装焊夹具设计手册.docx
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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2-9
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
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4-3
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.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5-6
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
关于定位块具体应用实例因过于繁杂,在此不作赘述。
图6-2
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。
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)
SidePlate(见图7-4)已形成标准件。
八LocatePin
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,一般来说每一个焊接件均需采用两个LocatePin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d
M5
M6
M8
M10
M12
M16
精定位孔内径D
Ф6.2
Ф8.2
Ф10.2
Ф12.2
粗定位孔内径D
Ф6.4
Ф8.5
Ф10.4
Ф12.5
b.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
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D≥32mm时,销的固定方式见图8-3;
当定位销直径D≤7mm时,为保证定位销的刚性,有效长度L一般取15~20mm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8-3
d.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HRC42~45,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8-12
3.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
c.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8-15
e.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,因此必须如图所示在Q点处标注尺寸,P点作为参考;
图8-17
g.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9-4。
图9-1图9-4
图9-2
图9-3
十HingePin及Link
1.
HingePin及Link的基本结构,如图10-1,尺寸A一般选为60,特殊情况可变化。
图10-1图10-2
2.HingePin位置的确定
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涉现象,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内(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),以保证定位销可安全退出,见图10-3;
图10-3图10-4
c.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,Hingpin所处的位置。
d.手动夹紧臂见图10-4,A轴位置的确定与Hingepin位置的确定方法相同。
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10-6
4.其它的Hingepin
在一些非标准的旋转机构中需采用特殊的Hingepin时,其结构及尺寸见图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
十一H-Link
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12-2
3.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12-4
5.当夹紧臂上有定位销且距Hingepin超过250时,使用双孔Carcher,见图12-5;
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,以求得最佳的定位效果。
图12-5图12-6
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若只导引一个焊点时,见图14-2;若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。
若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15-1图15-2
图15-3
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16-1,而对于边沿上的焊点,间隙如图16-2;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16-1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。
图16-4
图16-3
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16-7形式,不要采用图16-8结构。
图16-7
图16-8
图16-5图16-6
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17-1图17-2
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18-1
b.主排与辅排间见图18-2
图18-1
c.铜排之间见图18-3
d.铜排与支座间见图18-4
e.焊枪与铜排间见图18-5
图18-2图18-3图18-4
2.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
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