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焊接工装及其设计
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!焊接工装及其设计第五篇第一章概述第一章概述第一节焊接工装的作用、分类和特点在机械加工、产品检验、装配和焊接等工艺过程中，使用着大量的工艺装备，简称工装（!大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要各制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者外协定做。焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是焊接生产工艺设计的主要任务之一，对于汽车、摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。因此，焊接工艺人员应掌握有关工装设计的基础知识。通常在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和简要说明（例如装配焊接顺序、焊接变形预防或减小措施、焊接速度和焊接电流回路等）。在此基础上由工装设计人员完成详细的结构和零件设计及全部图样。如果设计者对焊接工艺过程生疏，往往设计的工装夹具适用性较差，甚至不能满足生产要求。事实表明，为了使设计的工装适用性良好，通常由工艺工程师来主持设计或亲自参与设计。一、焊接工装的作用保证其互换性’(提高焊接制品的精度，?*))?第五篇焊接工装及其设计在装配定位焊时，如果不使用工装夹具，即使组合件是由几个零件组成的，欲保证各零件精确的相对位置，也是不可能的。此外，在焊接过程中，焊件往往会产生变形，尤其是复杂的结构，其变形有时会达到无法消除的程度，就会影响到后面总装配工作，甚至造成产品报废。采用工装夹具，不仅可以保证装配定位焊时，各零件正确的相对位置，而且可以防止或减少工件的焊接变形。尤其是批量生产时，可以稳定焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品的互换性。降低制造成本!焊接结构生产过程一般包括：准备（焊接材料的清洗、烘干、工件开坡口等），装配（对正、定位、夹紧或点固焊等），焊接，清理（从工装夹具上卸除工件，清除焊渣等），检验，焊后热处理及矫正，最后检验等工序。焊前和焊后各项辅助工序的劳动量往往超过焊接工序本身。因此，提高劳动生产率最有效的措施是减少辅助工序的时间。在焊接结构生产中，由于焊件的复杂程度不同，纯焊接时间仅占产品全部加工时间的#$%&’$%，其余为备料、装配及辅助工作等时间。对于梁柱结构，装配与翻转工作时间占总生产工时的对于圆筒结构，其壁厚#)**、长度#而其辅助时间为.$*,-，即焊接时间只占装焊总工时的#/%，在这种情况下，即使+*,-，把焊接速度提高#倍（一般很难办到），也只能提高生产率约#$%。如果采用高效率的焊接工装夹具，使辅助时间减少到!$*,-，那么劳动生产率就可以提高.$%。显然，欲缩短生产周期，提高劳动生产率，除了采用自动化焊接工艺外，还要采用先进的装配工艺，采用机械化和自动化程度高的工装夹具。采用焊接工装还可以降低制造成本。产品成本一般包括原材料费用、燃料动力费用、厂房设备折旧费、工资、管理费等。制造焊接工装虽然要增加产品的成本，但是各种工装和设备投资以及管理费等，仅仅是分摊到每个产品上的一部分。一旦焊接工装发挥作用，它就能减少装配和焊接工时的消耗，从而提高劳动生产率；降低对装配、焊接工人的技术水平要求；由于焊接质量高，可以减免焊后矫正变形或修补工序，简化检验工序等，缩短整个产品的生产周期。这些效果导致产品成本大幅度降低，制造工装设备的投入将远小于产出。另外，采用工装并不意味着要选用机构复杂、价格昂贵的设备，许多情况下采用一些简单的定位器、夹紧器或将现有设备稍加改装，往往也能收到明显的技术经济效益。保障安全生产’采用工装夹具，工件定位快速，装夹方便、省力，减轻了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动；焊件的翻转可以实现机械化，变位迅速，使焊接条件较差的空间位置焊缝变?./+?第一章概述为焊接条件较好的平焊位置焊缝，劳动条件大为改善，同时有利于焊接生产安全管理。二、焊接工装的分类焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程和要求也各不相同，相应的工艺装备在形式、工作原理及技术要求上也有很大差别。为了适应技术管理工作的需要，便于掌握各类工装的工作特点和设计基本方法，有必要就目前已有的焊接工装进行分类。!（!）装配用工艺装备这类工装主要任务是按产品图样和工艺上的要求，把焊件中各零件或部件的相互位置准确地固定下来，只进行定位焊，而不完成整个焊接工作。这类工装通常称为装配定位焊夹具，也叫暂焊夹具，它包括各种定位器、压夹器、推拉装置、组合夹具和装配胎架。（#）焊接用工艺装备这类工装专门用来焊接已点固好的工件。例如，移动焊机的龙门式、悬臂式、可伸缩悬臂式、平台式、爬行式等焊接机；移动焊工的升降台等。（$）装配焊接工艺装备在这类工装上既能完成整个焊件的装配又能完成焊缝的焊接工作。这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综合机械化装置，如一些自动化生产线。应该指出，实际生产中工艺装备的功能往往不是单一的，如定位器、夹紧器常与装配台架合在一起，装配台架又与焊件操作机械合并在一套装置上；焊件变位机与移动焊机的焊接操作机、焊接电源、电气控制系统等组合，构成机械化自动化程度较高的焊接中心。#（!）通用焊接工装指已标准化且有较大适用范围的工装。这类工装无需调整或稍加调整，就能适用于不同工件的装配或焊接工作。（#）专用焊接工装用。（$）柔性焊接工装指用同一工装系统装配焊接在形状与尺寸上有所变化的多种工只适用于某一工件的装配或焊接，产品变换后，该工装就不再适件。柔性概念没有明确的界限，可以是广义的，即工件变化可以在大范围，形状完全不同，尺寸变化也很大，如组合夹具；也可以是狭义的，工件变化只在小范围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围内，如可调整夹具。$可分为手动、气动、液压、电动、磁力、真空等焊接工艺装备。?’&%?第五篇焊接工装及其设计!可分为电弧焊工装、电阻焊工装、钎焊工装、特种焊工装等。三、焊接工装的特点焊接工装的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构决定的。与机床夹具比较其特点是：（#）在焊接工艺装备中进行装配和焊接的零件有多个，它们的装配和焊接按一定的顺序逐步进行，其定位和夹紧也都是分别的单独的或是一批批联动地进行，其动作次序和功能要与制造工艺过程相符合。（$）焊件在工装中比机加工零件在机床夹具中受有较小的夹持力，而且不同零件、不同部件的夹持力也不相同。在焊接过程中，当零件因焊接加热而伸长或因冷却而缩短时，为了减少或消除焊接变形，要求对某些零件给予反变形或作刚性固定。但是，为了减少焊接应力，又允许某些零件在某一方向是自由的。有些零件仅利用定位装置定位即可，而不夹紧。因此，在焊接工装中不是对所有的零件都作刚性的固定。（%）由于工装往往是焊接电源二次回路的一个部分，有时为了防止焊接电流流过机件而使其烧坏，需要进行绝缘。因此绝缘和导电是一个重要而特殊的问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使焊接接头强度降低。在设计电弧焊用的变位机时，如果导电系统设计不当，将会烧坏轴承。（!）焊接工装要与焊接方法相适应。