论文部分内容阅读
摘 要：汽车白车身是汽车总体的主要组成部分之一。它是具有复杂型面的壳体零件，是由数百件薄板冲压件通过装焊、铆接或机械连接等工艺方法构成一个完整的白车身车体。其中装焊是最主要的连接方法。一般车身有3000～5000个焊点，有几米长的缝焊。它直接影響着车身质量、生产效率和经济性。因而提高装配精度和焊接质量是白车身制造的核心工作。焊接夹具是保证焊接产品质量的重要手段。
关键词：焊装夹具;典型结构
0 前言
焊接夹具的设计制造依据是汽车车身产品。从我国车身制造技术发展的历史来看，九十年代以前，工装设计是以提供二维车身产品图纸的方式为设计依据的，设计者从图纸上截取焊接夹具定位型面的数据。而对工装制造是以车身主模型实物的方式为制造依据的。
九十年代后，工装设计将车身产品用三维数字表达，设计者以车身产品三维数学模型为依据，通过将CATIA三维设计软件引入焊装设计领域，使焊装设计实现了从二维向三维的跨越，全面实现了焊装的三维实体设计。
焊接夹具是由定位装置、夹紧装置、辅助装置、工作台等几部分组成。下面就其装置的典型结构进行详细的介绍
1 定位装置
定位装置一般有：定位销、定位面、挡块、V型块等。
定位销又可分成：固定销、伸缩销（手动、气动）、翻转销等。
固定销的一种常见形式是其销子安装在固定支座上，位置精度靠制造时保证，调整和使用时不易变动，多用于主定位销。
固定销的另一种常见形式销子安装在带调整垫片的连板上，在调整和使用时，可根据需要变动垫片的数量达到一维或二维调整销子位置的目的。
伸缩销可分为手动和气动两种，虽然它们的结构不一样，销子移动的动力源不一样，但是它们的共同特点是：销子可以脱离定位制件，目的是为了方便的装卸制件。
翻转销目的同样是使销子可以脱离定位制件，方便卸件。
2 夹紧装置
工件在夹具的夹紧和定位是密切相关的，当制件正确定位后，紧接着就是如何正确夹紧。在考虑设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力的作用方向和正确确定夹紧力，然后设计适合的夹紧机构予以保证。
夹紧装置一般由夹紧元件、中间递力机构和力源机构组成。以结构简单、动作迅速，从自由状态到夹紧仅需几秒钟为特点。常见的夹紧装置结构有
2.1钩形夹紧器。特点为：操作方便、夹紧可靠，当夹紧器打开时定位面全部让开，对制件的卸装极为方便
2.2铰链式夹紧器。特点为：夹紧动作迅速、操作方便、压头部分可以调整、夹紧器打开时张开角度大，夹紧力大、有自锁功能、结构可靠
2.3手动夹紧钳。俗称大力钳，它是一个独立的夹紧装置，不与夹具本体相连接，可根据使用的不同要求设计钳口与夹头的结构形式。它能单独的夹紧制件任意部位，使用很方便。
2.4手推式夹紧器。该机构既可夹紧又可定位。结构紧凑，导向杆的伸缩距离大，制件的装卸方便。
2.5定心夹紧机构（勾销缸）。该机构是夹具中的一种特殊夹紧机构。它在制件被夹紧的过程中同时实现夹紧和定位的双重功能。主要用于要求对制件准确定心和对中的场合。
2.6回转臂式夹紧机构（改进为现在的夹紧器）。特点为：该机构分上、中、下三层，上、下为一体，做回转运动，中间部分则固定在夹具上。这是一种铰链式结构，结构紧凑、可靠性强，虽然回转角度大，但重复到位准确率高，可以做活动定位块用，它既可作为夹紧机构又可作为定位机构。在中、小批量生产中应用广泛
2.7. 气动铰链式夹紧机构特点为：该夹紧机构的动力源来自气缸，夹紧力大、夹紧动作迅速、且夹紧松开时张开角度大。其结构原理与手动铰链式夹紧器 相同，均有自锁性能，气缸停止供气后仍能保持夹紧状态。在大规模生产中应用广泛。
