焊接夹具的设计剖析.docx

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焊接夹具的设计剖析

焊接夹具设计要求

概述

焊接工艺装备主要包括：

焊接设备、焊接夹具、焊接辅具、制件输送机构等。

其中，焊接设备属于通用设备，如：

悬挂点焊机、机械手、机器人、CO2焊机、固定焊机、凸焊机等均可以采购到。

制件输送机构现已有几种相对固定的模式，结构具有一定的通用性，在设计过程中只要能满足起升高度、运行速度、运行到位精度、生产节拍等工艺要求，侧重处理好动力源的选择极其结构件尺寸确定等方面情况即可。

只有焊接夹具和焊接辅具直接与制件接触，由于车身形状复杂、刚性差、易变形，夹具的定位方案及结构因中、轻、轿、重各类车型特点不同而千差万别，且空间位置关系复杂，精度要求高，设计制造难度大，所以，焊接夹具设计水平的高低，是焊接技术发展的关键环节。

焊接夹具整体通用要求：

（1）保证产品的形状和尺寸精度符合图纸和技术条件要求。

在装配时，夹具必须使被装配的产品获得正确的定位和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止焊件产生变形。

（2）夹具结构应具有开敞性；结构应简单，维修应容易，应尽量采用标准化夹具元件；定位、夹紧结构尽可能采用方便调整的装配形式，可采用定位销和螺钉紧固连接，中间用垫片进行调整；对易磨零件便于更换。

（3）应使装配焊接工作在最有利的状态下进行；

（4）夹具要有足够的刚度，且重量要轻，在夹具上，凡是受力的各种器件，都应具有足够的强度和刚度，它足以承受重力和因焊件变形所引起的各个方向的力。

在保证强度与刚度的前提下，应轻巧灵便；

（5）产品的定位可靠、夹紧应迅速，从夹具中取出产品要方便，夹具应使装配和焊接过程简化，操作程序合理；产品装上或卸下相当方便，不受夹具上的各种器件干涉，也不被夹具卡住而无法卸下；

（6）满足生产纲领的要求。

以下对焊接夹具设计的技术要求进行规定。

一、设计依据

1、以白车身产品三维数学模型、产品图纸、产品技术要求及焊接设备资料以及与输送线及相关工艺装备匹配参数或与焊装设计有关的工艺参数和图纸进行规范化、模块化设计和制造。

2、焊接设计方案由设计部门（设计审核员、主管设计员、设计员）拟定，经使用单位工艺部门（工艺员和有关人员）确认会签后方可投入制造。

3、焊接夹具应满足工艺提出的定位、夹紧及焊接操作要求。

二、设计通则

1.夹具设计的使用寿命大于10年。

2.焊装夹具设计采取模块化方式，按照装焊工艺图进行，以满足焊接工艺要求，夹具设计图画法符合国家制图标准。

3.夹具本身必须有良好的制造工艺性和较高的机械效率。

夹具设计应保证标准化、通用化、系列化，以提高焊装生产线的可维护性。

4.夹具设计要求采用三维软件进行实体设计，所有零件（包括标准件）均应该在三维实体上体现。

所有运动部件均应示明起始和终止极限位置，并做运动分析。

如图1

图1

5.实体设计方案指导见详细说明：

实体设计方案\\Server8\jszx付昕亮\产品技术部培训教材\20060817\焊夹设计方案付昕亮

6.总成及分总成夹具，采用产品数模给定的坐标系、定位孔、定位面及辅助定位面，要求符合定位基准一致性原则，以减少定位误差。

应尽可能采用孔定位，如果不能实现，可采用外型面定位，尽量不选外形复杂的曲面。

同时具有良好的协调性，制造依据和制造方法能保证夹具前后工序之间相互协调、夹具定位压紧件与零件之间相互协调。

7.夹具中定位销、L座、非加工件尽量采用标准化和系列化的部件，保证其良好的互换性；夹具基座及L板材质选用钢材焊接而成，其余定位销、受力面要采用45＃材质并热处理等方法保证其强度和耐磨性，以保证支撑面使用寿命要求。