例如，用于熔化焊的夹具，工作时主要承受焊接应力和夹紧反力以及焊件的重力；用于压力焊的夹具主要承受顶锻力。薄板钨极氩弧焊要求在夹具上设置铜垫，埋弧焊可在夹具上设置焊剂垫；焊接钛合金、锆合金等活性材料，可以考虑背面充氩气保护；焊接高强钢为防止裂纹需要焊前预热或焊后缓冷的，可以考虑在夹具上设置加热装置；再如，为了避免直流电弧的磁偏吹现象，焊缝两侧的压块不用磁性材料制作；真空电子束焊所使用的夹具也要考虑磁性材料对电子束聚焦的影响。（&）焊接件为薄板冲压件时，其刚性比较差，极易变形，如果仍然按刚体的六点定位原理，即%’$’#定位，工件就可能因自重或夹紧力的作用，定位部位发生变形而影响定位精度。此外，薄板焊接主要产生波浪变形，为了防止变形，通常采用比较多的辅助定位点和辅助夹紧点以及过多的依赖于冲压件外形定位。因此，薄板焊接工装与机床夹具有显著的差别，不仅要满足精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易变形和制造尺寸偏差较大的特征，在第一基面上的定位点数目!允许大于%，即采用!’$’#定位原理。?!)(?第一章概述第二节焊接工装设计的基本原则焊接工装设计是焊接生产准备工作的重要内容之一。工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接的影响，为此，设计焊接工装时必须考虑以下几方面的基本原则和要求。一、实用性原则实用是指工装的使用功能，它既表现为技术性能好，能满足装配焊接工艺要求，同时也表现为整个工装系统与人体相适应，操作舒展方便，安全省力，符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能达到最佳状态。焊接产品总是由两个以上的零部件组成，出于施焊方便或易于控制焊接变形等（!）原因，装配和焊接两道工序可能是先装完后再焊接，也可能是边装边焊；装配焊接完后成为一个永久连接的整体，体积和重量都大幅度增加，结构更加复杂，所设计的工装应能适应这种情况。焊接顺序对工件的焊接变形影响较大，在设计焊接工装时应考虑先焊精度要求低的部分，后焊精度要求高的部分，以便保证工件的主要精度要求。（（#）焊接方法不同，对工装的结构和性能要求也不同。手工电弧焊用的工装一般对运动速度要求不严格，甚至可以不要求带动工件翻转；自动焊用的工装，一般对焊接机头的定位精度和运动平稳性有较高的要求，并能在较广范围内调节焊接速度；用电作热源的焊接方法，一般都要求焊件本身作为焊接回路中的一个电极，这就可能要求焊接工装夹具有导电或绝缘的功能，当焊接电流很大时，导电部分还需采取散热措施。对于手动夹具和移动式工装，在保证足够刚度的前提下，尽量减轻重量。（$）?$%!?第五篇焊接工装及其设计（!）尽量使焊缝处于平焊位置，因为平焊较其他位置的焊接更容易获得高质量焊缝，同时可省时省力。尽可能在夹具上焊接全部的焊缝或焊点，同时被焊工件的翻转次数要少。（例如，设计的工装是适应于焊工坐姿操作还是站姿操作；夹紧器的布置和焊接位置是否在最佳作业范围内：装配焊接顺序除满足焊接工艺要求外，是否形成了流畅的动作轨迹；手动夹紧器的手柄，手感舒适，施力方便，操纵力没有超出人的用力限度，等等。有关人机工程设计的具体数据请查阅设计手册和有关专著。二、经济性原则经济性原则就是力求用最少的人力、物力和财力来获得最大的成效。通常重大的工艺装备设计制造必须进行经济分析。由于这些装备的设计和制造费用最后都要摊入产品制造成本，故在设计时需要进行方案比较。工装的经济性分析应符合下式!/0式中（!(/(/）——采用工装进行装配、焊接、机加等工序的费用；!/、——未用工装进行装配、焊接、机加等工序的费用；!.、——工装制造费用；$———采用工装制造工件数。%—从经济角度来看，工装制造费用应低廉，缩短工装投资回收期，设计时尽量采用标准零部件，在保证工装可靠性的同时减少精加工比例和结构重量。提高生产效率可降低产品的成本，另外采用工装，提高了产品质量，可使产品增值。是否采用工装，采用何种类型的工装还取决于生产纲领（年产量）和生产类型（单件生产、大量生产、成批生产）。单件或小批生产时通常采用通用的、标准的工装夹具组件或万能装置，大批大量生产时采用专用工装或自动化生产线。?543?第一章概述三、可靠性原则工装在使用期内绝对安全可靠，凡是受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受焊件重力和因限制焊接变形而引起的各个方向的拘束力等。另一方面，工装具有防差错功能，防止操作者出现错装、漏焊或者错焊零件等制造差错。以往可靠性设计仅注重工装的结构强度和刚性，而忽视产品制造的可靠性，由于设计的工装不具有防差错功能，生产中制造差错造成废品或返工的现象屡见不鲜。实际上，工装的结构强度和刚性容易满足，而工装的防差错设计（!差错是指人所犯的不经意的、偶尔的错误。生活中如家里的门关了，钥匙却留在家里；工作中如漏装零件、错装零件、不正确的处理等。防差错是生活和工作中的一个理念，就是要确保生活和工作中不犯这类不经意的、偶尔的错误，以减少生活中的麻烦和工作中的浪费。防差错设计和制造的观念源于日本丰田汽车公司零缺陷、零库存的精益生产核心。“防差错设计”就是要通过产品的设计和制造工艺的设计过程来减少损失，防止产品在制造中产生缺陷，以减少各种浪费。然而，有些差错还很难控制，例如，在大量重复的工作活动中，人的行为已成为半机械性的，加上各人适应同一种工作能力的差别，以及在工作中出现片刻的走神，比较容易产生一些不经意、偶尔的错误。资料统计显示，如果不采取措施，一个工位上的操作工每操作-...次，即使是最好的成绩也会出现/01次错误。这样，一个装配线若有2..个工位，各操作-...次，则意味着会有3..04..次错误的可能。若有机器故障则出错概率更高。因此，必须研究各种差错产生的原因，并采取相应的措施，以免再次发生同类差错。现代轿车的车身多为钢板冲压焊接而成，一般完成一辆轿车车身的焊接，大约需/..固定近2..多个零件的组合定位及近1...多个焊点的焊接。由01..套焊接工装夹具，于焊接生产的大量作业，操作者在装焊过程中常常出现差错，造成一些不必要的经济损失。因此，焊接工装夹具的防差错设计在大批量生产中显得尤为重要。工装夹具的防差错功能是其使用可靠性的重要方面，有了防差错功能，一些偶尔的、不经意的差错在大量生产操作时就不会产生。例如，操作失误，夹具就夹不上工件；操作失误，机器便不工作；操作有误，下道工序便不能进行；工件有缺陷，机器便不能加工，等等。?14/?第五篇焊接工装及其设计湖北神龙汽车有限公司根据在轿车车身焊接生产线中解决问题的经验，归纳了几条焊接夹具的防差错设计原则，供设计者参考。（!）左右对称零件防差错定位的设计原则轿车车身上有很多左右对称零件。如果在一个工厂生产，就会出现不经意的、偶尔的差错，因此，当在设计这类左右对称零件的焊接夹具时一定不要作为左右通用的夹具，必须是左右各归其位，确保生产过程中不出现错焊。图其废品或返工的损失就是几万元。为此工厂要求操作工采取自检自控的办法，即在每拿取一个铰链时一定要识别出左右门铰链，这无形中增加了操作时间一辆车+个门铰链，每辆车焊接时间增加’(’&&,+-’(则多花费.&$%)*的时间。图因此，现场技术人员应用了防差错的思想理念，对左右铰链的焊接定位夹具进行了改进，原定位方式是仅设置一个定位挡块，该方式可以放置左门铰链，也可放置右门铰链。改进后的定位方式，只是在原夹具的基础上增加了一个定位挡块，就使左门焊接定位夹具只能放置左门铰链，右门焊接定位夹具只能放置右门铰链，这样就不会产生错焊的现象。如果该门铰链不能置于定位夹具，则可检查该批铰链是否送件差错，以便立即?$+$?第一章更换。这样既防止出现差错又省时省力。（!）