焊接夹具结构设计

汽车焊装夹具结构设计

在汽车焊接流水线上，真正用于焊接操作的工作量仅占30%～40%，而60%～70%为辅助和装夹工作。因装夹是在焊接夹具上完成的，所以夹具在整个焊接流程中起着重要作用。

在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对具有多种车型的企业，如能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造混型流水线，提高生产效率。

一、汽车焊接工艺特点

（一）材料与结构

汽车焊接材料主要是低碳钢的冷轧钢板，镀锌钢板，及少量的热轧钢板。它们可焊性好，适宜大多数的焊接方法，但由于是薄板件，因而刚性差、易变形。

在结构上，焊接散件大多数是具有空间曲面的冲压成形件，形状、结构复杂。有些型腔很深的冲压件，除存在因刚性差而引起的变形外，还存在回弹变形。

（二）焊接方法

汽车焊接方法主要有CO2气体保护焊和电阻焊。CO2气体保护焊应用范围较广，且对夹具结构要求不十分严格。电阻焊对夹具要求严格，尤其是多点焊、

反作用焊和机器人点焊。因汽车焊接以电阻焊为主，所以本文将针对电阻焊夹具的设计进行探讨。

（三）焊接工艺流程

汽车焊接的基本特征就是组件到部件再到总成的一个组合再组和过程。

从组件到车身焊接总成的每一个过程，既相互独立，又承前启后，因此组件的焊接精度决定着部件总成的焊接精度，最后影响和决定着车身焊接总成的焊接精度与质量，这就要求相互关联的组件、部件及车身焊接总成夹具的定位基准应具有统一性和继承性，只有这样才能保证最终产品质量，即使出现质量问题也易于分析原因，便于纠正和控制。

焊接过程以流水线生产为主，所以夹具设计应有利于流水线的布置和设计，同时也考虑给生产管理提供方便。

二、焊接夹具的设计方法与步骤

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、工艺需要及生产线布置方式，作好充分的工艺调研，参照国内外先进的夹具结构，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。

2．根据焊件结构特点及所需焊接设备型号、规格，确定定位及夹紧方式；同时根据冲压件的工艺特点及后续装配工艺的需要选择合适的定位点及关键定位点。

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．因焊接夹具总体结构都很庞大，空间结构及尺寸复杂，所以其设计应采用坐标法及模块化设计的方法，以提高设计效率。

5．在进行夹具的具体结构设计时，应尽可能多的采用标准化元件，或提高自身的通用化、系列化程度。

三、焊接夹具的组成、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。

（一）夹具地板

夹具地板是焊接夹具的基础元件，它的精度直接影响定位机构的准确性，因此对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求。

夹具自身测量装置的基准是建立在夹具地板上，因此在设计夹具地板时，应留有足够的位置来设立测

量装置的基准槽，以满足实际测量的需要。另外，在不影响定位定位机构装配和定位槽建立的情况下，应尽可能采用框架结构，这样可以节约材料、减轻夹具自重，这一点对流水线上的随行夹具尤为重要。

（二）定位装置

定位装置中的零部件通常有固定销、插销、档铁、V型块，以及根据焊件实际形状确定的定位块等{图1所示为专用定位块}。

1．因焊接夹具使用频率极高，所以定位元件应具有足够的刚性和硬度，以保证在更换修整期的精度。

2．为便于调整和更换主要定位元件及使夹具具备柔性的混型功能，定位机构应尽可能设计成组合可调式的。如图1中的定位元件A-1由产品形状确定，因此通过更换件A-1即可达到修整夹具和适应不同车型的需要。

3．标准化设计。如图1中的支承件A-2，可设计成混、通用系列的元件。因汽车结构区别较大，尤其是重、中、轻、微型车，所以应根据车型分别指定汽车焊接夹具标准，以适应不同车型的需要。

