汽車焊裝技術(shù)

主編：李敏、姚永來(lái)

任務(wù)五焊裝夾具目錄認(rèn)知焊裝夾具01焊裝夾具設(shè)計(jì)原理03焊裝夾具定位原理02

任務(wù)導(dǎo)入圖5-1中，汽車零部件為何要放在夾具上，夾具在焊接工藝中擔(dān)任著什么樣的任務(wù)？圖5-1焊裝夾具

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.1焊裝夾具的分類焊裝夾具的背景焊裝夾具設(shè)計(jì)原理現(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)水平的進(jìn)步，焊接設(shè)備正朝著超大型、高容量、高參數(shù)、耐磨、耐蝕、耐低溫、耐動(dòng)載的方向發(fā)展。除提供質(zhì)量更高、性能更好的各種焊機(jī)、焊接材料和制定正確的焊接工藝外，還要求提供各種性能優(yōu)異的焊接夾具，使焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，減少人為因素干擾，達(dá)到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量、改善焊工勞動(dòng)條件、提高生產(chǎn)率、促進(jìn)文明生產(chǎn)的目的。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.1焊裝夾具的分類夾具分類用途①裝配用的夾具

②焊接用夾具

③焊接--裝配夾具

④檢驗(yàn)夾具

⑤其它夾具應(yīng)用范圍1）通用夾具。又稱萬(wàn)能夾具，這類夾具無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整，就能適用于不同工件的裝配或焊接工作。2）專用夾具。只適用于某一工件的裝配或焊接，產(chǎn)品變換后，該夾具就不再適用。動(dòng)力來(lái)源①手動(dòng)夾具②氣動(dòng)夾具③液壓夾具④磁力夾具⑤真空夾具⑥混合式夾具

焊裝夾具設(shè)計(jì)原理

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.2焊裝夾具的作用焊裝夾具的作用焊裝夾具設(shè)計(jì)原理總之，焊接夾具對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用有：保證焊接質(zhì)量、提高焊接生產(chǎn)率、改善工人的作業(yè)條件、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動(dòng)化焊接生產(chǎn)過(guò)程。無(wú)論在焊接車間還是在施工現(xiàn)場(chǎng)，焊接夾具已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的裝備之一，從而獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（1）準(zhǔn)確、可靠的定位和夾緊，提高零件的精度和互換性。（2）有效地防止和減輕焊接變形，減少工時(shí)消耗和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（3）提高焊接速度、焊點(diǎn)質(zhì)量。（4）以機(jī)械裝置代替手工裝配零件部位時(shí)的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重的工作，改善工人的勞動(dòng)條件。（5）可以擴(kuò)大先進(jìn)工藝方法的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的綜合發(fā)展。作用

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.3夾具的組成夾具的組成焊裝夾具設(shè)計(jì)原理常見(jiàn)的夾具結(jié)構(gòu)示意如圖5-2。圖5-2夾具結(jié)構(gòu)示意圖

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.3夾具的組成夾具的組成焊裝夾具設(shè)計(jì)原理焊裝常見(jiàn)的夾具組件有：（1）臺(tái)板（BASE）臺(tái)板用于安裝夾具組件，上表面加工有坐標(biāo)刻度線，用于夾具基準(zhǔn)狀況的檢測(cè)。如：使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)夾具精準(zhǔn)度。（2）頂升一種氣動(dòng)上升下降結(jié)構(gòu)，可以使零件在Z向上具有一定的運(yùn)動(dòng)空間，方便從夾具上取出焊接完成后的焊接分總成件（3）氣動(dòng)二聯(lián)件過(guò)濾進(jìn)入夾具氣路的氣體，并調(diào)節(jié)夾具的氣壓。（4）閥座：控制壓縮空氣的傳輸動(dòng)作路徑。（5）操作臺(tái)：夾具的總操作面板。（6）夾緊機(jī)構(gòu)（Post）

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.4焊接夾具的特點(diǎn)及要求（1）焊接夾具的特點(diǎn)焊裝夾具設(shè)計(jì)原理此外，薄板焊接主要產(chǎn)生波浪變形，為了防止變形，通常采用比較多的輔助定位點(diǎn)和輔助夾緊點(diǎn)以及過(guò)多地依賴于沖壓件外形來(lái)定位。因此，薄板焊接夾具與機(jī)床夾具有顯著的差別，不僅要滿足精確定位的共性要求，還要充分考慮薄板沖壓件的易變形和制造尺寸偏差較大的特點(diǎn)，在第一基面上的定位點(diǎn)數(shù)目N允許大于3，即采用N-2-1定位原理。焊裝工藝的定位和夾緊也都是分別的、單獨(dú)的或是一批批聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行，其動(dòng)作次序和功能要與制造工藝過(guò)程相符合。焊件在夾具中比機(jī)加工零件在機(jī)床夾具中所受的夾持力小，而且不同零件、不同部件的夾持力也不相同。有時(shí)為了防止焊接電流流過(guò)機(jī)件而使其燒壞，需要對(duì)夾具某些部位進(jìn)行絕緣。焊接夾具要與焊接方法相適應(yīng)，不同焊接方法對(duì)夾具的具體要求是不一樣的。焊接件為薄板沖壓件時(shí)，其剛性比較差，極易變形

