装焊夹具设计

装焊夹具设计手册编制：审核：审定：批准：日期：一 概念及名称1 . 基准点及车线的规定一般情况下汽车坐标系的原点规定为车前轮轴心线的中点。 TL 或 X 表示车长 以车前轮为原点向车尾方向为正，向车头方向为负。BL 或 Y表示车宽 以车的对称中心线为原点，面对车的行驶方向，向右为正，向左为负。WL 或 Z表示车高 以车前轮为原点，向上为正，向下为负。见图 11；有时，汽车生产厂家也可自行规定基准点及坐标系的位置。图 11由于夹紧位置的需要而将夹紧单元旋转一定角度时，其车线的标注如图 12，其中 45图 122. 夹紧单元（POST）一个典型的夹紧单元通常包括 L 板、支板、夹紧臂、定位块、 垫片、 回 转 销 、定 位 销 、 定 位 销 连 接 板 、 到 位 止 动 块 或 限 位 块 ,、 连 接 板 、 气 缸 等 。 见 图 1 3图 133. 夹具一套完整的夹具一般包含若干夹紧单元（POST）、基板（BASE）、举升机构（LIFTER）甚至旋转机构。根据操作方式可划分为手动夹具、气动夹具及液压夹具；根据控制方式可划分为气控夹具、电控夹具等。见图 1-4（手动夹具）, 见图 1-5（气动夹具）。图 1-4 图 1-5二 基板（Base 板）Base 板一般由槽钢与钢板焊接而成。槽钢多采用 10#、12#、14b#、16#、20#、25b# 等，钢板厚度多采用 t=20mm 或 t=25mm（此为加工完成的厚度，选用毛料时，因考虑加工余量，相应的板厚取 t=25mm 或 t=30mm）。对于小夹具或滑台等亦可采用 t=3040mm的钢板焊接而成，而对于总拼夹具以及顶盖装焊夹具，其滑台及支架则可采用矩形方管与钢板焊接而成。1. Base 的最大外形尺寸对于 Base 的设计应充分考虑焊接及加工的工艺性，以及吊装、运输等方便性。对于只加工顶底两面的普通 Base 而言，其长度暂不界定，但宽度不得大于 2m，能够运输的最大宽度（非 Base 本身）为 2.3m。见图 2-1图 2-1而对于较宽大的 Base，为了使其便于加工，往往将其划分为若干个 Base，Base 间则以支架相联接，此时该 Base 的单侧或双侧就需加工。 见图 2-2（单侧），见图 2-3（双侧）。图 2-2 图 2-3仅加工单侧：其宽度不大于 2000mm，加工双侧时其宽度不大于 1600mm，而对于Base 长度方向的两端需加工时其尺寸见图 2-4。图 2-4 对于总成线中装焊顶盖工位，其两侧滑台 Base 因较高，往往用方管焊接而成，此时其 高 度 不 大 于 1550mm， 当 其 侧 面 需 加 工 孔 时 ， 其 距 顶 面 最 大 距 离 不 大 于 500mm， 见 图 2-5。图 2-52. Base 尺寸与所使用型钢型号关系表：BASE 尺寸 800X1200800X1200|1000X16001000X1600|1500X20001500X2000|2000X32002000X3200|3000X40003000X4000|3500X5000上面板 t1 20 20 20 20 20 25下面板 t2 15 15 15 20 20 20槽钢型号 C10 C12 C14 C16 C20 C25b注：表中所示板厚 t1、t2 为加工完成的尺寸3. Base 设计中应注意焊接及加工工艺性a. 槽钢的布置对于普通 Base 而言，槽钢布置见图 2-6，槽钢间距为 700mm900mm，个别情况 除 外 ， 并 且 四 周 槽 钢 搭 接 以 八 字 为 主 ， 但 如 滑 台 以 及 Base 间 的 连 接 板 等 ， 以方 管 、 矩 形 管 焊 合 而 成 的 框 架 结 构 不 允 许 采 用 八 字 结 构 ， 而 在 露 出 型 材 腹 腔 的 部位加堵，见图 2-7。