汽车焊装夹具设计基础

————第1页汽车装焊夹具设计基础汽车行业在我国的工业领域中占有着重要的地位，随着我国经济的发展，汽车业在近几年也有了突飞猛进的发展。汽车的先进性、科技性、品质性也在迅速的增长。汽车的产量、质量的提高涉及到众多方面的提高，包括原材料、工艺、工装设备、企业的经营状态和管理方式等等。汽车装焊夹具是汽车生产工装设备的重要部分。就我了解和掌握的一些装焊夹具设计知识写出来和大家一起讨论学习。在设计装焊夹具之前要对汽车以及汽车各个部位有一定的了解，下面分别介绍：一、车的基准线、坐标线CARLINE（以下简称车线）车线是表示汽车的基准线，各个汽车厂家的车线基准零点是相同的，都是车前轮中心和车宽方向中心的交点。通常所说的车前、车后、左侧、右侧是指座在驾驶员的位置上看，前进方为车前，反之为车后，左手位为左侧，右手位为右侧，一般在车宽方向遵循左负右正的原则（日产系为左正右负）。车长的表示有：X、L、TL车宽的表示有：Y、W、BL车高的表示有：Z、H、WL以上的表示方法因不同的汽车厂家而不同。具体见图示1来加深理解。XXX基准0点车高Z车宽Y车长X图示1二、汽车车体及构成部件车体组成的主要部件有：地板、左右侧围、前后车门、发动机盖、行李箱盖、顶盖、顶盖前后横梁、前后防撞杠、前后翼子板等等，每个部件都由若干个零部件组成。从结构上讲，焊接的散件都是有空间形状的冲压成型件，不但存在由于刚性差引起的变形以外还存在着一些回弹变形。要将两个或两个以上的零部件组合成一个部件都需要由相应的独立夹具来完成。详见图示2加深理解。————第2页xxx顶盖顶盖后横梁顶盖前横梁后窗台板右侧围前风窗下横梁后防撞杠后裙板地板前防撞杠左侧围图示2：车体的主要构成部品————第3页XXX三、紧单元几种类型装焊夹具有单个或多个夹紧单元组成，夹紧形式分气动夹紧、手动夹紧、混合夹紧、手持。每个单元的构成都是由基本支撑夹紧单元演变而来，所以先掌握昀基本的设计思路是很重要的。首先初学者应该先了解一个夹紧单元的构成以及各个零件的行业名称，先对它有个感知上的认识。零件的名称各个公司的叫法不同。下面的几个图示为不同类型的基本夹紧单元范例（以气动夹紧为主），各个零件的名称为我公司叫法。1.单纯的支撑夹紧类型夹紧臂CLAMPARM气缸CYLIDER夹紧块CLAMP连接板LINK支撑块GAUGEGAUGE因材料的不同会有不同的安装方式调整垫片SHIM型板GAUGEPLATE旋转销轴HENGEPIN角座、L座STOOL、L-PLATE图示3————第4页XXX2.有定位销的类型汽车焊装夹具就是用来把多个具有空间曲面的冲压件组焊在一起，由于冲压件是薄板，刚性差又容易变形，所以在相互组焊时定位元件很重要，定位销是主要的定位元件。定位销通常分主定位销、次定位销，主定位销为圆形销，次定位销为菱形销，关于定位销的要求以及位置都会在仕样书中给出。定位销的形式可分为固定式和活动式，活动式可分气动和手动两种。根据板件定位的具体情况定位销可以安装在型板或夹紧臂上来完成其功用。CAB定位销LOCATERPIN定位销支座PINBRACKET定位销调整块KEY图示4————第5页XXX图示5：定位销为活动式图示６：夹紧臂上安装定位销夹紧臂上安装活动销的形式在这里就不以图例说明了，其形式和图示５基本相同，只是安装位置有所不同而已。３.有夹紧无支撑的类型设计此类型的夹紧单元时必须加限位块CAUCHER或STOPPER，为了防止对板件造成损坏，如图示７。什么样的场合应该用哪种限位块，在后面的内容有详细介绍。４.有支撑无夹紧的类型，如图示８。５.单纯定位销的类型，如图示９。图示7————第6页XXX第４、５这两种类型的夹紧单元设计起来相对简单些，其他复杂单元无非就是这几种类型任意组合或在此基础上增加或减少相应零件。图示８图示９６.双极夹紧单元如图示10这种类型的单元设计起来相对复杂些，但也是以前几种类型为基础。7.