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工程师必知的9种工装夹具的设计要点!

2018-8-14 9:53:08

  工装夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。


  制订工艺过程,应充分考虑夹具实现的可能性,而设计工装夹具时,如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。


  工装夹具的设计质量的高低,应以能否稳定地保证工件的加工质量,生产效率高,成本低,排屑方便,操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。


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  一、工装夹具设计的基本原则


  1、满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性


  2、有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的加工过程


  3、满足装夹过程中简单与快速操作


  4、易损零件必须是可以快速更换的结构,条件充分时最好不需要使用其它工具进行


  5、满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性


  6、尽可能的避免结构复杂、成本昂贵


  7、尽可能选用标准件作为组成零件


  8、形成公司内部产品的系统化和标准化


  二、工装夹具设计基本知识


  一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求:


  1、保证工件的加工精度保证加工精度的关键,首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件,必要时还需进行定位误差分析,还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响,确保夹具能满足工件的加工精度要求。


  2、提高生产效率专用夹具的复杂程度应与产能情况相适应,应尽量采用各种快速高效的装夹机构,保证操作方便,缩短辅助时间,提高生产效率。


  3、工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理,便于制造、装配、调整、检验、维修等。


  4、使用性能好工装夹具应具备足够的强度和刚度,操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下,应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置,以减轻操作者的劳动强度。工装夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构,防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具,防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。


  5、经济性好专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构,力求结构简单、制造容易,以降低夹具的制造成本。因此,设计时应根据订单及产能情况对夹具方案进行必要的技术经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。


  三、工装夹具设计规范化概述


  1、工装夹具设计的基本方法与步骤


  设计前的准备工装夹具设计的原始资料包括以下内容:


  a)设计通知单,零件成品图,毛坯图和工艺路线等技术资料,了解各工序的加工技术要求,定位和夹紧方案,前工序的加工内容,毛坯情况,加工中所使用的机床、刀具、检验量具,加工余量和切削用量等


  b)了解生产批量和对夹具的需用情况


  c)了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等;


  d)夹具的标准料库存情况


  2、工装夹具设计考虑的问题


  夹具设计一般结构单一,给人的感觉结构不是很复杂,尤其现在液压夹具的大行其道,使其原有的机械结构大大简化,但是如果设计过程中不加以详细考虑必然会出现不必要的麻烦:


  a)被加工件的毛坯余量


  造成毛坯尺寸过大,产生干涉。所以在设计之前一定要准备毛坯图。留出足够的空间


  b)夹具的排屑畅通性


  设计时由于机床的加工空间的有限性,夹具往往被设计的空间比较紧凑,这时往往就会忽略在加工过程产生的铁屑在夹具死角处存积。


  包括切屑液的流出不畅,给以后加工带来很多麻烦。所以在实际之初就应考虑加工过程中出现的问题,毕竟夹具是以提高效率,方便操作为本的


  c)夹具的整体敞开性


  忽略敞开性,造成操作者装卡困难,费时费力,设计大忌


  d)夹具设计的基本理论原则


  每套夹具都要经历无数次的夹紧,松开动作,所以可能在开始都能达到用户要求,但是加具应该有它的精度保持性,所以不要设计一些有悖原理的东西。


  即使侥幸当下可以,也不会有长久的持续性。一个好的设计应该经的起时间的锤炼的


  e)定位元件的可更换性


  定位元件磨损严重,所以应考虑更换快捷和方便。最好不要设计成较大的零件


  夹具设计经验的积累很重要,有时设计是一回事,在实际应用中又是一回事,所以好的设计是一个不断积累和总结的过程。


  常用的工装夹具按照功能性主要分为以下几种:


  01夹模


  02钻孔、铣面工装


  03数控、仪表夹头


  04试气、试水工装


  05切边、冲孔工装


  06焊接工装


  07抛光治具


  08装配工装


  09移印,激光刻字工装


  01夹模


  定义:用产品外形定位装夹的工具


  设计要点:


  1、此类夹模主要用于虎钳上,其长度可以根据需要截取


  2、夹模上可以设计其他辅助定位装置,一般采用焊接方式连接夹模;


