夹具设计总结
夹具设计小结
1.关于摆动销：
摆动销的设计主要存在的问题是定位销打开时和工件干涉，这里所提及的干涉主要指定位销销面与销孔和工件厚度之间的干涉。存在干涉的主要原因之一是因为转动点的选择和定位销孔所在的平面不在一个平面内所造成的。原因之二就是转动点和销孔的距离太近所造成，距离越近，定位销从工件所走的圆的轨迹圆心角越大。这样就容易干涉。
图示1 （转动点和定位孔所在平面不在一个平面）
图示2（随在一个平面但转动点距离和定位孔中心距离比较近）
图示3（转动点选择在一个平面距离又适中
常识:摆动销设计时要有止块,且止块与转动点之间的距离与定位销与转动点之间的距离的比例不应太小.一般小于等于1/3.(设计时针对结构和选用气缸的不同灵活运用此原则)
2.关于压块的旋转点：
压块的旋转点的选择（前提在摆动过程中不和工件干涉,影响焊钳焊接和气缸打开后能方便取件）一般尽量是转动点和压块工件接触面所在的平面距离越小越好。
图示是工件及气缸之间的受力分析图。
气缸的输出力矩为Q，F1为工件的压紧力，F2为工件的摩擦力。从公式Q=F1XD1+F2XD2可以看出，摩擦力所产生的力矩越大，压紧力F1越小，压紧效果越差。
常识:气缸打开时压块的边缘与工件之间的距离一般大于14mm,但也不要太大.
3.夹具设计中如何更好的利用气缸的行程
在夹具设计中我们经常能用到活塞杆直接推动缸杆的情况的气缸，（在我们公司的标准中也能看到一些日式夹紧缸的使用标准，列出了一系列的参数选择值）气缸的行程一般为活塞的运动的行程，因此气缸的行程在一定情况下是有限的，那么如何更有效的利用气缸的行程呢为什么标准中会选择那样的参数呢下面我们从原理上进行一下分析：首先从使用气缸的目的上来看无非有三点：
1.将气缸的活塞的直线运动转变成连杆的圆弧运动。
2.在满足设计要求的基础上如何最小程度减少对缸体本身的损害。
下面主要对上述前两点做出说明：
1，将气缸的将气缸的活塞的直线运动转变成连杆的圆弧运动。
假设气缸的行程为X，气缸需要完成的打开角度为Y度，气缸离转动点的距离为Z，看下图：
X，Y，Z之间有如下关系：
Y=Y1+Y2= arctg(X1/Z)+ arctg[(X-X1)/Z]
当X和Z为定值时，要想气缸的打开角度最大，由平均值公式可知：
从计算结果来看，只有当X1=X/2时，气缸的打开角度才最大，所以设计时要想充分利用气缸的行程，X1的值必须接近X/2。
理论上是这样的原则，上述公式中的X应该理解为气缸实际的使用行程，一般气缸在使用过程中要留出一定的使用余量，为了考虑到定位块的磨损和气缸自身更好的受力情况及零件加工及装配之后的所造成的气缸行程的损失。日式夹具中一般为（X-5），于是也就有了标准中气缸铰接点的转动点到压杆的转动点的垂直距离为什么为（X-5）/2再圆整。傀儡焊中气缸的余量一般为10mm（电极帽的磨损量），其他一些结构中的行程留量还有些不同。根据实际情况来定。
另外从气缸自身的摆动角度来看，在此种情况下气缸本身的运动轨迹来看，气缸本身运动的幅度最小，这样也满足了第2条，避免了本身对气缸的损坏。
上述如何利用好气缸的行程在夹具设计中是最普遍的情况，当然不是说一定要遵守这种原则，有很多情况下是可以打破这种原则的，当结构的空间受到限制时，当这种情况与焊钳干涉时等等，我们是可以灵活运用的。我们运用这种原则的前提就是为了更好为我们的夹具设计服务。
常识:一般工件的压紧力为50-80公斤,设计时要尽量满足.