使用H-LINK型连接板的夹紧单元此类型的夹紧单元和普通LINK连接的夹紧单元相比较，CLAMP打开的的角度大，而且压头在打开状态下比普通LINK连接的相比高度要低一些，其运动轨迹不是一个同半径的规律曲线。四、设计中的几点注意事项汽车装焊夹具的特点就是组件到部件再到总成的一个组合过程。每一个过程既相互独立又承前启后，所以每个过程的焊接精度和质量都会影响到昀后总成的焊接精度和质量。汽车焊装夹具的设计要在满足功能要求的情况下结构尽量简单而美观，还要便于焊接操作以及保证焊接时的良好空间性。夹具的结构设计中会有一些要点需要注意，下面分别作以介绍。————第7页XXX1.以图示10为例设计双级单元时要注意的问题：１）、第一级气缸要有足够的输出力。２）、第一级连接板LINK的销孔为Φ16H7，HUSH为JDB162216（嘉善），在型板两侧要加侧垫片WASHER，型号为JTW-18。注意不要忘记型板两侧的安装螺孔。３）、第一级气缸带动的活动型板必须安装限位块，目的要保证夹紧精度和防止车体板件出现压痕、凸凹等板件变形的损坏。限位块CATCHER第一级连接板LINK第二级气缸第一级气缸图示10————第8页XXX2.以图示4为例，一级夹紧单元通常我们设计规定A处要有轴套BUSH，夹紧臂CLAMPARM的销孔大小为Φ14H7，轴套BUSH的型号为SF-11215（嘉善）。B处根据客户要求而定，如果要加BUSH的话，型板的销孔大小、BUSH的型号和A处一样，C处一般不加BUSH。3.单元的具体结构设计时要求每个零件的外型尺寸（除了和板件接触部位）以及各个零件之间的装配尺寸（除了两个零件之间的装配有角度）都是整数值，而且要求和车线之间的距离也为整数值。在有定位销的情况下，因为定位销的坐标值一般多数为小数，所以销子的安装孔在销子支座的位置数值为小数，但销子支座的装配尺寸和外型尺寸必须是整数值。参照图示11可加深对上面内容的理解。图示114.对尺寸较大的型板可以考虑减重，在较大空白地方掏空，但要保证强度。减重没有具体的规律可循，可根据具体情况而定。如图示12所示5.图示13为例，A、B、C、D的尺寸在设计中有规定，从图中可以看出此————第9页XXX一般也为小数（为保证气缸与旋转点的整数关系）夹紧单元所用的气缸型号为CK1A50-75Y（SMC型号），气缸伸出夹紧状态时要求预留5mm的行程，所以A的尺寸为气缸行程ST减去5mm。B的尺寸为气缸行程ST减去5mm的一半（ST-5）/2mm。C的尺寸在昀远端夹紧块的夹紧力足够的情况下取50mm,根据情况不同可以取大于50mm，但要求是逢5和10的整数值，而且要作夹紧力的验证必须保证有足够的夹紧力。减重图示126.连接板LINK的选用图示14为普通一级夹紧单元连接板LINK的局部视图，图示15为双级夹紧单元的第一级连接板LINK的局部视图，侧面加有侧垫片WASHER。在选择WASHER时，内经比轴经大一个型号。例如：轴经为Φ16时，WASHER选择型号为JTW-18，其内经尺寸为Φ18.2。连接板LINK一般情况下选用标准件，有特殊要求时可以另行设计。7.限位块CATCHER、STOPPER的安装位置设计要求限位块的安装位置到基准的尺寸为整数值，LINK旋转轴中心到限位块安装位置的间距要大于等于LINK旋转轴中心到昀远端压头间距的1/3，保证CLAMP夹紧的精度。————第10页XXXD的尺寸一般为小数，要求气缸在打开状态下夹紧块的昀外端距离车体板件的昀外端大于25mm或30mm。图示13图示14图示158.限位块CATCHER、STOPPER的使用限位块STOPPER的使用有以下几个方面：1）没有支撑有夹紧，而且夹紧的板件没有任一方向明显的倾斜角度；————第11页XXX2）多个夹紧块，其中有一块为空压，而且支撑夹紧的板件没有明显的倾斜角度；3）精度要求不高的直线运动限位；4）使用H-LINK的夹紧单元必须有限位块STOPPER，STOPPER也可以和型板做成一体式。