车身焊装夹具手册要点

车身焊装夹具手册
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一概念及名称
1 . 基准点及车线的规定
一般情况下汽车坐标系的原点规定为车前轮轴心线的中点。

TL或X――表示车长以车前轮为原点向车尾方向为正，向车头方向为负。

BL或Y――表示车宽以车的对称中心线为原点，面对车的行驶方向，向右为
正，向左为负。

WL或Z――表示车高以车前轮为原点，向上为正，向下为负。

见图1－1；有
时，汽车生产厂家也可自行规定基准点及坐标系的位置。

图1－1
由于夹紧位置的需要而将夹紧单元旋转一定角度时，其车线的标注如图1－2，其中α≤45º
图1－2
2.夹紧单元（POST）
一个典型的夹紧单元通常包括L板、支板、夹紧臂、定位块、垫片、回转销、定位销、定位销连接板、到位止动块或限位块,、连接板、气缸等。

见图1－3
图1－3
3.夹具
一套完整的夹具一般包含若干夹紧单元（POST）、基板（BASE）、举升机构（LIFTER）甚至旋转机构。

根据操作方式可划分为手动夹具、气动夹具及液压夹具；
根据控制方式可划分为气控夹具、电控夹具等。

见图1-4（手动夹具）, 见图1-5（气动夹具）。

图1-4 图1-5
二基板（Base板）
Base板一般由槽钢与钢板焊接而成。

槽钢多采用10#、12#、14b#、16#、20#、25b# 等，钢板厚度多采用t=20mm或t=25mm（此为加工完成的厚度，选用毛料时，因考虑加工余量，相应的板厚取t=25mm或t=30mm）。

对于小夹具或滑台等亦可采用t=30~40mm 的钢板焊接而成，而对于总拼夹具以及顶盖装焊夹具，其滑台及支架则可采用矩形方管与钢板焊接而成。

1.Base的最大外形尺寸
对于Base的设计应充分考虑焊接及加工的工艺性，以及吊装、运输等方便性。

对于只加工顶底两面的普通Base而言，其长度暂不界定，但宽度不得大于2m，能够运输的最大宽度（非Base本身）为2.3m。

见图2-1
图2-1
而对于较宽大的Base，为了使其便于加工，往往将其划分为若干个Base，Base间则以支架相联接，此时该Base的单侧或双侧就需加工。

见图2-2（单侧），见图2-3（双侧）。

图2-2 图2-3
仅加工单侧：其宽度不大于2000mm，加工双侧时其宽度不大于1600mm，而对于Base长度方向的两端需加工时其尺寸见图2-4。

图2-4
对于总成线中装焊顶盖工位，其两侧滑台Base 因较高，往往用方管焊接而成，此时其高度不大于1550mm ，当其侧面需加工孔时，其距顶面最大距离不大于500mm ，见图2-5。

图2-5
注：表中所示板厚t1、t2为加工完成的尺寸
3. Base 设计中应注意焊接及加工工艺性 a. 槽钢的布置
对于普通Base 而言，槽钢布置见图2-6，槽钢间距为700mm~900mm ，个别情况除外，并且四周槽钢搭接以八字为主，但如滑台以及Base 间的连接板等，以方管、矩形管焊合而成的框架结构不允许采用八字结构，而在露出型材腹腔的部位 加堵，见图2-7。

图2-6 图2-7
b. 槽钢的接口 见图2-8
图2-8
c. 在端面处钢板需探出槽钢20mm 以便焊接。

d. 对于长条型的小型Base ，其结构应如图2-9所示，突出部便于机加工时装夹。

e. 下板的布置 如图2-10
图2-10 图2-11
其加强板的尺寸详见附表一；
f. Base 的起吊装置
小型Base 使用起吊环，于Base 上表面钻M30螺孔，钻孔时应注意起吊钢丝绳
是否会与Post 等发生干涉；大型Base 需采用吊耳，结构见图2-11，其相关尺寸已形成标准。

