焊接工装夹具设计说明

1 焊接组合件的分析
“长江750B摩托车”停车支架由6部分组成，分别由支撑板、踏杆、横管、站脚管、支撑管和限位块组成。

由被焊接零件图可知,可以通过横杆与站脚管的中心线来作为基准来对支架进行定位夹住。

停车支架总体结构是管状型，因此多采用钩型正压和侧压夹紧器固定整个管型焊件，横杆采用侧压夹紧器方便安装定位；在停车支架踏杆的右边设计一个挡块可以防止踏杆的左右移动并起到对踏杆定位的作用，再用钩型夹紧器将其夹住以防止踏杆的前后移动；在停车支架的支撑管处设计一直长杆螺栓和钩型正压夹紧器防止它左右前后移动；支撑板采用螺旋螺钉定位器防止前后左右移动；另外，限位块处设计两个楔形挡块用于定位。

在夹具设计过程中要充分考虑到对其形位公差的要求，确保精确定位是关键。

2 工装夹具定位原理、定位方式及设计原则
2.1 定位原理
工件及工装夹具的定位原理，自由物体在空间直角坐标系中有6个自由度，即沿OX，OY，OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度；要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制6个自由度，工件的6个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制自由度少于6个自由度，但仍然能保让加工要求的定位叫不完全定位。

在焊接和生产中，为了调整和控制不可避免产和应力和变形。

有些自由度不必限制，故可采用不完全定位的方法。

2.2 定位方式
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。

在设计夹具时首先应根据工件的形状选择合理的基准，尽量选用零件粗糙度适宜的面作为基准。

从“长江750B摩托车”停车支架各个零件可以看出，整个被焊件的主结构是圆柱形，由此工件可以采取以外圆柱面定位。

本定位器采用钩型正压管夹紧器，由于此压紧器有V形支撑座，安装方便而且定位对中性好。

2.3 工装夹具设计原则
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具有直接影响。

因此，设计焊接工装时必须考虑以下几个方面的基础原则：
（1）可靠性原则（2）实用性原则（3）经济性原则（4）工艺性原则
总之，焊接工装制造设计的原则：实用是第一位，美观处于从属地位，经济是约束条件。

3 工艺过程分析及夹具方案的比较选择
3.1 夹具方案的比较选择
根据“长江750B摩托车”停车支架工件特点和上述设计原则预定两套设计方案。

方案一：将工件正面平放夹紧，限位块缺口面朝上焊接；方案二：将工件反面平放夹紧，限位块缺口面朝下焊接。

由于此工件需要定位焊接的位置多，空间焊接位置多样，所以需要多处进行定位。

方案一的优点是：支撑管、支撑板、限位块和站脚管便于定位，焊接方便；缺点是：限位块要求焊接技术高，楔形挡块设计复杂。

方案二的优点是：夹具设计简单，定位方便可靠性高，容易施焊。

综上所述，根据可靠性，实用性，工艺性，经济性原则，方案二可行性更高。

因此选择方案二为最终设计方案。

3.2 焊装夹具的具体选择
3.2.1 夹具体（底板）选择
在设计夹具体（底板）时应满足以下基本要求:
(1) 具有足够的强度和刚度；
(2) 结构简单轻便，在保证刚度和强度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小，质量轻和便于工件装卸；
(3) 安装稳定牢靠，结构的工艺性好,便于制造,装配和检验；
(4) 尺寸要稳定和具有一定精度，清理方便。

根据以上基本要求确定两组方案：方案一，选用HT200为底板。

方案二，选用Q235A作为底板。

单件生产，Q235钢板虽然取材方便，但不足之处在加工余量较大；HT200底板相对价格不仅低廉，而且实用性强。

综合考虑选用HT200板作为
底板原材料。

底板材料选择HT200，其刚度好，易机械加工且价格相对低廉，长度为408mm，宽度为385mm，厚度为14mm (见图纸J094001),下料时以设计尺寸为依据，尽量减少加工余量，时效强化处理；底板下处开槽高度10mm，另外四个角倒圆角防止伤人。