2.8. 带限位的夹紧机构。特点为：夹紧机构有两个极限位置，工作状态时由一个气缸实现其定位和夹紧的双重功能。此种机构一般用于制件刚性较差但定位精度较高还需要夹紧的部位。多应用在轿车车身的焊接夹具中，或者在中、轻型车驾驶室前围风窗框部位的焊接夹具中。
3 辅助装置
焊接夹具中除了定位夹紧功能部件以外，还需要许多具有其他功能的功能部件，其重要作用是不可忽视的。这些部件和装置对保证工件的焊接质量、提高生产效率、保证操作工人的安全、减轻操作者劳动强度等方面都起到重要作用。
3.1装配工件防失误装置。为缩短装卸制件的辅助时间，避免人为误装，在夹具上设有沿被焊制件外轮廓安装的防错装置。防错装置的数量可根据被焊制件的大小而定，位置则可选定位、夹紧等装置的剩余空间。在自动焊机和自动焊接线夹具上装有无触点开关，若制件定位、夹紧不到位时开关不发工作信号，设备自锁，即使操作者按启动按钮，设备也不工作。
3.2工件的举升装置，当操作者不易从夹具中卸出较大的被焊制件，或不易接近自动焊接线上的夹具时，就要考虑采用制件退出装置。当其装置与工位器具或自动输送装置匹配使用时，还能避免工件在工序间输送时由于人工搬运造成的磕碰伤。
3.3限位锁紧装置。平面旋转或立式旋转机构的夹具要设有限位装置，以便当工作台停在某一适当焊接位置时，用其机构将工作台锁紧，避免因工作台随意转动而影响焊接质量或造成安全事故。限位锁紧装置分为气动式和脚踏式两种
3.4保护装置。焊接过程中会有一些金属飞溅物落入夹具，因此必须对夹具的各个活动部位加上保护装置，特别是靠近焊接处的气缸及导轨等部位。
3.5绝缘装置。焊接夹具的某些部件往往是焊接二次回路的一部分，因此在设计夹具时，对此要考虑采用绝缘装置，对不应导电处的定位、夹紧零部件均应采取绝缘措施，以保证焊接质量。 3.6滑移装置。为了装卸制件和焊接的需要，夹具中许多零部件要移动。但为了保证零部件移动后的到位精度，要设计移动装置。一般采用高精度的直线导轨付作为主要零件，装置中要考虑限位及锁紧功能，以满足精度需要。
4 工作台
一套夹具必须建立设计、制造、安装、调整用的各种基准，而这些基准必须与工作台相联系。因为所有装置都安装在其上，所以工作台既是焊接夹具的基准元件，又是基础元件。另外，根据装卸制件和焊接的需要，工作台要有各种形式和功能。下面介绍几种结构形式。
4.1立式翻转夹具。用人工或气缸或电机推动夹具工作台绕平行于地面的轴线转动。如：转毂夹具。
4.2水平旋转夹具。用人工或气缸或电机推动夹具工作台绕垂直于地面的轴线转动。如：转台夹具。
4.3固定式夹具。夹具工作台是固定不动的。制件的定位、夹紧可采用手动或气动。工人可绕夹具工作台四周施焊，或者与自动焊接装置、机器人等自动焊接设备匹配使用。
4.4移動式夹具。夹具底架地脚处装有滚轮，夹具无固定位置，可根据生产要任意移动位置。很方便灵活。在中、小批量生产中很适用。
不论上述工作台的功能有什么不同，其结构一般采用型钢构成框架，既可节省材料又可减轻工作台自重。其形状可根据具体制件的要求和需要设计。
5 总结
焊接夹具设计同机床夹具设计一样，定位原理和夹紧原则是相同的，都同样遵循着六点定位原理，只是机床夹具用于切削加工中而焊接夹具是用于装配焊接。归纳起来焊接夹具有如下特点：
1、焊接夹具是将两个或两个以上的制件准确定位、夹紧后用某种焊接方法将制件焊成一个整体。在这一过程中无振动，一般夹具不需要承受很大的外力。
2、焊接夹具中制件按顺序依次定位、夹紧，每个制件有各自独立的定位、夹紧装置。
3、夹具本身必须有良好的制造工艺性和较高的机械效率。夹具设计应保证标准化、通用化、系列化，以提高焊装生产线的可维护性。
4、焊接夹具应保证焊接工具具有良好的焊接可达性和足够的焊接空间，以便工人（或机器人）操作方便、安全、可靠。特别是人工工位有转动和移动的夹具，要使工人有足够的空间操作，以免出现人身事故。
