装焊夹具设计手册.doc

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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2-52. 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2-10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2-17k. 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 2-18l. 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. 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100A150 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。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 Pin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，Hing 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.。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. 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16-7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