白车身焊接夹具的结构设计示例.doc

汽车白车身焊接夹具结构设计
一、焊接夹具设计方法及步骤
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，作好充分准备。参照国内外先进夹具结构，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夹紧定位方式即可）；同时根据冲压件工艺特点及后续装配工艺需要选择合适定位点及关键定位点。大部分厂家已经规定好了零件定位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．按照确定好定位点开始3D设计。定位块要求在定位面法向有3mm调整量。定位销要求在及定位孔中心线垂直平面上有两个方向调整量。
5．在进行夹具具体结构设计时，应尽可能多采用标准化元件，或提高自身通用化、系列化程度。
二、焊接夹具组成、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基础元件，它精度直接影响定位机构准确性，因此对工作平面平面度和表面粗糙度均有严格要求。
夹具自身测量装置基准是建立在夹具底板上，因此在设计夹具底板时，应留有足够位置来设立测量装置基准槽和基准孔，以满足实际测量需要。另外，在不影响定位机构装配和定位槽建立情况下，应尽可能采用框架结构，这样可以节约材料、减轻夹具自重。
在甲方没有指定情况下，夹具底板采用如下规格：
1、BASE长度在1m以内，使用厚度16-18mm板。型钢使用14＃槽钢。
2、BASE长度在1m – 2m之间。使用厚度为20－22mm钢板。型钢使用16＃槽钢。
3、超过2m使用大于等于25mm厚钢板。型钢使用20＃以上槽钢。
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刚性和硬度，以保证在更换修整期精度。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刚度。一般采用40Cr调质，表面镀铬处理。压紧部分要求及定位部件要求一致。
定位销又分为固定、摆动、伸缩这几种。
当工件上定位孔中心线及BASE面垂直（垂直于取件方向）且定位销在工件下面时候，采用固定销。当定位销轴线于BASE面（或取件方向）有角度时候采用伸缩销。这时如果定位销在工件上面则采用摆动销。在使用摆动销时候注意旋转点选择。原则是以旋转点为中心所画圆于摆销中心线相切。如下图：
此圆与销中心线相切

 2．为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性混型功能，定位机构应尽可能设计成组合可调式。
3．标准化设计。
按照现有厂标件标准统一一些能够通用互换零件。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标准件中取优去劣,总结出自己标准件.在这个行业中迟早会有我们自己行业标准件,因为只有标准统一了才能够使我们这个行业有更大竞争力.才能向更快更好更高目标发展.
（三）夹紧机构
汽车焊接夹具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角度可以自由调整，主要用于批量较小生产纲领较低生产线。在车型前期试制（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目。另外对定位精度较低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，定位准确优点。是现在焊装线普遍采用一种夹紧方式。用于生产纲领高大批量生产。使用不同种类气动元件相互配合就能实现复杂定位夹紧机构和不同功能。

（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）。这样系统可解决或克服焊机少缺陷，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
使用滑台目有以下几种：
（1） 在不能够直接夹紧或定位地方。如下图
此处不能直接支撑，用滑台从侧面滑入。

（2）多种车型混流时，如下图：

滑台滑到此位置时另一车型
一种车型

（3）总拼夹具中使用滑台把侧围总成及地板总成拼装。
（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重要措施。在传统夹具设计中，夹具合格标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验，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及三坐标测量仪配合使用，可大大提高焊接夹具精度。
1.测量机构组成
（1）基准面和基准槽。测量机构基准面为夹具地板工作表面；基准槽是在夹具地板上设计两条相互垂直十字交叉槽，其结构如图。槽子位置可由实际需要确定，但是一定在坐标整百位上。其形式如下图：
直角边为坐标的整数位

基准槽两条
基准孔3个

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目。
四、典型机构
1、Pin Clamp
主要使用在主线、往复线以及底板线等主定位。

压紧机构
定位销
气缸

2、标准夹紧单元
L座（支座）
定位板
夹紧气缸
耳板（铰链板）
压杆（气缸摇臂）
调整垫片
定位块
压紧块

3、四连杆式标准夹紧单元
2
1

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工件定位压紧。 设计中要注意1处铰链两个孔孔距，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
1

在压紧块上开一个躲开孔，躲开定位销。注意旋转点1选择，压紧块不要及定位销干涉。

5、活动铰链式
2
1

此种结构优点是能够加大压杆大开角度。而且压杆运动轨迹是先向上垂直抬起一定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
型面角度较大

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，下面没有定位块及其对应，就是空压情况下必须安装止块。图示止块为V形，还有H形。一般带有定位销情况下使用H形止块。
7、二次翻转夹紧机构
STOP
二次夹紧
一次夹紧
铰链加大

此结构用于在使用标准结构不能实现压紧定位器。设计时应注意用在一次夹紧处铰链板为增大尺寸铰链，相对应轴销合衬套都要求加大。注意二次气缸打开角度，不要及一次气缸干涉。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）
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