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治具设计规范


治具设计规范 治具设计规范就机械设备行业而言,广义的夹具可包括机器夹具(Machine Fixture),冲压夹具(press Fixture),热 处理 夹具(Heat Treatment Fixture),焊接夹具(Welding Fixture),装配夹具(A 关于机械设计方面的读物和文章,网上或 书店流行且比较实用有效的,95%是所谓的《机械设计图册》或者《精巧机构设计实例》之类。然而,即便是标榜“经验”或 分析,个人觉得,还是停留在教材阶段,对初学者或者基础不够扎实的设计者来说,能够应用和受益的范围和层次都比较有 限。 相反,倒是论坛有些“菜鸟” 其实大部分都有相当经验了: ( )提出某某问题,引来多人竞答而带有“专题性”的内容,和实际工 作贴合较紧,有用可用也。有鉴于此,我有意结合自己的工作经验、感受和认识,给想了解或进入机械行业的朋友作一些介 绍和分享,可能陆陆续续会有,不求理论如何正确观点如何新颖,但求对大家有启发有帮助。 (注意,绝不是在卖弄哦,纯粹 无私分享个人经验、教训和感受罢了,希望大家也都不要太闭塞和吝啬: ) 由于机械是一个很宽泛的行业,而个人往往只是从事其中一个分支或部分,不可能面面俱到,因此我拣广为人知相对简单的 夹治具谈起。当然,不管分得多细多深,都只是实践性操作和行业特性有些区别,所涉及的机械理论是通用的,都能被大家 接受。 关于夹治具的确切定义,没有找到(也没必要追究,知道是什么就足够了) ,我认为是:为解决实际问题或实现某个功能而针 对性制作的辅助性装置。特点是:结构简单,应用广泛,种类繁多,可以是一块铁片,也可以是一台设备。比如,磨床用挡 块,可以叫它夹治具;比如,Hi-pot 测试机,可以叫它治具。 (注:名词来源日本,我们叫工具) 电子行业的夹治具,大致有压入、折弯、切断、铆合、熔接、测试、固定等分类,当然,也可以分为普通和特殊两类,看个 人喜好或等专业书记去整理规定了。基本上,除了电测和熔接,一般工厂都有自己的设计部门或干脆自己制作。可以断言, 有电子厂的地方,就会有夹治具;没有电子厂的地方,夹治具也比比皆是。相应地,这类工作需求是比较大的,由于入门相 对容易,也比较适合学历层次不够高(工厂一般要求不高)或者作为转机械行业的一个突破口。 从某种意义上讲,夹治具设计更能锻炼一个人的异常分析和问题解决的能力,而设计能力相对比较复杂设备如自动机之类而 言,会比较淡薄和次要些。为什么这么说呢?理由有二: 1. 治具在设计上以简单、好用和安全为原则,体现在结构上也体现在工件上。所以,知道怎么做了,从画图到组装到调试成 功,几乎不用费多大劲。然而,治具服务的对象,往往有些是不能实现自动化而手工作业困难的棘手产品,这时,会经常头 痛,如果有问题不是机械本身问题,但如缺乏异常分析和甄别解决问题的能力,就会被混淆欺骗,就会被搞到寝食不安,每 天头发像刺猬: ) 大多数工厂 (尤其大陆) 生产基本工序大都仍是人在主导, 治具发挥的是辅助性作用。 由于结构相对简单, 有时要实现某个“复 杂”功能或解决某些疑难问题,确实很伤脑筋,而主管或别部门的人才不管这些,他们通常会说,某某,产线 XX 产品不良多, 你弄个治具或把已有治具改善下。简单解决简单,当然没问题了,遇到麻烦的,可能就要考验下分析和解决问题的能力了, 而一旦你找到原因和对策,设计个夹治具要不了两三天,因为简单。有时,产线会拿一大堆不良品来找你算帐,如果你不能 找出“反证据” 那么你要么可能稀里糊涂做了替罪羊,要么可能费老大一番工夫才找到原因,然后吐血 30 两。 ,

2.通常设计夹治具,考虑最多的,往往不是机械本身,而是产品或制程方面,无论怎么做,每套治具的成本差别不大(专案 费用也限死了) ,就算多花个三五万,企业也能接受;如具备丰富的产品和制程经验,往往能洞悉先机,在未生产时就对产品 可能问题提出改进,同时拟出一套合理高效的生产方案,然后再细化到各工站夹治具制作,也就长远性地保障成本控制和效 率提升,这部分是企业最在乎的。同工站的治具,会有很多方案,有时需要综合考虑产品特性、产能要求、成本控制等因素 才能定稿,这个过程其实更多是一种机械以外的分析能力,而不单纯是所谓的设计能力。换言之,优秀夹治具设计者同时应 该是产品、制程和设计全通,否则水平会低一个档次,哪怕图画得再漂亮,治局具做得再巧妙。事实上,不懂产品不了解制 程的设计师,我相信也捣不出象样的治具,甚至可以说只会制造麻烦。

