工装夹具的设计

治具基础知识作成：阚复三2011/9/9一治具定义“治具”是日文的汉字直接翻治具是日文的汉字直接翻过来的。因日本长期统治台湾，台湾也就慢慢习惯了这个名词。随着台商大量进入中国“治具”这个名台商大量进入中国治具这个名词也进入了中国各地。在中国也叫夹具，通常指在批量生产时用于固定（夹持）产品以便于加工（组装）及用于检测产品品质的专用工具。焊接治具基础知识2二焊接治具和检具治具又分工装治具、检测治具两种，前者用于机械加工、焊接加工、装配等工艺便于加工、满足精度的需要而设计的一种工装夹具；工、装配等工艺便于加工、满足精度的需要而设计的种工装夹具；后者为检测使用，因为有些产品尺寸不便于测量，形状复杂，我们只好设计专门的检测块或者检测用的针对某一种产品的检具„焊接治具：针对某种焊接产品而设计制作的用于在焊好设计专门的检测块或者检测用的针对某一种产品的检具，品而设计制作的，用于在焊接过程中固定（夹持）产品便于组装的专用工具。便于装的专用具„检具：为提高生产效率和控制产品质量而针对某种产品制产质针对某种产专门制作，用以检测产品尺寸的专用工具。焊接治具基础知识3二焊接治具的特点由于焊接结构和焊接工艺的特点，使焊接工件在治具上的定位，夹紧与机械加工的加工的夹具有所不同因而给焊接夹具带来了如下特点紧与机械加工的加工的夹具有所不同。因而给焊接夹具带来了如下特点：„1由于焊接产品一般是由多个简单零件组装焊接而成的，而这些零件的在治具中的组装和定位必须按一定的顺序来进行，因此，治具的定位和夹紧必须是一个个能单独进行。„2为减少或消除焊接变形，治具对某些单件必须做刚性的定位和夹紧。„3对于熔化焊的焊接治具工作时主要承受焊接应力夹紧反力及单件重„3对于熔化焊的焊接治具工作时主要承受焊接应力、夹紧反力及单件重力。部分焊接治具是焊接电源次路的个组成部分因此绝缘和导电„4部分焊接治具是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊夹具时，如绝缘不当，将会引起分流，使接头强度降低。焊接治具基础知识4三焊接治具的特殊要求•在选用和设计焊接治具时，由于产品和焊接工艺的不同，对夹具的要求也不尽相同但是就大多数焊接治具而言都具有定共性求也不尽相同。但是就大多数焊接治具而言，都具有一定共性：•1治具应动作迅速、操作方便。特别是手动治具操作位置应处在作业员最容易接近、最方便操作的位置，操作力不能过大，操作动作尽可能少。•2治具应有足够的组装和焊接空间。不能影响作业者操作和观察，不妨碍工件的装入和取出。所有的定位和夹紧机构应与焊道保持适当的妨碍工件的装入和取出。所有的定位和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，部分夹紧和定位须具备伸缩和转位功能。3夹紧必须能够自锁如气缸或其它装置即使在断气或停电的情况下•3夹紧必须能够自锁。如气缸或其它装置即使在断气或停电的情况下也能保证夹紧的状态不会改变。焊接治具基础知识5三焊接治具的特殊要求„4夹紧可靠。夹紧时不破坏工件的定位位置和几何形状。夹紧后既不使零件松动，又不使零件的夹紧力过大。理论上要求夹紧必须对应的支撑，但少数产品夹紧只要保证产品在焊接中不会移位，又不会变形也是可以的。„5接近焊接部位的治具零部件应考虑避空和防止焊接飞溅带来损„5接近焊接部位的治具零部件应考虑避空和防止焊接飞溅带来损伤。„治具的部分零部件须具备定刚性能够保证磨损小如定位„6治具的部分零部件须具备一定刚性，能够保证磨损小，如定位销、定位孔、支撑PIN等。„7治具的定位和夹紧装置调试和更换方便。„8治具上的零部件尽可能采用已通用的标准件。焊接治具基础知识6四使用治具需达到的目的•1）治具的主要目的是为了将工件快速、准确地定位以及适合的支撑、维持使在同治具上生产的所有件都固定在特定的范围内保产维持，使在同一治具上生产的所有工件都固定在特定的范围内，保证产品的精密性和互换性。2）使用治具可以在各种加工组装等工作当中减少工作时间进行高•2）使用治具可以在各种加工、组装等工作当中减少工作时间，进行高效率的工作。•3）可以将复杂的工作单一化提高经济效•3）可以将复杂的工作单一化，提高经济效益，将只有熟练工完成的工作，完全可以由未熟练工来完成由未熟练工来完成。„简单地说，可以提高生产性，保证产品质量及换性维持和减小加组装费用量及互换性维持和减小加工（组装）费用。焊接治具基础知识7五治具的组成„1定位装置及定位组件。它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和加工设备加工运动间的相对正确位置。如定位销、定位孔、支撑PIN等。备加工运动间的相对正确位置。如定位销、定位孔、支撑PIN等。„2夹紧装置及夹紧组件。用于夹紧工件，在加工时使工件在夹具中保持既定位置保持既定位置。„3部分治具还配备动力装置、滑动机构、检测装置等。„4夹具体。用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。最基本的结构如底板、固定支架及各个组成部分锁紧用的螺丝、销及键等。焊接治具基础知识8六定位、夹紧和装夹的定义单件在加工之前安放在治具中，使其得到一个正确的位置或方向并使其在焊接过程中仍能够保证方向和位置不变根据上述向，并使其在焊接过程中，仍能够保证方向和位置不变，根据上述的过程划分得出以下和定义：„确定工件在治具中正确位置的过程，叫定位；„防止由工件的自重或治具及其他工件施加力产生的变形„防止由工件的自重或治具及其他工件施加力产生的变形的过程，叫支撑：„工件定位后固定使其在加工过程中保持定位不变的操作，称为夹紧称为夹紧。„将工件在治具中定位、夹紧的过程，称为装夹。焊接治具基础知识9七定位1.工件的定位一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，均有六个自由度，定位，就是制自由度件定位指件在加设备或夹具中取得个确的加就是限制自由度。工件定位指工件在加工设备或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意以下几点下几点：(1)定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。(2)一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。工件的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。(3)分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时，不能运动。