1、车身装焊件定位与夹紧（二）4工件的夹紧在装配焊接过程中，工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧。夹具中用来完成对工件夹紧的装置称为夹紧装置。装配焊接夹具的设计将直接影响工件的质量和效率，在焊接夹具中对零件的夹紧十分重要。n 夹紧件的作用使工件的定位基准与定位元件紧密接触。焊接过程中使零件保持正确的位置不发生变动，能够实现工件的可靠变位。实现工艺反变形。消除工件的形状偏差。n 夹紧件的要求由于夹紧件对装配焊接的质量和生产率有重要影响，所以应满足如下要求：1）夹紧和松开动作要准确迅速，操作方便胜利，效率高，夹紧安全可靠，结构简单，易于制造。2）夹紧时不要破坏工件的定位所
2、得到的准确位置，同时夹紧件不应损伤零件或使零件产生过大的变形。3）夹紧装置的夹紧力应使可调节的，夹紧力要自锁，同时夹紧装置必须保证不会因为工件制造误差而产生夹不紧的现象。4）夹紧件要有一定的强度和刚度，但体积应最小，在保证零件位置夹紧可靠的前提下，夹紧件数量应最少。5）夹紧机构的自动化程度与复杂度应与工件的生产批量相适应。n 夹紧力三要素夹紧力三要素夹紧力的大小夹紧力的作用点夹紧力的方向这三个要素是夹紧装置设计和选择的最核心的问题。p 夹紧力的大小确定夹紧力的大小，要实现夹紧的作用，应从以下因素考虑：夹紧力应能克服工件的局部变形，使每个装配焊接零部件都能达到要求的位置。当工件在胎具上实现翻转或
3、回转时，夹紧力要足以克服重力和惯性力，把工件牢牢地夹持在夹具上。需要在夹具上实现焊件预反变形时，需具有使焊件获得预定反变形量所要的夹紧力。夹紧力要足以应付焊接过程热变形而引起的约束反力。并不是每一个夹紧器都会有上述受力情况，但是从安全角度出发，应当全面考虑这些因素，把最不利的受力状态所需要的最大夹紧力确定下来，然后再增加一定安全系数，作为设计夹紧元件的基本数据。p 夹紧力的作用点夹紧力的作用点应使工件与支承力达到力和力矩平衡。一般应使着力点正好位于定位支承点上或尽量使着力点位于几个支承组成的定位面内，如图所示。夹紧力的位置夹紧力的作用点应在两个基准点上并和定位基准垂直，当工件的刚性很好是，也可
4、以位于几个定位元件所组成的平面内，否则夹紧力会使工件产生变形，如图所示。夹紧力不能使工件产生变形另外还应该注意不能使夹紧力产生附加力矩，图中夹紧力使工件转动破坏了定位。夹紧力不能使工件翻转p 夹紧力的方向夹紧力应朝向主要定位基准。如图（a）所示。因工件被加工孔与左端A面有一垂直度要求，因此在加工时应以A面作为主要定位基面，夹紧力Fj的方向应朝向A面。如果夹紧力朝向B面，由于工件侧面A与底面B的夹角存在误差，夹紧时工件的定位位置将会受到破坏，影响孔与左端A面的垂直度要求。夹紧力的朝向如图（b）所示，夹紧力Fj的方向朝向V形块，工件的装夹稳定可靠。若夹紧力朝向端面B，则夹紧时，工件有可能会离开V形
5、块工作面而影响工件的定位。另外，夹紧力的方向还应该有利于减小夹紧力的大小，如图所示。Fj、FH、G三力同向钻削孔A时，当夹紧件Fj与轴向切削力FH、工作重力G同方向时，加工过程中所需的夹紧力最小。n 常用的夹紧件装焊时，对零件施加外力使零件始终保持既定位置的装置叫作夹紧结构或夹紧器。选择夹紧件的类型，主要依据被装配焊接的工件的结构特点、被夹紧位置的确定性、生产效率及特定的装配焊接工艺要求等多方面因素综合考虑后决定；其次是依据夹紧力的三要素考虑，工件装卸操作灵活方便，夹紧件自身结构设计合理、有足够的刚度和强度，夹紧件体积小，有足够的行程，夹紧时不损伤车身覆盖件的外表面。夹紧件的种类外力的来源手动