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.1.4焊接夾具的特點(diǎn)及要求（2）焊裝夾具的基本結(jié)構(gòu)要求焊裝夾具設(shè)計(jì)原理1）夾具設(shè)計(jì)需保證操作的安全性和便捷性，符合人機(jī)工程學(xué)，平移、平面旋轉(zhuǎn)、軸向翻轉(zhuǎn)等動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)應(yīng)有到位鎖死裝置和安全防護(hù)裝置。2）所有平移滑軌需設(shè)置四面防塵；滑軌、滑塊一側(cè)用定位銷定位，另一側(cè)采用偏心銷頂緊，以保證鎖在滑塊、滑軌上夾具機(jī)構(gòu)的定位精度。在焊接操作有可能踩踏的部位需保證防護(hù)罩有一定的剛性。3）所有定位面、壓緊面全部為機(jī)加工面，不允許手工修磨。4）在保證定位穩(wěn)定與定位精度的前提下，夾具結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)潔，保證有良好的操作性。5）平面回轉(zhuǎn)夾具需增加旋轉(zhuǎn)到位的限位機(jī)構(gòu)，限位機(jī)構(gòu)的插銷設(shè)計(jì)必須考慮操作人員絆腳的風(fēng)險(xiǎn)，杜絕安全隱患的存在。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2焊接夾具定位原理焊裝夾具定位簡(jiǎn)介焊裝夾具設(shè)計(jì)原理焊接變位夾具是通過(guò)改變焊件、焊機(jī)或操作者空間位置來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械裝置。焊件移動(dòng)裝置包括焊接變位機(jī)械、滾輪架、回轉(zhuǎn)臺(tái)和翻轉(zhuǎn)機(jī)等。焊機(jī)變位裝置包括焊接操作機(jī)、電渣焊立架等。操作者升降臺(tái)是改變工人空間操作位置的機(jī)械裝置。眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、穩(wěn)定的焊接水平。另一方面，焊接又是一種勞動(dòng)條件差、煙塵多、熱輻射性大而高的工作。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可以改善焊接質(zhì)量和提高焊接效率。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.1六點(diǎn)定位原理（1）六點(diǎn)定位原則焊裝夾具設(shè)計(jì)原理在進(jìn)行裝焊作業(yè)時(shí)，首先應(yīng)使焊件在夾具中得到確定的位置，并在裝配、焊接過(guò)程中一直將其保持在原來(lái)的位置上。把焊件按圖樣要求得到確定位置的過(guò)程稱為定位，把焊件在裝焊作業(yè)中一直保持在確定位置上的過(guò)程稱為夾緊。為了使焊件在夾具中得到要求的確定位置，應(yīng)先研究一下物體在空間的位置是怎樣被確定下來(lái)的。一個(gè)尚未定位的工件，其位置是不確定的。如圖5-3（a）所示，物體共有六個(gè)自由度。圖5-3物體的定位

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.1六點(diǎn)定位原理（1）六點(diǎn)定位原則焊裝夾具設(shè)計(jì)原理圖5-3物體的定位工件要正確定位首先要限制工件的自由度，這六個(gè)自由度被消除了，則物體在空間的位置就完全被確定了，所以自由度也是決定物體空間位置的獨(dú)立參數(shù)。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.1六點(diǎn)定位原理（1）六點(diǎn)定位原則焊裝夾具設(shè)計(jì)原理圖5-3物體的定位有兩個(gè)定位支承點(diǎn)的平面稱為導(dǎo)向基面。這兩個(gè)支承點(diǎn)的連線應(yīng)平行于安裝基面，而且兩點(diǎn)間的距離越遠(yuǎn)越有利于提高安裝精度，因此應(yīng)選焊件尺寸最長(zhǎng)的表面與導(dǎo)向基面接觸。有一個(gè)定位支承點(diǎn)的平面稱為定程基面。顯然，安裝一個(gè)定位支承點(diǎn)就不需要很大的面積與長(zhǎng)度，因此，通常是選擇焊件較小的表面與定程基面接觸。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.1六點(diǎn)定位原理（2）焊件在夾具中的定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理在裝焊作業(yè)中，焊件按圖樣要求，在夾具中得到確定位置的過(guò)程稱為定位。焊件在夾具中要得到確定的位置，必須遵循物體定位的”六點(diǎn)定位原則”。但對(duì)焊接金屬結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，被裝焊的零件多是成形的板材和型材，未組焊前剛度小、易變形，所以常以工作平臺(tái)的臺(tái)面作為焊件的安裝基面進(jìn)行裝焊作業(yè)，此時(shí)，工作平臺(tái)不僅具有夾具體的作用，而且具有定位器的作用。另外，對(duì)焊接金屬結(jié)構(gòu)的每個(gè)零件，不必都設(shè)六個(gè)定位支承點(diǎn)來(lái)確定其位置，因?yàn)楦髁慵g都有確定的位置關(guān)系，可利用先裝好的零件作為后裝配零件某一基面上的定位支承點(diǎn)，這樣，就可以簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，減少定位器的數(shù)量。

焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.2N-2-1定位原理夾具定位誤差統(tǒng)計(jì)焊裝夾具設(shè)計(jì)原理汽車工業(yè)是各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車覆蓋件作為汽車結(jié)構(gòu)的重要零部件之一，其焊裝方式也由傳統(tǒng)的手工焊接發(fā)展為流水線、自動(dòng)化加工方式。焊裝夾具設(shè)計(jì)是決定汽車車身質(zhì)量的主要因素，據(jù)美國(guó)汽車工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，72%的車身誤差源于焊裝夾具的定位誤差。汽車車身主要由眾多沖壓部件裝配而成，薄壁零件在白車身的裝配中占到了70%以上，由于薄壁板件的剛性較差、容易變形，在焊裝過(guò)程中通常要采用到多點(diǎn)定位夾緊的專用夾具，以保證各個(gè)部分在焊接位置上的貼合。由于薄板件柔性較大，在加工載荷下容易變形，在工業(yè)生產(chǎn)中可能導(dǎo)致較大的尺寸偏差。焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.2N-2-1定位原理N-2-1定位原理焊裝夾具設(shè)計(jì)原理在傳統(tǒng)的剛性?shī)A具設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用的“N-2-1”的定位原理，在“N-2-1”定位原理中，第一基準(zhǔn)面所需的定位點(diǎn)數(shù)假設(shè)為一個(gè)大于3的變量N，第二、第三基準(zhǔn)面分別設(shè)定兩個(gè)和一個(gè)定位點(diǎn)以限制工件剛體運(yùn)動(dòng)。這是由于加工載荷和工件自重所引起的變形主要集中在薄板件法線方向，因此第一基準(zhǔn)面上采用過(guò)定位的方式，以增強(qiáng)薄板件的剛性，限制和減少焊接加工中該方向上的變形；而由于加工過(guò)程中所產(chǎn)生的力一般不會(huì)作用或者較少作用在第二、第三基準(zhǔn)面上，兩個(gè)和一個(gè)定位點(diǎn)一般可以避免薄板件的彎曲和翹曲。同時(shí)由于薄板件特殊的幾何特性，微小的幾何缺陷都可能引起工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生相對(duì)較大的撓度，必須避免在薄板件正反面上同時(shí)存在定位點(diǎn)。焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體基準(zhǔn)焊裝夾具設(shè)計(jì)原理基準(zhǔn)又叫基準(zhǔn)面（datum），它是一些點(diǎn)、線、面的組合，用它們來(lái)決定同一零件的另外一些點(diǎn)、線、面的位置或者其他零件的位置。根據(jù)用途，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇是定位器設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，選擇定位器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與焊件起始基準(zhǔn)重合，以便消除由于基準(zhǔn)不重合造成的誤差。②應(yīng)選用零件上平整、光潔的表面作為定位基準(zhǔn)。③定位基準(zhǔn)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近焊接區(qū)。④可根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的布置、裝配順序等綜合因素考慮。⑤應(yīng)盡可能使夾具的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（1）定位器焊裝夾具設(shè)計(jì)原理定位器是保證焊件在夾具中獲得正確裝配位置的零件或部件，又稱定位元件和定位機(jī)構(gòu)。定位器的結(jié)構(gòu)主要有擋鐵、支承釘、定位銷、V形鐵、定位樣板五類。1）擋鐵是一種應(yīng)用較廣且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的定位元件。除平面定位外，也常利用擋鐵對(duì)板焊結(jié)構(gòu)或型鋼結(jié)構(gòu)的端部進(jìn)行邊緣定位。擋鐵的形式有：固定式擋鐵；可拆式擋鐵；永磁式擋鐵；可退出式擋鐵。圖5-4是常用擋鐵的各種形式。圖5-4常用擋鐵的各種形式焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（1）定位器焊裝夾具設(shè)計(jì)原理2）支承釘和支承板主要用于平面定位。①固定式支承釘（圖5-5（a）），又分為平頭支承釘、球頭支承釘、帶花紋頭的支承釘。②可調(diào)式支承釘，用于零件表面未經(jīng)加工或表面精度相差較大，而又需以此平面做定位基準(zhǔn)時(shí)選用。