g. 地脚结构
地脚板结构如图2-12，其中过孔直径Ф28，螺孔尺寸为M24，且已形成标准。

若Base 较矮需加装支腿时，其结构见图2-13。

图2-9
图2-12 图2-13
h. 若使用方管、矩形管焊合结构件及Base时，应预先加工出气孔，以免气体受热膨胀，引起不必要的变形。

i. Base的基准槽
基准槽的位置应优先选用车线数值的100的整倍数，其次选用车线数值的50的整倍数。

对于小型Base，基准槽可贯通，对于大型Base其基准槽可断续，（见图2-14）此外在设计Base钻孔图时，尽量避免将孔打入基准槽内。

见图2-15
图2-14 图2-15
j. 为避免Lifter及个别Post上气缸与Base干涉，应提前在Base板上开出相应孔，这些孔的位置及尺寸应标示在Base焊接图中，以便在机加工前将孔切割出来，尤其当Post的气缸底部与Base面间隙小于25mm或沉入Base面板以下时，其开孔尺寸见图2-16及图2-17，当该Post周围有其它夹紧单元时，其开孔尺寸酌情而定。

图2-16 图2-17
k. 对于旋转Base，为减小其转动惯量，一般只在有Post的部位铺以钢板，其它部位做镂空处理。

此外，旋转Base如无特殊情况，其拐角部位做倒角处理，（见图2-18）以减
l. Base Link 及联接板
当焊接线含输送机构时，为不使各单一夹具，因输送力的作用而产生偏移，需
用Base Link 将各单一Base 联接起来形成一个刚体，Base link 一般采用100X100方管或100X150矩形管焊合而成，其结构形式如图2-19，其与Base 间尺寸链见图2-20。

联接板的作用是将Base 与Base Link 联接起来，现已形成标准件见图2-21。

图2-19 图2-21
图2-20
三 L 板及H 腿
L 板是固定在Base 或H 腿上，用以联接支板、夹紧臂及定位块等的专用支座。

其高度自100mm 至500mm 间，每隔50mm 划分为2类9种规格，已形成标准。

见图3-1及3-2。

图
图3-2
图
2-18
此外，在特殊场合为减小尺寸或减轻重量，可将L-Plate与支板作为一体或采用其它形式。

见图3-3及3-4。

图3-3 图3-4
在车身线及侧围线上因采用了输送机构，工件与Base面间尺寸往往较大，此时就需在L-Plate及Base间采用一个过渡的支撑架——H腿。

目前H腿的高度自400mm~1000mm间划分为4类12种规格。

且已形成标准件。

见图3-5及3-6
图3-5 图3-6
四支板
目前，支板只将定位面与L-plate联接起来，其本身并不直接定位工件（个别情况例外），支板所用材料为Q235-A，依据合同及技术协议其厚度分为16mm及19mm两种规
当支板尺寸过大时为减轻重量，可开孔处理，见图4-2；或将该Post分为两个，见图4-3。

图4-2
此外，为使气缸摆动灵活，其吊耳处，应为图4-4结构。

当Post上定位块 A、B面间的斜角大于10°时，或夹紧臂上装有斜的Locate pin 时，在支板及L-plate间需采用斜铁，其尺寸标注见图4-5。

图4-4
图4-3
去除
图4-1
图5-1 图5-2 图5-3
五夹紧臂
1. 夹紧臂的夹紧力
普通Post中夹紧臂夹紧力不得小于30kgf，当Post为双级夹紧臂时，第一级气缸直径为Ф63，第二级气缸直径为Ф50。

（图5-1）此外，当Post为双夹紧臂且分为支板和夹紧臂时，支板侧气缸直径为Ф63，夹紧臂侧气缸直径为Ф50。

见图5-2 一般情况下（图5-2）尺寸A=60，系统压力为0.5MPa，气缸的效率为80%时，夹紧臂的夹紧力如下表所示：
此外，对于汽车车架类夹具由于其板厚较
大，需要夹紧力在50～80kg以上。