6、式气动式液压式电磁力式作用原理铰链式夹紧件螺旋夹紧件偏心轮夹紧件弹簧夹紧件p 铰链式夹紧钳图所示为常用的铰链式夹紧钳。其特点是由一定的自锁性，夹紧力随铰链倾角的大小而变化，夹紧和松开动作迅速，压板张开量大。常用的铰链式夹紧钳图（a）所示为固定式的，例如在驾驶室总装夹具中与车门洞本体固定，用于前、后围立柱上的夹紧点。图（b）所示为活动式的，其特点是灵活、方便、随处可夹。图所示则是一种快速铰链式夹紧器。其特点是压紧力大，装卸迅速。快速铰链式夹紧器快速铰链式夹紧器图所示为钩式夹紧器，定位销钩式夹紧器的结构新颖，安全可靠，可定位夹紧两用。p 螺旋夹紧器螺旋夹紧器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成，配合使
7、用的有压块、手柄等零件，其结构如图所示。螺旋夹紧器使用时，通过螺杆与螺母的相对旋动达到夹紧工件的目的。旋压时，若螺杆直接压紧工件，容易造成零件表面的压伤和产生位移，因此，通常是在螺杆的端部装有可以摆动的压块，即可使夹紧的零件不随螺旋拧动而转动，又不致压伤零件。图所示为摆动压块的结构形式。摆动压块的结构形式图（a）所示压块端面光滑，用来夹紧已加工表面；图（b）所示压块端面带有齿纹，用于比较粗糙的零件表面。压块与螺杆间采用螺纹或钢丝挡圈略微活动的连接方式。图所示为三种能快速退出或快速夹紧的螺旋夹紧器。螺旋压紧器图所示为螺旋杠杆夹紧器。螺旋杠杆夹紧器图所示为螺旋推撑器和螺栓拉紧器。这两种夹紧机构在车
8、身总成的装焊夹具中可以用来调整各分总成的位置。螺旋推撑器和螺旋拉紧器p 偏心轮夹紧件偏心轮夹紧件偏心轮夹紧件也是由楔块夹紧件转化而来的，它是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。偏心夹紧件通常与压板联合使用。常用的偏心轮有圆偏心和曲线偏心，曲线偏心为阿基米德曲线或对数曲线，这两种曲线的优点是升角变化均匀，可使工件夹紧稳定可靠，但由于制造困难，故很少使用。由于圆偏心制造容易，夹紧动作迅速，因而在汽车车身焊接中广泛使用。偏心夹紧和螺旋夹紧相比，夹紧形成小，夹紧力小，受振动容易松开，自锁性能差，但夹紧迅速，结构紧凑，因此常常用于夹紧力小的场合。直接使用偏心夹紧件的情况比较少，通常都和其他构件结合
9、使用。p 弹簧夹紧器弹簧夹紧器其结构如图所示，弹簧夹紧器可分为板簧和圆柱簧两种，它也是快速作用式夹具。板簧很适合用于薄板件的装配，厚度为4mm8mm。弹簧夹紧器（a）圆簧（b）板簧p 气动及液压夹紧器气动夹紧器是以压缩空气为传力介质，推动气缸活塞与连杆动作，实现对焊件的夹紧作用。气压传动用的气体工作压力一般为0.4MPa0.6MPa。气动夹紧器具有夹紧动作迅速，夹紧力比较稳定，结构简单，操作方便，不污染环境及有利于实现程序控制等优点。气动杠杆夹紧器气动杠杆夹紧器图所示为气缸通过杠杆进一步增加或减力后实现夹紧作用的结构，该机构形式多样，使用范围广，在装焊生产线上应用较多。气功斜楔夹紧器图所示是气