参考文献：
[1]朱耀祥/蒲林祥.现代夹具设计手册.机械工业.2010-2
[2]陈焕明.焊接工装设计.航空工业出版社.2006
关键词：焊装夹具;典型结构
0 前言
焊接夹具的设计制造依据是汽车车身产品。从我国车身制造技术发展的历史来看，九十年代以前，工装设计是以提供二维车身产品图纸的方式为设计依据的，设计者从图纸上截取焊接夹具定位型面的数据。而对工装制造是以车身主模型实物的方式为制造依据的。
九十年代后，工装设计将车身产品用三维数字表达，设计者以车身产品三维数学模型为依据，通过将CATIA三维设计软件引入焊装设计领域，使焊装设计实现了从二维向三维的跨越，全面实现了焊装的三维实体设计。
焊接夹具是由定位装置、夹紧装置、辅助装置、工作台等几部分组成。下面就其装置的典型结构进行详细的介绍
1 定位装置
定位装置一般有：定位销、定位面、挡块、V型块等。
定位销又可分成：固定销、伸缩销（手动、气动）、翻转销等。
固定销的一种常见形式是其销子安装在固定支座上，位置精度靠制造时保证，调整和使用时不易变动，多用于主定位销。
固定销的另一种常见形式销子安装在带调整垫片的连板上，在调整和使用时，可根据需要变动垫片的数量达到一维或二维调整销子位置的目的。
伸缩销可分为手动和气动两种，虽然它们的结构不一样，销子移动的动力源不一样，但是它们的共同特点是：销子可以脱离定位制件，目的是为了方便的装卸制件。
翻转销目的同样是使销子可以脱离定位制件，方便卸件。
2 夹紧装置
工件在夹具的夹紧和定位是密切相关的，当制件正确定位后，紧接着就是如何正确夹紧。在考虑设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力的作用方向和正确确定夹紧力，然后设计适合的夹紧机构予以保证。
夹紧装置一般由夹紧元件、中间递力机构和力源机构组成。以结构简单、动作迅速，从自由状态到夹紧仅需几秒钟为特点。常见的夹紧装置结构有
2.1钩形夹紧器。特点为：操作方便、夹紧可靠，当夹紧器打开时定位面全部让开，对制件的卸装极为方便
2.2铰链式夹紧器。特点为：夹紧动作迅速、操作方便、压头部分可以调整、夹紧器打开时张开角度大，夹紧力大、有自锁功能、结构可靠
2.3手动夹紧钳。俗称大力钳，它是一个独立的夹紧装置，不与夹具本体相连接，可根据使用的不同要求设计钳口与夹头的结构形式。它能单独的夹紧制件任意部位，使用很方便。
2.4手推式夹紧器。该机构既可夹紧又可定位。结构紧凑，导向杆的伸缩距离大，制件的装卸方便。
2.5定心夹紧机构（勾销缸）。该机构是夹具中的一种特殊夹紧机构。它在制件被夹紧的过程中同时实现夹紧和定位的双重功能。主要用于要求对制件准确定心和对中的场合。
2.6回转臂式夹紧机构（改进为现在的夹紧器）。特点为：该机构分上、中、下三层，上、下为一体，做回转运动，中间部分则固定在夹具上。这是一种铰链式结构，结构紧凑、可靠性强，虽然回转角度大，但重复到位准确率高，可以做活动定位块用，它既可作为夹紧机构又可作为定位机构。在中、小批量生产中应用广泛
2.7. 气动铰链式夹紧机构特点为：该夹紧机构的动力源来自气缸，夹紧力大、夹紧动作迅速、且夹紧松开时张开角度大。其结构原理与手动铰链式夹紧器 相同，均有自锁性能，气缸停止供气后仍能保持夹紧状态。在大规模生产中应用广泛。
2.8. 带限位的夹紧机构。特点为：夹紧机构有两个极限位置，工作状态时由一个气缸实现其定位和夹紧的双重功能。此种机构一般用于制件刚性较差但定位精度较高还需要夹紧的部位。多应用在轿车车身的焊接夹具中，或者在中、轻型车驾驶室前围风窗框部位的焊接夹具中。
3 辅助装置