此时，气
缸直径应为Φ63或Φ80。

2. 夹紧臂的开启角度：
为方便装卸工件，必须保证夹紧臂有一定的开启角度，一般而言，夹紧臂打开以后，其与工件间隙沿搬运方向的投影不小于30mm，见图5-3。

3. 使用气缸夹紧时应注意的几个问题：
a. 为保证夹紧，不能将气缸的行程全部使用出来，应保留5～10mm余量。

例
如：额定行程为75mm的气缸使用70mm作为实际行程，保留5mm以保证有效的夹
紧。

b. Hinge Pin在高度方向的位置应在实际行程的1/2高度以保证气缸在运动过
程中摆动均匀，且两个极限位置姿态一致。

见图5-4。

c. 气缸底部距Base面的间隙不小于25mm，气缸摆动的极限位置应在图中表
达，其与可能发生干涉的部位距离不得小于15mm。

见图5-5。

d.当气缸行程较大时，应注意夹紧臂与气缸头的结合处，以免干涉见图5-6。

图5-4 图5-5
e. 见图5-6，当A ≤100时B 取25；当100≤A ≤时B 取30；当150≤A ≤200时B 取35；但当夹紧臂上有定位销时，为便于固定支座，尺寸B 可酌情而定。

此外对于地板本体等夹具，由于夹紧臂过长，不便用钢板制作，应用矩形管制作夹紧臂，既有刚性，重量又轻。

但当夹紧臂过长时打开后会造成取件困难，此时可将夹紧臂只打开一定角度，然后将夹紧臂横向转出，见图5-7。

图5-7
4. 夹紧臂上的工艺孔：
夹紧臂较长时为加工方便，一般开有工艺孔，工艺孔的位置及尺寸见图5-8。

为便于加工工艺孔，其孔距及孔径应优先选用附表二所给数据。

5. 若该工位为弧焊夹具，则整个POST 除气缸及L-PLATE 外都需镀铜处理。

六 定位块
为便于调整，我公司制造的焊接夹具广泛采用了定位块。

1. 种类
图5-6
图5-8
定位块的毛坯已成标准件：依高度划分为三种规格50mm、70mm、90mm；依宽度又可划分为两种规格16mm、19mm；依种类又可分为四种见图6-1。

图6-1
关于定位块具体应用实例因过于繁杂，在此不作赘述。

图6-2
2. 材料：
普通定位块毛坯的材料为45#钢精密铸造且表面发黑处理，形面加工后表面高频淬火HRC32~35，但当定位块与外板等覆盖件直接接触时，为避免划伤工件表面其材料为尼龙，厚度为22，为防止其转动一般在支板或夹紧臂上加工止口。

见图6-2
七垫片及Side Plate
垫片一般与定位块配合使用，为防止个别定位块旋转，需加装Side Plate见图7-1。

图7-1 图 7-2
1.厚度——垫片的厚度有两种规格t=0.5mm及1.0mm一般而言一组垫片厚度为
3mm，由四片组成即（0.5+0.5+1.0+1.0=3mm），见图7-2；
宽度——垫片宽度分为两种规格16mm及19mm；
长度——垫片的长度主要采用两种规格，见图7-3。

图7-3
上述垫片已经形成标准件，具体规格及尺寸详见标准件图册（因夹具出厂时均已经过三坐标检测，而在现场又需要调整夹具时，加减垫片要做详细记录）
Side Plate （见图7-4）已形成标准件。

八 Locate Pin
为使焊接件在夹具中能够准确定位，便于焊接，焊接夹具大量采用了定位销Locate Pin ，一般来说每一个焊接件均需采用两个Locate Pin 定位。

定位孔的选用首先应以甲、乙双方确认过的基准孔，其次应采用工件上精度较高的孔，最后采用螺孔并且间距尽可能大，而当两孔间距过大时，其中一孔应采用菱形销。

此外，从分总成夹具至总成夹具应尽量采用相同的基准孔，以免造成基准不重合误差。

1. 定位销的设计
a. 定位销的直径及公差；原则上定位销的直径应比工件的相应孔减0.2mm ，同时定位销公差为d 0-0.02。

当不得已采用螺孔时定位销直径应采用下表：
b. 定位销的长度：原则上定位销有效长度应伸出工件5~8mm 。

见图8-1
其长度通常为15mm 、20mm 、25mm 三个系列，且尽量选用长度大于20的长销。

c. 定位销的装配。

原则上优先选用A 型销，当结构所限用A 型销定位有困难时，才用B 型销见图8-2;；
当定位销直径D ≥32mm 时，销的固定方式见图8-3;
当定位销直径D ≤7mm 时，为保证定位销的刚性，有效长度L 一般取15~20mm 不宜过长，但为防止工件与Bracket 发生干涉，定位销结构见图8-4； 图8-1 图8-2
d. 定位销的材料及硬度：
定位销材料
一般
为45#钢，前部高频淬火；硬度为HRC42~45，发黑处理；
e. 定位销的前端形式：如无须特殊要求定位销的前端见图8-5。

