焊接工装设计实例介绍

第二节 简单夹紧机构
一、楔块夹紧机构
楔块夹紧机构是利用楔的斜面将楔块的推力转变为夹紧力从而将工件夹紧的一种机构。
1.夹紧力的计算
第二节 简单夹紧机构
2.自锁条件
为了保证斜楔夹紧可靠，要求夹紧时具有自锁性能。即当原始作用力一旦消失或解除后，夹紧机械在纯摩擦力的作用下，仍应保持其处于夹紧状态而不松开，以保证夹紧的可靠性。 楔块的升角小于其摩擦角 ，便能自锁。 为保证夹紧的自锁性能，手动夹紧一般取α=6°~8°，气动或液压夹紧可取α≤12°。气动或液压夹紧在不考虑自锁时可取α=15°~30°
（1）夹紧力应能够克服零件上局部轻微变形；
（2）当工件在胎具上实现翻转或回转时，夹紧力足以克服重力和惯性力，把工件牢牢地夹持在转台上；
（3）需要在工装夹具上实现焊件预反变形时，夹具就应具有使焊件获得预定反变形量所需要的夹紧力；
（4）夹紧力要足以应付焊接过程热应力引起的拘束应力。
综上所述，夹紧力三要素是互相矛盾的，又是互相关联和统一的。
2.衬套式定位器
第二节 定位方法及定位器
位插销
第二节 定位方法及定位器
四、工件以外圆柱面定位
1.V型块
V形块作为定位元件，不仅安装工件方便，而且定位对中性好，广泛应用于管子、轴和小直径圆筒节等圆柱形零件的安装定位。
第二节 定位方法及定位器
2.定位套和半圆孔定位器
V形块作为定位元件，不仅安装工件方便，而且定位对中性好，广泛应用于管子、轴和小直径圆筒节等圆柱形零件的安装定位。
（3）应尽量使定位基准与设计基准重合，以保证必要的定位精度；
（4）尽量利用零件上经过机械加工的表面或孔等作为定位基准。或者以上道工序的定位基准作为本工序的定位基准。
上述原则要综合考虑，灵活应用。检验定位基准选择得是否合理的标准是：能否保证定位质量、方便装配和焊接，以及是否有利于简化夹具的结构等。
第三节 定位方案设计与步骤
2.按转变原始力为夹紧力的机构分，可分为简单夹紧机构（将原始力转变为夹紧力的机构只是一个）和组合夹紧机构（由两个或两个以上的简单夹紧机构所组成）。
3.按夹紧方向及位置分，可分为垂直夹紧、平行夹紧、对向夹紧、张开夹紧、沿圆周径向夹紧，或内部夹紧、外部夹紧等。
第一节 夹紧装置的组成与要求
三、夹紧装置的基本要求
（1）正——夹紧时，不能破坏工件在定位元件上所获得的正确位置；
（2）牢——夹紧力的大小要适当、可靠。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在装配焊接过程中工件不会松动，又不会使工件产生的变形和表面损伤超出技术条件的允许范围；
（3）快——夹紧装置应操作方便、安全省力，夹紧迅速，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率；
第三节 定位方案设计与步骤
一、确定定位基准
根据工件的技术要求和所需限制的自由度数目，确定好工件的定位基准，可以按下列原则去选择：
（1）当在零部件的表面上既有平面又有曲面时，优先选择平面作为主要定位基准面或组装基准面，尽量避免选择曲面，否则夹具制造困难；（2）应当选择零部件上窄而长的表面作为导向定位基准，窄而短的表面作为止推定位基准；
三、焊接工装的分类
1.按用途分类：
1）装配用工艺装备。2）焊接用工艺装备。
3）装配焊接工艺装备。2.按应用范围分类：
1）通用焊接工装。2）专用焊接工装。
3）柔性焊接工装。3.按动力源分类：可分为手动、气动、液压、电动、磁力、真空等焊接工艺装备。4.按焊接方法分类：可分为电弧焊工装、电阻焊工装、钎焊工装、特种焊工装等。
二、确定定位器的结构及布局
定位基准确定之后，设计定位器时，应结合基准结构形状、表面状况，限制工件自由度的数目、定位误差的大小，以及辅助支承的合理使用等，并在兼顾夹紧方案的同时进行分析比较，以达到定位稳定、安装方便、结构工艺性和刚性好等设计要求。
第三节 定位方案设计与步骤
三、确定必限的自由度
根据工序图中装配顺序和技术要求，正确地确定必须限制的自由度，并用适当的定位器将这些自由度加列出了常用定以限制。
（4）简——结构要力求简单、紧凑，并具有足够的刚性，使工装具有良好的工艺性和使用性。
第一节 夹紧装置的组成与要求
四、夹紧力的确定
夹紧力包括力的方向、作用点和大小三个要素，它对夹紧装置的设计起着决定性的作用。
1.夹紧力方向的选择