小件与大件组合防漏放的设计原则概述小件与大件的焊接组合也是常见的，为装夹定位方便，一般夹具的设计是将小的零件放到下面，大的零件放在上面，焊接时看不见小零件是否放入，习惯感觉小零件是肯定放入了，结果焊接完成后经常出现没有焊接小零件的现象，因此定位夹具上应增加小零件的控制功能，以杜绝这类差错产生。（不对称边零件（如钩形、梯形、三角形、的使用也是非常广泛，如果这类零件#角形等）有两种放置定位状态，也会出现差错焊接现象，因此这类零件夹具设计的定位只能设计为惟一性放置状态。四、艺术性原则要求工装设计造型美观，在满足功能使用和经济许可的条件下，使操作者在生理上、心理上感到舒展，给人以美的享受。造型美观是产品整体体现出来的全部美感的综合，它主要包括形式美、结构美、工艺美、材质美以及强烈的时代感和浓郁的民族风格等。造型美与形式美不同。形式美指的是通过点、线、面、空间、色彩、肌理等一系列的要素，构成形象，并且产生审美价值。而造型美不仅包括形式美，而且把形式美的感觉因素、心理因素建立在功能、构造、材料及其加工生产技术等物质上。因此，造型美法则是包括形式美法则在内，如变化与统一、均衡与稳定、比例与尺度、对比与调和等，综合各种美感因素的美学原则，也是适应现代工业和科学技术的美学原则。造型设计的原则：实用是第一位的，美观处于从属地位，经济是约束条件。工业产品造型设计首先要满足实用功能，设计的好坏并不由设计者鉴定，而最终由用户鉴定。工业产品一旦丧失了使用功能，其艺术价值也随之丧失。但也不能把使用功能和艺术造型对立起来，两者是辩证统一的。功能决定造型，造型表现功能，但造型既不是简单的功能件的组合，也不是杂乱无章的堆砌，而是建立在人机系统协调的基础上，应用一般形态构成艺术规律和造型美学法则对其加以精练和塑造，使功能更合理，造型恰到好处。?&%$?第五篇焊接工装及其设计第三节焊接工装设计的步骤和内容一、明确设计任务，收集设计资料工装设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，认真研究设计任务书中提出的设计要求，明确设计任务并收集下列资料：（!）产品的图样、焊接组件图及技术要求。（（#）工装设计任务书。（$）了解本厂制造、使用工装情况和车间生产条件，如起重运输能力、作业面积、水气电供应和技术水平等。（%）收集有关夹具零部件标准（国家标准、行业标准、企业标准），典型结构图册和夹具设计手册等。二、拟定工装方案、绘制结构草图根据上述设计资料和工艺分析，结合现场生产实际，即可着手拟定工装的设计方案。此时可用草图的形式多绘几种不同的结构类型，然后在听取各方面意见的基础上，进行分析比较，完成结构草图设计。方案构思应考虑下列内容：（!）机械化、自动化程度，是专用还是通用。（（#）工装的基本构成和总体布局，夹具体和主要零部件的基本结构形式。（$）主机或主要机构的基本参数和技术性能的初步确定，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。工装结构草图的绘制过程可按以下步骤进行：（!）布置图面，画出工件位置，选择适当的比例，尽量用!&!比例，使图形的直观性好，工件过大时可用!&第一章操作者的工作位置。概述（!）设计定位元件。根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上，与工件的定位基准形状和精度相适应。（（#）进行传动装置、夹具体和连接件等的绘制，形成一张完整的工装结构草图。三、进行必要的分析计算在结构草图设计过程中，要进行必要的分析计算，如几何关系计算、定位误差分析、夹紧力的估算、传动计算、受力元件的强度与刚度计算等。四、绘制总装配图草图绘制后，须经审查修改后才绘制正式总装配图。总图的绘制过程与上述草图绘制过程基本相同。只是要求图面大小、比例、视图布置、各类线条粗细等均要严格符合国家制图标准的要求。总装配图中除应将结构表示清楚外，还应反映以下几方面的内容：（$）标注有关尺寸、公差及配合。（!）制定工装的技术条件。技术条件主要是指对工件加工要求有直接影响的位置精度要求，或在视图上无法表达的有关装配、检验、调整、维护、润滑等方面的要求。夹具的各项技术条件，一般按《互换性原理与技术测量》中规定的符号标注于视图中的相关位置或用文字说明表示在图中空白处的适当位置。（在标注零件编号时，标准件可直接标出国家标准号。明细表要注明工装名称、编号、序号、零件名称和材料、数量等。五、绘制工装零件图主要绘制工装中非标准零件的工作图。每个零件必须单独绘制在一张标准图纸上，尽量用$%$比例，按国家制图标准绘制。零件图的名称和编号要与总装图一致，零件图中的尺寸、公差及技术要求应符合总装图的要求。六、编写设计说明书和使用说明书?#’&?第五篇焊接工装及其设计第二章焊接工装夹具第一节焊接工装夹具的分类、组成和特点一、焊接工装夹具的分类与组成焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的夹具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。焊接工装夹具按动力源分为七类：一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具（又称为胎具或专用夹具）。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结?第二章构形式。焊接工装夹具定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。夹紧机构是夹具的主要组成部分，其结构形式很多，且相对复杂，驱动方式也多种多样。在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。这种多动力源夹具，称做混合式夹具。在先进工业国家里，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化，在工艺设计时进行选用即可。我国焊接工作者，正进行着这方面的研究开发工作，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的夹紧机构出现。二、焊接工装夹具的特点焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点：（!）由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。（机床夹具则不然，除少数加工细长件的夹具，如加工光杠、丝杠用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，其他夹具均对工件作刚性夹固。（#）对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少，更便于从夹具上取下。对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。（$）对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。而机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。（%）与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电和绝缘的问题。?$’&?第五篇焊接工装及其设计（!）焊接工装夹具一般比机床夹具大。装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和定位夹紧的质量。（（#）除精密焊件所用的夹具外，一般焊接工装夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度均低于机床夹具的相应指标。