装焊夹具设计手册.doc

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1、装焊夹具设计手册装焊夹具设计手册一 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

2、止动块或限位块,、连接板、气缸 等。见图13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

3、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

4、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t1202020202025下面板t2151515202020槽钢型

5、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2-9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2-1

6、0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2-12 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5

7、0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2-15 j. 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

8、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 2-18l. 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

9、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

10、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 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 图4-3图4-4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4-5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

11、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：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

12、. 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。图5-4 图5-5e. 见图5-6，当A100时B取25；当100A

13、150 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5-6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

14、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

15、。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。图7-3图7-4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

16、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 dM5M6M8M10M12M16精定位孔内径D6.28.210.212.2粗定位孔内径D6.48.510.412.5b. 定位销的长度：原则上定位销有效长度应伸出

17、工件58mm。见图8-1图8-1图8-2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。c. 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D7mm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；图8-4图8-3d. 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

18、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8-8 2. 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；图8-13图

19、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40X40的方管焊接而成。见图8-16；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-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；图8-17g. 采用滑动式定位销及直线导轨、直线轴承时，应

20、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。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 P

21、in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，Hin

22、g 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.

23、。图107 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。 1. 夹紧臂上有定位销时，使用单孔Carche，见图121；2

24、. 双级夹紧臂的第一级，使用单孔Carche，见图122；图121 图122 3. 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124 5. 当夹紧臂上有定位销且距Hinge pin超过250时，使用双孔Carcher，见图125； 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

25、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

26、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

27、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图153十六 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162；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

28、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164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，且焊点离定位销较近时，BRACKET应设计成如图16

29、-7形式，不要采用图16-8结构。图167 图168图165 图166十七 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与辅铜排电缆间都有联接与绝缘问题。a. 变压器与主铜排间 见图18-1b. 主排与辅排间 见图18-2 图181c. 铜排之间 见图18-3d. 铜排与支座间 见图

30、18-4 e. 焊枪与铜排间 见图18-5图182 图183 图1842. 对于某些人工不易到达的焊点，往往采用预埋焊枪的方式。铜排与焊枪联接后，人工用焊枪在铜排上打点，实现焊接，见图18-5及18-6，被焊枪打点的铜排，材料为铬青铜（QCr0.5）。主铜排与辅铜排的材料为紫铜（T2）。在设计铜排时，应尽量缩短铜排的长度以减少电流的损耗。如无特殊要求铜排的宽度为40mm。图185 图186十九 旋转机构 为便于焊接涂胶等操作，很多夹具都配有旋转机构，其主要分为两种类型，水平面内旋转机构及竖直面内旋转机构。1. 水平面内旋转机构目前共有两种，普通型（图19-1）及加重型（图19-2），都已纳入标

31、准。图19-1 图19-2为减小转动惯量，旋转Base一般采用镂空的方式且四周倒大角，当工件超出Base面时，为防止工件在旋转中划伤操作者，可用圆管做一防护架，见图19-3。2. 竖直面内旋转机构，由于目前采用的设计软件普遍具有计算质量中心的功能，因此竖直面内旋转机构目前只采用图19-4的形式，该形式便于加工且操作方便但应注意以下两点：a. 确定旋转部分的重心时，必须将气缸删除后再计算；b. 审核工件及Post在旋转过程中与机构的梁及拉杆干涉问题。图19-3 图19-4二十 举升机构 当某些工件因定位销孔较多，或工件本体较大，焊接完成后难以手工取出时，采用了举升机构。标准的举升机构如图20-1

32、所示，为单气缸双导向杆结构，导向杆直径30，气缸的直径分为63，80，100，125四个系列，其中80及100两种系列最为常用，已纳入标准；当工件较小或其为一长条形状时，应采用单导向杆结构，如图20-2；当空间较为紧凑时可采用图20-3所示结构；而当导向精度要求不高时，也可采用图20-4所示结构。设计举升机构时应注意以下几点：1. 当举升机构所举工件较大时，举起后导向杆应加装限位装置且气缸行程应留有10mm余量，以防工件举起后摇晃，见图20-5；2. 举升机构与工件间应留有50左右空行程，见图20-6。对于地板，侧围等中间有焊点的夹具，举升机构应注意避让焊枪，见图20-7及图20-8。图20-1 图20-2 图20-3 图20-4图20-5 图20-6 图20-7 图20-8第 25 页