当然啦,强调机械以外的问题分析和解决能力,并非忽视淡化机械本身的功用。相反,机械设计师必须以设计能力和水平为 最基本和最重要的“拳头”来武装自己,而且要注意不断增进从各个方面提高自己的,否则很容易就落伍了,至少很多案子会 由于困难或毫无头绪而经常找借口:老板,这个东西,难以做到!而事实上,同样的问题,也许别的厂家或者别人正在克服 或已解决。 我一直认为,设计师拟定一套设计方案需要考量的东西很多,很大一部分就在机械之外。机械技术发展到今天,已经算是很 烂熟了,为什么还会遇到各种棘手问题,为什么还会有些技术难题难以逾越,很大程度上,与这些发展更快几乎日新月异的 机械以外的因素有关。比如,摩托罗拉对手机连接器端子共面要求,从以往的 0.15mm 到 0.1mm 直到目前的 0.08mm,可谓 难度不断提升,但机械技术呢,更别说作为个体的设计能力和经验了? 夹治具尽管简单、易上手,但其设计理念和水平,基本上可以反映一个人的机械功底;反之亦然。很多功能或问题,都要结 合机械来考量,否则只能是巧妇难为无米之炊或“扯蛋” 恰恰有些部门的同事就这样,他们对机械乃至夹治具毫无所知或一知 。 半解,只会根据自己的想法要求或批判,有时会让人无所适从或不知所谓。在企业做事,问题永远解决不完,很多时候会有 黔驴技穷的感觉,但还是得想方设法去完成,别人只看结果,借口只有老板才有。 大多数夹治具设计者,可能都在使用 AutoCAD,原因很简单,3 维软件昂贵而公司不敢用盗版的,当然,还可能是设计主管偏 好或只会 2D 软件。我个人觉得,对初学者而言,三维设计二维出图,绝对是个比较理想的方式。类似 Pro-e、Solidwork、O nespace 等软件,学起来并不太吃力,用于夹治具设计那部分更是可以轻松学会。三维软件有个好处,比较直观,看不懂图纸 的人,会操作也能把图“摸”个大概,这样解放了设计上的读图和想象力障碍;同样道理,好的 IDEA 或设计灵感,只要动动 鼠标键盘,也能快捷明了表达出来。把构思完整描绘出来了,其实设计已经完成了一半,含尽量最高的一半。当然,在这强 调三 D 设计的好处,绝不是在否定 2D,恰恰相反,我甚至很佩服 2D 设计者,当然,大多数情况,是其绘图能力和水平: ) 软件只是个工具,根据看个人喜好和擅长去选用,这才是正确的。我想,如果有人喜欢徒手设计,并且设计出来的东西 OK, 那么也是可以接受的,不是吗? 夹治具设计过程,第一步是了解产品。相信很多设计者,可能习惯搬,也难怪,产品都是搬的,夹治具有理由不搬?说个笑 话:我搞自动化前两年,夹治具做了很多,但有次到一家公司面试,人家拿一张很复杂的产品图给我看,而且是英文的,我 当时愣了大半天,呵呵。有从这以后,我就很注意拿到个案子,先分析产品,不是为了以后面试,而是慢慢感觉到,对产品 深入了解,其实对做夹治具百利无一害。原本,我习惯每次都是直接吊产品 3D 图进行“经验设计” 所以基本上做的东西没什 , 么问题,但有很多其实是误打误撞或者事后修改的。如果一开始就把握好产品,那么可以少走弯路,也可以将很多以后可能 发生的问题先行消灭,为公司减少浪费也是种好品德啊! 设计的第二步,当然是设计构思啦。谁都知道夹治具简单,可是正如前文提到的,还是要费不少头脑的。涉及的东西很多, 我自认为精髓的,已经归纳为一句话了:定位准,限位稳,取放易,加工少,结构巧。别看就这几个字,可综合了成本、人 机、机构等相关内容了的,每个人可能掌握和应用的层次不一样,但绝对在应该用着。而具体到实际设计中,用的东西就更 多了,凸轮、连杆、弹簧、气缸、马达、轴承……等等。需要考虑的也很多,刀具是否有较强互换性,机架是否能撑得住, 定位槽的间隙留得是否合适,万一卡料了怎么处理…….综上,其实,这一步可以说是最费头脑的,也就是通常所说的,有实 质意义的设计。 再接下来,是边绘图边检查,差不多了就把图甩出去加工了,再接着,等工件回来就装上试试,有问题赶紧趁早改好,免得 到时来不及,然后就是做样品阶段了,可能会很顺畅也可能有麻烦,要费点心思琢磨下,最好不要事不关己高高挂起,把问 题解决把样品送出去,设计基本完成了 70%, (至少说明没有致命错误: )还有 20%则要留待正式生产时才能发现和解决。也 只有经过量产确认 OK 的夹治具才是成功的,设计到此也就基本结束。那么还有 10%呢,请注意,绝对不会有完美的夹治具, 这 10%留给产线去改善,直到产品 game over 了,设计宣告彻底完成。-----注意哦,以上是一个成功的设计过程,如果是失 败的呢?其过程有时是让很多人痛苦的,越往后惹上的人越倒霉痛苦,甚至客户: )说到这,大家也许可以体会到,真正搞一 个设计是多么不容易,哪怕是个简单的夹治具 ssembling Fixture)等等。狭义的夹具,一般即指机器夹具,可简称为夹具, 它主要用于机器加工,也是机器与工件、刀具之间的桥梁,目前较统称的定义为“用以装夹工件的装置工具“为夹具。“用 以装夹工件并配合引导刀具的装置工具”称为治具或钻模 在这里,这一方面我们不做重点讨论,具体相关设计理论请详 见下述网页链接;其中的某些内容也可以作为 电子轻工行业治具设计的参考和借鉴! 就电子轻工行业而言,治具可以分为工艺装配类治具、项目测试类治具和线路板测试类治具三类。其中艺装配类治具包括装