4．定位元件可选用厚度为16mm、18mm、20mm、三种尺寸的钢板，{如图1中件A-1、A-2}，统一备料。另外，定位元件的热处理应在夹具调试合格后进行，

但应准确记录更改数据，并相应修整夹具资料，使之符合调试合格状况，为今后制造提供准确资料。

3.3夹紧机构

汽车焊接夹具的夹紧机构以快速夹紧机构和气动夹紧机构为主。快速夹紧机构具有以下优点：1．如图2所示的快速夹紧器，其结构简单，动作迅速，从自由状态到夹紧仅需几秒钟，符合大批量生产需要。

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的目的。另外对定位精度较低的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。

4．同气缸配套使用，可实现手动、气动混用，保证了流水线正常运行（图2）。

（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

在夹具地板和夹具支撑中布置如图3所示的旋转系统，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）。这样的系统可解决或克服焊机少的缺陷，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的工作区域进行焊接，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

如图4所示，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，但工人的劳动强度大。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。

3.反作用焊接机构

在微型车和轿车底版部位的焊接总成中，如图5所示的中间位置焊点，是普通X型焊和C型焊无法焊接的，一般是采用反作用点焊进行焊接。在使用反作用

点焊时，夹具中心需配置有反作用焊臂（见图5），反作用焊臂应具有一定的稳定性和刚性，在装夹焊件和取出焊件时，反作用焊臂应能旋转让位。

（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的重要措施。在传统的夹具设计中，夹具合格的标准是利用实际冲压件进行装配组合来检验的，但由于冲压件不可能十分准确，部件总成更有累计误差，所以车身焊接总成的精度必然不高，很难达到设计要求。有不少厂家使用三坐标测量仪进行检验，可它对一些结构复杂的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与三坐标测量仪配合使用，可大大提高焊接夹具的精度。

1.测量机构组成

（1）基准面和基准槽。测量机构的基准面为夹具地板的工作表面；基准槽是在夹具地板上设计两条相互垂直的十字交叉槽，其结构如图6。槽子的位置可由实际需要确定。

（2）测量器具。测量器除常规量具、三坐标测量仪外，还需设计专用量块和方箱

2.实际测量时应注意的问题

（1）定位元件的倒角应在测量、调试合格后进行加工，即保留测量点；（2）测量器使用要得当，防止人为误差造成的假象。若能使用三坐标测量仪时，可进行对比检查。

四、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的焊件，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的目的。

（四）大型焊接夹具

中大型焊接夹具机构庞大、复杂，各部件总成与车

身焊接总成之间既相互关联又相互制约和影响。

（五）工艺措施与夹具的关系

汽车焊接夹具是焊接工艺能否顺利、正确执行的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具的设计和使用效果。如因散件装焊次序不同而产生的焊接质量差异等。因此工艺人员和工装设计人员应密切配合，设计出合理的夹具及工艺。

（六）调试过程中的再设计

对于大型焊接夹具，因结构复杂，调试时会出现许多设计、制造上的问题，以及焊接散件超差等现象。这就要求设计者根据实际情况予以指导修正。调试是一项很复杂的技术工作，而小批量调试和大批量生产又会出现许多不同的问题，因此设计者应随时了解情况，不断地予以修正，在调试过程中再设计。

夹具调试还有另一项重要工作，即验证焊接散件是否合格，但调试时应避免因散件质量问题而认为夹具不合格的错误。当然散件有些是属于合理的回弹变形，有些误差也可通过夹具修正成合格品。因此夹具设计者应充分了解冲压件的工艺特性，通过合理的夹具设计，放宽冲压件的合格品范围。

六、发展趋势

1．为提高汽车产量，适应流水线生产，应细化工

艺，使用高效率夹具，提高生产效率。

2．为适应系列车型需要，应发展快速可调的混型夹具。

3．提高夹具机具一体化程度，诸如多点焊机，车门包边焊接机等。

4．采用新的设计方法，如坐标法、模块化设计法、计算机辅助设计等。

5．提高夹具通用化、系列化、标准化水平。

Skoda/斯柯达

斯柯达公司

斯柯达公司的历史可以追溯到1894年，是世界五个最早的轿车生产厂之一。

斯柯达公司拥有近2万名雇员和数百家供应商，1991年4月16日，斯柯达公司成为德国大众集团公司的一个子公司，大众集团购买了斯柯达公司70%的股份其余30%股份在2000年收购，斯柯达进而成为德国大众旗下继VW(大众)、AUDI(奥迪)、SEAT(西雅特)后的第四大品牌。