图 2-6 图 2-7b. 槽钢的接口 见图 2-8图 2-8c. 在端面处钢板需探出槽钢 20mm 以便焊接。d. 对于长条型的小型 Base，其结构应如图 2-9 所示，突出部便于机加工时装夹。e. 下板的布置 如图 2-10图 2-10 图 2-11其加强板的尺寸详见附表一；f. Base 的起吊装置小型 Base 使用起吊环，于 Base 上表面钻 M30 螺孔，钻孔时应注意起吊钢丝绳是否会与 Post 等发生干涉；大型 Base 需采用吊耳，结构见图 2-11，其相关尺寸已形成标准。g. 地脚结构地脚板结构如图 2-12，其中过孔直径 28，螺孔尺寸为 M24，且已形成标准。若 Base 较矮需加装支腿时，其结构见图 2-13。图 2-9图 2-12 图 2-13h. 若使用方管、矩形管焊合结构件及 Base 时，应预先加工出气孔，以免气体受热膨胀，引起不必要的变形。i. Base 的基准槽基准槽的位置应优先选用车线数值的 100 的整倍数，其次选用车线数值的 50的整倍数。对于小型 Base，基准槽可贯通，对于大型 Base 其基准槽可断续，（见图 2-14）此外在设计 Base 钻孔图时，尽量避免将孔打入基准槽内。见图 2-15图 2-14 图 2-15j. 为避免 Lifter 及个别 Post 上气缸与 Base 干涉，应提前在 Base 板上开出相应孔，这些孔的位置及尺寸应标示在 Base 焊接图中，以便在机加工前将孔切割出来，尤其当 Post 的气缸底部与 Base 面间隙小于 25mm 或沉入 Base 面板以下时，其开孔尺寸见图 2-16 及图 2-17，当该 Post 周围有其它夹紧单元时，其开孔尺寸酌情而定。图 2-16 图 2-17k. 对于旋转 Base，为减小其转动惯量，一般只在有 Post 的部位铺以钢板，其它部位做镂空处理。此外，旋转 Base 如无特殊情况，其拐角部位做倒角处理，（见图 2-18）以减小其回转半径。l. Base Link 及联接板当焊接线含输送机构时，为不使各单一夹具，因输送力的作用而产生偏移，需用 Base Link 将各单一 Base 联接起来形成一个刚体， Base link 一般采用 100X100方管或 100X150 矩形管焊合而成，其结构形式如图 2-19，其与 Base 间尺寸链见图2-20。联接板的作用是将 Base 与 Base Link 联接起来，现已形成标准件见图 2-21。图 2-19 图 2-21图 2-20三 L 板及 H 腿L 板是固定在 Base 或 H 腿上，用以联接支板、夹紧臂及定位块等的专用支座。其高度自 100mm 至 500mm 间，每隔 50mm 划分为 2 类 9 种规格，已形成标准。见图 3-1 及 3-2。图 3-1 图 3-2图 2-18此外，在特殊场合为减小尺寸或减轻重量，可将 L-Plate 与支板作为一体或采用其它形式。见图 3-3 及 3-4。图 3-3 图 3-4在车身线及侧围线上因采用了输送机构，工件与 Base 面间尺寸往往较大，此时就需在 L-Plate 及 Base 间采用一个过渡的支撑架H 腿。目前 H 腿的高度自 400mm1000mm 间划分为 4 类 12 种规格。且已形成标准件。见图 3-5 及 3-6图 3-5 图 3-6四 支板目前，支板只将定位面与 L-plate 联接起来，其本身并不直接定位工件（个别情况例外）， 支板所用材料为 Q235-A，依据合同及技术协议其厚度分为 16mm 及 19mm 两种规格。见图 4-1 当支板尺寸过大时为减轻重量，可开孔处理，见图 4-2；或将该 Post 分为两个，见图4-3。图 4-2此外，为使气缸摆动灵活，其吊耳处，应为图 4-4 结构。