白车身焊接夹具的结构设计示例.docx

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白车身焊接夹具的结构设计示例

汽车白车身焊接夹具的结构设计

一、焊接夹具的设计方法与步骤

1．在设计焊接夹具之前，应首先了解生产纲领、产品结构特征、工艺方法及生产线布置方式，作好充分的准备。

参照国内外先进的夹具结构，并结合实际情况确定夹具总体方案。

诸如是固定夹具还是随行夹具，机械化、自动化水平是高是低，几种车型主要夹具是否混型共用等。

要准备好的工艺文件包括工序卡，技术协议，产品数模，夹具式样书，焊点文件。

确定使用那种标准件，那种气动元件以及甲方的特殊要求。

2．根据焊件结构特点及所需焊接设备（焊枪或CO2）型号、规格，确定定位及夹紧方式（如果有式样书直接按照式样书上的夹紧定位方式即可）；同时根据冲压件的工艺特点及后续装配工艺的需要选择合适的定位点及关键定位点。

大部分厂家已经规定好了零件定位的RPS孔和RPS面，不需要我们在制定定位基准了。

但是大家也一定要了解如何确定定位的基准孔和基准面。

3．主体机构确定后，便可确定辅助装置。

如水、电、气回路，气、液动元件以及覆盖件外部焊点所需保护铜板等。

4．按照确定好的定位点开始3D设计。

定位块要求在定位面的法向有3mm的调整量。

定位销要求在与定位孔中心线垂直的平面上有两个方向的调整量。

5．在进行夹具的具体结构设计时，应尽可能多的采用标准化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

二、焊接夹具的组成、结构及要求

汽车焊接夹具通常由夹具地板、定位装置、夹紧机构、测量系统及辅助系统等五大部分组成。

命名规则

（一）夹具底板

夹具地板是焊接夹具的基础元件，它的精度直接影响定位机构的准确性，因此对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求。

夹具自身测量装置的基准是建立在夹具底板上，因此在设计夹具底板时，应留有足够的位置来设立测量装置的基准槽和基准孔，以满足实际测量的需要。

另外，在不影响定位机构装配和定位槽建立的情况下，应尽可能采用框架结构，这样可以节约材料、减轻夹具自重。

在甲方没有指定的情况下，夹具的底板采用如下的规格：

1、BASE长度在1m以内的，使用厚度16-18mm的板。

型钢使用14＃槽钢。

2、BASE长度在1m–2m之间的。

使用厚度为20－22mm的钢板。

型钢使用16＃槽钢。

3、超过2m的使用大于等于25mm厚的钢板。

型钢使用20＃以上的槽钢。

4、BASE为焊接结构件。

焊接后要进行退火去应力处理。

表面要做防锈处理。

并且在BASE面内刻线。

（二）定位装置

定位装置中的零部件通常有固定销、插销、挡铁、V型块，以及根据焊件实际形状确定的定位块等。

1．因焊接夹具使用频率极高，所以定位元件应具有足够的刚性和硬度，以保证在更换修整期的精度。

一般采用45＃钢。

型面要求表面淬火。

定位销要耐磨并且有一定的刚度。

一般采用40Cr调质，表面镀铬处理。

压紧部分的要求与定位部件的要求一致。

定位销又分为固定、摆动、伸缩这几种。

当工件上的定位孔的中心线与BASE面垂直（垂直于取件方向），且定位销在工件的下面的时候，采用固定销。

当定位销的轴线于BASE面（或取件方向）有角度的时候采用伸缩销。

这时如果定位销在工件的上面则采用摆动销。

在使用摆动销的时候注意旋转点的选择。

原则是以旋转点为中心所画的圆于摆销的中心线相切。

如下图：

 2．为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性的混型功能，定位机构应尽可能设计成组合可调式的。

3．标准化设计。

按照现有的厂标件的标准统一一些能够通用互换的零件。

例如L座、ＳＴＯＰ、导向板、调整垫片等。

我们也要不断从各个厂家中的标准件中取优去劣,总结出自己的标准件.在这个行业中迟早会有我们自己的行业标准件,因为只有标准统一了才能够使我们这个行业有更大的竞争力.才能向更快更好更高的目标发展.