斯柯达汽车的标志保留了原商标中带翅膀的

飞箭。这一飞箭象征着该公司无限的创造性，表达了要实现最高目标的强烈愿望，体现出对工作认真负责和一丝不苟，外围的圆环加宽了，上部增加了“Skoda”，下面增加了“Auto”。标志的底色为绿色，象征着希望，体现出重视保护环境的强烈意识，也象征着企业的无限生命力，喻示这家百年老厂将焕发青春。

1894 年捷克商人威艾克勒?劳林与威艾克勒?克

莱门特创办了劳林?克莱门特公司, 创业之初，只有

七个工人，其中包括两位创始人，工程师https://www.360docs.net/doc/a68056346.html,urin(1865-1930)和书商V. Klement (1868-1938)。是世界上五个最早生产小汽车的厂家

之一, 1895年12 月，V. Laurin和V. Klement公司生

产出第一批自行车，以Slavia命名，以此告诫人们

勿忘国耻。在冬天生产这种产品，再加上是个新公司，以现代的营销观念来看，这不太合乎情理。但

他们还是设法渡过了1896年的困难时期，公司以后

的发展非常顺利，到1899 年, Laurin & Klement 公

司开始生产摩托车，并在国际市场的竞争中取得了

骄人的成绩。斯柯达标志设计成为一个圆形的图案,

中间是一支载着3支羽毛向右飞行的绿色飞箭,3支

羽毛象征斯柯达技术进步的产品行销全世界,向右

飞行的飞箭象征斯柯达先进的工艺及无限的创造性,绿色象征着希望,体现出斯柯达重视环境,也象征斯柯达无限的生命力。

1895-1905

50年代中，斯柯达开发推出欧雅(Octavia )、费雷西亚(Felicia)等著名车型，经过不断努力，不断开拓，逐渐发展成为一个大型汽车公司。1991年德国大众集团全资收购了斯柯达，投入巨资进行厂房技术改造，生产的小汽车继续使用“斯柯达”这个著名品牌，与奥迪、大众、西亚特、本特利、兰伯基尼、布加帝成为大众集团七大品牌之一，斯柯达生产的小汽车与奥迪媲美，技术及生产平台与奥迪同步，在大众集团的管理下，斯柯达这几年迅猛发展，1996年销售26.1万辆，1997年销售33.6万辆，1998年销售36.8万辆，1999年销售38万辆，2000年销售42.7万辆，2001年销售46.2万辆，其中三分之一销售捷克国内用户，其余的产品销售到全球，包括德国、英国、波兰等西欧等国家和亚洲、中东、非洲、南美等地区。1999年10月开始正式打入中国市场，2000年销售2000台，2002年销售3000多台，斯柯达汽车以异常火爆的销售业绩，在中国市场掀起购买热潮，倍受广大消费者青睐。

1905-1926

1905年，公司停止了自行车的生产，从而有了足够的精力投入到汽车的开发。同年，第一款汽车Voiturette A 问世，由此开始了斯柯达生产汽车的历史，而且此时的汽车大量出口到北欧、西欧、俄罗斯、巴尔干半岛、美洲、非洲、亚洲等地。

斯柯达的汽车生产取得了巨大的商业成功，并成为捷克汽车工业的标志。由于他们具有不断创新和谦虚好学的精神，很快就在不断变化的世界汽车市场拥有了一席之地。Laurin & Klement 想方设法使捷克这个波西米亚王国成为奥匈帝国最强的工业国。

公司的规模迅速扩大，在1907年创始人Laurin & Klement把公司转变成股份公司，从1914年，公司开始进行军火生产。

1926-1933

为了加强实力，保持市场领先的地位，并加速现代化的进程，Laurin & Klement开始寻找更强大的合作伙伴。发展到现在，除了汽车以外，公司还可以生产卡车、公共汽车、飞机引擎和农业机械。