当 Post 上定位块 A、B 面间的斜角大于 10时，或夹紧臂上装有斜的 Locate pin时，在支板及 L-plate 间需采用斜铁，其尺寸标注见图 4-5。图 4-4图 4-3图 4-5去除图 4-1图 5-1 图 5-2 图 5-3五 夹紧臂1. 夹紧臂的夹紧力普通 Post 中夹紧臂夹紧力不得小于 30kgf，当 Post 为双级夹紧臂时，第一级气缸直径为 63，第二级气缸直径为 50。（图 5-1）此外，当 Post 为双夹紧臂且分为支板和夹紧臂时，支板侧气缸直径为 63，夹紧臂侧气缸直径为 50。见图 5-2一般情况下（图 5-2）尺寸 A=60，系统压力为 0.5MPa，气缸的效率为 80%时，夹紧臂的夹紧力如下表所示：此外，对于汽车车架类夹具由于其板厚较 大，需要夹紧力在 5080kg 以上。此时，气缸直径应为 63 或 80。2. 夹紧臂的开启角度：为方便装卸工件，必须保证夹紧臂有一定的开启角度，一般而言，夹紧臂打开以后，其与工件间隙沿搬运方向的投影不小于 30mm，见图 5-3。3. 使用气缸夹紧时应注意的几个问题：a. 为保证夹紧，不能将气缸的行程全部使用出来，应保留 510mm 余量。例如：额定行程为 75mm 的气缸使用 70mm 作为实际行程，保留 5mm 以保证有效的夹紧。b. Hinge Pin 在高度方向的位置应在实际行程的 1/2 高度以保证气缸在运动过程中摆动均匀，且两个极限位置姿态一致。见图 5-4。c. 气缸底部距 Base 面的间隙不小于 25mm，气缸摆动的极限位置应在图中表达，其与可能发生干涉的部位距离不得小于 15mm。见图 5-5。d. 当气缸行程较大时，应注意夹紧臂与气缸头的结合处，以免干涉见图 5-6。缸径（ mm） 气缸力（kgf） B/A50 78.5 2.563 125 4.280 200 2.8图 5-4 图 5-5e. 见图 5-6，当 A100 时 B 取 25；当 100A150 时 B 取 30；当 150A200 时 B 取 35；但当夹紧臂上有定位销时，为便于固定支座，尺寸 B 可酌情而定。此外对于地板本体等夹具，由于夹紧臂过长，不便用钢板制作，应用矩形管制作夹紧臂，既有刚性，重量又轻。但当夹紧臂过长时打开后会造成取件困难，此时可将夹紧臂只打开一定角度，然后将夹紧臂横向转出，见图 5-7。图 5-74. 夹紧臂上的工艺孔：夹紧臂较长时为加工方便，一般开有工艺孔，工艺孔的位置及尺寸见图 5-8。图 5-6图 5-8为便于加工工艺孔，其孔距及孔径应优先选用附表二所给数据。5. 若该工位为弧焊夹具，则整个 POST 除气缸及 L-PLATE 外都需镀铜处理。六 定位块为便于调整，我公司制造的焊接夹具广泛采用了定位块。1. 种类定位块的毛坯已成标准件：依高度划分为三种规格 50mm、70mm、90mm；依宽度又可划分为两种规格 16mm、19mm；依种类又可分为四种见图 6-1。图 6-1关于定位块具体应用实例因过于繁杂，在此不作赘述。 图 6-22. 材料：普通定位块毛坯的材料为 45#钢精密铸造且表面发黑处理，形面加工后表面高频淬 火 HRC3235， 但 当 定 位 块 与 外 板 等 覆 盖 件 直 接 接 触 时 ， 为 避 免 划 伤 工 件 表 面 其 材料 为 尼 龙 ， 厚 度 为 22， 为 防 止 其 转 动 一 般 在 支 板 或 夹 紧 臂 上 加 工 止 口 。 见 图 6-2七 垫片及 Side Plate垫片一般与定位块配合使用，为防止个别定位块旋转，需加装 Side Plate 见图 7-1。图 7-1 图 7-21. 厚度 垫片的厚度有两种规格 t=0.5mm 及 1.0mm 一般而言一组垫片厚度为 3mm， 由 四 片 组 成 即（ 0.5+0.5+1.0+1.0=3mm） ， 见 图 7-2； 宽度垫片宽度分为两种规格 16mm 及 19mm；长度垫片的长度主要采用两种规格，见图 7-3。