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工裝夾具工程師必知的9種設計要點

日期:2019-09-06 04:00
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摘要: 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。 一、工裝夾具設計的基本原則 1、滿足使用過程中工件定位的穩定性和可靠性 2、有足夠的承載或夾持力度以保證工件在工裝夾具上進行的加工過程 3...

      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。


一、工裝夾具設計的基本原則

1、滿足使用過程中工件定位的穩定性和可靠性

2、有足夠的承載或夾持力度以保證工件在工裝夾具上進行的加工過程

3、滿足裝夾過程中簡單與快速操作

4、易損零件必須是可以快速更換的結構,條件充分時*好不需要使用其它工具進行

5、滿足夾具在調整或更換過程中重複定位的可靠性

6、盡可能的避免結構複雜、成本昂貴

7、盡可能選用標准件作爲組成零件

8、形成公司內部産品的系統化和標准化


二、工裝夾具設計基本知識

一個優良的機床夾具必須滿足下列基本要求:

1、保證工件的加工精度保證加工精度的關鍵,首先在于正確地選定定位基准、定位方法和定位元件,必要時還需進行定位誤差分析,還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響,確保夾具能滿足工件的加工精度要求。


2、提高生産效率專用夾具的複雜程度應與産能情況相適應,應盡量采用各種快速高效的裝夾機構,保證操作方便,縮短輔助時間,提高生産效率。


3、工藝性能好專用夾具的結構應力求簡單、合理,便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。


4、使用性能好工裝夾具應具備足夠的強度和剛度,操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下,應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置,以減輕操作者的勞動強度。工裝夾具還應排屑方便。必要時可設置排屑結構,防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具,防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統變形。


5、經濟性好專用夾具應盡可能采用標准元件和標准結構,力求結構簡單、制造容易,以降低夾具的制造成本。因此,設計時應根據訂單及産能情況對夾具方案進行必要的技術經濟分析,以提高夾具在生産中的經濟效益。


三、工裝夾具設計規範化概述


1、工裝夾具設計的基本方法與步驟

設計前的准備工裝夾具設計的原始資料包括以下內容:


a)設計通知單,零件成品圖,毛坯圖和工藝路線等技術資料,了解各工序的加工技術要求,定位和夾緊方案,前工序的加工內容,毛坯情況,加工中所使用的機床、刀具、檢驗量具,加工余量和切削用量等;


b)了解生産批量和對夾具的需用情況;


c)了解所使用機床的主要技術參數、性能、規格、精度以及與夾具連接部分結構的聯系尺寸等;


d)夾具的標准料庫存情況;


2、工裝夾具設計考慮的問題

夾具設計一般結構單一,給人的感覺結構不是很複雜,尤其現在液壓夾具的大行其道,使其原有的機械結構大大簡化,但是如果設計過程中不加以詳細考慮必然會出現不必要的麻煩:


a)被加工件的毛坯余量:造成毛坯尺寸過大,産生幹涉。所以在設計之前一定要准備毛坯圖。留出足夠的空間;


b)夾具的排屑暢通性:設計時由于機床的加工空間的有限性,夾具往往被設計的空間比較緊湊,這時往往就會忽略在加工過程産生的鐵屑在夾具死角處存積。包括切屑液的流出不暢,給以後加工帶來很多麻煩。所以在實際之初就應考慮加工過程中出現的問題,畢竟夾具是以提高效率,方便操作爲本的;


c)夾具的整體敞開性:忽略敞開性,造成操作者裝卡困難,費時費力,設計大忌;


d)夾具設計的基本理論原則:每套夾具都要經曆無數次的夾緊,松開動作,所以可能在開始都能達到用戶要求,但是加具應該有它的精度保持性,所以不要設計一些有悖原理的東西。即使僥幸當下可以,也不會有長久的持續性。一個好的設計應該經的起時間的錘煉的;


e)定位元件的可更換性:定位元件磨損嚴重,所以應考慮更換快捷和方便。*好不要設計成較大的零件,夾具設計經驗的積累很重要,有時設計是一回事,在實際應用中又是一回事,所以好的設計是一個不斷積累和總結的過程;


常用的工裝夾具按照功能性主要分爲以下幾種:

01夾模

02鑽孔、銑面工裝

03數控、儀表夾頭

04試氣、試水工裝

05切邊、沖孔工裝

06焊接工裝

07抛光治具

08裝配工裝

09移印,激光刻字工裝

010夾模


定義:用産品外形定位裝夾的工具



設計要點:

1、此類夾模主要用于虎鉗上,其長度可以根據需要截取

2、夾模上可以設計其他輔助定位裝置,一般采用焊接方式連接夾模;

