工裝夾具工程師必知的9種設計要點

日期:2020-05-25 17:20
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摘要: 工裝夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進行的。制訂工藝過程,應充分考慮夾具實現的可能性,而設計工裝夾具時,如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。工裝夾具的設計質量的高低,應以能否穩定地保證工件的加工質量,生產效率高,成本低,排屑方便,操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。 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...

      工裝夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進行的。制訂工藝過程,應充分考慮夾具實現的可能性,而設計工裝夾具時,如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。工裝夾具的設計質量的高低,應以能否穩定地保證工件的加工質量,生產效率高,成本低,排屑方便,操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。


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復定位的可靠性

6、盡可能的避免結構復雜、成本昂貴

7、盡可能選用標準件作為組成零件

8、形成公司內部產品的系統化和標準化


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準、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、提高生產效率專用夾具的復雜程度應與產能情況相適應,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,提高生產效率。


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準元件和標準結構,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產能情況對夾具方案進行必要的技術經濟分析,以提高夾具在生產中的經濟效益。


三、工裝夾具設計規范化概述


1、工裝夾具設計的基本方法與步驟

設計前的準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)了解生產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)夾具的標準料庫存情況;


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復雜,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,產生干涉。所以在設計之前一定要準備毛坯圖。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產生的鐵屑在夾具死角處存積。包括切屑液的流出不暢,給以后加工帶來很多麻煩。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,方便操作為本的;


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:每套夾具都要經歷無數次的夾緊,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為以下幾種:

01夾模

02鉆孔、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拋光治具

08裝配工裝

09移印,激光刻字工裝

010夾模


定義:用產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、上圖為簡圖,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鉆孔、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、上圖為結構簡圖,實際情況需根據產品結構做相應設計;

3、汽缸根據產品大小和加工時受力情況而定,常用SDA50X50;


03數控、儀表夾頭、A數控夾頭、內束夾頭



設計要點:

1、上圖未標識尺寸依據實際產品的內孔尺寸結構而定

2、與產品內孔定位接觸的外圓在制作時需留單邊0.5mm的余量,*后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,拉桿部分45#

4、拉桿部分的螺紋M20為常用螺紋,可根據實際情況調整該螺紋


儀表內束夾頭


設計要點:

1、上圖為參考圖示,裝配尺寸和結構依據實際產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、上圖為參考圖示,實際尺寸依據產品的內孔尺寸結構而定;

2、與產品內孔定位接觸的外圓在制作時需留單邊0.5mm的余量,*后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,具體結構需依據產品的實際結構來設計,思路就是用盡可能簡單的方式密封產品,讓需檢測密封的部分充滿氣體來確認其密封性;

2、汽缸的大小可根據產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產品的便捷;

3、與產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,同時注意如有與產品外觀面接觸的定位塊盡量使用白膠類的塑料塊并且在使用過程中蓋上棉布防止碰傷產品外觀;

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


05沖孔工裝


設計要點:上圖為沖孔工裝的常用結構。底板作用為方便固定在沖床的工作臺;定位塊作用為固定產品,具體結構按產品的實際情況而設計,中心點圍繞能方便安全的取放產品;擋板作用在方便產品從沖刀上脫離;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產品的實際情況設計。


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,需根據產品的實際結構來設計。值得注意的情況在產品放置在焊接工裝上不得用工裝之間產生密封空間,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后的尺寸。


07拋光治具



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。其設計思路為根據組件裝配的結構能便捷的取放產品,在裝配過程中不能損壞產品的外觀表面,在使用過程中能蓋上棉布來保護產品。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:

根據產品實際情況的刻字要求來設計工裝的定位結構,需注意產品取放的便捷性,和產品外觀的保護,定位塊和與產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范

1.目的:規范波峰焊過爐夾具設計/制作標準,提高產品過爐PPM及品質工藝要求.