焊接夹具中除了定位夹紧功能部件以外，还需要许多具有其他功能的功能部件，其重要作用是不可忽视的。这些部件和装置对保证工件的焊接质量、提高生产效率、保证操作工人的安全、减轻操作者劳动强度等方面都起到重要作用。
3.1装配工件防失误装置。为缩短装卸制件的辅助时间，避免人为误装，在夹具上设有沿被焊制件外轮廓安装的防错装置。防错装置的数量可根据被焊制件的大小而定，位置则可选定位、夹紧等装置的剩余空间。在自动焊机和自动焊接线夹具上装有无触点开关，若制件定位、夹紧不到位时开关不发工作信号，设备自锁，即使操作者按启动按钮，设备也不工作。
3.2工件的举升装置，当操作者不易从夹具中卸出较大的被焊制件，或不易接近自动焊接线上的夹具时，就要考虑采用制件退出装置。当其装置与工位器具或自动输送装置匹配使用时，还能避免工件在工序间输送时由于人工搬运造成的磕碰伤。
3.3限位锁紧装置。平面旋转或立式旋转机构的夹具要设有限位装置，以便当工作台停在某一适当焊接位置时，用其机构将工作台锁紧，避免因工作台随意转动而影响焊接质量或造成安全事故。限位锁紧装置分为气动式和脚踏式两种
3.4保护装置。焊接过程中会有一些金属飞溅物落入夹具，因此必须对夹具的各个活动部位加上保护装置，特别是靠近焊接处的气缸及导轨等部位。
3.5绝缘装置。焊接夹具的某些部件往往是焊接二次回路的一部分，因此在设计夹具时，对此要考虑采用绝缘装置，对不应导电处的定位、夹紧零部件均应采取绝缘措施，以保证焊接质量。 3.6滑移装置。为了装卸制件和焊接的需要，夹具中许多零部件要移动。但为了保证零部件移动后的到位精度，要设计移动装置。一般采用高精度的直线导轨付作为主要零件，装置中要考虑限位及锁紧功能，以满足精度需要。
4 工作台
一套夹具必须建立设计、制造、安装、调整用的各种基准，而这些基准必须与工作台相联系。因为所有装置都安装在其上，所以工作台既是焊接夹具的基准元件，又是基础元件。另外，根据装卸制件和焊接的需要，工作台要有各种形式和功能。下面介绍几种结构形式。
4.1立式翻转夹具。用人工或气缸或电机推动夹具工作台绕平行于地面的轴线转动。如：转毂夹具。
4.2水平旋转夹具。用人工或气缸或电机推动夹具工作台绕垂直于地面的轴线转动。如：转台夹具。
4.3固定式夹具。夹具工作台是固定不动的。制件的定位、夹紧可采用手动或气动。工人可绕夹具工作台四周施焊，或者与自动焊接装置、机器人等自动焊接设备匹配使用。
4.4移動式夹具。夹具底架地脚处装有滚轮，夹具无固定位置，可根据生产要任意移动位置。很方便灵活。在中、小批量生产中很适用。
不论上述工作台的功能有什么不同，其结构一般采用型钢构成框架，既可节省材料又可减轻工作台自重。其形状可根据具体制件的要求和需要设计。
5 总结
焊接夹具设计同机床夹具设计一样，定位原理和夹紧原则是相同的，都同样遵循着六点定位原理，只是机床夹具用于切削加工中而焊接夹具是用于装配焊接。归纳起来焊接夹具有如下特点：
1、焊接夹具是将两个或两个以上的制件准确定位、夹紧后用某种焊接方法将制件焊成一个整体。在这一过程中无振动，一般夹具不需要承受很大的外力。
2、焊接夹具中制件按顺序依次定位、夹紧，每个制件有各自独立的定位、夹紧装置。
3、夹具本身必须有良好的制造工艺性和较高的机械效率。夹具设计应保证标准化、通用化、系列化，以提高焊装生产线的可维护性。
4、焊接夹具应保证焊接工具具有良好的焊接可达性和足够的焊接空间，以便工人（或机器人）操作方便、安全、可靠。特别是人工工位有转动和移动的夹具，要使工人有足够的空间操作，以免出现人身事故。
参考文献：
[1]朱耀祥/蒲林祥.现代夹具设计手册.机械工业.2010-2
[2]陈焕明.焊接工装设计.航空工业出版社.2006