而当有特殊要求时，其前部可做成图8-6形式；
f. 定位销的装配公差：见图8-7及8-8。

图8-5 图8-6 图8-7 图8-8
2. 定位销的形式
定位销一般分为固定式和滑动式，其中滑动式又分为手动滑动和气动滑动两种形式。

a. 固定式（见图8-9）；
b. 手动滑动式（见图8-10）；
c. 气动滑动式分为单销机构及双销机构（见图8-11），其行程为30mm ，已形成标准当需较大行程时可采用图8-12结构；
图8-9 图8-10
图8-4
图8-3
图8-11 图8-12
3. 定位销设计时应注意的问题：
a. 应注意定位销支座与工件干涉，见图8-13；
b. 定位销直径D ≥32mm 时，其四面应削平，以便于工件的装卸，见图8-14；
c. 当定位孔为长孔时，可同时使用两圆销定位，但要布置得当见图8-15；
d. 当单独使用定位销时，可将其固定于支架上，支架可用40X40的方管焊接而成。

见图8-16；
e. 当工件定位孔倾斜时（含螺纹孔），应做其在水平面的投影，该投影为一近似椭圆，当其长短轴D-d ≤0.2mm 时，可选用普通定位销。

而当其D-d ≥0.2mm 时，应考虑采用伸缩销；
f. 空中点处尺寸的标注，定位销在倾斜使用时如图8-17所示，如果仅对P 点标注，在加工及测量中因P 点为空中虚拟点不便标注及测量，因此必须如图所示在Q 点处标注尺寸，P 点作为参考；
图8-14
图8-13
图8-17
g. 采用滑动式定位销及直线导轨、直线轴承时，应考虑焊渣飞溅及粉末因
素，滑动部分应加装防护套(见图8-18)。

并且滑动式垂直定位销为防焊接
飞溅及垃圾积存而被卡住，设计时要使定位销的端面比工件端面高。

图8-18
九 Bracket
为使定位销两向可调，我司广泛采用了Pin Bracket及Key。

目前依长度的不同将Bracket分为80和100两个系列（见图9－1），同时每个系列内部又因定位销及安装形式划分为A、B、C、D、E五个型号，见图9－2及9－3，目前上述Bracket均已纳入标准，当定位销单独使用时见图8－16。

此外，为避免Bracket与工件干涉，可将标准定位销加长，但加长时应注意其强度，见图9－4。

图9－1 图9－4
图9－2
图9－3
十 Hinge Pin及Link
1.Hinge Pin及Link的基本结构，如图10－1，尺寸A一般选为60，特殊情况可变
化。

图10－1 图10－2
2. Hinge Pin位置的确定
确定Hinge Pin的位置在Post设计中非常重要，应充分考虑以下几个方面：
a. 夹紧臂在旋转中是否有干涉现象，见图10－2；
b . 带定位销的夹紧臂, Hinge Pin的位置应与定位孔的位置在一个平面内（为使
Hinge Pin在支板板上钻孔位置为整数，Hinge Pin的具体位置可做微调），以保证定位销可安全退出，见图10－3；
图10－3 图10－4
c. 为保证夹紧臂的夹紧力在30Kg以上，以及夹紧臂打开时，能保证工件正常
装卸时，Hing pin所处的位置。

d. 手动夹紧臂见图10－4，A 轴位置的确定与Hinge pin 位置的确定方法相同。

3. Hinge pin 的种类
标准Hinge pin 直径为Φ 16，依据支板厚度的不同，当t=16时A ＝34而t=19时A ＝37（见图10－5），一般情况下与Hing pin 成套使用的Bush 外径D ＝18，但有时因夹紧臂过重或双级夹紧臂中的第一级，Bush 的外径为D=22。