4.关于定位块定位销的三个方向调整
夹具设计中常常伴随着定位块定位销的调整，首先先说明一下定位块定位销为什么需要调整原因之一就是我们夹具在零件加工的时候存在一定的公差，原因之二就是我们夹具再装配的过程中存在装配的误差，原因之三就是白车身零件本身在冲压的过程中也存在一定的公差。三个方面的因素综合在一起我们实际制造出的夹具不可避免会和实际的零件之间
存在一定的偏差，那么为了消除这种偏差，更好的满足白车身的装配车身尺寸的要求，必然涉及到相应定位块定位销的调整。那么怎样调整才是最科学的呢我们知道车身的测量是按照汽车坐标系X，Y，Z三个方向空间的坐标值测量的，而每个方向的坐标值都是由一定的公差要求的，当超出车身的公差范围时就需要调整，通过测量我们可以观察相应X，Y，Z方向哪个方向超差，即而对相应的方向作出调整。也就是说我们所做的调整是针对车身的汽车坐标系。而不是定位块定位销所在的自身的相对坐标系做出调整。因此相应的定位块定位销的调整方向应该是车身的汽车坐标系。
正常的车身零件在设计的时候，有一些规定的定位点（欧式夹具中一般叫做RPS点,日式夹具中有的叫CD点）都是与车身坐标系是平行的，是我们在夹具设计中必须使用的定位点.我们在夹具设计的时候需要按照RPS或CD点的规定要求分别设计出相应的调整方向.一般平面的定位点只需要单一方向的调整(X,Y,或Z),主定位销需要做三个方向(X,Y,Z)的调整 ,次定位销需要做(X,Y,Z)两个方向的调整.
当然也有特殊情况的定位销或定位块,当定位块的定位面的角度与车系坐标面之间的角度超过一定数值时就需要两个方向的调整(详细参见每个项目的标准).另外定位销销孔的轴向与车身坐标系之间角度超过一定范围的时候就需要三个方向都做出调整.当然夹具设计时要尽量选用此种情况的定位面或定位销.
5.定位夹紧器的设计步骤
定位夹紧器是夹具的基本单元,它的设计是有一定的步骤可寻的.新的夹具设计者往往不知如何下手.是先画定位块好呢还是先画气缸支座好呢还是先放气缸好呢新的设计者往往存在着这样的疑问.由于不知道如何下手,往往在设计的过程中浪费了一定的时间.下面针对这样的问题,就我对夹具设计的理解,以欧式夹具为例,简单的提出我的设计思路,仅供参考:
定位夹紧器的目的是什么呢定位夹紧工件.那么除了满足定位夹紧的要求外还要满足什么要求呢定位块打开时能保证工件顺利取出.另外就是定位夹紧器的设计不能影响工人的操作.上述内容就是一个定位夹紧器所要满足的设计要求.我们有哪些因素是定的呢对了,定位块和压紧块的位置.这是我们所知道的,也是我们的设计基础,所以第一步应该是将定位块(或定位销)和压块画好,那然后呢有人说可以布气缸或连接块了,因为压块已经位置定了,也有人说可以画气缸支座了因为定位块可以定了.这是最直接的想法,但这是错误的,因为气缸的位置没有定,所以连接块和气缸支座的位置应该是个变值.所以是不对的,那么下一步是什么呢压块要满足一定的打开位置,打开后能方便取件.这是我们要满足的设计要求.与压块打开后的位置直接相关的因素就是压块转动点的位置,而转动点位置确定了以后相应的气缸的位置也确定了,气缸的位置定了,压块与气缸之间的连接块也就定了,气缸的位置定了,气缸支座也确定了.因此下一步骤就是确定压块的转动点.(详细参考2.关于压块的旋转点),再下一步就是确定气缸的位置,然后是连接块及气缸支座.整个定位器设计完毕.
当然定位器的设计时焊点和焊枪是要步好的,定位器的设计要考虑到这些因素,而且只有这样才能进行定位器的设计.