8.定位支撑面作为标准件进行设计，所有定位面必须与固定气缸的过渡板分体设计，双向可调应采用单方向独立调整结构，避免双向可调在一个块上进行。

图2。

为了保证定位支撑面使用寿命要求，每个定位面必须进行热处理来增加耐摩性。

图2

9.夹具在设计过程中必须考虑维修复原性及保证组装后便于识别，每个定位块、夹紧块在明显处打印件号，同时在定位单元上打印部件号。

10.为保证夹具精度，对于主定位销不允许通过三坐标检测后加减垫片来保证精度；定位块、夹紧块要具有可调性。

夹紧器的连接销轴处必须设计衬套，采用无油润滑衬套。

见图3

图3

11.夹具设计须使被装配的零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止焊件产生变形。

12.夹紧单元要灵活、可靠、拆卸方便，夹紧力适中；夹紧应一次到位，不能碰伤及损坏零部件。

气动夹紧时，应有补偿的夹紧行程，合理的夹紧力以不破定位的稳定性及不损坏制件表面为原则。

手动夹紧器应选择合理的夹紧力，以不破坏定位的稳定性以及不损伤制件表面为原则，并具有自锁性能。

13.与车身外表面接触的定位块，采用聚氨脂块，以保护工件表面，防止将表面件划伤；外表面有焊点的部位，应采用活动铜垫板，其有效板厚不小于10mm，以保证焊接质量。

见图4

图4

14.夹具要有足够的刚度、强度，防止产生变形，确保焊接质量和精度达到部品焊接质量检验标准书的要求；夹具的工艺性能应优良，零部件装配要容易；总成取出要方便。

且重量尽可能轻。

15.夹具结构合理，应适应人体工程要求，工人操作方便、安全，有足够的操作空间及良好的视野，焊接通路开畅，焊钳容易接近工作处，且保证夹具与焊钳不发生干涉。

16.对刚性较差的大分总成、总成或卸件难的采用气动顶升卸件，对不便于施焊的焊点，应设计焊钳导向装置，如图5，保证焊接点的准确位置；对于焊接中无法目视定位的位置应有点焊定位板。