（1）夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面；（2）夹紧力的方向应有利于减小工件变形；
第二节 简单夹紧机构
3.增力比与行程比
斜楔的夹紧力 Fj与原始作用力FQ 之比称为增力比；
（3）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。
2.夹紧力作用点的选择
（1）夹紧力作用点应作用在支承上或支承所组成的面积范围之内；
（2）夹紧力作用点的数目增多，能使工件夹紧均匀，提高夹紧的可靠性，减小夹紧变形；
（3）夹紧力作用点应不妨碍施焊。
第一节 夹紧装置的组成与要求
3.夹紧力大小的确定
在手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小。当设计机动（如气压、液压等）夹紧装置时，则需要计算夹紧力大小，以便确定动力部件的尺寸。确定夹紧力大小时，一般考虑下列因素：
第一节 工件的定位原理
在实际生产中，分析工件在夹具定位元件上定位时，理论上可将夹具定位元件转化为相应的定位支承点，并以此来分析具体定位元件所限制的工件自由度。一个大平面相当于三个支承点，图中A面相当于三个支承点，限制了工件的三个自由度；窄长面相当两个支承点，如B面上两个支承点，限制了工件两个自由度；挡块C面相当于一个支承点，限制了工件最后一个自由度。
第二节 定位方法及定位器
五、组合表面定位
以工件上两个或两个以上表面作为定位基准时，称为组合表面定位。六、型面定位
对于尺寸较大的薄板冲压件，其刚性小，极易变形，这些零件在其自重的作用下都难以保证其准确的形状，如果仍然按刚体的六点定位原理，即定位，就无法保证其要求的位置和形状。此外，薄板焊接时主要产生波浪变形。为了防止波浪变形，必须采用比较多的辅助定位点和辅助夹紧点来定位，即采用定位原理定位。对于复杂外形的薄板焊接件，一般采用与工件的型面相同或相似的定位件来定位，这就是所谓的型面定位。
四、焊接工装的特点
1.结构复杂，使用过程与制造工艺相符合；2.焊件在工装中比机加工零件在机床夹具中所受的夹持力小，而且不同零件、不同部件的夹持力也不相同；3.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；4.焊接工装要与焊接方法相适应；5.薄板焊接定位要求高。
（3）夹紧元件。即与工件相接触的部分，它是夹紧装置的最终执行元件。
夹紧装置的具体组成是由工件特点、定位方式、工艺条件等来综合考虑的。
第一节 夹紧装置的组成与要求
1—气缸 2—斜楔 3—滚子 4—压板 5—工件
第一节 夹紧装置的组成与要求
二、夹紧装置的分类
1.按作用力的来源分，可分为机动夹紧和手动夹紧。
焊接工装设计实例介绍
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目录
绪论第一章 工件的定位原理及定位器 第二章 夹紧装置第三章 焊接工装中常用的动力装置第四章 焊接工装设计方法第五章 焊接工艺装备实例
一、什么是焊接工装二、焊接工装的作用三、焊接工装的分类四、焊接工装的特点
绪论
一、什么是焊接工装
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。焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。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。没有工装就没有产品
第二节 定位方法及定位器
1）工艺基准。在工艺过程中采用的基准，它是加工装配过程中用来进行定位、安装零件位置的点、线、面。工艺基准又可分为工序基准、定位基准、装配基准和测量基准工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。
定位基准：零件在夹具中定位时所依据的点、线、面。
装配基准：它在夹具中决定各零件相对位置的点、线、面。
第一节 工件的定位原理第二节 定位方法及定位器第三节 定位方案设计与步骤
第一章 工件的定位原理及定位器
第一节 工件的定位原理
刚体的自由度
