方式 台阶销以自身外圆柱面和台阶平面定位，如图 3-14 台阶销以外圆柱柱面限制了 2 个移动方 向的自由度，其台阶平面限制了三个方向的自由度，剩下一个绕自身转动的自由度。为不完全定 位但符合焊接定位要求。 图 3-14 台阶销定位 阻尼器安装支架的定位有两种方案： 定位孔 定位面 台阶平面外圆柱面 水平推肘 水平推肘 限位基准轴 X V Y Z X V 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 17 方案一 可以用一面两孔定位如图 3-15，定位可靠，但焊接后整体组件无法取出，必须首先让定位销 先退出

48、才可以，操作较为繁琐，如果采用这种定位方式，则必须使用伸缩型活动定位销。 图 3-15 阻尼器安装支架定位方案一 方案二 采用其折弯内侧面、方孔圆孔以及底面定位如图 3-16,具体限位方式如图 3-17 图 3-16 阻尼器安装支架定位方案二 图 3-17 阻尼器安装支架限位方式 阻尼器安装支架具体定位如图 3-18 采用手动铰链机构，外壳上部加以辅助弹性压块，定位爪 的两外侧面与阻尼器安装支架内侧面配合定位，用限位块来限制定位爪摆动的最终定位位置，从 而保证阻尼器安装支架的底面与外壳底面贴合。 图 3-18 阻尼器安装支架具体定位 定位孔 定位基准面 定位孔 定位爪 限位块 定位基准 面 定位基准面 菱形定位销 铜衬套 定位爪 铜衬套 工件 上海交通大学本科毕业论文 叉车座椅焊接夹具设计 18 考虑到此阻尼器支架在制造时折弯侧边有一定的回弹，