以上八点是焊接工装夹具与机床夹具的主要不同之处，设计焊接工装夹具时，要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具，能满足使用要求。第二节焊接工装夹具的设计一、对焊接工装夹具的设计要求（$）焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。（%）焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。（&）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。（’）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。（(）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬垫等措施。接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和（!）定位器表面的损伤。（?’*)?第二章焊接工装夹具（!）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电子束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。（（#$）在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。（##）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。（#%）尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。二、焊接工装夹具设计方案的确定确定工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外，还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有通盘考虑，才能制定出最佳的设计方案。具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑：（#）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。（%）装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面、装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。（&）装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。这往往与下述因素有关：焊件的所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。!在装焊夹具上，?’第五篇焊接工装及其设计是否会破坏各零件的相互位置。若!从装配夹具上取下由装配点定好位的部件时，部件刚性不好，则会发生整体变形，甚至定位焊点发生开裂，使已装配好的零件发生位置变化。而在焊接时，则需要使焊件翻转变位，这样，若采用装焊夹具方案，是否会使夹具结构复杂化。其定位器和夹紧机构较多，若用于焊接，是否影响焊接机头的焊接可达#装配夹具，性；焊接夹具，为了防止焊件变形，虽具有较大的刚度和强度，但用于装配时，能否承受装配时的锤击力。焊作业若在同一夹具上完成，能否合理地组织装配工人、焊接工人相互协调作$装、业。%车间的作业面积和起重运输设备的负荷能力是否允许装配和焊接作业分别在各自的夹具上进行。（!）焊件的产量。例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。在中小批量生产中，夹具主要以保证装焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单、适应性广的通用夹具，使夹具的结构方案与焊件的产量相匹配。三、焊件在夹具中的定位以及定位器与夹具体（一）物体定位原则———六点定则在进行装焊作业时，首先应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图样要求得到确定位置的过程称为定位；把焊件在装焊作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。为了使焊件在夹具中得到要求的确定位置，应先研究一下物体在空间的位置是怎样被确定下来的。一个物体个物体有六个自由度，这六个自由度被消除了，则物体在空间的位置就完全被确定了，所以自由度也是决定物体空间位置的独立参数。如图#$%$&(所示，如果我们在!$第二章焊接工装夹具如果我们再在物体!的!。图$%#%由图$%#%三个支承承点在#点不能在一条直线上，被支承工件的重心必须落在这三个支承点作为顶点所构成的三角形内。这三个定位支承点之间的距离越远，则安装基面越大，焊件的安装稳定性和相关位置精度就越高，因此，应选择焊件轮廓尺寸最大的表面与安装基面接触。有两个定位支承点的平面称做导向基面。这两个支承点的连线应平行于安装基面，而且两点间的距?)-’?第五篇焊接工装及其设计离越远越有利于提高安装精度，因此应选焊件尺寸最长的表面与导向基面接触。有一个定位支承点的平面称做定程基面。显然，安装一个定位支承点就不需要很大的面积与长度，因此，通常是选择焊件较小的表面与定程基面接触。（二）焊件在焊接工装夹具中的定位方法前已述及，在装焊作业中，焊件按图样要求，在夹具中得到确定。位置的过程称为定位。焊件在夹具中要得到确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定则”。但对焊接金属结构件来说，被装焊的零件多是些成形的板材和型材，未组焊前刚度小、易变形，所以常以工作平台的台面作为焊件的安装基面进行装焊作业，此时，工作平台不仅具有夹具体的作用，而且具有定位器的作用。另外，对焊接金属结构的每个零件，不必都设六个定位支承点来确定其位置，因为各零件之间都有确定的位置关系，可利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支承点，这样，就可以简化夹具结构，减少定位器的数量。为了保证装配精度，应将焊件几何形状比较规则的边和面与定位器的定位面接触，并得到完全的覆盖。在夹具体上布置定位器时，应注意不妨碍焊接和装卸作业的进行，同时要考虑焊接变形的影响。如果定位器对焊接变形有限制作用，则多做成拆卸式或退让式的。操作式定位器应设置在便于操作的位置上。（三）定位器定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件或部件，又称定位元件和定位机构。定位器的结构主要有挡铁、支撑钉、定位销、定位样板五类。挡铁（图和支撑钉（图（图与已定位焊件之间的给定定位。定位器可做成拆卸式的（图和翻转式的（图对定位器的技术要求有耐磨度、刚度、制造精度和安装精度。在安装基面上的定位器主要承受焊件的重力，其与焊件的接触部位易磨损，要有足够的硬度。在导向基面和定程基面上的定位器，常承受焊件因焊接而产生的变形力，要有足够的强度和刚度。如果夹具承重很大，焊件装卸又很频繁，也可考虑将定位器与焊件接触而易磨损的部位做成可拆卸或可调节的，以便适时更换或调整，保证定位精度。?-.-?第二章焊接工装夹具图!挡铁；支撑钉；定位销；$）%）&）’）(形铁；定位样板；拆卸式定位器；进退式定位器；翻转式定位器)）*）,）+）（四）夹具体夹具体是在夹具上安装定位器和夹紧机构以及承受焊件重量的部分。