上述垫片已经形成标准件，具体规格及尺寸详见标准件图册（因夹具出厂时均已经过三坐标检测，而在现场又需要调整夹具时，加减垫片要做详细记录）Side Plate（见图 7-4）已形成标准件。八 Locate Pin为使焊接件在夹具中能够准确定位，便于焊接，焊接夹具大量采用了定位销 Locate Pin， 一 般 来 说 每 一 个 焊 接 件 均 需 采 用 两 个 Locate Pin 定 位 。 定 位 孔 的 选 用 首 先 应 以 甲 、乙双方确认过的基准孔，其次应采用工件上精度较高的孔，最后采用螺孔并且间距尽可能大，而当两孔间距过大时，其中一孔应采用菱形销。此 外 ， 从 分 总 成 夹 具 至 总 成 夹 具 应 尽 量 采 用 相 同 的 基 准 孔 ， 以 免 造 成 基 准 不 重 合 误 差 。1. 定位销的设计a. 定位销的直径及公差；原则上定位销的直径应比工件的相应孔减 0.2mm，同时定位销公差为 d0-0.02。当不得已采用螺孔时定位销直径应采用下表：螺柱公称直径 d M5 M6 M8 M10 M12 M16精定位孔内径 D 6.2 8.2 10.2 12.2粗定位孔内径 D 6.4 8.5 10.4 12.5b. 定位销的长度：原则上定位销有效长度应伸出工件 58mm。见图 8-1其 长 度 通 常 为 15mm、 20mm、 25mm 三 个 系 列 ， 且 尽 量 选 用 长 度 大 于 20 的 长 销 。图 7-3 图 7-4图 8-1 图 8-2c. 定位销的装配。原则上优先选用 A 型销，当结构所限用 A 型销定位有困难时，才用 B 型销见图 8-2;； 当定位销直径 D32mm 时，销的固定方式见图 8-3;当 定 位 销 直 径 D 7mm 时 ， 为 保 证 定 位 销 的 刚 性 ， 有 效 长 度 L 一 般 取 1520mm不宜过长，但为防止工件与 Bracket 发生干涉，定位销结构见图 8-4；d. 定 位 销 的 材 料 及 硬 度 ： 定 位 销 材 料 一 般为 45#钢 ， 前 部 高 频 淬 火 ； 硬 度 为 HRC4245， 发 黑 处 理 ；e. 定位销的前端形式：如无须特殊要求定位销的前端见图 8-5。而当有特殊要求时，其前部可做成图 8-6 形式；f. 定位销的装配公差：见图 8-7 及 8-8。图 8-5 图 8-6 图 8-7 图 8-82. 定位销的形式图 8-4图 8-3定位销一般分为固定式和滑动式，其中滑动式又分为手动滑动和气动滑动两种形式。a. 固定式（见图 8-9）；b. 手动滑动式（见图 8-10）；c. 气动滑动式分为单销机构及双销机构（见图 8-11），其行程为 30mm，已形成标准当需较大行程时可采用图 8-12 结构；图 8-9 图 8-10图 8-11 图 8-123. 定位销设计时应注意的问题：a. 应注意定位销支座与工件干涉，见图 8-13；b. 定位销直径 D32mm 时，其四面应削平，以便于工件的装卸，见图 8-14；c. 当定位孔为长孔时，可同时使用两圆销定位，但要布置得当见图 8-15；图 8-14图 8-13d. 当单独使用定位销时，可将其固定于支架上，支架可用 40X40 的方管焊接而成。见图 8-16；e. 当工件定位孔倾斜时（含螺纹孔），应做其在水平面的投影，该投影为一近似椭圆，当其长短轴 D-d0.2mm 时，可选用普通定位销。而当其 D-d0.2mm 时，应考虑采用伸缩销；f. 空中点处尺寸的标注，定位销在倾斜使用时如图 8-17 所示，如果仅对P 点标注，在加工及测量中因 P 点为空中虚拟点不便标注及测量，因此必须如图所示在 Q 点处标注尺寸，P 点作为参考；g. 采用滑动式定位销及直线导轨、直线轴承时，应考虑焊渣飞溅及粉末因素，滑动部分应加装防护套(见图 8-18)。