配治具、焊接治具、解体治具、点胶治具、照射治具、调整治具和剪切治具;而项目 测试类治具则包括寿命测试类治具、包 装测试类治具、环境测试类治具、光学测试类治具、屏蔽具、隔音测试类治具等等;线路板测试类治具主要包括 ICT 测试治 具、FCT 功能治具、SMT 过炉治具、治具和 CCD 测试治具。 在这里,我们主要重点讨论工艺装配类治具,其它只做简要介绍! 通常治具的主要制作材料是钢材、电木、PVC 板、压克力板、环氧树脂板和耐高温合成石等。治具按照其动力驱动方式可以 分为手动、气动、液压、气动液压、电动、磁力、真空等;按照其应用特点可以分为通用治具、专用治具、可调治具、组合 治具、随机治具和成组治具六个类别 夹治具设计需要遵循的一些设计准则: 1、要了解整个生产、加工和制造的方法与过程;不要仅依靠自己的知识来判断,必须保持有别的看法之柔软性。 2、要注意基准面、基准点的设定,要统一前后工程,不可相互矛盾。 i3、要考虑到定位支承必须配合加工对象且要保持充分的刚性。 4、要尽量简单而单纯;要站在使用者的立场设计;要考虑到作业者浪费动作,要提高手动机构的操作性。 5、要考虑到安全第-,要设计成即使操作错误也是安全的。 6、要考虑充分的调配性(标准品),多使用标准品(市售品、标准规格品等),尽量避免使用特殊品。 7、要从使用频率与磨耗的关系来考虑耐久性(零件的淬火等)。 8、要考虑到价格、精度、安装容易与耐用。 在通常情况下,工艺装配类治具设计主要涉及到定位、夹持和运动件在某个单方向上的前进与后退的伸缩控制与调节。 定位主要需要考虑到定位基准、定位元件、定位方法、定位误差以及前后左右上下 6 个方向上的自由度如何限定与掌控 夹持主要需要考虑到: 1、夹紧装置在对工件夹紧时,不应破坏工件的定位,为此必须正确选择夹紧力的方向及着力点。 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,操纵方省力和安全。 4、夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。 夹持的主要实现方法:1、弹簧夹持 2、铰链夹持 3、定心夹持 4、偏心夹持 5、联动夹持 6、螺旋夹持 7、斜楔夹持 在某个单方向上的前进与后退的伸缩控制与调节的实现方法:手动、气动、液压、气动液压、电动、磁力、真空等。

治具设计的一般要求 设计治具的最终目的只有一个:服务生产,因此具体要求都是围绕这个目标展开的。 再细分,比较重要的,大致上有以下几个: 1.精度:治具精度超过产品精度,机具才能正常作业;精度并非越高越好,否则会造成浪费; 2.稳定:只有大量生产,这个指标才能体现出来,因此也可以说,量产前,设计人员还有机会做些检查或补救工作,以提高自己设 计的作品稳定性。稳定性表现为效率长时间维持在较高水平,停机故障时间少,

不良率波动不大或者略有下降… 3.高效:能超越设计时定目标产能,是让人满意的结果,起码也要达到既定产能或者能够满足现有产能要求,设计之初应拟出合 理或者有余地的产能目标,同时在设计时充分考虑到高效问题。 4.安全:重要性不言而喻,关于安全性问题,是设计者必须贯彻到设计中去的.只要有疏或隐患,生产中就极可能发生安全事故, 从道义上从责任上,设计都不应该成为原因。 5.价格:用于服务生产,价格不是最重要的,但在诸项指标得以保证的前提下,低成本将是考验设计水平高低的一个因素,也是 一个坚守职业操守的设计者应该有意识去努力的。 6.人性化:这是近年来比较流行的一个词语,不仅在治具上,各行各业,社会百科,均如此呼声越多越高,一方面表明社会或行业 人性化不足,另一方面昭示着人性化之重要性和时代意义。与时俱进的产品,不 应当逆势而为,事实上,设计时多点设身处地考虑,多点人文 关怀,多点思考和投入,这不会是一个问题


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