10、缸通过斜楔进一步增力后实现夹紧作用的机构。该机构增力比较大，可自锁，但是夹紧行程小，机械效率低，其夹紧力即为气缸推力。气动斜楔夹紧器液压夹紧器是以压力油为传力介质，推动液压缸活塞与连杆产生动作实现夹紧的。传动用的液体工作压力一般为3MPa8MPa，在输出力相同的情况下液压缸尺寸较小，结构紧凑。液压油不可压缩性，故液压夹紧器夹紧刚度较高且工作平稳，夹紧力大，有较好的抗过载能力。液体油有吸振能力，便于频繁换向。但液压系统结构复杂，制造精度要求高，成本较高，控制部分复杂，不适合远距离操纵。这类夹紧器除了气缸（或油缸）外，多与连杆、杠杆等组合，如图所示。液压式夹紧器4.3.3 车身总成装焊夹具汽车车身
11、的装焊占这个汽车装焊比例最大，有的部件尺寸较大，组成零件多，结构和装焊的过程复杂由于大量生产必须是流水线式的装焊，因而车身装焊中大量使用装焊夹具。车身装焊夹具可分为合件装焊夹具、分总成装焊夹具和车身总成装焊夹具。车身装焊夹具合件装焊夹具分总成装焊夹具车身总成装焊夹具1合件、分总成装焊夹具汽车车身的前后围、左右侧围、顶盖和地板等几大片骨架总成的装焊夹具都是属于分总成装焊夹具，这些夹具的结构虽然比较大，且结构都很简单。这些夹具基本上都是用型材焊制的，上面布有许多螺旋夹紧件或快速铰链式夹紧件。工件大多是用曲面外形定位，各梁的焊接部分需夹紧。下图所示为驾驶室的门支柱和内盖板点焊用的装焊样板。车门焊接样
12、板样板是最简单的装焊夹具，这个样板用铝板制造，重量仅1.6kg。门支柱靠其外形及限位器固定座来定位，内盖板靠其三面翻边来定位。零件用手压紧，在固定式点焊机上进行焊接。样板中部有孔洞，以进行点焊或减轻样板重量。2车身总成装焊夹具车身总成装焊夹具尺寸大、结构较为复杂，精度也比较高，因为它直接影响车身总成的装配精度。按照定位方式，车身总成装焊夹具可以分为一次性装配定位夹具和多次性装配定位夹具两种。n 一次性装配定位的总装夹具一次性装配定位的总成夹具是指车身总成的主要装配焊接工作是在一台总装夹具上完成的。组成车身的零件、部件和分总成等依次装到总装夹具上进行定位和夹紧，直至车身总成的主要装配焊接工作完毕
13、，才从夹具上取下来。这种夹具的特点是车身装焊时的定位和夹紧只进行一次，容易保证车身装焊质量。多台夹具可配置在车身装焊生产线上，随生产线移动，这种随生产线移动的夹具称为随行夹具。随行装焊夹具随行夹具包括底板及门框定位夹具，采用快速的气动及手动夹紧器。夹具连同小车一起重约3t。随行夹具制造复杂，成本高。每个装配台上都需装有电、水和气路的快速插座或接头，使夹具行走到每一个工位时能方便、迅速地接通。当产量比较小时，这种一次性装配定位的总装夹具也可以制成台车式的，工位之间的运送可由人力推动。n 多次性装配定位的总装夹具多次性装配定位夹具是指车身总成要经过两台或两台以上不同的总装夹具才能完成，且车身每通过
14、一台总装夹具就要被定位夹紧一次。这类夹具要求其不同夹具上的定位面应当一致，以免产生装配误差，有骨架的驾驶室总成的装焊使用这类夹具比较合适，p EQ1090驾驶室总装随行夹具该模具如图所示。它的任务是完成底板、前围、后围、门上梁和顶盖的焊装。左、右门框夹具的底部可在V形导轨上沿X轴移动，并且导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，因此导向性好。但由于底部平移，定位部分上部的摆差会使门框尺寸的精度受到一定的影响。EQ1090驾驶室总成随行夹具1-左右门框；2、5-左右滑座；3、4-左右导向座该夹具的左、右门框夹具部分如图所示。EQ1090门框装焊夹具1-底板2-前围3-前围定位块4-方箱本体5-门上梁