3、上圖爲簡圖,模腔結構尺寸由具體情況確定

4、在動模上的適當位置緊配直徑12的定位銷,定模相應位置的定位孔滑動配合定位銷

5、裝配型腔在設計時需在無收縮的毛坯圖檔的外形面基礎上偏移放大0.1mm


02鑽孔、銑面工裝



設計要點:

1、如有必要,可在固定芯及其固定板上設計一些輔助定位裝置;

2、上圖爲結構簡圖,實際情況需根據産品結構做相應設計;

3、汽缸根據産品大小和加工時受力情況而定,常用SDA50X50;


03數控、儀表夾頭、A数控夹头、内束夹头



設計要點:

1、上圖未標識尺寸依據實際産品的內孔尺寸結構而定

2、與産品內孔定位接觸的外圓在制作時需留單邊0.5mm的余量,*後裝到數控機床上在精車到尺寸,防止淬火過程導致的變形和偏心

3、裝配部分的材料推薦使用彈簧鋼,拉杆部分45#

4、拉杆部分的螺紋M20爲常用螺紋,可根據實際情況調整該螺紋


儀表內束夾頭


設計要點:

1、上圖爲參考圖示,裝配尺寸和結構依據實際産品的外形尺寸結構而定

2、材料使用45#,淬火處理


儀表外束夾頭


設計要點:

1、上圖爲參考圖示,實際尺寸依據産品的內孔尺寸結構而定;

2、與産品內孔定位接觸的外圓在制作時需留單邊0.5mm的余量,*後裝到儀表車床上在精車到尺寸,防止淬火過程導致的變形和偏心;

3、材料使用45#,淬火處理。


04試氣工裝



設計要點:

1、上圖是試氣工裝的參考圖,具體結構需依據産品的實際結構來設計,思路就是用盡可能簡單的方式密封産品,讓需檢測密封的部分充滿氣體來確認其密封性;

2、汽缸的大小可根據産品的實際大小來調整,同時也需考慮汽缸的行程是否能滿足取放産品的便捷;

3、與産品接觸的密封面一般采用優力膠,NBR膠圈之類具有良好壓縮量的材料,同時注意如有與産品外觀面接觸的定位塊盡量使用白膠類的塑料塊並且在使用過程中蓋上棉布防止碰傷産品外觀;

4、設計時需考慮産品的定位方向,防止內漏的氣體憋在産品型腔內部而誤檢的情況出現;


05沖孔工裝


設計要點: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;擋板作用在方便産品從沖刀上脫離;支柱起固定擋板的作用。上述幾個部位的裝配位置和尺寸可按産品的實際情況設計。


06焊接工裝

焊接工裝主要起固定焊接組件中各零部件的位置,控制焊接組件中各零部件的相對尺寸,其結構主要是定位塊,需根據産品的實際結構來設計。值得注意的情況在産品放置在焊接工裝上不得用工裝之間産生密封空間,防止焊接加熱過程中導致密封空間壓力過大影響零部件焊接後的尺寸。


07抛光治具



08裝配工裝

裝配工裝主要應用在組件的裝配過程中輔助定位的裝置。其設計思路爲根據組件裝配的結構能便捷的取放産品,在裝配過程中不能損壞産品的外觀表面,在使用過程中能蓋上棉布來保護産品。在材料的選用上面盡量用白膠等非金屬材料。


09移印,激光刻字工裝




設計要點:

根據産品實際情況的刻字要求來設計工裝的定位結構,需注意産品取放的便捷性,和産品外觀的保護,定位塊和與産品接觸的輔助定位裝置盡量采用白膠等非金屬材料。



電子廠DIP波峰焊過爐治具設計規範

1.目的:規範波峰焊過爐夾具設計/制作標准,提高産品過爐PPM及品質工藝要求.


2.適用範圍:本標准適用于深圳市聚電電子有限公司波峰焊過爐夾具的設計及制作.


3.定義﹕


4.職責﹕

4.1.新産品導入時,産品工程師依産品設計及試産會議記錄,和ME一起評估是否需要制作治具;

4.2.ME負責新治具設計、治具驗收及已有治具的維護和管理; 

4.3.IE提供治具需求量;

4.4.采購根據需求下訂單采購;


5.作業程序﹕

5.1.材料及資料准備﹕

    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*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.波峰夾具四周加擋條且擋條縫隙小于0.1mm(防止錫液流到PCB板上),前兩擋錫條平行波峰

5.5.焊錫面SMD組件高度3mm以下的﹐治具厚度采用4mm材料制作;

5.6.焊錫面SMD組件高度(用h表示)在4mm>h>3mm(貼片器件高度不超過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組件高度小于3mm的位置必須將治具的打磨到4mm厚,SMD組件如高出5mm,治具采用5mm材料制作,底部增加補丁並倒R角,治具總厚度低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.主芯片底部有接地過孔焊盤的(如數科SK、KJ等)要開孔過爐上錫;BGA焊盤中間若有過孔(通孔),須堵孔,以防冒錫引起不佳;