  3、模腔结构尺寸由具体情况确定


  4、在动模上的适当位置紧配直径12的定位销,定模相应位置的定位孔滑动配合定位销


  5、装配型腔在设计时需在无收缩的毛坯图档的外形面基础上偏移放大0.1mm


  02钻孔、铣面工装


  设计要点:


  1、如有必要,可在固定芯及其固定板上设计一些辅助定位装置;


  2、上图为结构简图,实际情况需根据产品结构做相应设计;


  3、汽缸根据产品大小和加工时受力情况而定,常用SDA50X50;


  03数控、仪表夹头、A数控夹头、内束夹头


  设计要点:


  1、上图未标识尺寸依据实际产品的内孔尺寸结构而定


  2、与产品内孔定位接触的外圆在制作时需留单边0.5mm的余量,最后装到数控机床上在精车到尺寸,防止淬火过程导致的变形和偏心


  3、装配部分的材料推荐使用弹簧钢,拉杆部分45#


  4、拉杆部分的螺纹M20为常用螺纹,可根据实际情况调整该螺纹


  设计要点:


  1、上图为参考图示,装配尺寸和结构依据实际产品的外形尺寸结构而定


  2、材料使用45#,淬火处理


  设计要点:


  1、上图为参考图示,实际尺寸依据产品的内孔尺寸结构而定;


  2、与产品内孔定位接触的外圆在制作时需留单边0.5mm的余量,最后装到仪表车床上在精车到尺寸,防止淬火过程导致的变形和偏心;


  3、材料使用45#,淬火处理。


  04试气工装


  设计要点:


  1、上图是试气工装的参考图,具体结构需依据产品的实际结构来设计,思路就是用尽可能简单的方式密封产品,让需检测密封的部分充满气体来确认其密封性


  2、汽缸的大小可根据产品的实际大小来调整,同时也需考虑汽缸的行程是否能满足取放产品的便捷


  3、与产品接触的密封面一般采用优力胶,NBR胶圈之类具有良好压缩量的材料,同时注意如有与产品外观面接触的定位块尽量使用白胶类的塑料块并且在使用过程中盖上棉布防止碰伤产品外观


  4、设计时需考虑产品的定位方向,防止内漏的气体憋在产品型腔内部而误检的情况出现


  05冲孔工装


  设计要点:上图为冲孔工装的常用结构。底板作用为方便固定在冲床的工作台;定位块作用为固定产品,具体结构按产品的实际情况而设计,中心点围绕能方便安全的取放产品;


  挡板作用在方便产品从冲刀上脱离;支柱起固定挡板的作用。上述几个部位的装配位置和尺寸可按产品的实际情况设计。


  06焊接工装


  焊接工装主要起固定焊接组件中各零部件的位置,控制焊接组件中各零部件的相对尺寸,其结构主要是定位块,需根据产品的实际结构来设计。


  值得注意的情况在产品放置在焊接工装上不得用工装之间产生密封空间,防止焊接加热过程中导致密封空间压力过大影响零部件焊接后的尺寸。


  07抛光治具


  08装配工装


  装配工装主要应用在组件的装配过程中辅助定位的装置。其设计思路为根据组件装配的结构能便捷的取放产品,在装配过程中不能损坏产品的外观表面,在使用过程中能盖上棉布来保护产品。


  在材料的选用上面尽量用白胶等非金属材料。


  09移印,激光刻字工装


  设计要点:


  根据产品实际情况的刻字要求来设计工装的定位结构,需注意产品取放的便捷性,和产品外观的保护,定位块和与产品接触的辅助定位装置尽量采用白胶等非金属材料。


  电子厂DIP波峰焊过炉治具设计规范


  1.目的:


  规范波峰焊过炉夹具设计/制作标准,提高产品过炉PPM及品质工艺要求.


  2.适用范围:


  本标准适用于深圳市聚电电子有限公司波峰焊过炉夹具的设计及制作.