图10－5 图10－6
4 . 其它的Hinge pin
在一些非标准的旋转机构中需采用特殊的Hinge pin 时，其结构及尺寸见图10－6及附表； 5. Link 的种类
Link 目前已经形成标准系列，见图10－7，应优先选用L ＝40的Link.。

十一 H －
Link
图10－7
设计中遇到夹紧臂打开高度受限制且开启角度要求大，或者夹紧臂运动轨迹受限制时，考虑使用H－Link.，它与普通Link在使用上有区别，与H－Link相配的气缸，在运动过程中气缸无摆动，可选用防转架将气缸固定，见图11－1，一般情况下A＝60mm，B ＝70mm已形成标准。

注意：与H－Link挡铁相接触的支板侧面一定要加工，且有公差，见图11－2。

图11－1 图11－2
十二 Stopper及Carcher
为防止压紧力或冲击过大，造成工件变形或划伤工件表面，使用Stopper,而在夹紧臂板厚方向有精度要求时使用Carcher。

1. 夹紧臂上有定位销时，使用单孔Carche，见图12－1；
2. 双级夹紧臂的第一级，使用单孔Carche，见图12－2；
图12－1 图12－2
3. 当夹紧单元中，A、B面相差大于3mm时，使用单孔Carcher，见图12－3；
4 . 当夹紧臂臂长超过250时，使用单孔Carcher，见图12－4；
图12－3 图12－4
5. 当夹紧臂上有定位销且距Hinge pin超过250时，使用双孔Carcher，见图12－5；
6 . 双级Post且第二级夹紧臂上有定位销时，第一级使用双孔Carcher,见图12－6；
7.为配合不同的支板板厚，Stopper及Carcher均有两种宽度尺寸，其中Carcher还
分为单孔及双孔（已形成标准）。

此外Stopper及Carcher应尽量远离Hinge pin,
以求得最佳的定位效果。

图12－5 图12－6
十三 BackBar
在外板夹具设计中，为避免焊后留下痕迹影响美观，采用了BackBar，将其放置于外板外侧，焊接时焊枪的两个电极分别与外板内侧及BackBar接触，这样就不会在外板外侧留下焊接痕迹，见图13－1。

BackBar应使用导电性能良好且耐磨性较好的铬青铜（QCr0.5）材
料，BackBar设计时应有一定的浮动量，以保证工件定位可靠，目前我
们主要采用螺栓式BackBar，其厚度为10(8)mm，已形成标准。

图13－1
十四 Gun Guide（焊枪导向）
Gun Guide主要用于以下几个方面：
1. 夹具中Post较密集，焊枪难于定位在正确的焊点位置；
2. 焊点位置及数量有较高要求；
3 . 将两个工件焊合时，上面的工件完全遮盖了下面的工件，无法快速，准确地找
到焊点位置；
设计焊枪导向时，应首先确定焊枪，并将其摆放在正确位置之后进行导向设计。

注意：焊枪导向应导引电极臂，不要导电极头，见图14－1。

焊枪导向一般用尼龙等绝缘材料制成，用沉头螺钉与支架连接起来
若只导引一个焊点时，见图14－2；若焊几个焊点且相距不远时，可参见
14－3；尼龙板厚t＝10mm，其与支架连接孔见图14－4；支架可与相邻
Post 连接或另外在Base 板上单独做支架。

图14
－1
图14－2 图14－3 图14－4
十五 工件导向及吊具导向
1. 在一些夹具中为便于放入及取出工件，采用了导向装置，见图15－1，已形成标准。

若导向角度较大或导向较长时可做成图示15－2的形式。

2 .
为使吊具方便抓取工件，特设置了吊具导向，见图15－3，已形成标准。

图15－1 图15
－2
十六 焊枪通过性
当夹具在工艺规划时，根据焊点的位置、
板厚初选了焊枪，夹具在进入建模设计时更要时时注意留出焊枪通道，并且每设计一个Post 时就要注意周围的焊点及焊枪可达性，当夹具模型全部建成后，要进行焊枪通道检验。

一般而言，焊枪通道是指焊枪与周围Post 、工件间的间隙，对于有一定深度的焊点间隙如图16－1，而对于边沿上的焊点，间隙如图16－2；对于地板本体类的夹具，其地板较大，但所焊合的工件较小且都位于居中位置更要注意焊枪通道。

