白车身焊装夹具设计手册

-.z.焊装夹具设计手册一概念及名称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*――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1－1；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1－1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1－2，其中α≤45º图1－22.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、图1－33.夹具一套完整的夹具一般包含假设干夹紧单元〔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=30~40mm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，往往将其划分为假设干个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，此时图2-52.Base尺寸与所使用型钢型号关系表：BASE尺寸800*1200800*1200

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1000*16001000*1600

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1500*20001500*2000

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2000*32002000*3200

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3000*40003000*4000

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3500*5000上面板t1202020202025下面板t2151515202020槽钢型号C10C12C14C16C20C25b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700mm~900mm，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构造不允许采用八字构造，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2-9图2-8图2-9c.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，其构造应如图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2-11f.Base的起吊装置小型Base使用起吊环，于Base上外表钻M30螺孔，钻孔时应注意起吊钢丝绳是否会与Post等发生干预；大型Base需采用吊耳，构造见图2-11，其相关尺寸已形成标准。g.地脚构造地脚板构造如图2-12，其中过孔直径Ф28，螺孔尺寸为M24，且已形成标准。假设Base较矮需加装支腿时，其构造见图2-13。图2-12图2-13h.假设使用方管、矩形管焊合构造件及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，基准槽可贯穿，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，尽量防止将孔打入基准槽。见图2-15图2-14图2-15j.为防止Lifter及个别Post上气缸与Base干预，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。图2-18图2-18l.BaseLink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BaseLink将各单一Base联接起来形成一个刚体，Baselink一般采用100*100方管或100*150矩形管焊合而成，其构造形式如图2-19，其与Base间尺寸链见图2-20。联接板的作用是将Base与BaseLink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400mm~1000mm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图4-1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。去除去除图4-4图4-3图4-2图4-4图4-3此外，为使气缸摆动灵活，其吊耳处，应为图4-4构造。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Locatepin时，在支板及L-plate间需采用斜铁，其尺寸标注见图4-5。图4-5图4-5图5-1图5-2图5-3五.夹紧臂1.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Ф63，第二级气缸直径为Ф50。〔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Ф63，夹紧臂侧气缸直径为Ф50。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：缸径〔mm〕气缸力〔kgf〕B/A5078.52.5631254.2802002.8此外，对于汽车车架类夹具由于其板厚较大，需要夹紧力在50～80kg以上。此时，气缸直径应为Φ63或Φ80。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，夹紧臂翻开以后，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，应保存5～10mm余量。例如：额定行程为75mm的气缸使用70mm作为实际行程，保存5mm以保证有效的夹紧。b.HingePin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，其与可能发生干预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，以免干预见图5-6。图5-6图5-6图5-4图5-5e.见图5-6，当A≤100时B取25；当100≤A≤150时B取30；当150≤A≤200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。但当夹紧臂过长时翻开后会造成取件困难，此时可将夹紧臂只翻开一定角度，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5-8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.假设该工位为弧焊夹具，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图6-2关于定位块具体应用实例因过于繁杂，在此不作赘述。2.材料：普通定位块毛坯的材料为45*钢精细铸造且外表发黑处理，形面加工后外表高频淬火HRC32~35，但当定位块与外板等覆盖件直接接触时，为防止划伤工件外表七．垫片及SidePlate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SidePlate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。