2.適用范圍:本標準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.新產品導入時,產品工程師依產品設計及試產會議記錄,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.材料及資料準備﹕

    5.1.1.設計波峰焊夾具時選擇材料應是高阻、高溫防靜電屬性材料(我司通用為玻纖材質,客戶有特殊要求按客戶要求制作); a: 合成石材質 b: 玻纖材質  c: 其它材質

    5.1.2資料準備:a:Gerber文件      b:PCBA板

5.2.過爐夾具的*大外圍尺寸﹕420長(L)* 320寬(W),治具寬度統一為320MM,長度要根據PCB板材組合而定,為節省助焊劑噴霧量,治具長度方向盡可能短。(長度方向不能留太多空余部分); 

5.3.夾具45o 倒角邊;

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,底部增加補丁并倒R角,治具總厚度低10mm; 

5.8.為防過爐時治具堵在波峰口不走所有螺絲(螺釘)不能從治具底部打,必須從元件面向過錫面打;  

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封裝的IC為防過爐冒錫造成連錫,治具制作時必須封堵(制作前具體由產品工程師及PIE工程師確認);

5.11.主板上有LED燈,紅外接收頭工藝要求需要浮高的產品,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為10mm﹐厚為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.治具四周固定擋條需以寬度12mm的FR4材料所制﹐且每隔95mm(主板較小的60mm)鎖一顆螺釘, 兩相鄰擋條的交界處需要用螺釘鎖住,避免治具的變形﹐治具內必須標識治具的過爐方向,治具編號、適用機型等信息

5.15.治具四周固定擋條距離PCBA放置槽距離為15mm﹐定位壓扣每距離90mm需鎖一顆, 定位壓扣距離固定擋條的距離是5mm﹐治具上定位PCB的各個壓扣位置必須選取在PCB邊緣無組件干涉的位置。

5.16.治具上保護SMD組件凹槽的大小必須以B面的SMD組件絲印內側來銑,深度一般以高出組件本體高度0.3mm為準,若B面組件為BGA、connect、CCD sensor等熱敏組件其深度需要以高出組件本體高度的0.6mm來開并留透氣通道,避免高溫造成其不佳。

5.17.治具上保護SMD組件凹槽璧厚至少為1mm以上;

5.18.治具上必須開一對稱的取板槽,方便取放基板,取板槽位置必須在無DIP組件干涉的位置;

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.錫面組件高度3mm以下﹐治具的厚度采用4mm材料制作 ,倒角必須大于140度.焊錫面組件高度3mm以上﹐治具的厚度根據元件定制材料制作 ;

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. 所有治具的設計和制作需要考慮到制程防呆;

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.紅膠工藝SMT貼片元件焊盤邊緣距離開孔壁之間距離不應小于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. 所有治具與PCB接觸的面必須做平整且在同一平面內(0.2mm),不可有突起及凹陷現象; 

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)夾具的主要目的是為了將工件快速、準確地定位以及適合的支撐、維持,使在同一夾具上生產的所有工件都固定在特定的范圍內,保證產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)可以將復雜的工作單一化,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,可以提高生產效率,保證產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為裝配用夾具,加工用夾具,檢查用夾具等。

1)裝配用夾具

作 為把單件通過結合,連接,焊接等方法裝配為完制品的夾具,需滿足以下條件:**,工件的取放要容易,第二,所有的工作盡量在夾具夾緊的狀態下完成,第三, 工作條件要選擇*方便的位置進行,第四,零件要固定在正確的位置,*后,焊接的情況,要求俯視工作姿勢的作業性,一般可分為機械裝配夾具,焊接夾具,用粘 合劑的裝配夾具等。


(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,為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

為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

機械方法或焊接無法實現的裝配的情況,根據特殊的意義使用粘合劑方法。一般車身工廠使用的粘合劑釘牢部位HEM’G膠,用于加固及防音、防震等目的的乳白膠等。


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


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、鉆等加工機械特性為依據的夾具。


3)檢查用夾具

為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,或為了防止不佳品投入下一道工序,實現產品的均衡的質量管理,一般使用的檢查用夾具為INSPECTIONCHECKER或CHECKER,CHECKER也可以定義為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復合使用夾具&固定裝置,可以認為相同,在歐美地區叫FIXTURE的情況較多,在日本稱為JIG的情況較多,韓國稱JIG的較多。


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