③支承板定位（圖5-5（b）），適用于零件的側(cè)面和頂面定位。圖5-5支承釘和支承板焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（1）定位器焊裝夾具設(shè)計(jì)原理其中，擋鐵和支承釘用于平面的定位，定位銷用于焊件定位孔的定位，V形鐵用于圓柱體、圓錐體焊件的定位，定位樣板用于焊件與已定位焊件之間的給定定位。定位器可做成拆卸式的、進(jìn)退式和翻轉(zhuǎn)式的，詳見(jiàn)圖5-6。圖5-6定位器焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（2）定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理1）焊件以圓孔定位焊件以圓孔為定位基準(zhǔn)，也是生產(chǎn)中常見(jiàn)的定位方式之一。利用零件上的裝配孔、螺釘或螺栓孔及專用定位孔等作為定位基準(zhǔn)時(shí)多采用定位銷定位。定位銷一般按過(guò)渡配合或過(guò)盈配合壓入夾具體內(nèi)，其工作應(yīng)根據(jù)零件上的孔徑按間隙配合制造。有固定式定位銷、可換式定位銷、可拆式定位銷、可退出式定位銷幾種。圖5-7所示定位銷均已標(biāo)準(zhǔn)化（GB/T2202～2204）。圖5-7標(biāo)準(zhǔn)化的定位銷焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（2）定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理2）焊件以外圓柱定位工件以外圓柱面作為定位基準(zhǔn)，也是生產(chǎn)中常見(jiàn)的定位方式之一，生產(chǎn)中，圓柱表面的定位多采用V形塊。V形塊上兩斜面的夾角α一般選用60°、90°、120°三種，焊接夾具中V形塊的兩斜面夾角多為90°。有固定式V形塊、調(diào)整式V形塊、活動(dòng)式V形塊幾種形式。標(biāo)準(zhǔn)V形塊（GB/T2208）的結(jié)構(gòu)和尺寸見(jiàn)圖5-8。圖5-8標(biāo)準(zhǔn)V形塊的結(jié)構(gòu)和尺寸焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（2）定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理標(biāo)準(zhǔn)V形塊是根據(jù)工件定位面外圓直徑來(lái)選取的，如果需要自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)V形塊，可按表5-1計(jì)算圖5-8所示有關(guān)尺寸。表5-1V形塊尺寸計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)計(jì)算公式工作角度α60°90°120°標(biāo)準(zhǔn)定位高度TT=H+D-0.866NT=H+0.707D-0.5NT=H+0.577D-0.289N開(kāi)口尺寸NN=1.15（D-k）N=1.41D-2kN=2D-3.46k參數(shù)kk=（0.14~0.16）D焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（2）定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理圖5-9所示為間斷型V形塊，用于較長(zhǎng)的工件定位。圖5-9間斷型V形塊當(dāng)工件需要轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，V形鐵的兩個(gè)斜面也可用兩個(gè)滾輪或長(zhǎng)輥軸來(lái)代替，如圖5-10（b）所示，這樣可以減少定位面的磨損。圖5-10工件的準(zhǔn)定位焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（2）定位方法焊裝夾具設(shè)計(jì)原理3）組合表面的定位以工件上兩個(gè)或兩個(gè)以上表面作為定位基準(zhǔn)時(shí)，稱為組合表面定位。例如，圖5-11所示為采用工件的部分外形組合定位。圖5-12所示為定位樣板，它是利用工件的輪廓進(jìn)行定位，裝配迅速，圖5-12（a）的樣板用于確定圓柱體的位置，圖5-12（b）的樣板用于確定筋板的位置及垂直度。圖5-11工件以部分外形定位圖5-12定位樣板焊裝夾具定位原理認(rèn)知焊裝夾具5.2.3定位器及定位方法與夾具體（3）夾具體焊裝夾具設(shè)計(jì)原理夾具體是在夾具上安裝定位器和夾緊機(jī)構(gòu)以及承受焊件重量的部分。各種焊件變位機(jī)械上的工作臺(tái)以及裝焊車間里的各種固定式平臺(tái)，就是通用的夾具體，在其臺(tái)面上開(kāi)有安裝槽、孔，用來(lái)安放和固定各種定位器和夾緊機(jī)構(gòu)。在批量生產(chǎn)中使用的專用夾具，其夾具體是根據(jù)焊件形狀、尺寸、定位及