15、6-定位块7-顶盖8-手动夹紧钳9-气缸10-气动夹紧钳11-后围定位块板定位夹具是由中部一个圆柱定位销及几个平面和周边定位块组成。装焊顺序是：将底板装到底板定位夹具上然后依次装上前围、后围和门上梁用气动夹紧钳压紧前围和后围再将活动定位销插入前、后围定位孔中手动夹紧钳夹紧门上梁电焊钳分别点焊后围、前围和底板、门上梁的连接部分再将顶盖与前、后和门上梁点焊焊装完毕，松开夹紧钳，左、右方箱体沿V形导轨外移到位，驾驶室被吊到调整线上完成补焊及安装车门的工序。随行夹具随末端升降台落到地坑内进行下一个焊装循环。p CA1901驾驶室总装夹具与EQ1090驾驶室总装夹具不同的是，该夹具只完成驾驶室的前、后围
16、和地板及门上梁的装焊，而不是装焊顶盖，最后形成的是没有顶盖的驾驶室总成。CA1091驾驶室总装夹具1-门框支承箱体2-前围上支柱定位块3-龙门支架4-左右门框夹具5-底板升降夹具6、8-后围夹具7-调整样架用定位基准整套夹具安装在一个上平面刻有坐标网线的铸铁底座上。左、右门框夹具可由汽缸驱动在双圆柱导轨上沿X轴平移，运动平稳，定位准确，左右对称性好。门框夹具采用箱体和安装其上的定位块对驾驶门框进行定位。门框支承箱体用铝合金铸造，其上装有定位块和夹紧机构。底板升降夹具采用气动四导柱沿两轴升降，以便调整底板在空间的位置。底板上有两个圆柱销供车身底板上悬置孔定位用，后围在夹具和夹紧上定位夹紧。该夹具
17、设置安装调整样架用的定位基准，对夹具的制造、调整和使用都很方便。n 轿车车身总装夹具一款轿车车身由地板、顶盖、空气盒、发动机舱、后围、侧围、行李箱隔板等组成。如图所示。轿车车身骨架1-发动机舱2-空气盒3-顶盖4-行李箱隔板5-后围6-侧围7-地板轿车车身夹具定位销的布置如图所示。车身定位销布置定位销用于保证相邻零件之间的相对位置，每个总成有四个定位销，其中两个自用，其余与相邻件共同使用，这点与刚性零件传统定位理论不同。地板总成的前地板与中地板与后地板的定位销除自用的两个定位销外，还和相邻的零件共同使用两个销。由于一些定位销和夹头位于夹具中部附近，远离夹具立柱，考虑到零件装卸问题，定位销、夹头
18、不便固定，这种情况下就需要采用铰链式摆臂，夹头布置在摆臂上，如图（a）所示。夹头摆臂与立柱连接夹头摆臂的工作原理如图（b）所示。夹头摆臂的工作原理为了保证摆臂到位后的位置精度，可采取以下几个措施：摆臂转轴精度要高，定期润滑，设置黄油嘴设置限制挡铁，摆臂到位后，夹头可实现夹紧工件黄油嘴（见图（a）中 I 放大），如图（c）所示。（c）I 放大图在图中，AA所示为发动机舱纵梁定位销夹头，夹紧动力由汽缸提供，杠杆式夹头，定位销与夹具本体固定。发动机舱纵梁与空气盒夹头结构BB所示为空气盒定位销夹头。由于空气盒位置的特殊性，摆臂到位后还需定位销向下移动一段距离才能正确定位，因此需要设置双杆导向机构。定位销固定在仿形压块上，仿形压块可相对摆臂上下移动，导向机构的上下移动由手动杠杆式拉销机构实现。定位销到位后，夹紧夹头。发动机舱纵梁与空气盒夹头结构图所示为侧围与地板、顶盖的夹头侧围与地板、顶盖的夹头图所示为侧围与后围板的夹头侧围与后围板的夹头图所示为侧围与地板、顶盖的夹头侧板与地板、顶盖的夹头图所示为侧围与地板、顶盖的夹头侧板与地板、顶盖的夹头感 谢 聆 听