各种焊件变位机械上的工作台以及装焊车间里的各种固定式平台，就是通用的夹具体，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧机构。在批量生产中使用的专用夹具，其夹具体是根据焊件形状、尺寸、定位及夹紧要求、?.-!?第五篇焊接工装及其设计装配施焊工艺等专门设计的。如图!的相互位置不发生改变。图!%—圆偏心—杠杆夹紧机构；#—定位器总成；$—夹具体对夹具体的要求是：!有足够的强度和刚度；导热、通水、通气及通风条件；装焊好的焊件方便地卸下；$满足必要的导电、%容易清理焊渣、锈皮等脏物；夹紧机构位置的调节与补偿；还应具有反&有利于定位器、’必要时，变形的功能。通常，作为通用夹具体的装焊平台多为铸造结构，而专用夹具体多为板焊结构。四、焊件所需夹紧力的确定在进行焊接工装夹具的设计计算时，首先要确定装配、焊接时焊件所需的夹紧力，然后根据夹紧力的大小、焊件的结构形式、夹紧点的布置、安装空间的大小、焊接机头的焊接可达性等因素来选择夹紧机构的类型和数量，最后对所选夹紧机构和夹具体的强度和刚度进行必要的计算或验算。装配、焊接焊件时，焊件所需的夹紧力，按性质可分为四类：第一类是在焊接及随后的冷却过程中，防止焊件发生焊接残余变形所需的夹紧力；第二类是为了减少或消除焊接残余变形，焊前对焊件施以反变形所需的夹紧力；第三类是在焊件装配时，为了保证安装精度，使各相邻焊件相互紧贴，消除它们之间的装配间隙所需的夹紧力，或者，根据图样要求，保证给定间隙和位置所需的夹紧力；第四类是在具有翻转或变位功能的夹具或?(’&?第二章焊接工装夹具胎具上，为了防止焊件翻转变位时在重力作用下不致坠落或移位所需的夹紧力。上述四类夹紧力，除第四类可用理论计算求得与工程实际较接近的计算值外，其他几类，则由于计算理论的不完善性、焊件结构的复杂性、装配施焊条件的不稳定性等因素的制约，往往计算结果与实际相差很大，对有些复杂结构的焊件，甚至无法精确计算。因此，在工程上，往往采用模拟件或试验件进行试验的方法来确定夹紧力，它的方法有两种：一种是经试验得到试件焊接残余变形的类型和尺寸后，通过理论计算，求出使焊件恢复原状所需的变形力，也就是焊件所需的夹紧力。这种方法，对于梁、柱、拼接大板等一些简单结构的焊件还比较有效，计算出的夹紧力与工程实际较接近；但对于复杂结构的焊件，例如机座、床身、大型内燃机缸体、减速机机壳等焊接机器零件，计算仍然是困难的。另一种方法是在上述试验的基础上，实测出矫正焊接残余变形所需的力和力矩，以作为焊件所需夹紧力的依据。焊件所需夹紧力的确定方法，要随焊件结构形式不同而异。所确定的夹紧力要适度，既不能过小而失去夹紧作用，又不能过大而使焊件在焊接过程中的拘束作用太强，以致出现焊接裂纹。因此在设计夹具时，应使夹紧机构的夹紧力能在一定范围内调节，这在气动、液压、弹性等夹紧机构中是不难实现的。下面，就一些简单焊件夹紧力的确定方法作一叙述。（一）板材焊接时夹紧力的确定板材，特别是薄板，在焊接过程中易出现波浪变形或局部的圆形或椭圆形的鼓包，在一些中厚、薄板的对接焊中，易在焊缝附近形成凹陷使整个板面扭曲变形。对板材的圆形鼓包（图!其中心的挠度图!#；!#$（!?$)(?第五篇焊接工装及其设计——作用在板材上的压力；!———鼓包半径；——板材的弹性模量；$———板材厚度；!———板材的泊松比，取将%值和#值代入式（(%$%#）后，经变换得即可利用式（(%$%$）计算出!值，此值就是若通过实验测得板材变形后的&、所需的夹紧力。因为式（(%$%$）是在弹性力学基础上得出的，若夹紧后的应力超过屈服点，此式的应用便失去了意义。为此，还要验算板材鼓包中心的应力若将%!!（(%$%#!再将式（(%$%$）代入式（(%$%+）得&’#(!!$’)$$由式（(%$%(）可根据鼓包的实测尺寸算出板中的应力值!。若该应力超过屈服点#,，则此时的夹紧力!,可利用式（(%$%+）并将!置换成#,后得到!,!,&’#($（(%$%-）在实际夹紧装置上，按式（(%$%$）或式（(%$%-）算出的夹紧力并不是均匀地分布在整个鼓包上，而是分布在沿被焊坡口长约鼓包直径的两段平行线上（例如在琴键式夹具中就是如此），此时，可近似认为每单位坡口长度的计算夹紧力!!.!!+’(&$()同理，若!0#,时，则每单位坡口长度的计算载荷为!,#,!$!.,!!?+2)?（(%$%)）第二章焊接工装夹具例如，两块板材，对接焊后出现鼓包如图为防止产生此种变形，求在单位坡口长度两边所需,$,-所示，施加的夹紧力。按式（实际上，在中厚、薄板6形坡口的对接焊中，还可能出现图焊缝上每单位长度的最大允许弯矩图%3*!式中——焊缝单位长度的抗弯截面系数，可近似认为’!。’—&$（考虑到单位长度最大允许弯矩%3*!$3*&，则根据式（$（例如，两板材对接，夹紧点距坡口中心线的距离&!-为防止“屋顶式”角变形，坡口每边单位长度允许施加的最大夹紧力可由式（$+?-77?第五篇焊接工装及其设计进行对接焊时发生的“屋顶式”角变形数值也不同，如果角变形超过某一临界值!即使!，在以!如图$%&%’所示，若焊件在夹紧状态下焊后出现角变形，其大小也可用夹紧点处的间隙式中——板材在自由状态下焊后出现的间隙；——板材在坡口每边单位长度允许施加的最大夹紧力!消的最大间隙。图$%&%’板材对接角变形示意图显然，若!例如，测得角变形,-.现拟在琴键式夹具中进行对接焊，夹紧点距坡口中心的距离#(4$11，每单位坡口长度施加的最大夹紧力!根据式（$%&%00）&03584$/?4$82320%?$?（234$%23/0）11(230411(根据计算，在夹紧点处可出现230411的间隙，这样小的间隙，反应到两边的坡口?$22?/（$%&%00）第二章焊接工装夹具上，仍可认为板材是紧贴在工艺垫板上的，同时该间隙的存在还可避免裂纹的产生，因此在工程上是允许的。根据式（!(时，应保证!’-!’.，即焊缝中产生的前已述及，板材在自由状态下对接时，其角变形存在一个临界值在夹紧状态下施焊，仍会有角变形产生。此角变形的临界值，可从式（!并以!%&为条件推出其计算式。!’.####例如，厚!%#00的板材在琴键式夹具中对接，施力点距坡口中心的距离为,&00，则其临界角变形)*+实测角变形)*+小于临界角变形，所以应根据式（!在板材对接时，若夹头与板材、板材与夹具体垫板之间的摩擦力不足以克服板材热胀冷缩所形成的变形力时，则在焊接加热与冷却过程中，坡口间隙会发生张开至合拢的变化。坡口间隙的变化，将影响焊接质量，应予避免，但不应采取增加夹紧机构拘束力的办法来解决。通常是在焊缝始末端用工艺连接板焊牢或沿坡口长度进行定位焊的方法来解决。（二）梁式构件焊接时所需夹紧力的确定梁式结构易出现的焊接变形是纵向弯曲变形、扭曲变形和翼缘因焊缝横向收缩形成的角变形。如图!%8%!8&式中#——焊缝纵向收缩力，单面焊时，，双面焊时，!8—!8%$56’(（9）!8%$5$!#；4$56’(（9）——焊脚尺寸，见图!——工艺折算值，埋弧焊时’%(&&&（9;00#），焊条电弧焊时’%,&&&’—?!&$?第五篇焊接工装及其设计（!——梁中性轴至焊缝截面重心的距离，见图%&$&’(（##）。!—图%&$&’焊接)形梁的纵向弯曲梁在弯矩#*+梁中心所形成的挠度为了防止焊缝纵向收缩而形成梁的纵向弯曲变形，在大多数梁用焊接夹具中都装有，使梁成列的相同夹紧机构，其夹紧作用如同焊接梁上作用着均布载荷)（图%&$&’0）产生与焊接变形相反的挠度&以抵消&*，&的大小可用下式表示%’/&+?%1$?（%&$&,%）第二章焊接工装夹具根据式（!!%%（!例如：一-形梁（图!焊脚尺寸(’)00，梁中性轴至焊缝截面重心的距离’’截面尺寸为$，采用多点夹紧，进行双面埋弧焊，求其单位长度夹紧力根据所给条件，焊缝纵向收缩力&&’$+$!2$+.)(#’$+$!2$+.2(1112)#’(.!+%34根据式（!求出&6’同时也可算出夹具两端的支承反力&7’&6’!)+)34刚度的计算依据。