  3.定义﹕


  无


  4.职责﹕


  4.1.新产品导入时,产品工程师依产品设计及试产会议记录,和ME一起评估是否需要制作治具;


  4.2.ME负责新治具设计、治具验收及已有治具的维护和管理;


  4.3.IE提供治具需求量;


  4.4.采购根据需求下订单采购;


  5.作业程序﹕


  5.1.材料及资料准备﹕


  5.1.1.设计波峰焊夹具时选择材料应是高阻、高温防静电属性材料(我司通用为玻纤材质,客户有特殊要求按客户要求制作); a: 合成石材质 b: 玻纤材质 c: 其它材质


  5.1.2资料准备:a:Gerber文件 b:PCBA板


  5.2.过炉夹具的最大外围尺寸﹕420长(L)* 320宽(W),治具宽度统一为320MM,长度要根据PCB板材组合而定,为节省助焊剂喷雾量,治具长度方向尽可能短。(长度方向不能留太多空余部分);


  5.3.夹具45? 倒角边;


  5.4.波峰夹具四周加挡条且挡条缝隙小于0.1mm(防止锡液流到PCB板上),前两挡锡条平行波峰


  5.5.焊锡面SMD组件高度3mm以下的﹐治具厚度采用4mm材料制作;


  5.6.焊锡面SMD组件高度(用h表示)在4mm>h>3mm(贴片器件高度不超过4MM)﹐治具的厚度采用5mm材料制作;


  5.7.采用8mm材料制作治具﹐SMD组件高度小于3mm的位置必须将治具的打磨到4mm厚,SMD组件如高出5mm,治具采用5mm材料制作,底部增加补丁并倒R角,治具总厚度低10mm;


  5.8.为防过炉时治具堵在波峰口不走所有螺丝(螺钉)不能从治具底部打,必须从元件面向过锡面打;


  5.9.主芯片底部有接地过孔焊盘的(如数科SK、KJ等)要开孔过炉上锡;BGA焊盘中间若有过孔(通孔),须堵孔,以防冒锡引起不良;


  5.10 .QFN封装的IC为防过炉冒锡造成连锡,治具制作时必须封堵(制作前具体由产品工程师及PIE工程师确认);


  5.11.主板上有LED灯,红外接收头工艺要求需要浮高的产品,必须在治具上制作固定支架,卧式高频头部分机型需要增加弹压片(根据具体机型而定,制作时由PE确定是否需要增加);


  5.12.在PCB板焊锡面没有SMT组件的位置其过炉治具上需要开制锡导流槽,导流槽的深度一般控制在2mm左右;


  5.13.治具的四周需开制宽为10mm﹐厚为2.5mm的凹槽(轨道边)﹐且两端要铣弧形倒R角﹐避免卡板或运行不顺畅。


  5.14.治具四周固定挡条需以宽度12mm的FR4材料所制﹐且每隔95mm(主板较小的60mm)锁一颗螺钉, 两相邻挡条的交界处需要用螺钉锁住,避免治具的变形﹐治具内必须标识治具的过炉方向,治具编号、适用机型等信息


  5.15.治具四周固定挡条距离PCBA放置槽距离为15mm﹐定位压扣每距离90mm需锁一颗, 定位压扣距离固定挡条的距离是5mm﹐治具上定位PCB的各个压扣位置必须选取在PCB边缘无组件干涉的位置。


  5.16.治具上保护SMD组件凹槽的大小必须以B面的SMD组件丝印内侧来铣,深度一般以高出组件本体高度0.3mm为准,若B面组件为BGA、connect、CCD sensor等热敏组件其深度需要以高出组件本体高度的0.6mm来开并留透气通道,避免高温造成其不良。


  5.17.治具上保护SMD组件凹槽璧厚至少为1mm以上;


  5.18.治具上必须开一对称的取板槽,方便取放基板,取板槽位置必须在无DIP组件干涉的位置;


  5.19.PTH组件开孔倒角要够大,在保证SMT组件凹槽壁不破的前提下尽可能增大倒角,倒角的角度一般成140°倾斜角﹐以减小锡流动的阻力


  5.20.锡面组件高度3mm以下﹐治具的厚度采用4mm材料制作 ,倒角必须大于140度.焊锡面组件高度3mm以上﹐治具的厚度根据元件定制材料制作 ;


  5.21.治具的内槽大小与PCB的大小相差不可以超过0.2mm﹐同一批治具的外围尺寸宽窄误差不可以超过0.2mm(特殊情况工程师可以要求在治具内槽做定位柱);


  5.22. 所有治具的设计和制作需要考虑到制程防呆;


  5.23.插件元件与SMD元件:


  5.23.1.元件和底盖密封边缘的距离不能超过1.2mm.