1925年，L & K 公司与捷克最大的机械公司——Skoda Plisen合并，这标志着Laurin &

Klement的结束，SKODA作为一个品牌的诞生。这次合并意义重大，公司开始可以生产性能优良、装饰豪华的汽车，在国际市场的竞争中处于领先地位。30年代的经济大萧条减慢了SKODA公司的发展速度，但是公司并没有停下发展的脚步，生产出了市场反应很好的车型。1936年，斯柯达举行了第一次具有纪念意义的驾车环球旅行，开发小组成员开着Popular Skoda车用97天的时间完成了这次旅行。

1933-1991

在第二次世界大战的艰难岁月里，SKODA公司被纳入了第三帝国的经济系统，它的汽车生产被搁置下来，一切都围绕着军火的生产。

尽管遇到了很多的困难，SKODA公司仍旧生产出另一款高档品牌——速派。第二次世界大战结束以后，发生了很大的变化，所有的工厂都实行计划经济，与外部世界的联系与交流也被隔断了，与此同时西方发达国家在迅速发展。

SKODA公司被改名为AZNP SKODA公司，成为了一家国有企业，它垄断了捷克斯洛伐克的汽车工业。

1948-1990SKODA公司的探索历程

由于公司有着坚实的基础、悠久的制造业经历和辉煌的过去，捷克斯洛伐克二战以后还是准备大力发展它的汽车工业，虽然有着资本主义的技术封锁和信息的真空。但在公司的努力下还是生产出了新的车型——Tudor、Spartak、Octavia，在60年代由于西方国家采用了许多新技术，捷克斯洛伐克的工业水平被远远抛在了后面。斯柯达公司一直在进行艰难的探索，从70年代开始，虽然经济制度开始有些僵化，但公司还是想方设法使自己保持住了在东欧市场的领先地位。

1991至今

1989年后，随着捷克国家体制的转变，斯柯达又开始寻找新的合作伙伴，1991年4月16日，SKODA 公司迎来历史性的时刻，正式加入大众集团，成为大众集团继VW、AUDI和SEAT的第四个品牌。

和大众的合作使得SKODA公司吸收了大量现代化的生产工艺和管理思想。首先全力打造新弗雷西亚，1996年推出新欧雅系列，1999年推出法比亚系列，2001年法比亚车型还获得了汽车界的奥斯卡奖“金方向盘奖”，2002、2003年欧雅蝉联JD POWER（美国权威的市场调查机构）家庭用车客户满意度第1名，2001年9月的法兰克福车展上，斯

柯达汽车公司推出了自己的旗舰车型速派（Superb）获得巨大成功，并获得多种奖项，希望以此重树辉煌。

现今斯柯达汽车的标志保留了原商标中带翅膀的飞箭。这一飞箭象征着该公司无限的创造性，表达了要实现最高目标的强烈愿望，体现出对工作认真负责和一丝不苟，外围的圆环加宽了，上部增加了“Skoda”，下面增加了“Auto”。标志的底色为绿色，象征着希望，体现出重视保护环境的强烈意识，也象征着企业的无限生命力，喻示这家百年老厂将焕发青春。

斯柯达汽车公司总现部位于捷克首都布拉格北部的一个美丽的小镇布拉斯拉夫，公司目前拥有近2.2万名雇员，有数百家国内外供应商，目前已经达到年产汽车45 万辆的生产销售规模，其中欧雅和法比亚的产量都已经超过100万台，其中捷克国内销售占20%左右，其余80%全部出口到全球83个国家，其中包括德国、英国以及其他欧洲、美洲、以及包括中国在内的亚洲国家。德国是斯柯达最大的出口国，2003年，德国的斯柯达汽车销量达到7万多辆，其次为英国，目前斯柯达已经成为英国第二大进口车品牌，其他的出口包括意大利、波兰、斯洛伐克

等。斯柯达公司的收入占捷克国内生产总值的4%，出口额占捷克出口总额的10%以上，雇员人数大约占捷克总劳动力的4%，斯柯达公司已成为捷克共和国最成功的公司之一

欧洲功能试验检查清单

连接顺序：

1.总成是否按照连接顺序图连接的？

2.单件是否可靠地固定在夹具上?