对于一些装焊小件的工位，因小件的工艺性较差，往往一个孔周围并没太多的翻
边，因而给焊接造成困难，此时焊枪与定位块
的间隙要酌情而定，但间隙应大于5mm见图16－3。

图16－1 图16－2
此外，在设计焊枪时，应尽量使电极头取直，而
当焊接有一定困难时才允许使用带一定斜角的焊枪，
见图16－4。

当工件较大，基本呈方形，且相对两边有焊
点，工艺规划只有一把焊枪时，应考虑采用平面旋转
夹具，见图16-5。

当工件为一长条形时，夹具的设
计应考虑焊枪从一个方向进入，此时应预留出足够
的焊枪通道，见图16-6。

当所焊小件有定位销定位，且焊点离定位销较近时，BRACKET应设计成如图16-7形式，不要采用图16-8结构。

图16－7
图16－8图16－5 图16－6
十七磁铁
为装夹小工件，采用了磁铁。

当工件稍
大，可同时放置定位销和磁铁时，可用图17-
1结构。

注意：此结构一定要加装铜套，用以
防止磁铁消磁。

而当工件太小，只可以一个定
位销和止口定位时，可用图17-2结构，但此
结构尽量少用。

上述两种结构都已形成标准。

图17－1 图17－2
十八铜排及电缆安装方式
1. 当夹具装有自动焊枪时，就必然安装有变压器，变压器与主铜排间以及主铜排
图16－3图16－4
c. 铜排之间 见图18-3
d. 铜排与支座间 见图18-4
e. 焊枪与铜排间 见图18-5
图18－2 图18－3 图18－4
2. 对于某些人工不易到达的焊点，往往采用预埋焊枪的方式。

铜排与焊枪联接后，人工用焊枪在铜排上打点，实现焊接，见图18-5及18-6，被焊枪打点的铜排，材料为铬青铜（QCr0.5）。

主铜排与辅铜排的材料为紫铜（T2）。

在设计铜排时，应尽量缩短铜排的长度以减少电流的损耗。

如无特殊要求铜排的宽度为40mm 。

图18－5 图18－6
十九 旋转机构
为便于焊接涂胶等操作，很多夹具都配有旋转机构，其主要分为两种类型，水平面内旋转机构及竖直面内旋转机构。

1. 水平面内旋转机构目前共有两种，普通型（图19-1）及加重型（图19-2），都已
纳入标准。

图19-1 图19-2
为减小转动惯量，旋转Base 一般采用镂空的方式且四周倒大角，当工件超出Base 面时，为防止工件在旋转中划伤操作者，可用圆管做一防护架，见图19-3。

图18－1
2. 竖直面内旋转机构，由于目前采用的设计软件普遍具有计算质量中心的功能，因
此竖直面内旋转机构目前只采用图19-4的形式，该形式便于加工且操作方便但应注意以下两点：
a. 确定旋转部分的重心时，必须将气缸删除后再计算；
b. 审核工件及Post在旋转过程中与机构的梁及拉杆干涉问题。

图19-3 图19-4
二十举升机构
当某些工件因定位销孔较多，或工件本体较大，焊接完成后难以手工取出时，采用了举升机构。

标准的举升机构如图20-1所示，为单气缸双导向杆结构，导向杆直径Φ30，气缸的直径分为Φ63，Φ80，Φ100，Φ125四个系列，其中Φ80及Φ100两种系列最为常用，已纳入标准；当工件较小或其为一长条形状时，应采用单导向杆结构，如图20-2；当空间较为紧凑时可采用图20-3所示结构；而当导向精度要求不高时，也可采用图20-4所示结构。

设计举升机构时应注意以下几点：
1. 当举升机构所举工件较大时，举起后导向杆应加装限位装置且气缸行程应留有
10mm余量，以防工件举起后摇晃，见图20-5；
2. 举升机构与工件间应留有50左右空行程，见图20-6。

对于地板，侧围等中间有焊点的夹具，举升机构应注意避让焊枪，见图20-7及图
20-8。

图20-1 图20-2 图20-3 图20-4
图20-5 图20-6 图20-7 图20-8。