6.关于二次摆动
在夹具设计的过程中经常会遇到一次动作难以实现夹紧的情况,为了满足实际的设计要求,这样就需要二次或二次以上的摆动.而二次摆动在欧系夹具和日系夹具之间的要求又有所不同.下面我们就对欧系夹具和日系夹具中的二次摆动进行下简单的说明.
二次摆动在日系夹具，设计时注意要点：
1.转动点要选好，尽量将结构紧凑化，节省空间和材料。
2.当一次摆动的力比较大时一次摆动气缸应选择比较大的气缸。
3.一次摆动的转动点处的宽度，要尽量宽些，富士标准中一次摆动的标准宽度为30，二次摆动的宽度为16。
二次摆动在欧系夹具，设计时注意要点：
1. 欧系夹具中一次摆动的气缸一般比较大，且一般需要自锁，要么四连杆自锁，要么加自锁气缸，这也是一次摆动气缸选择比较大的原因之一。另外在欧式夹具设计中也有直接采用自锁气缸的,但一般气缸成本比较高.但在一定程度上节省了设计的时间.
2. 由于欧式夹具二次摆动机构一般比较大，设计时应注意考虑缓冲装置设计。
小结：二次摆动机构是夹具设计中相对复杂的机构，一般成本比较高，设计时应注意是否需要，一旦确定需要设计者仔细分析结构的合理性，需要反复斟酌，以给后期夹具的现场调试带来便利。现场改动二次摆动机构，一般需要推翻原来方案，更改起来比较麻烦。以上说的注意事项只是自己的一些心得，其他设计者可能有自己的一些想法，可以相互进行探讨。
7.关于四连杆
⑴四连杆机构组成图示：
⑵四连杆机构在夹具应用一般在有立面摆动销，需要摆动到位后自锁，或需要较大压紧力的场合，设计时需要注意：
①设计时应考虑压力角的大小，压力角比较大，运动效果比较好。
②设计时需要注意计算传输力矩。如果力矩比较大，一是选择比较大的气缸，另外就是合理优化四连杆机构，调整输出力矩比。
③根据四连杆摆动到位的精度适当选择连杆的宽度，增加限位块。
④如果四连杆机构比较大，且有比较大的冲击，考虑增加缓冲机构。
⑤四连杆机构设计时应考虑死点的限位。在主动摆杆和从动杆的位置都需要增加。
小结:四连杆结构的设计在夹具设计中是比较普遍的,一般欧式夹具中气缸内部本身的结构就是四连杆自锁结构,我们在设计的过程中应该多参考以往成功的连杆结构,另外就是重新设计四连杆结构时且结构比较大时要严格计算,详细可参考机械设计中连杆机构设计部分.
8.关于滑轨平移机构
1.自锁
自锁机构的增加一是为了满足大众的标准，二是从安全角度需要自锁（例如吊具上），一般日式夹具中运用的很少，只有在类似合装工位比较大的平移机构中才采用。一般普通的自锁机构是选择一个自锁气缸自锁，优点是节省了空间，但成本相对高些。其二就是设计四连杆自锁机构，本种自锁的优点是成本相对较低，而且相对自锁力较大，但是占用空间相对较大，设计工时相对长些。其三就是平移机构自身为连杆自锁结构，优点是节省了成本，但是适用于滑动距离比较小的场合，另外需要有足够的设计空间。
2.推进气缸的选择
推进气缸的选择主要是要看平移机构的大小，另外就是根据需要的推进速度来定，根据气缸的参数计算出所选气缸是否能满足要求。如果没有计算可以参照以往类似成功结构中的气缸。
3.缓冲
缓冲一般取决机构的运行速度和机构的大小，如果速度比较大，且机构重量比较大，就要增加缓冲装置，防止冲击过大给设备造成损伤，另外缓冲器大小的选择，一是可以参考以往类似结构中的缓冲器，如果不确定的话，就需要根据实际情况，计算所需要缓冲器的大小。
4.滑块及轨道