欲使其在外力作用下不能运动，是夹紧的任务；反之，工件在外力作用下不能运动，即被夹紧，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。焊接治具基础知识10动，即被夹紧，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。所以，定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。七定位2六点点位图工件在空间的自由度与工件六点定位焊接治具基础知识11图工件在空间的自由度与工件六点定位七定位六点定位原则中“点”的含义是限制自由度不要机械2六点点位六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。•例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。•实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。焊接治具基础知识12七定位3完全定位、不完全定位„工件定位时6个自由度完全被限制，成为完全定位。在工件定位时需要限制哪几个自由度首先与供需在工件定位时，需要限制哪几个自由度，首先与供需的加工内容及要求有关，其次是与所用的工件定位基面的形状有关！所以：完全定位是允许的！„工件定位时6个自由度中有一个或一个以上自由度未„工件定位时6个自由度中有个或个以上自由度未被（也不需要）限制，成为不完全定位。不完全定位，也是允许的！焊接治具基础知识13七定位„按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为4欠定位、过定位4欠定位、过定位„按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。„工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。定位在通常情况下，应尽量避免出现过定位。过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。一般情况下，如果工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但仍然很粗糙，这时过定位是不允许的。如果工件的定位面经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形状和位置都做得比较准确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位焊接治具基础知识14置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定位是允许的。七定位5定位组件①定位销组件为了方便调整和更换定位销为了方便调整和更换，定位销一般由定位销固定支座、定位销、调整块和止动螺丝四部分组成。为达到给产品精确定位的作用为达到给产品精确定位的作用，定位销为两个配合使用。焊接治具基础知识15七定位②支撑组件4定位组件②支撑PIN组件支撑PIN由固定固定支撑座和调整PIN两部分组成。调整PIN一般为六角形或圆柱沉头形，为防止生锈和磨损调整PIN需经过热处理为防止生锈和磨损，调整PIN需经过热处理。工件也可采用支撑块、支撑销进行支撑定位。支撑的数量须综合产品的刚性、结构进行考虑。支撑只要能够达到产品加工的要求，须考虑支撑只要能够达到产品加的要求须做到尽可能少和小。以免因治具自身的误差而引起加工产品的不良引起加工产品的不良。焊接治具基础知识16八夹紧•⑴夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位，在夹紧力作用下，工件1.夹紧机构应满足的要求⑴夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位，在夹紧力作用下，工件不应离开支承点。首先要保证主要定位基准与定位组件可靠度接触，最好使工件对各个支承都有一定的压力。•(2)夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超过允许范围。•(3)夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操纵省力和安全。•(4)夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。夹紧点应尽量接近被加工表面，在焊接治具上中夹紧和支撑尽可能靠近重要尺寸位置。•⑸一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力进行计算。必要时须采用限位装置进行限位；而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力验或类比法确定所需的夹紧力。焊接治具基础知识17八夹紧2.夹紧机构夹紧机构主要分夹紧机构要分为手动夹紧、气动（液夹动）夹紧、电动夹紧、磁力夹紧其中电动夹夹紧装磁力夹紧。其中电动夹紧使用较少，手动和装置紧使用较少手动气动夹紧使用最多。焊接治具基础知识18八夹紧3.1手动夹紧手手动夹紧是以人力为动力源，通过手柄操作实现夹紧的装置。它结构简单，多数有自锁和扩力性能，但工作效率较低，手动凸轮数有自锁和扩力性能，但工作效率较低，劳动强度较高。„手动凸轮－杠杆夹紧，是经凸轮或偏心轮扩力后再经杠杆进一步扩力或缩力来实现轮螺扩力后再经杠杆进一步扩力或缩力来实现夹紧作用的夹紧装置。„手动螺旋夹紧，是利用螺旋的扩力和自锁性能来实现夹紧的装置螺旋夹紧性能来实现夹紧的装置。„手动铰链－杠杆夹紧（快速夹），是通过连接板与杠杆的组合来实现夹紧的装置。快速其夹紧速度快，夹头开度大，机动、灵活，适应性好。其结构多种多样，可满足不同的需要。速夹夹紧焊接治具基础知识19紧八夹紧3.2快速夹夹紧因快速夹操作简单、快3.2快速夹夹紧捷，快速夹压附被多数治具釆用。为防止压附变形，压釆用。为防止压附变形，压点位置一般要有相应的支撑。当压点超过2个时个别压点当压点超过2个时，个别压点会由于受力不均，而造成压附到位此时点需采附不到位，此时压点需采用弹性装置压附。焊接治具基础知识20八夹紧3.3快速夹结构快速夹一般分为①手柄、②压臂③底座④连接板⑤压臂、③底座、④连接板、⑤压头如下图：焊接治具基础知识21八夹紧4.1气动夹紧气动夹紧是以压缩空气为传力介质推动气缸动作实现传力介质，推动气缸动作实现夹紧