  5.23.2.SMT贴片元件与底盖壁之间距离应控制在0.5-0.8mm以上.


  5.23.3.红胶工艺SMT贴片元件焊盘边缘距离开孔壁之间距离不应小于1.5mm.θb在45°-60 °


  5.23.4.元件引脚与开孔壁之间的距离不小于2.5毫米.


  5.23.5.SMT贴片元件底盖密封厚度在1.5—1.9mm及以上。.


  5.23.6.距板边最近元件引脚距离开孔边缘不应低于5mm.


  5.24. 所有治具与PCB接触的面必须做平整且在同一平面内(0.2mm),不可有突起及凹陷现象;


  5.25.治具上所使用的材料必须是不沾锡材料,且机械强度要足够,不可以有翘曲变形。


  1、夹具使用目的及效果


  1)夹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,使在同一夹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)使用夹具可以在各种加工、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,提高经济效益,将只有熟练工完成的工作,完全可以由未熟练工来完成。


  简单地说,可以提高生产效率,保证产品质量及互换性维持和减小加工(组装)费用。


  2、夹具的种类及分类


  夹具的种类可大致分为装配用夹具,加工用夹具,检查用夹具等。


  1)装配用夹具


  作 为把单件通过结合,连接,焊接等方法装配为完制品的夹具,需满足以下条件:第一,工件的取放要容易,第二,所有的工作尽量在夹具夹紧的状态下完成,第三, 工作条件要选择最方便的位置进行,第四,零件要固定在正确的位置,最后,焊接的情况,要求俯视工作姿势的作业性,一般可分为机械装配夹具,焊接夹具,用粘 合剂的装配夹具等。


  (1)机械装配夹具


  可拆装零件的螺栓连接、铆接的装配夹具、当前车身工厂的DRHINGE装配夹具、车门铰链左右结合装置属于这种类型,还有,为了与焊接装配夹具或粘合剂结合夹具,也可以包括折边机。


  (2)焊接夹具


  为了实现零件之间的结合采用焊接方式时用的夹具,用于DIP波峰焊接及SMT回流焊接、普通电阻电焊、弧焊、惰性气体焊接、氧气焊等,现车身工厂大部分的夹具属于焊接夹具。


  (3)用粘合剂的装配夹具


  机械方法或焊接无法实现的装配的情况,根据特殊的意义使用粘合剂方法。一般车身工厂使用的粘合剂钉牢部位HEM’G胶,用于加固及防音、防震等目的的乳白胶等。


  使用的设备有车门、顶盖、后备箱、T/GATE等大部分采用MOV’GPART手动自动涂胶的装置。


  2)加工夹具


  加工夹具是用于支撑或固定工件的工具,可迅速、正确地定位加工对象,还有引导切削工具的功能。


  一般包括车、钳、铣、刨、磨、钻等加工机械特性为依据的夹具。


  3)检查用夹具


  为了正确检查未装配工件或已装配工件来修改夹具及托架,或检查装配夹具及托架的磨损状态及性能变化,或为了防止不良品投入下一道工序,实现产品的均衡的质量管理,一般使用的检查用夹具为INSPECTIONCHECKER或CHECKER,CHECKER也可以定义为属于一个特殊测量仪器类型的检验装置。


  狭意的检验装置是一个具有工件控制概念(定位加紧,支撑)的夹具上装有测量仪器,广义来讲也可与测量仪器混论。


  4)JIG&FIXTURE


  将夹具&固定设备明确区分比较困难,一般地,夹具是指将工件定位、支撑、夹紧的同时还具有切削刀具导向装置,但固定设备(FIXTURE)只具有定位、支撑、维持的功能。但是在功能方面,在车身工厂较多情况是复合使用夹具&固定装置,可以认为相同,在欧美地区叫FIXTURE的情况较多,在日本称为JIG的情况较多,韩国称JIG的较多。


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