滑块的选择，主要根据滑块上平移机构的重量及重心而定，如果重量比较大，且重心与滑块之间有一定的扭矩，建议使用较大一点的滑块或相应增加滑块的数量，如果设计者凭经验很难断定的话，建议通过计算来选择滑块的大小和数量。尽量选相对较大一点的安全系数，另外需要强调的一点是，设计时尽量避免使滑块产生扭矩和拉力比较大的情况，滑块的抗扭能力和抗拉能力比较差，也最容易出问题。如果使用中不可避免，建议增加滑块的数量及改用较大的滑块。
5.滑轨平移机构图例
9.关于翻转机构
1.翻转的重心
翻转主要有气动翻转，电机翻转和手动翻转，而无论拿一种翻转都要考虑翻转的重心，设计时应引起注意，偏心会产生翻转力矩，根据翻转例句的大小及翻转重量的大小我们才能对所选电机及气缸做出选择，尤其对手动翻转我们要考虑人操作时所需要的翻转力。偏心较大的翻转应该尽量避免，相应需要的驱动力及产生的冲量也很大，必然会对夹具的使用寿命有所影响。
2.翻转的限位
限位是翻转必须有的结构，一般分为止块式和定位销式，有时也有两种情况相结合的情况。
3.自锁(参考8.关于滑轨平移机构中自锁)
9.关于翻转机构
车身焊接夹具的定位转化为定位板定位，板的厚度在16、19、25 几档中选用。
定位板与角支座、角支座与底板各定位孔均采用镗孔，孔间距偏差为L±
采用三个圆柱销定位各零、部件， L±
定位板一般用A3、A5号钢板，厚度为12-20mm。按坐标标注尺寸，不注公差。
3、车身焊装夹具的夹紧特点
车身冲压件装配后，多使用电阻焊接，工件不受扭转力矩，当工件的重力与点焊时加压方向一致，焊接压力足以克服工件的弹性变形，并仍能保持准确的装配位置与定位基准贴合，此时可以省去夹紧机构。焊接通常在两个工件间进行，夹紧点一般都比较多，电阻焊是一种高效焊接工艺，为减少装卸工人的辅助时间，夹紧应采用高效快速装置和多点联动机构。对于薄板冲压件，夹紧力作用点应作用在支承点上，只有对刚性很好的工作才允许作用在几个支承点所组成的平面内，以免夹紧力使工件弯曲或脱离定位基准。夹紧力主要用于保持工件装配的相对位置，克服工件的弹性变形，使其与定位支承或导电电极贴合，对于厚度以下的钢板，贴合间隙不大于，每个夹紧点的夹紧力一般在300-750N. 范围内；对于之间的冲压件，贴合间隙不大于每个夹紧点的夹紧力在500-3000N. 范围内。夹紧器按照夹紧方向有平面、垂直、45度夹紧器；按照操作方式有螺栓夹紧、快速夹紧、手柄螺旋夹紧；还有手工、气动或液压。其中带补偿的螺旋夹紧器最为常用。这种夹紧器在悬臂
中增加了弹性伸缩，抵消夹紧时的侧向分力，以补偿夹具本身的变形和插入过程中的间隙，保证夹紧力与受力面垂直。夹紧头部一般由碳钢、不锈钢、尼龙材料制成，以适合不同的工件要求。如果配备两点、三点夹紧桥，可以同时夹紧不同高度的两个位置的工件。另外也可以按照夹紧的型面加工特殊的夹紧头。
七、焊接夹具的精度控制
焊接夹具精度标准由设计单位制定，其中规定了底板基准槽和坐标线的形态和精度要求；定位销和其他定位支承件的尺寸和形位公差要求，承制单位按要求进行检测、判断并进行调整，合格后就固定定位销。随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达±5um，夹具支承面的垂直度达到300mm，平行度高达500mm。德国demmeler（戴美乐）, 公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±；精密平口钳的平行度和垂直度在5um 以内；夹具重复安装的定位精度高达±5um；瑞士EROEA柔性夹具的重复定位精度高达2-5um。