限位块CATCHER分为“V”型和“H”型，其使用有以下几个方面：1）没有支撑有夹紧，而且夹紧的板件有任一方向明显的倾斜角度，要使用“H”型；2）夹紧臂上有定位销，要使用“H”型；3）支撑夹紧的A、B面夹角大于等于15度，要使用“H”型；4）精度要求较高的直线运动限位要，使用“V”型和“H”型都可以；5）双级夹紧单元的第一级要使用CATCHER，而且要用双螺栓连接的型号，多使用“H”型；6）在使用的气缸的缸经为Φ80时，需要加CATCHER，使用双螺栓型号，根据具体情况选择“V”型或“H”型；7）在可以使用限位块STOPPER的场合也可以使用限位块CATCHER，但多用“V”型，反之则不可以。8）用CATCHER时，要有一侧互为直角的边来限位；9.焊点位置在车体板件的外表面时，要加铜垫板来防止焊点给板件表面留下的不美观，铜垫板的安装螺栓为专用紧固螺栓。————第12页10.板件的外表面直接和支撑块相接触时，支撑块的材料要使用尼龙、树脂、优力胶、橡胶等，防止板件外表面出现压痕、划伤等损坏。11.定位销为菱销时要注意菱销的防转方向，是根据和其有关联的圆销来决定的。如图示16所示图示16XXX12.夹紧单元气动元件气缸的选择，要在满足打开范围的情况下，根据夹紧臂的重量和夹紧力的大小相结合来决定。13.自行设计和杆端外螺纹型气缸连接的过渡块时，注意连接的螺纹孔为细牙螺纹，大小要查阅气缸产品样本，和气缸保持一致。以上总结的一些注意要点，希望在具体的结构设计上得到充分的应用。四、夹具设计步骤对装焊夹具有了一定的认识了解以后就可以进一步的学习设计了，当然前期会从一些相对简单的夹具设计开始。在正式设计之前还必须要了解掌握一些设计资料，有些是客户提供的，我们称之为原始资料。其中包括：正式的车体数模、设计仕样书、工艺卡、焊点布置图、焊枪图、板件的投放顺序等等。设计仕样书是整个夹具设计的主要依据，客户对夹具的要求都会体现在其中，所以设计者必须先学习仕样书，整理设计所必须的资料和车体数据，同时也是对设计资料的确认，并检查是否有漏掉或错误的资料数据，并及时向客户反馈。前期的工作准备好以后就可以进行设计了。1.根据仕样书提出的装夹位置对数模进行断面的剖切，如图示17。图示17————第13页XXX2.根据仕样书要求对剖切的断面进行上下支撑夹紧块的设计。一般情况下我们设计是从断面开始向外延展和从基板BASE向上延展相结合。图示18：仕样书范例以图示18来举例说明，此仕样要求夹紧方式为手动夹紧，根据客户提出的操作高度要求（一般操作高度为800mm左右）和焊点位置（一般取中间焊点位置）可以定出基板BASE的高度。从焊点位置向BASE方向返800mm（以800mm为例），取其位置附近的整数车线位置为FLOOR面的高度位置。如图示19所示图示19————第14页XXXBASEFLOOR仕样号01设计完成之后如图示20所示图示203.按照仕样要求逐一设计，在设计过程中要进行焊枪模拟来检验是否能顺利完成打点任务，昀终的夹具要求在满足一切功能要求的同时尽量要美观、轻量化。五、基板BASE的要求根据客户要求的不同，基板有基准槽和基准销两种检测方式。基准槽是在夹具基板上设计两条相互垂直的十字交叉槽，其检测面必须是车线的整百倍数，当BASE面外形尺寸的任一边超过1500mm的时候，要开两条或两条以上平行的基准槽，其间距也是整百的倍数，槽开在车线大的方向，如图示21所示。基准槽的局部放大图在TAP图里表示，BASE上所有的安————第15页XXX装孔都在TAP图里表示其位置及大小,如果在BASE的反面也有安装孔的话同样在TAP图里表示，立体的效果视图要把正面和反面分别表示出来。BASE焊接图表示其焊接位置及尺寸，包括没有精度要求的工艺孔（过气管、躲干涉等）。基准销的原则和基准槽基本一致，孔要打在车线大的方向，两孔间距一般取100mm，基准孔的1/4象限点必须是车线的整百倍数，如图示22所示。图示22图示21六、标准化设计的必要性装焊夹具的标准化、规格化是夹具设计的发展方向，在进