&7值即可作为夹具体强度、需要指出的是，在弯矩和#%*(然而，弯矩和均布载荷使梁产生的纵向弯曲变形尽管不同，但相差不是很大，其对应点的挠度相差不大于$9:!9。所以用同样的方法计算夹紧力在工程上是可行的。对于较短的梁，夹紧方案可采用图!若按图!&%(!’（!考虑在数值!’!&，并将式（!&’,&&’（!?!1(?第五篇焊接工装及其设计若按图!!&同理，也可得到所需夹紧力的公式(现在再来讨论一下工字梁焊接时夹紧力的以上讨论了-形梁焊接时的夹紧力计算，计算。工字梁是由四条纵向角焊缝将腹板与上、下翼板连接在一起的。由于施焊方案的不同，所需夹紧力的计算方法也不同。一种方案是先将工字梁用定位焊装配好，然后将其上的四条角焊缝一次焊成。例如，利用四头./#焊接专用设备对工字梁进行焊接，就是采用了这种方案。由于焊缝和截面的对称性，从理论上讲，这种施焊方案不会产生工字梁的纵向弯曲，因此夹紧的目的不是为了防止变形，而是为了使腹板与上、下翼板接触得更加严实。这种因装配所需的夹紧力，属于前面所述的第三类夹紧力。另一种方案是对定位焊装配好的工字梁，先焊下翼板上的两条角焊缝，然后翻转)0,1，再焊上翼板上的两条角焊缝。例如用两台角焊缝专用埋弧焊小车对工字梁进行焊接，就是采用了这种方案。此时所需的夹紧力，可根据梁的长度及夹紧力的布置方案，分别按式（!和（!定位焊，仍要用-形梁的’值代入。翻转后再焊接上翼板的两条角焊缝时，才将工字梁的’值代入。上述方法，也可用于箱形梁等其他截面梁夹紧力的计算，其中，’值的代入与工字梁的相同。在-形梁和工字梁的焊接中，角焊缝的横向收缩将使翼板发生角变形（图!求出。图!?!,’?第二章焊接工装夹具若以翼缘与夹具工作台面紧贴为限定条件，即要求!!!例如图%弹性模量$!&$2$$$/01，测得翼板自由状态下的焊接角变形314求为&.%/01，防止此变形所需的夹紧力。根据式（%&$26’$.6’$.6$5$’而根据式（%&.%6’$&因五、夹具的公差配合与技术条件的制定（一）制定的依据和基本原则’5制定的依据产品图样（’）一般情况下，装焊工件的尺寸、公差和技术条件都标注在零件图上，制定夹具的公差配合和技术条件时主要依据零件图。必要时还可参考部件装配图，即部件装配后的尺寸、公差和技术要求。（&）工艺规程工艺规程是指装配焊接工艺文件。若因工艺需要而改动零件的某些公差时（如考虑焊接变形余量），这时夹具公差应按工艺规程中所规定的公差来制定。（.）设计任务书在设计任务书中一般都提出定位、夹紧、生产率等方面的设计要求，对一些特殊问题也有说明，制定技术条件时应予以注意。&5制定的基本原则（’）为了保证装配、焊接精度，应使夹具的定位、夹紧、制造、调整等误差的总和小于相应原始尺寸的公差（工序公差），一般不超过工序公差的’;.。（&）夹具中与工件尺寸有关的尺寸公差，不论工件尺寸公差是单向的还是双向的，都$5+应化为双向对称的公差。如工件尺寸公差为%$$?%$%?第五篇焊接工装及其设计化为!（&）当工件的加工尺寸未注公差时，则视工件公差为()*+,()*-级，夹具上相应的工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差视为.,**尺寸公差按().,()**制定；级，夹具上相应位置公差按!,.级制定。（-）在夹具制造中，为了减少加工困难，提高夹具精度，夹具装配可采用调整法、修配法或就地加工法（装配后组合加工法）。在这种情况下，夹具零件的制造公差可以适当放宽。焊接夹具组装时可借用产品零件作协调。（$）为保证夹具的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，常留出一定的精度储备量。（二）夹具总图上应标注的尺寸和公差*#最大轮廓尺寸分的尺寸范围。+#影响定位精度的尺寸公差等。&#影响定位元件在夹具体上安装精度的尺寸和公差-#影响夹具精度的尺寸与公差$#其他重要尺寸与公差主要指定位元件、安装基面之间位置尺寸和公差。即一般机械设计中应标注的尺寸和公差。主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸和公若有活动部分，应用双点划线画出最大活动范围，或标出活动部差。如定位基面与限位基面的配合尺寸；圆柱销和菱形销的尺寸及销间距的尺寸及公差此外，对夹具制造和使用的一些特殊要求，无法用符号标注的，可作为技术条件（又叫技术要求）用文字在夹具总装图上加以说明。（三）公差值的确定夹具总装图上标注定位元件之间以及其他相关尺寸（如孔间距）和相互位置（如同轴度、垂直度、平行度等）的公差，一般取工件相应公差的*/$,*/+，最常用的*/&,*/+。各组成元件工作表面相互位置精度通常采用的有夹具零件图上应按夹具总装图的要求确定其尺寸、公差及技术要求。表$0+0*列出了按照工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考数据，表$0+0+是按照工件的角度公差确定夹具相应角度公差的参考数据。表$0+0&列出了夹具上常用的配合。夹具零件的尺寸公差可参考表$0+0-。夹具零件主要表面的粗糙度（!1）可按表$0+0$选用，表中括号内的数值为第二系列，应?$第二章优先选用第一系列。夹具主要零件常用的材料及其热处理要求可参照表!工件尺寸公差&’’夹具尺寸公差&’’由()((*()(%()(#()(-()(!()($()(.()(*()(,()%(()%#()%$至()(%()(#()(-()(!()($()(.()(*()(,()%(()%#()%$()#(()((!()(($()(%(()(%!()(#!()(-(()(-!()(+(()(+!()(!(()($(()(.(焊接工装夹具按照工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考数据!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!工件尺寸公差&’’夹具尺寸公差&’’由()#(()#+()#*()-+()+!()$!(),(%)-(%)!(%)*(#)((#)!(至()#+()#*()-+()+!()$!(),(%)-(%)!(%)*(#)((#)!(-)((()(*()(,()%(()%!()#(()-(()+(()!(()$(().(()*(%)((表!工件角度公差按照工件的角度公差确定夹具相应角度公差的参考数据!!!!!!!!!!!!!!!!工件角度公差夹具角度公差由(/#(0((1(/#!0((1(/-!0((1(/!(0((1至(/#!0((1(/-!0((1(/!(0((1%/((0((1(/%(0((1(/%#0((1(/%!0((1(/#(0((1夹具角度公差由(/((0!(1(/(%0-(1(/(#0-(1(/(-0-(1至(/%(0-(1(/(#0-(1(/(-0-(1(/(+0-(1(/((0-(1(/(%0((1(/(%0-(1(/(#0((1?!(.?第五篇焊接工装及其设计!!!!!!!!!!!!!!工件角度公差夹具角度公差由)至)!工件角度公差夹具角度公差由!至!!表+,(,%工作形式一般精度定位元件与工件定位基准之间有引导作用并有相对运动的元件之间-./0’，))./1’，-./2.-./0’，-./1’，-./2.-./0’，4./0’，5./0’夹具上常用的配合示较高精度-3/0+，-’/1+，-’/2+-’/0+，-’/1+，-’/2+-’/0+，4’60+，5’/0+定位销与工件基准孔例精度要求滑动定位元件无引导作用，但有相对运动的元件之间-./23，-3/73-./7*滑动夹具底座板没有相对运动的元件无紧固件：-./8’，-./9’，-./:’，-./;’，-./有紧固件：-./>’，-./?’，-./@;’，-./>.，-*/?.