一个刚体在空间直角坐标系中具有六个自由度，沿 三个坐标轴X、Y、Z的移动自由度（ ） 和绕X、Y、Z三个坐标轴的转动自由度（ ）。要使工件的位置按照一定的要求确定下来，就必须将它的某些自由度或全部自由度加以限制。
第三节 定位方案设计与步骤
下表列出了常用定位器所相当的支点数和所能限制工件自由度的情况，供分析参考
第三节 定位方案设计与步骤
四、提出定位器的材料和技术要求夹具精度应不低于IT11，定位元件、配合元件可更高；夹具定位元件工作表面粗糙度不应大于Ra 3.2；常用材料45、40Cr等优质碳素结构钢或合金钢制造，或选用T8、T10等碳素工具钢制造，并经淬火处理；表面耐磨（硬度40~65HRC）
测量基准：在加工装配过程中用以检查零件位置或工艺尺寸所依据的点、线、面。
第二节 定位方法及定位器
工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与定位器的工件表面接触或配合来实现的。在选择合理的表面及表面粗糙度的同时，又要使一个基准具有多种用途以减少基准的数量，从而简化夹具的机构，因此在选择基准时常常将设计基准作为定位、装配和测量基准，即遵循基准重合原则。常见方法及定位器：一、工件以平面定位
第一节 工件的定位原理
全定位
工件的六个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为全定位或完全定位。
第一节 工件的定位原理
准定位
工件在夹具中定位，如果支承点不足六个，但完全限制了按加工要求需要消除的工件自由度数目，这种定位方式称为准定位或不完全定位
第一节 工件的定位原理
过定位
二、焊接工装的作用
1、保证和提高产品质量；2、提高劳动生产率，降低制造成本；3、减轻劳动强度，保障安全生产。
二、焊接工装的作用
举例：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10%~30%，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30%~50%；对于圆筒结构，其壁厚16mm 、长度1.5mm的纵缝自动埋弧焊的焊接时间为8min而其辅助时间为40min，即焊接时间只占装焊总工时的17% ，在这种情况下，即使把焊接速度提高1倍（一般很难办到），也只能提高生产率约10%。如果采用高效率的焊接工装夹具，使辅助时间减少到20min，那么劳动生产率就可以提高40%。
工件的六个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为全定位或完全定位。
第一节 工件的定位原理
过定位
工件的六个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为全定位或完全定位。
第二节 定位方法及定位器
基准又叫基准面，它是一些点、线、面的组合，用它们来决定同一零件的另外一些点、线、面的位置或者其他零件的位置。基准可分为设计基准和工艺基准。1）设计基准。设计图样上所采用的基准，它是以决定零件在整个结构或部件中相对位置的点、线、面的总称。
工件以平面作为定位基准，是生产中常见的定位方式之一，常用的定位器有挡块、支承钉、支承板等
第二节 定位方法及定位器
1.挡块
第二节 定位方法及定位器
1.支撑钉和支撑板
第二节 定位方法及定位器
二、工件以圆孔定位
1.定位销
圆柱销可限制工件的两个或四个自由度，削边销可限制工作的一个或两个自由度。
第二节 定位方法及定位器
第一节 工件的定位原理
六点定位原理
根据以上分析，用六个正确布置的支承点就可以完全限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有完全确定的位置。这种用支承点来分析限制工件自由度的方法，称为六点定位原理 ，又称六点定位法则或六点定则。由于这六个支承点相当于按3、2、1的数目分布在三个相互垂直的直角坐标平面上，因此又称为3-2-1定位原理。
第一节 夹紧装置的组成与要求第二节 简单夹紧机构第三节 复合夹紧机构第四节 柔性夹具
第二章 夹紧装置设计
第一节 夹紧装置的组成与要求
一、夹紧装置的组成
（1）力源装置。它是产生夹紧作用力的装置；
（2）中间传力机构。它是将力源产生的力传递给夹紧元件的机构；
传力机构的作用有三种：改变夹紧力的方向；改变夹紧力的大小（扩力）；保证夹紧的可靠性、自锁性。