（三）夹紧机构

汽车焊接夹具的夹紧机构以快速夹紧机构（手夹）和气动夹紧机构为主。

快速夹紧机构具有以下优点：

1快速夹紧器，其结构简单，从自由状态到夹紧状态的角度可以自由的调整，主要用于批量较小生产纲领较低的生产线。

在车型前期的试制（样车）时经常使用。

2快速夹紧器根据需要可几个串联或并联在一起使用，达到二次夹紧或多点夹紧的目的。

另外对定位精度较低的焊件能实现夹紧和定位同时进行，消除了专用定位元件。

它还能通过转换其机构组成发挥更多作用，应用范围较广。

3配以螺纹调节压块，可纠正焊件变形，保证焊点搭边能紧密配合，不产生脱焊、虚焊现象，提高焊接质量。

气动夹紧机构具有夹紧和打开速度快，压紧力量大，定位准确的优点。

是现在焊装线普遍采用的一种夹紧方式。

用于生产纲领高的大批量生产。

使用不同种类的气动元件相互配合就能实现复杂的定位夹紧机构和不同的功能。

（四）辅助机构

辅助机构在焊接过程中发挥着重要作用。

下面介绍三种常用辅助机构。

1.旋转系统

在夹具底板和夹具支撑中布置的旋转系统，可使夹具体在平面上做360度旋转（为使转动灵活轻巧还配备有滚动轴承）。

这样的系统可解决或克服焊机少的缺陷，因为当焊机不动，电缆长度有限时，转动夹具可使焊点移动到焊钳的工作区域进行焊接，使焊接工作方便轻松地进行，保证焊接质量。

另外，为保证夹具在装夹、拆卸时能处于稳定工况，还应设计止动装置。

2.翻砖机构

当焊点处于中间位置时，如果用X型焊钳进行点焊，则焊钳无法伸进，喉深也不够，难以焊接；若用C型焊钳，如果夹具平放，虽能焊接，但工人的劳动强度大。

所以设计夹具时，可将其设计成可翻转夹具，使焊件能向两边翻转90度，焊件平面处于竖直位置，这样工人只要将焊枪处于水平位置便可焊接，大大降低了劳动强度。

在设计翻转夹具时需要设计止动机构，以防止夹具自动回复原位造成事故。

增加配重块移使工人操作时方便省力。

3、滑台

使用滑台的目的有以下几种：

（1）在不能够直接夹紧或定位的地方。

如下图

（2）多种车型混流时，如下图：

滑台滑到此位置时另一车型

（3）总拼夹具中使用滑台把侧围总成与地板总成拼装。

（五）测量机构

利用夹具本体自身设计测量机构是提高夹具设计和制造精度的重要措施。

在传统的夹具设计中，夹具合格的标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验的，但由于冲压件不可能十分准确，部件总成更有累计误差，所以车身焊接总成的精度必然不高，很难达到设计要求。

即使我们使用三坐标测量仪进行检验，可它对一些结构复杂的定位元件仍然无法测量。

通过实践证明，利用夹具自身测量机构与三坐标测量仪配合使用，可大大提高焊接夹具的精度。

1.测量机构组成

（1）基准面和基准槽。

测量机构的基准面为夹具地板的工作表面；基准槽是在夹具地板上设计两条相互垂直的十字交叉槽，其结构如图。

槽子的位置可由实际需要确定，但是一定在坐标的整百位上。

其形式如下图：

基准槽两条

三、典型夹具机构特点分析

（一）点焊夹具

点焊夹具结构简单，可以移动，应以轻巧、灵活为主，定位基准一定要准确。

（二）CO2气体保护焊夹具

这种夹具一般以固定式为主，其结构简单。

但如果一副夹具仅焊一个组件，则效率太低，这时可将其依次或对称设计成几组定位夹紧机构，做到一具多用，以提高焊接效率。

（三）综合夹具

这类夹具所装夹组件，既有CO2焊，又有点焊。

这对一些全点焊组件中有些位置不适宜在夹具上点焊，而一些焊点对外观和质量无特殊要求的焊件，如果用CO2焊先在夹具上预焊，则很方便，且夹具设计简单。

所以应适当地进行工艺调整达到简化夹具和提高效率的目的。

四、典型机构

1、PinClamp

主要使用在主线、往复线以及底板线等的主定位。

2、标准夹紧单元

3、四连杆式标准夹紧单元

此种结构由于增加另外铰链（四连杆机构），使压紧机构有了自锁功能，常用在容易产生焊接变形较大的工件的定位压紧。

设计中要注意1处铰链两个孔的孔距，控制好打开角度，2处一定要有限位。

3、双压块式

4、定位销式

在压紧块上开一个躲开孔，躲开定位销。

注意旋转点1的选择，压紧块不要与定位销干涉。

5、活动铰链式

此种结构的优点是能够加大压杆的大开角度。

而且压杆的运动轨迹是先向上垂直抬起一定的距离后在延弧线摆动。

设计时应注意在1处一定要有限位块，在2处安装气缸固定支架。

6、止块式

此结构用于夹紧处型面角度较大（超过10度）或者压杆上带有定位销时（摆销）。

还有一种情况是只有压紧块，下面没有定位块与其对应，就是空压的情况下必须安装止块。

图示的止块为V形的，还有H形的。

一般带有定位销的情况下使用H形的止块。

7、二次翻转夹紧机构

此结构用于在使用标准结构不能实现压紧的定位器。

设计时应注意用在一次夹紧处的铰链板为增大尺寸的铰链，相对应的轴销合衬套都要求加大。

注意二次气缸的打开角度，不要与一次气缸干涉。

一次夹紧处一定要安装限位块。

8、油箱盖定为加紧机构

使用铰链（四连杆机构）