固定支承钉定位销表+,(,#夹具零件的尺寸（角度）相应于工件无尺寸公差的直线尺寸相应于工件无角度公差的角度相应于工件有尺寸公差的直线尺寸紧固件用的孔中心距公差夹具体上找正基面与安装元件的平面间的垂直度找正基面的直线度与平面度夹具零件的尺寸公差公差数值A!B)>>A)!$（)/(C)/+）工件尺寸公差A!B)>>，!D)+!>>A!B)+>>，!E)+!>>不大于!B!)>>!B!!+>>取工件相应公差之半夹具体、挡铁、定位芯轴等零件的平面之间，平面与孔之间，孔与孔之间的平行度、垂直度、同轴度?+!*?第二章表!表面表面名称精度等级’平特殊配合无相对运动的表面有相对运动的导轨面面一般平面.，/00精确一般.，/特殊配合精确一般精确夹具体基面运动安装夹具零件的基面中等一般精确中等一般+有相对运动的圆柱面无相对运动的配合表面配合表面’.，/00’.，/自由尺寸精确顶尖孔锥形表面运动安装刀具的锥柄和锥孔固定紧固用紧固件表面密封性配合面螺钉头部穿过紧固件的内孔面有相对运动运动软垫圈金属垫圈一般一般精确焊接工装夹具夹具零件主要表面的粗糙度粗糙度!$%!&举-形槽活动1形块、叉形偏心铰链两侧面叉头零件燕尾导轨燕尾导轨定位键侧面键两侧面导轨面导轨面夹具体安装面夹具体安装面夹具体安装面安装元件的表面安装元件的表面安装元件的表面快换钻套、手动定位销导向销衬套定位销转动轴颈圆柱销手柄活动手柄、压板顶尖、顶尖孔、铰链侧面导向定位件导向部分工具圆锥弹簧夹头、圆锥销、轴锥面锁紧表面螺栓、螺钉压板孔缸体内表面缸盖端面缸盖端面例内孔或内侧面外圆或外侧面（()!，()*()+,）().（0)(，0)#!）0)+（#)(，#)!）（()!，()*()+,）0)+（#)(，#)!）（0)(，().0)#!）（0)(，0)#!）().0)+（#)(，#)!）0)+（#)(，#)!）（()!，()*()+,）0)+（#)(，#)!）（()!，()*()+,）（0)(，().0)#!）0)+（#)(，#)!）（()!，()*()+,）0)+（#)(，#)!）,)#（*)(，!)(）（()#!，()#(),#）（()#!，()#(),#）（()!，()*()+,）（()!，()*()+,）0)+（#)(，#)!）（()!，()*()+,）（0)(，0)#!）().,)#（*)(，!)(）（0)(，0)#!）().0)+（#)(，#)!）,)#（*)(，!)(）（()!，()*()+,）0)+（#)(，#)!）（()#!，()#(),#）()*（()!，()+,）()*（()!，()+,）（()!，()*()+,）().（0)(，0)#!）().（0)(，0)#!）,)#（*)(，!)(）+),（.)(，0()(）（()0#!，()0()0+）0)+（#)(，#)!）（0)(，0)#!）().?!(/?第五篇焊接工装及其设计粗糙度!!外圆或外侧面内孔或内侧面定位件工作表面定位件工作表面安装轴承内孔安装轴承内孔安装推力轴承端面表面表面名称精度等级举例定位平面精确一般,，-（$%’，$%&$%()）*%(（+%$，+%’）（$%’，$%&$%()）（*%$，$，0*%+’）*%(（+%$，+%’）孔面径向轴承.，/端面推力轴承孔面滚针轴承+$1+’点2+’3+’##+*(1+$点2+’3+’##+（$%’，$%&$%()）$%$’（$%$()，$%$0$）$%*（$%*+’，$%*(）$%+（$%+’，$%)+）$%&（$%’，$%()）$%0（*%$，*%+’）安装轴承内孔结合面结合面刮研平面*)1*(点2+’3+’##+*$1*)点2+’3+’##+01*$点2+’3+’##+结合面结合面结合面表’4+4(种类零件名称夹具主要零件常用材料及其热处理要求材料热处理要求铸铁机座、平台夹具体焊接机体、平台、支架框架铸钢机架、平台56+$$时效7.+$$4&$$5时效8+)’9尺寸稳定性要求高时焊后退火消除应力挡铁、支承钉、:形块定位元件定位销、插销&’（（淬火&*1&05;?’*$?第二章种类零件名称斜楔、卡爪、钳夹紧零件压板、虎钳丝杠螺旋、螺母弹性夹头,#%#./材!料焊接工装夹具热处理要求渗碳，淬火，回火，#夹工件部分淬火，回火，#%$%*&’(弹性部分,-$,0&’(活动零件用导板靠模、凸轮、分度盘,#!淬火，回火，-#$,其他零件低速运转的轴衬套和轴瓦高速运转的轴衬套和轴瓦把手，扶手手柄铰链轴1(23/*表面发蓝或其他防锈处理表面发蓝或其他防锈处理淬火，回火，-#$,?#**?第五篇焊接工装及其设计第三章焊接变位机械第一节焊接变位机械的类型及设计要求具有一定通用性的焊接变位机械现已逐步标准化和系列化，由专业工厂生产，用户可按规格和技术性能进行选购。专用机或用特殊要求的，通常由用户自行设计和制造。方案设计的首要工作是根据用途和设计要求选定变位机械的类型。在焊接生产中使用的各种变位机械可归纳为焊件变位机械、焊机变位机械和焊工变位机械三大类，每一类又按其结构特点或作用分成若干种类，分述如下。一、焊件变位机械焊件变位机的主要功能是实现焊件的翻转、回转，或既能翻转又能回转，使工件处于最便于装配或焊接的位置翻转机（!）能实现焊件的翻转或倾斜，其运动特点是工件绕水平轴旋转。表（又叫#!列出这类变位机械的基本形式。图（%）回转台它能使工件绕垂直轴或倾斜轴旋转，主要用于回转体工件上环形缝的焊接、堆焊或切割。其转速一般要求连续可调，故多用直流电机驱动。为了传动平稳，减轻主轴受力，常在大型垂直轴式回转平台的背（下）面设支承滚轮（见图第三章种定向回转台示例。表!表!形式示意图焊接变位机械焊接翻转机的种类特点与适用场合单支座式（悬臂式）卡盘夹持工件，处于悬臂状态下回转。适于可调电力短，轻焊件焊接使用。若轴作成中空，则可用于焊接管材、管法兰等固定卡盘式双支座可移两支座固定，其中一个卡盘为主动，另一为可调电力从动。适于大型结构、断面对称、刚度大、尺寸固定的焊件焊接用带主动卡盘的支座固定，带从动卡盘的支座可调电力可随工件长短而移动，适于长度有变化的刚性较好的构件焊接框架式恒定电力或液压支承与夹持工件的是框架，为了转动平衡，要求框架和工件合成重心线与枢轴中心线重合，适于长度较大的板结构，桁架、框架结构用由主动链轮带动链条，链条带动工件翻转，链式恒定电力用于已点固好的梁、柱等刚性和长度较大的构件翻转由两个半圆环夹持工件组成一个支承环，经支承环式恒定电力驱动滚轮架带动下回转，适于非圆柱形、刚性较大的长构件的翻转用?!$#?第五篇形式焊接工装及其设计示意图特点与适用场合利用液压推举，使工件在!推举式恒定液压用于小型车架、机架等非长形的板结构倾斜或直立变位用图%&’&(焊接翻转机典型示例双支座式翻转机；支承环式翻转机)）*）(—头架；+、’—卡盘；,—锁紧装置；%—调节装置；-—尾架台车；.—制动装置；/—支承环；$—星形轮；(!—电动机；((—减速器；(+—传动轴；(’—支承滚子?%(,?第三章表!参数%&载重量（*+）卡盘转速（,-./0回转扭矩（3?.）允许焊接电流（7卡盘尺寸（..）中心高度（..）电机功率（*:）头架自重（*+）尾架自重（*+）$))))1(2(1)#4!)(!))5))85))6)!)1’()))9))%&9(!$1$#!))#4!)%&9(!##5))#6!)%&($6)#4!))#9!)焊接变位机械双支座式翻转机的技术数据型号%&($6)61!6!))’9))%&(5#)61!$))))(6)))图!?!(!?第五篇焊接工装及其设计表!焊接回转台技术数据型号$%$%$%参数$%$%载重量)偏心距（*+),,）工作台转速（-),./）允许焊接电流（2）工作台直径（,,）工作台高度（,,）机体尺寸（长5宽）（,,）电动机功率（*7）自重（*+）!&&)(!&&’&01&’0(&&&!(&&&4&&60&560&&’433&!(!&&(&&&(&&&5(&&&(’!0(&&!(3&&(0&&(&&&5(&&&0’0#!&&!0&&&(!