图7-4图7-3图7-4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〕SidePlate〔见图7-4〕已形成标准件。八．ocatePin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。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dM5M6M8M10M12M16精定位孔径DФ6.2Ф8.2Ф10.2Ф12.2粗定位孔径DФ6.4Ф8.5Ф10.4Ф12.5B．定位销的长度：原则上定位销有效长度应伸出工件5~8mm。见图8-1图8-1图8-2图8-1图8-2c.定位销的装配。原则上优先选用A型销，当构造所限用A型销定位有困难时，才用B型销见图8-2;；当定位销直径D≥32mm时，销的固定方式见图8-3;不宜过长，但为防止工件与Bracket发生干预，定位销构造见图8-4；图8-4图8-3图8-4图8-3d.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构造；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预，见图8-13；b.定位销直径D≥32mm时，其四面应削平，以便于工件的装卸，见图8-14；图8-13图8-14图8-13图8-14c.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；d.当单独使用定位销时，可将其固定于支架上，支架可用40*40的方管焊接而成。见图8-16；图8-16图8-15图8-16图8-15e.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-d≤0.2mm时，可选用普通定位销。而当其D-d≥0.2mm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，因此必须如下图在Q点处标注尺寸，P点作为参考；图8-17图8-17g.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，滑动局部应加装防护套(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PinBracket及Key。目前依长度的不同将Bracket分为80和100两个系列〔见图9－1〕，同时每个系列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9－2及9－3，目前上述Bracket均已纳入标准，当定位销单独使用时见图8－16。此外，为防止Bracket与工件干预，可将标准定位销加长，但加长时应注意其强度，见图9－4。图9－1图9－4图9－2图9－3十.HingePin及Link1.HingePin及Link的根本构造：如图10－1，尺寸A一般选为60，特殊情况可变化。图10－1图10－22.HingePin位置确实定确定HingePin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预现象，见图10－2；b.带定位销的夹紧臂,HingePin的位置应与定位孔的位置在一个平面〔为使HingePin在支板板上钻孔位置为整数，HingePin的具体位置可做微调〕，以保证定位销可平安退出，见图10－3；图图10－3图10－4c.为保证夹紧臂的夹紧力在30Kg以上，以及夹紧臂翻开时，能保证工件正常装卸时，Hingpin所处的位置。手动夹紧臂见图10－4，A轴位置确实定与Hingepin位置确实定方法一样。3.Hingepin的种类标准Hingepin直径为Φ16，依据支板厚度的不同，当t=16时A＝34而t=19时A＝37〔见图10－5〕，一般情况下与Hingpin成套使用的Bush外径D＝18，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10－5图10－64.其它的Hingepin在一些非标准的旋转机构中需采用特殊的Hingepin时，其构造及尺寸见图10－6及附表；5.Link的种类Link目前已经形成标准系列，见图10－7，应优先选用L＝40的Link.。图10－7图10－7十一.H－Link设计中遇到夹紧臂翻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H－Link.，它与普通Link在使用上有区别，与H－Link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11－1，一般情况下A＝60mm，B＝70mm已形成标准。注意：与H－Link挡铁相接触的支板侧面一定要加工，且有公差，见图11－2。图11－1图11-2十二.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外表，使用Stopper,而在夹紧臂板厚方向有精度要求时使用Carcher。1.夹紧臂上有定位销时，使用单孔Carche，见图12－1；2.双级夹紧臂的第一级，使用单孔Carche，见图12－2；图12－1图12－23.当夹紧单元中，A、B面相差大于3mm时，使用单孔Carcher，见图12－3；4.当夹紧臂臂长超过250时，使用单孔Carcher，见图12－4；图12－3图12－45.6.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12－6；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Hingepin,以求得最正确的定位效果。图12－5图12－6十三.BackBar在外板夹具设计中，为防止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侧及BackBar接触，这样就不会在外板外侧留下焊接痕迹，见图13－1。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13－1十四.GunGuide〔焊枪导向〕GunGuide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展导向设计。注意：焊枪导向应导引电极臂，不要导电极头，见图14－1。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假设只导引一个焊点时，见图14－2；假设焊几个焊点且相距不远时，可参见14－3；尼龙板厚t＝10mm，其与支架连接孔见图14－4；支架可与相邻Post连接或另外在Base板上单独做支架。图14－1图14－2图14－3图14－4十五.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15－1，已形成标准。假设导向角度较大或导向较长时可做成图示15－2的形式。2.为使吊具方便抓取工件，特设置了吊具导向，见图15－3，已形成标准。图15－3图15－3图15－1图15－2十六.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，要进展焊枪通道检验。、工件间的间隙，对于有一定深度的焊点间隙如图16－1，而对于边沿上的焊点，间隙如图16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16－3。图16－3图16－3图16－4图16－4图16-1图16-2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16－4。当工件较大，根本呈方形，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