并且滑动式垂直定位销为防焊接飞溅及垃圾积存而被卡住，设计时要使定位销的端面比工件端面高。图 8-18九 Bracket为 使 定 位 销 两 向 可 调 ， 我 司 广 泛 采 用 了 Pin Bracket 及 Key。 目 前 依 长 度 的 不 同 将Bracket 分为 80 和 100 两个系列（见图 91），同时每个系列内部又因定位销及安装形式划分为 A、B、C 、D 、E 五个型号，见图 92 及 93，目前上述 Bracket 均已纳入标准，当定位销单独使用时见图 816。图 8-15 图 8-16图 8-17此 外 ， 为 避 免 Bracket 与 工 件 干 涉 ， 可 将 标 准 定 位 销 加 长 ， 但 加 长 时 应 注 意 其 强 度 ，见图 94。图 91 图 94图 92图 93十 Hinge Pin 及 Link1. Hinge Pin 及 Link 的基本结构，如图 101，尺寸 A 一般选为 60，特殊情况可变化。图 101 图 102 2. Hinge Pin 位置的确定确定 Hinge Pin 的位置在 Post 设计中非常重要，应充分考虑以下几个方面：a. 夹紧臂在旋转中是否有干涉现象，见图 102；b . 带定位销的夹紧臂, Hinge Pin 的位置应与定位孔的位置在一个平面内（为使Hinge Pin 在支板板上钻孔位置为整数，Hinge Pin 的具体位置可做微调），以保证定位销可安全退出，见图 103；图 103 图 104c. 为保证夹紧臂的夹紧力在 30Kg 以上，以及夹紧臂打开时，能保证工件正常装卸时，Hing pin 所处的位置。d. 手动夹紧臂见图 104，A 轴位置的确定与 Hinge pin 位置的确定方法相同。3. Hinge pin 的种类标准 Hinge pin 直径为 16，依据支板厚度的不同，当 t=16 时 A34 而 t=19时 A37（见图 105），一般情况下与 Hing pin 成套使用的 Bush 外径 D18，但有时因夹紧臂过重或双级夹紧臂中的第一级，Bush 的外径为 D=22。图 105 图 1064 . 其它的 Hinge pin在一些非标准的旋转机构中需采用特殊的 Hinge pin 时，其结构及尺寸见图106 及附表；5. Link 的种类Link 目前已经形成标准系列，见图 107，应优先选用 L40 的 Link.。十一 HLink设计中遇到夹紧臂打开高度受限制且开启角度要求大，或者夹紧臂运动轨迹受限制时，考虑使用 HLink.，它与普通 Link 在使用上有区别，与 HLink 相配的气缸，在运动过程中气缸无摆动，可选用防转架将气缸固定，见图 111，一般情况下A60mm，B70mm 已形成标准。注意：与 HLink 挡铁相接触的支板侧面一定要加工，且有公差，见图 112。 图111 图 112十二 Stopper 及 Carcher为防止压紧力或冲击过大，造成工件变形或划伤工件表面，使用 Stopper,而在夹紧臂板厚方向有精度要求时使用 Carcher。图 107 1. 夹紧臂上有定位销时，使用单孔 Carche，见图 121；2. 双级夹紧臂的第一级，使用单孔 Carche，见图 122；图 121 图 1223. 当夹紧单元中，A、B 面相差大于 3mm 时，使用单孔 Carcher，见图 123；4 . 当夹紧臂臂长超过 250 时，使用单孔 Carcher，见图 124；图 123 图 1245. 当 夹 紧 臂 上 有 定 位 销 且 距 Hinge pin 超 过 250 时 ， 使 用 双 孔 Carcher， 见 图 12 5；6 . 双级 Post 且第二级夹紧臂上有定位销时，第一级使用双孔 Carcher,见图 126；7. 