&&(0&&5(0&&0’08!&&!0!&&(3&&04&&50&&&!’!#3&&&（#）滚轮架是用两排滚轮支承回转体状工件并使其绕自身轴线旋转的机械装置。回转体的旋转是由主动滚轮带动，靠它们之间的摩擦力而实现的。除可用于回转体工件的装配和焊接外，还可用于非回转体工件的装配和焊接，这时工件须夹持在支承环内，由滚轮架带动支承环而实现旋转（见图!整体式。一排或两排滚轮由长轴串联成整体，动力从一侧或两侧同步传入，见图!(）（图:），则另一排是从动滚轮，它可设计成可移动的，能9。若只一排是主动滚轮调节两排滚轮的中心距，以适应一定直径范围工件使用；若两排均为主动滚轮（图9），则可减轻因工件重心和回转中心不重合时偏心距引起打滑的现象，从而提高旋转的平稳性。整体式滚轮架适用于产品较单一，且批量较大的场合。由于中间很少调节，能保证传动精度。但设备位置固定，占地面积大。组合式。两排滚轮中左右两个滚轮结对安装在同一个支架上，而一套完整的滚轮0）架则由两个以上相互独立的支架组成，见图!第三章焊接变位机械图!、整体式；&）组合式$）%）’—电动机；(—联轴器；#—减速器；)—齿轮对；!—轴承；*—主动滚轮；+—公共轴,—从动滚轮；-—蜗轮蜗杆；’.—连动轴；’’—止推辊组合式滚轮架机动性好，故适用范围宽，但传动不够平稳，调整工作量大，适于多规格的长度不大的圆柱体或圆锥工件的装配和焊接用。为了减少因工件直径变更频繁而需耗费大量调整左右轮距的时间，可设计成摆动式的（图!也变化。自调式克服了这些缺点，但结构复杂。制造成本高。我国已颁布焊接滚轮架的行业标准，见/01##..#设计滚轮架应注意使传动平稳、省力、能防止工作发生轴向窜动。中心角!（见图!题较复杂，受很多因素影响。简单的作法是在窜动方向上设一止推辊（图!?!’+?第五篇焊接工装及其设计图!（从动）座；%—摆轮&—主动滚轮座；#—电力驱动装置（$）变位器是集翻转（或倾斜）和回转功能于一身的变位机械。翻转和回转分别由两根轴驱动。夹持工件的工作台除能绕自身轴线回转外，还能绕另一根轴作倾斜或翻转，见图!通常变位器回转动作的速度要求连续可调，这样可以焊接环形焊缝，故多用电力驱动；翻转或倾斜动作的速度，一般无特殊要求，既可用电力传动，也可用液压传动实现。表!我国已颁布了座式焊件变位器的行业标准《)*+##,&?!%.?第三章焊接变位机械图!$—橡胶滚轮；%—摆动滚轮托架；#—蜗杆箱；&—电力驱动装置；!—机座；’—传动轴表!额定载荷（(）工件直径范围（**）滚轮线速度（*-.）!自调式焊接滚轮架技术性能$)%)#)!)!!))+!#!))!’))+!#!))!,))+!&)))!,))+!&)))’+’)’+’)’+’)’+’)!,))+!&)))’+’)滚轮规格（直径/宽）（**）!#!)/$%)摆轮中心高（**）电动机功率（01）外形尺寸（主动滚轮架）（**）质量（(）#!))23!%$’)/,))/4##%2’!&)’/$,)&%)$2!%&!)/4#)/$$$)%2,!&)’/%#)&%)%2%%3))/44)/$)$)#2%!&)’/%#)!))%2%%’’)/$$%)/$)4,&2%!!))+#))’))#%3,)/$%’4/$$’4’2,?!$4?第五篇焊接工装及其设计图!%—机架；&—电动机；#—翻转传动机构；’—翻转框架；!—电动机；$—回转传动机构；（封头）；(—工作台；)—工件*—定位与夹紧装置；%+—平衡重表!类型示意图焊件变位器的基本类型结构特点与性能适用范围伸臂式质量在%,以下的中、小型工伸臂则绕斜轴线#翻件焊接时的变位用转；焊件变位幅度大，稳定性较差工作台%在伸臂&端部绕自身轴线回转，?!&+?第三章类型示意图结构特点与性能焊接变位机械适用范围工作台!的回转轴与翻转轴座式装置由位于两侧的翻转轴质量在!&($)的工件焊接时变位使用，最适于与焊接操作机或机器人联机使用工作台!及回转装置双支座式有翻转轴，由两个支座用传动装置(’支承，实现翻转若元宝梁和工件合成重心与翻转轴线重合，则可减少翻转的偏心距，降低驱动功率，使工作平稳($)以上大型或大尺寸工件的翻转变位和焊接时用，可与大型操作机或机器人联机使用图(*#*+焊件变位器的派生形式示意图!—工作台；?(第五篇焊接工装及其设计表!座式焊接变位器技术数据技术参数台面高度（’’）———$22#5!2#5!2回转速度（()’*+）23!45$54#35!232!453$232!453$52423#5!（,）#5!!22!$倾斜角度（-）5#!5#!5#!5#!5#!5#!52!52!型号最大载重量（%&）偏心距（’’）!12!2$#5$20!重心距（’’）!$#./—0!./—!2./—522./—!22./—5222./—6222./—12222./—!22220!!2二、焊机变位机械焊机变位机械又称焊接操作机，其主要功能是实现焊机或焊接机头的水平移动和垂直升降，使其达到施焊部位，多在大型焊件或无法实现焊件移动的自动化焊接的场合下使用。其适应性决定于它在空间的活动范围。按结构特征焊机变位机械可归纳为平台式、悬臂式和门桥式三种类型。（5）平台式焊机变位机由平台、立架（柱）和台车组成，见图!接机头在平台上可作水平移动，平台沿立架能垂直升降，立架安在台车上，台车沿轨道行走。为防止倾覆，单轨式的须在车间的墙上或柱上设置另一轨道；双轨式的须在台车上或立架上放置配重。升降与行走均由电力驱动。（0）悬臂式焊机变位机图!悬臂和立柱是基本构成，若增加台车，则活动范围加大。摇臂式焊机变位机的臂长不变，能绕立柱旋转和沿立柱升降，机头可沿臂上的导轨作水平移动；伸缩臂式操作机的机臂通过滑座能在水平方向伸缩其长短，又能绕立柱轴线旋转和沿垂升降，这样固定于臂端的焊接机头活动范围大，适应性强，在锅炉压力容器制造行业中广为应用。图!第三章焊接变位机械图!%）单轨式；&）双轨式’—焊接机头；(—平台；#—立架（柱）；)—台车；!—配重图!%）摇臂式；&）伸缩臂式’—焊接机头；(—悬臂；#—立柱；)—台车!(#??第五篇焊接工装及其设计图!$—升降用电动机；&、$&—减速器；#、$’—丝杆；(—导向装置；!—伸缩臂；)—螺母；’—滑座；*—立柱；+—定位器；$%—柱套；$$—台车；$#—行走用电动机；$(—走轮；$!—伸缩用电动机；$)—双级齿轮传动装置；$+—齿轮；&%—蜗杆伸缩臂可调高度范围伸缩臂可伸缩长度范围伸缩臂上升速度伸缩臂伸缩速度台车行走速度空车时焊接时升降电动机功率伸缩电动机功率台车行走电动机功率外形尺寸质量（#）门桥式焊机变位机长7宽7高$.’34%.$*34$.%34$*%%,#*%%--$$%%,&%%%--&.%-/-01$.%-/-01$#-/-01$+,’’-/2!5$(%%6/-01!5$(%%6/-01!5$’%%6/-01&!&%--7&#*%--7(+%%--&$!%38它分为桥式和门式两种类型，图!图。桥式焊机变位机是由梁和两个起支承和行走作用的台车组成，焊接机头可沿梁作横?!&(?第三章焊接变位机械向移动，台车!沿轨道可作纵向移动。门式焊机变位机比桥式的多一门架，焊接机头可在门梁上作横向移动，或者在另设的可沿门柱上下升降的横梁上作横向移动，后者可用于不同高度焊接结构的焊接。桥式焊机变位机适用于大面积平板拼接或船体板架结构的焊接。图而实现。图$—焊接机头；%—横梁；!—台车；(—门架图$—手轮；%—梁；!—连接轴；(—主动走轮；三、焊工变位机械焊工变位机械按其动作分为平移和升降两类，以升降者居多，故常称升降台。两者都是将工人（焊工、检验工等）和施焊（或探伤）用的器材送到施工部位的机械装置。它们主要在高大的焊接结构施工时用，可免去搭临时手脚架和跳板等，生产既安全又迅速。?本文由(www.wenku1.com)首发，转载请保留网址和出处！
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