图5

17.焊夹设计时，固定座与底架上的螺钉尽量采用相同的品种。

与底架连接的支座上的销钉伸出支座表面约3mm。

以利于销钉取出，不允许采用盲孔销；用于产品制件的定位销，定位块应更换方便，螺栓规格应尽量相同。

用于产品制件的定位销、定位块应更换方便，螺钉规格应尽量相同。

18.螺钉松紧应予留足够的扳手空间；不进行夹具夹紧时，制件定位支撑平稳，夹紧松开前后，制件不发生局部串动、位移等变形。

重要的螺栓或螺钉连接，要成组等力矩，不得有明显的的受力不均现象。

19手动夹紧器手柄上要安装护套。

对气缸、台面，导轨等有焊接火花飞溅处应用防护板等防飞溅装置（直线滑轨处，需加保护罩，活动型气管及电线等需采用“坦克链”板保护），延长焊接夹具的使用寿命。

见图6

图6

20.气缸摆动时不能与底架、固定座等干涉。

夹具BASE板外形原则上要求大于所有的支撑件和气缸，若气缸超出底板外形，应该增加保护装置，如图7。

气缸叉接头与压头幅度间的间隙不能过大，以防止压头在宽度方向摆动过大。

气缸夹紧或打开时不应过渡干涉操作者作业。

相邻气缸或夹紧器在闭合或打开时不应有干涉现象。

图7图8

21.底架轮廓应尽量与工件轮廓相似，不要有突出角，板件突出夹具部分应该有保护措施，防止板件划伤到人，如图8。

对于四周焊接作业动作困难者，底架应增加旋转装置，旋转作业。

旋转单元要有定位装置，采用定位挡块，以保证精度，采用旋转或翻转平台时，严格控制旋转或翻转后的位置。

22.夹具在装件时要有防错措施，防止装错或装反，保证被装配的零件或部件获得正确的位置及可靠的夹紧。

气动夹具在操作过程中，应有互锁，制件夹紧不能变形。

23.底架地脚设置水平调整装置，可进行高度调节，以保证工作台面安装后的水平要求。

水平调整脚有以下几种形式：

图10

图10

24.夹具工艺性能应优良，零部件装配要容易；总成取出要方便。

25.工件焊接位置高度，距地面750-850mm高。

26.可移动式焊夹行走轮要有刹车装置、推动手柄。

推手操作宽度应在400～600mm之间，高度符合人机工程学；同时推手要求可翻转结构，不能对操作者的操作有影响，如图11。

旋转式夹具要回转灵活，锁紧装置要操作方便，使用可靠。

图11

27.涂胶夹具如作业性需求要有一定的倾斜角，以便于涂胶操作，定位面采用聚胺脂材料，以防表面损伤。

28.有自动传输机的焊接线上夹具采用电控气阀，在气动机构上设有夹紧松开到位的电气开关。

气缸的行程开关支架、滑台及举升机构的行程开关等均应在3D图中体现，相关联的连接支架要设计出图。

图12为两种形式：

图12

29.每套焊接夹具必须装有醒目的铭牌，内容包括夹具名称、编号、重量、制作厂商名称等参数。

图示为奇瑞H13焊接夹具的标牌

三、设计规范及要求

1、总图设计

焊接夹具的总图应包含如下内容：

产品数模、定位夹紧部件、底架、支腿、气路部件、ASP及其焊钳等，在夹具上有产品的摆放位置，有焊点的位置及每个焊点的焊钳模拟位置。

2、部件总图设计

部件总图应能清晰表明具体结构。

每一部件一般由基础元件L支座、过渡板、定位块、定位销、夹紧块、铰链板合件、气缸或手动夹紧器等机构组成。

根据夹具要求，通常部件的形式有以下几种：

a、普通气动定位夹紧形式（如图1）

图1

b、气动翻转定位夹紧形式（如图2）

图2

c、气动伸缩销定位夹紧形式（如图3）

图3

d、手动定位夹紧形式（如图4）

图4

e、定位无夹紧形式（如图5）

图5

3、零件图设计

3.1、定位块、夹紧块

定位块、夹紧块尽量采用ACJ标准系列。

定位块、压紧块其厚度为16mm或19mm,材料为45号钢，调质HRC30-35、发蓝处理，定位、压紧面采用数控加工，表面粗糙度为Ra1.6，宽度公差±0.05。

定位块的定位方向、压块的夹紧方向应设有调整垫片，总长要规范化。

定位块、压紧块要打印零件号。

间隙调整垫片选用标准长度，一般长度不超过100mm,厚度为3m（1.0+1.0+0.5+0.5）。

形式如图6：

图6

常用定位块、压紧块有三种形式：

两销一钉；两销两钉；两钉一卡一挡面；见图7

图7

当定位处为车身外表面件且有夹紧时，定位块通常采用如下方式，具体尺寸如图8：

图8

当1个夹紧器夹紧2个以上部位时，多个面同时夹紧，先接触的面能够有效夹紧。

为了让所有的面都能有效夹紧，所以需要将夹紧块设计为摆动式。

如图9。

图9

3.2、摇臂

摇臂的板厚选用16mm或19mm,允许上差+0.1，下差0。

摇臂的高度应根据摇臂的长短选用30、35、40mm,特殊情况例外。

夹紧块安装面粗糙度Ra1.6。

3.3、过渡板

过渡板的板厚选用16mm或19mm,允许上差0，下差-0.1。

定位块安装面粗糙度Ra1.6。

对于较大过渡板，应做减重处理。

如图10。

图10

3.4、L座

夹具所采用的L座需满足标准化、系列化要求，一般高度为150、200、250、300、350mm,且能满足互换性要求。

选用时尽量用250mm以下，高度不够时可加补高台。

应保证安装底面与立面垂直度公差在0.05mm/1000mm；其销孔应为φ10H7表面粗糙度Ra1.6；底面销孔至立面、立面销孔至底面距离公差为±0.05mm；底面、立面加工表面粗糙度Ra1.6，其余Ra6.3，周边应为Ra12.5。

L座焊后应作时效处理，消除应力。

焊缝应为连续焊缝，并要求牢固、光滑平整、无缺陷。

3.5、定位销

为保证夹具的定位准确、可靠，工件尽可能采用孔定位。

定位销应满足标准化、系列化，原则上一工件要有二个销定位，一个圆形销，一个菱形销。

一支销子必须在两个方向限位，另外一支销子只能在一个方向限位。

当RPS为双圆孔，采用一支圆形，一支菱形:

如图11。

菱形销

园销

图11

RPS为圆孔和长圆孔采用双圆销:

如图12

长园孔园销

园孔园销

图12

定位销的材料40Cr,淬火HRc40-45，外径的公称尺寸为工件孔径公称尺寸-0.1mm,公差+0/-0.05mm，表面粗糙度Ra1.6.

定位销超出定位零件的长度5-7mm,要有防转卡。

图13

图13

定位销的连接方式：

螺