3.无需附加导向限位吗?

4.抓取工具能保证自由抓取吗？

5.能确保放件不出错吗？

夹紧技术：

1.夹紧及定位点是否符合规定(RPS或者TMS，PP-S的规定)

2.单个夹紧和定位按照规定具有可调整性吗？

3.手动夹头在返回位置有定位吗？

4.型面件是否按照规定标出和做了标签？

5.能保证垂直夹紧吗？

测量技术：

1.是否按照规定有测量系统的参考孔？

2.在车身坐标系中的测量孔标记了吗？

3.在安装后具有测量孔的可达性吗？

4.单个夹紧单元与基准的关系进行标记了吗？

人机工程:

1.是否操作方便？

2.手柄(操纵杆)的设计是否符合人机工程？

3.夹头臂的设计排除了操作受伤的危险(压伤的危险)吗？

4.是否具有高度调节或者符合人机工程的高度调整？

5.所有移动部件具有轻便性吗?

6.翻转夹具是否进行了人机工程的设计？

7.制动或者插销限位得到保证了吗？

安装：

1.

12月28日13:14 | 添加评论| 发送消息| 固定链接| 查看引用通告(0) | 写入日志| 项目工程

无图制造

无图制造在制造业领域已不再是一个新鲜的话题。克莱斯勒公司从1994年开始对汽车车体进行无纸化设计，1998年汽车发动机也全部实现了无纸数字化设计。实施无图制造的产品应用对象除通

常的零部件外，也包括生产制造的过程、客户的售后服务等。波音777飞机的设计制造过程是行业内最具典型的应用范例，至今仍是不同行业应用无图制造技术进行产品创新设计的一个成功范例。波音777采用了全数字化设计，包括整机设计、零部件测试和整机装配。所有的开发和测试都采用并行工程的方法，在不同的地点、不同的部门同时展开。利用虚拟现实技术进行各种条件下的模拟试飞。工程师们在工作站上实时采集和处理数据并及时解决设计问题。最终制造出来的波音777飞机与设计方案相比误差小于0.001英寸，保证了机身和机翼一次对接成功和飞机一次上天成功，整个设计制造周期从8年缩短到5年。

今天，对于这样一个并非全新的概念，我们更关心的应是在技术上如何实现。笔者结合工作经历与CATIA V5的功能，简单阐述结构类零件在CATIA下是如何实现的。

在无图制造的应用中，3D几何数据贯穿整个设计与制造的流程。因此3D造型是无图制造的基础，也是起点，也就是说，如果要实现无图制造，我们所有的设计工作都要以3D开始。我们将以一个飞机简单的框弦类零件作为我们的案例。飞机或汽车

的零件外形很多都是非常规的，用常规的二维工程图很难对其进行描述，这也是航空与汽车行业最早应用3D设计的原因。无论是二维工程图还是3D设计，归根结底都是工程的表示方法，是进行工程交流的语言，二维是我们在缺乏技术手段的前提下迫不得已采用的方法，而我们的现实产品都是三维的。

飞机框弦类零件，它的外形是非常规的，使用常规的二维手段无法对它进行描述。它的外形是与整个飞机的外形相关的，大家知道，飞机的外形因为气动的需要，本身就是不规则的，而我们的二维设计通常是通过标注规则几何元素的长度、角度等来实现的。使用CATIA 进行这类零件设计时，我们通常需要得到飞机的外形曲面、外形模线或外形控制点的坐标。这个零件就是通过外形控制点进行设计的。首先我们将得到两组外型控制点的坐标值。然后我们分别将两组外型控制点按照设计所允许的公差拟合成两条样条曲线，作为我们进行曲面设计所需的导动线。因为我们所需的外形曲面是直纹面，所以我们在使用扫掠方式生成曲面时将扫掠的轮廓默认为直线段。在得到我们需要的外形曲面后，再生成相应的实体，并通过曲面与实体之间修剪等混合操作得到所需的零件。