倪紅兵,趙 杰

(1.中國海洋大學(xué),山東青島 266071;2.承德石油高等?？茖W(xué)校,河北承德 067000)

基于 Solid Works的摩托車架焊接夾具設(shè)計

倪紅兵1,2,趙 杰2

(1.中國海洋大學(xué),山東青島 266071;2.承德石油高等?？茖W(xué)校,河北承德 067000)

焊接夾具被大量應(yīng)用于摩托車架的焊接制造過程中。焊接夾具的設(shè)計不但要考慮車架結(jié)構(gòu)和焊接工藝的特點,而且需要利用優(yōu)秀的 CAD/CAM軟件。SolidWorks軟件功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,在摩托車架焊接夾具的設(shè)計中得到成功應(yīng)用。

焊接夾具;SolidWorks;摩托車架

摩托車架是由多個異形鋼管和柔性零件焊接而成的立體框架結(jié)構(gòu),由于零部件多,工作量大,制造中易變形,因此,焊接夾具被大量應(yīng)用于車架的焊接制造過程中,以便達(dá)到高可靠性、高效率和低成本的制造目標(biāo)。在焊接夾具設(shè)計過程中,要充分考慮車架結(jié)構(gòu)和焊接工藝的特點,更需要利用優(yōu)秀的 CAD/ CAM軟件。

SolidWorks是當(dāng)今世界基于NT/W indows平臺的三維機(jī)械設(shè)計軟件[1],采用參數(shù)化設(shè)計和特征建模技術(shù),具有全套的零件造型、智能裝配、干涉檢查和工程圖生成等功能,并以其良好的開放性,可以進(jìn)行有限元分析、動力學(xué)分析和數(shù)控加工。SolidWorks軟件功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,便于產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)交流,在國內(nèi)外中小型企業(yè)中應(yīng)用廣泛。

運用 SolidWorks軟件順利完成摩托車架總成的焊接夾具設(shè)計任務(wù),本文介紹摩托車架后部組合焊接夾具的設(shè)計過程。

1 任務(wù)概述

此任務(wù)是為摩托車制造公司設(shè)計某型號摩托車架總成的焊接夾具,車架后部組合焊接夾具是其中比較典型的一例。

1.1 焊接夾具的特點

對于摩托車架焊接夾具,除了象其它夾具所要求的結(jié)構(gòu)合理,定位準(zhǔn)確,夾緊可靠之外,還必須具有如下特點：

1)獨立定位和夾緊;2)過定位原則;3)良好的開敞性[2];4)使用氣缸和快夾。

1.2 設(shè)計要求

經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場考察,并且與車架設(shè)計人員充分溝通后,明確了車架后部組合焊接夾具的各項要求。車架后部組合如圖 1和圖 2所示,具體要求如下：

1)件 1組合中的后叉軸孔中心為工裝設(shè)計基準(zhǔn),必須采用孔左側(cè)定位,孔右側(cè)壓緊的方式,氣缸壓緊,左、右前管上端內(nèi)側(cè)必須有限位座,并用孔定位及氣缸壓緊;2)件 2和件 3分別采用孔定位方式,氣缸壓緊,零件裝卸應(yīng)方便,分別控制在 4秒鐘以內(nèi);3)件 4采用手動壓緊的方式,定位孔必須與左、右邊管組合的尾孔重合;4)件 5、件 6與件 1的連接處必須有手動壓緊機(jī)構(gòu),內(nèi)側(cè)必須有限位座。

2 設(shè)計實施

2.1 方案制訂

通過反復(fù)查看車架后部組合實體造型,比對二維圖的相關(guān)數(shù)據(jù),充分掌握各個零部件的設(shè)計基準(zhǔn)和關(guān)聯(lián)要求后,初步制訂如下方案：

1)前管組合 1：采用兩孔三面的過定位方式,下部有V型塊作為預(yù)定位,上端內(nèi)側(cè)有限位塊和預(yù)定位托架,氣缸夾緊;

2)左邊管組合 5和右邊管組合 6：尾孔作為主定位,橫管處用V型塊定位,斜管處用限位塊定位,分別用快夾夾緊;

3)油箱后支承 2和中橫連接板 3：分別采用兩孔一面定位方式,杠桿式氣缸夾緊;

4)尾燈支架組合 4：尾燈支架組合的 4個孔與左、右邊管組合的 4個尾孔重合的過定位方式,快夾夾緊。

2.2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

在夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,需要解決2個重要問題。問題 1)前管組合1與左、右邊管組合5和6的連接結(jié)構(gòu),在橫管連接處以及油箱后支承 2與橫管焊接處的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,空間局促,前管組合 1的安裝和卸下都必須繞過壓緊氣缸和突出的支架;問題 2)焊接完成后,后部組合成為一個整體,在卸件過程中,涉及多處可能出現(xiàn)干涉的情況,這成為設(shè)計方案是否可行的關(guān)鍵。