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燈,紅外接收頭工藝要求需要浮高的産品,必須在治具上制作固定支架,臥式高頻頭部分機型需要增加彈壓片(根據具體機型而定,制作時由PE確定是否需要增加);

5.12.在PCB板焊錫面沒有SMT組件的位置其過爐治具上需要開制錫導流槽,導流槽的深度一般控制在2mm左右;

5.13.治具的四周需開制寬爲10mm﹐厚爲2.5mm的凹槽(軌道邊)﹐且兩端要銑弧形倒R角﹐避免卡板或運行不順暢。

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边缘無组件干涉的位置。

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,避免高温造成其不佳。

5.17.治具上保護SMD組件凹槽璧厚至少爲1mm以上;

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

5.19.PTH組件開孔倒角要夠大,在保證SMT組件凹槽壁不破的前提下盡可能增大倒角,倒角的角度一般成140°傾斜角﹐以減小錫流動的阻力

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.治具的內槽大小與PCB的大小相差不可以超過0.2mm﹐同一批治具的外圍尺寸寬窄誤差不可以超過0.2mm(特殊情況工程師可以要求在治具內槽做定位柱);

5.22. 所有治具的设计和制作需要考虑到制程防呆;

5.23.插件元件與SMD元件:

5.23.1.元件和底蓋密封邊緣的距離不能超過1.2mm.

5.23.2.SMT貼片元件與底蓋壁之間距離應控制在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.元件引腳與開孔壁之間的距離不小于2.5毫米.

5.23.5.SMT貼片元件底蓋密封厚度在1.5—1.9mm及以上。.

5.23.6.距板邊*近元件引腳距離開孔邊緣不應低于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須是不沾錫材料,且機械強度要足夠,不可以有翹曲變形。

1、夾具使用目的及效果

1)夾具的主要目的是爲了將工件快速、准確地定位以及適合的支撐、維持,使在同一夾具上生産的所有工件都固定在特定的範圍內,保證産品的精密性和互換性。

2)使用夾具可以在各種加工、組裝等工作當中減少工作時間,進行高效率的工作。

3)可以將複雜的工作單一化,提高經濟效益,將只有熟練工完成的工作,完全可以由未熟練工來完成。

簡單地說,可以提高生産效率,保證産品質量及互換性維持和減小加工(組裝)費用。


2、夾具的種類及分類

夾具的種類可大致分爲裝配用夾具,加工用夾具,檢查用夾具等。

1)裝配用夾具

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:**,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*方便的位置进行,第四,零件要固定在正确的位置,*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)機械裝配夾具

可拆裝零件的螺栓連接、鉚接的裝配夾具、當前車身工廠的DRHINGE裝配夾具、車門鉸鏈左右結合裝置屬于這種類型,還有,爲了與焊接裝配夾具或粘合劑結合夾具,也可以包括折邊機。


(2)焊接夾具

爲了實現零件之間的結**用焊接方式時用的夾具,用于DIP波峰焊接及SMT回流焊接、普通電阻電焊、弧焊、惰性氣體焊接、氧氣焊等,現車身工廠大部分的夾具屬于焊接夾具。


(3)用粘合劑的裝配夾具

机械方法或焊接無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。


使用的設備有車門、頂蓋、後備箱、T/GATE等大部分采用MOV’GPART手動自動塗膠的裝置。


2)加工夾具

加工夾具是用于支撐或固定工件的工具,可迅速、正確地定位加工對象,還有引導切削工具的功能。

一般包括車、鉗、銑、刨、磨、鑽等加工機械特性爲依據的夾具。


3)檢查用夾具

爲了正確檢查未裝配工件或已裝配工件來修改夾具及托架,或檢查裝配夾具及托架的磨損狀態及性能變化,或爲了防止不佳品投入下一道工序,實現産品的均衡的質量管理,一般使用的檢查用夾具爲INSPECTIONCHECKER或CHECKER,CHECKER也可以定義爲屬于一個特殊測量儀器類型的檢驗裝置。感謝關注數控自動化微信:CNCAUT

狹意的檢驗裝置是一個具有工件控制概念(定位加緊,支撐)的夾具上裝有測量儀器,廣義來講也可與測量儀器混論。


4)JIG&FIXTURE

將夾具&固定設備明確區分比較困難,一般地,夾具是指將工件定位、支撐、夾緊的同時還具有切削刀具導向裝置,但固定設備(FIXTURE)只具有定位、支撐、維持的功能。但是在功能方面,在車身工廠較多情況是複合使用夾具&固定裝置,可以認爲相同,在歐美地區叫FIXTURE的情況較多,在日本稱爲JIG的情況較多,韓國稱JIG的較多。


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