白车身焊装夹具设计手册.docx
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白车身焊装夹具设计手册
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1－2
2.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1－3
3.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=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2-5
2.Base尺寸与所使用型钢型号关系表：
BASE尺寸
800X1200
800X1200
|
1000X1600
1000X1600
|
1500X2000
1500X2000
|
2000X3200
2000X3200
|
3000X4000
3000X4000
|
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2-7
b.槽钢的接口见图2-8
图2-8
c.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
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Ф28，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2-13
h.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2-15
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2-17
k.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
l.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
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/A
50
78.5
2.5
63
125
4.2
80
200
2.8
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，保留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5-5
e.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5-7
4.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#钢精密铸造且表面发黑处理，形面加工后表面高频淬火HRC32~35，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7-2
1.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）
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LocatePin，一
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