從二維工程圖中確定,卸件路徑的最窄處僅有 205mm,再結(jié)合車架后部組合實體造型分析,初步確定：卸件時,車架組合體必須沿著固定的路徑,并做平移和旋轉(zhuǎn)等順序合成運動。設(shè)計方案是否可行,需要在裝配模型完成后做干涉檢查才能確定。

2.3 自底向上的裝配設(shè)計

SolidWorks軟件支持自底向上和自頂向下的裝配設(shè)計方式,設(shè)計者可以任意使用。根據(jù)車架焊接夾具的結(jié)構(gòu)特點,采用自底向上的裝配體設(shè)計。首先進(jìn)行底板、立板、V型塊等零件的造型,然后采用分級裝配,利用對稱、重合、同軸、共面和距離等裝配幾何約束條件,將零件裝配成前支架、后支架、中間支架和移動裝置等子裝配體,最后將各子裝配體與底板等零件再裝配,形成后部組合的總裝配體。

2.4 氣缸和快夾的應(yīng)用

在設(shè)計中,選用臺灣嘉剛公司的氣缸和快夾作為夾緊單元。依據(jù)缸徑、行程和結(jié)構(gòu)的要求選用了CALC-40型杠桿式氣缸和UCQ2B-50-40D型伸縮式氣缸,依據(jù)結(jié)構(gòu)型式和加緊力的要求選用了 CH -305-EM型和 CH-305-HM型推拉式快夾以及 CH-22100型水平式快夾。

2.5 干涉檢查

SolidWorks提供了靜態(tài)的干涉檢查和動態(tài)的碰撞檢查的功能。焊接夾具裝配設(shè)計完成后,對裝配體做干涉檢查,根據(jù)檢查結(jié)果所報告的干涉體積和干涉類型,有針對性的修改零部件的約束關(guān)系和結(jié)構(gòu)尺寸。對 2.2所述的卸件過程進(jìn)行碰撞檢查,通過平移和旋轉(zhuǎn)車架后部組合裝配體的過程,檢查是否與焊接夾具的零部件發(fā)生干涉。經(jīng)過多次的碰撞檢查,充分驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性,并且確定了最佳卸件路徑,即,垂直上移→后上方平移→整體旋轉(zhuǎn)→斜上方移出。

3 設(shè)計交付

經(jīng)過上述的方案制訂、零件造型、總體裝配和干涉檢查等過程,完成了摩托車架后部組合焊接夾具的實體造型設(shè)計,如圖 2所示。

可視化的三維實體造型雖然直觀,但并不能作為設(shè)計交付的依據(jù),最終的設(shè)計交付必須是二維工程圖。SolidWorks軟件提供了快速生成工程圖的設(shè)計功能,各種視圖 (如標(biāo)準(zhǔn)視圖、剖視圖、局部視圖和軸測圖等)可以按照要求自動生成,方便快捷。

4 結(jié)束語

摩托車架的零部件的結(jié)構(gòu)和形狀、焊接工藝和方法等環(huán)節(jié)受多種因素影響,使得摩托車架焊接夾具的設(shè)計工作量大,工藝過程復(fù)雜。運用 Solidworks軟件實施摩托車架焊接夾具的設(shè)計,縮短了設(shè)計周期,保證了設(shè)計質(zhì)量,提高了設(shè)計效率。隨著我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展,機(jī)械設(shè)計與制造領(lǐng)域需要優(yōu)秀的 CAD/CAM軟件的支持,Solidworks以其強(qiáng)大的功能和良好的開放性,必將發(fā)揮更大的作用。

[1] 計算機(jī)職業(yè)教育聯(lián)盟,魏崢.Solidworks 2005基礎(chǔ)教程與上機(jī)指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[2] 熊曉萍,金權(quán)東.車身焊接夾具智能化設(shè)計方法的研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2006(11)：84-86.

W elding Fixture Design ofM otorcycle Frame Based on SolidW orks

N IHong-bing1,2,ZHAO Jie2
(1.Ocean University of China,Qingdao 266071,Shandong,China; 2.Chengde Petroleum College,Chengde 067000,Hebei,China)

Welding fixtures are widely used during motorcycle frame manufacture.Both frame structure and welding process,as well as perfect CAD/CAM software are to be taken into consideration in the design of welding fixture. SolidWorks,with powerful function and simple operation,is applied successfully in the welding fixture design ofmotorcycle frame.

welding fixture;SolidWorks;motorcycle frame

TG457.2

：B

1008-9446(2010)03-0053-04

2010-05-17

倪紅兵(1967-),男,河北省承德市人,承德石油高等專科學(xué)校機(jī)械工程系,工程師,中國海洋大學(xué)工程碩士研究生。主要從事機(jī)械設(shè)計和數(shù)控技術(shù)等方面的研究。