为配合不同的支板板厚，Stopper 及 Carcher 均有两种宽度尺寸，其中 Carcher 还分为单孔及双孔（已形成标准）。此外 Stopper 及 Carcher 应尽量远离 Hinge pin,以求得最佳的定位效果。图 125 图 126十三 BackBar在外板夹具设计中，为避免焊后留下痕迹影响美观，采用了 BackBar，将其放置于外板外侧，焊接时焊枪的两个电极分别与外板内侧及 BackBar 接触，这样就不会在外板外侧留下焊接痕迹，见图 131。BackBar 应使用导电性能良好且耐磨性较好的铬青铜（QCr0.5）材料，BackBar 设计时应有一定的浮动量，以保证工件定位可靠，目前我们主要采用螺栓式 BackBar，其厚度为 10(8)mm，已形成标准。图 131十四 Gun Guide （焊枪导向）Gun Guide 主要用于以下几个方面：1. 夹具中 Post 较密集，焊枪难于定位在正确的焊点位置；2. 焊点位置及数量有较高要求；3 . 将两个工件焊合时，上面的工件完全遮盖了下面的工件，无法 快速，准确地找到焊点位置；设计焊枪导向时，应首先确定焊枪，并将其摆放在正确位置之后进行导向设计。注意：焊枪导向应导引电极臂，不要导电极头，见图 141。焊枪导向一般用尼龙等绝缘材料制成，用沉头螺钉与支架连接起来 若只导引一个焊点时，见图 142；若焊几个焊点且相距不远时，可参见143；尼龙板厚 t10mm，其与支架连接孔见图 144；支架可与相邻Post 连接或另外在 Base 板上单独做支架。 图141图 142 图 143 图 144十五 工件导向及吊具导向1. 在一些夹具中为便于放入及取出工件，采用了导向装置，见图 151，已形成标准。若导向角度较大或导向较长时可做成图示 152 的形式。2 . 为使吊具方便抓取工件，特设置了吊具导向，见图 153，已形成标准。图 151 图 152十六 焊枪通过性当夹具在工艺规划时，根据焊点的位置、板厚初选了焊枪，夹具在进入建模设计时更要时时注意留出焊枪通道，并且每设计一个Post 时就要注意周围的焊点及焊枪可达性，当夹具模型全部建成后，要进行焊枪通道检验。一 般 而 言 ， 焊 枪 通 道 是 指 焊 枪 与 周 围 Post、工件间的间隙，对于有一定深度的焊点间隙如图 161，而对于边沿上的焊点，间隙如图16 2； 对 于 地 板 本 体 类 的 夹 具 ， 其 地 板 较 大 ， 但所焊合的工件较小且都位于居中位置更要注意焊枪通道。对于一些装焊小件的工位，因小件的工 艺 性 较 差 ， 往 往 一 个 孔 周 围 并 没 太 多 的翻 边，因而给焊接造成困难，此时焊枪与定位块的间隙要酌情而定，但间隙应大于 5mm 见图 163。 图 161 图 162此外，在设计焊枪时，应尽量使电极头取直，而当焊接有一定困难时才允许使用带一定斜角的焊 枪，见图 164。图 163 图 163当工件较大，基本呈方形，且相对两边有焊点，工艺规划只有一把焊枪时，应考虑采用平面旋转夹具，见图 16-5。当工件为一长条形时，夹具的设计应考虑焊枪从一个方向进入，此时应预留出足够的焊枪通道，见图 16-6。当所 焊小件有定位销定位，图 153且焊点离定位销较近时，BRACKET 应设计成如图 16-7 形式，不要采用图 16-8 结构。图 165 图 166 图 167 图 168十七 磁铁为装夹小工件，采用了磁铁。当工件稍大，可同时放置定位销和磁铁时，可用图 17-1 结构。注意：此结构一定要加装铜套，用以防止磁铁消磁。而当工件太小，只可以一个定位销和止口定位时，可用图 17-2 结构，但此结构尽量少用。上述两种结构都已形成标准。 图 171 图 172十八 铜排及电缆安装方式1. 当夹具装有自动焊枪时，就必然安装有变压器，变压器与主铜排间以及主铜排