3.2.2 各零件的紧固与定位
据采用以螺栓固定，根据GB5782-86选用螺栓M6和螺钉M4
3.2.3 各种标准零件的选择
焊装夹具的设计是一个复杂的过程，工作量比较大，因此，在设计时必须充分考虑清楚各个零件选用的是不是标准件；一般情况，焊装夹具设计中，各种紧固件如螺栓、螺母和垫圈，螺钉等采用国家标准或行标。

在本套焊装夹具(见图纸J090000)，分别采用了螺栓（GB5782—86M8×20）、螺母（GB6170—86M8×20）和弹性垫圈（GB93—87M8×20）来紧固钩型正压夹管器支座、螺旋螺钉夹紧器支座和钩型侧压夹管器支座(见图纸J090004、J090005、J090007、J090008)；另外，由于采用的踏杆挡块底座(见图纸J090006)，钩型正压夹管器支座(见图纸J090009)和楔形挡块底座(见图纸J090011)尺寸相对较小，紧固在夹具体（底板）的零件采用螺栓（GB5782—86M6×8）、螺母（GB6170—86M6×8）和弹性垫圈
（GB93—87M6×8）。

在钩型压夹管器中，钩和圆柱销是关键零件。

连接钩型压夹管器支座和铁钩的圆柱销在本套夹具中采用（GB119—D6×6），钩型压夹管器中的铁钩是夹紧各个管状零件的重要零件，由于各个管状零件的直径不同，此套夹具采用三种规格的材料为Q235的钩（型号分别为HB2497-30、HB2497-40、HB2497-52）。

3.3 非标准主要零件的设计
在焊接工装夹具中，非标准零件占主导地位，由于被焊接的工件往往是不规则的，此外焊件在焊接式采取的焊接方法方位不相同，直接导致在设计焊装夹具时必须充分考虑焊件的要求。

在夹具中，非标准零件的设计也须遵循实用性、可靠性、工艺性和经济性等原则，尽量避免设计复杂的非标准零件。

(1) 螺旋螺钉型夹紧器(见图纸J090003)、旋转手柄(见图纸J090001)和夹紧器支座(见图纸J090005)，螺旋型夹紧器是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中附属零件--支撑板。

在设计时，螺旋型夹紧器支座底部长30mm、宽80mm、厚
度为10mm、支座总高度82mm，材料选Q235；为使支座固定在夹具体上，打通孔Ф8mm方便螺栓（GB5782—86M8）穿过；在支座上部开螺纹孔M10mm，为使螺旋型夹紧器能够移动。

此外，螺旋螺钉夹紧器和夹紧器旋转手柄是夹紧器关键零件，选用材料为45#，螺旋型夹紧器加工出螺纹形状圆柱体，直径Ф10mm，螺纹长度为52mm，尾部直径Ф20mm，开孔Ф10mm用于旋转手柄定位。

旋转手柄为圆柱体加工而成，直径Ф10mm，长度为80mm。

同时注意支座支座底部，螺纹孔和螺栓孔内部的表面粗糙度，螺旋型夹紧器和旋转手柄倒圆角部位。

(2) 钩型正压夹管器支座(见图纸J090004)，此支座是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中主干零件--站脚管。

在设计时，钩型正压夹管器支座上部正好有V形块支撑，选用B型钩型正压夹管器，支座底部长55mm、宽90mm、厚度为10mm、总高度59mm，材料选Q235；为使支座固定在夹具体上，打通孔Ф8mm 方便螺栓（GB5782—86M8）穿过；为使Q235的钩装配在钩型正压夹管器支座，在支座上打孔Ф6mm用于圆柱销连接Q235的钩（型号HB2497-52）和钩型正压夹管器支座；同时注意支座V型面，支座底部和圆孔内部的表面粗糙度。

(3) 钩型正压夹管器支座(见图纸J090007)，此支座是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中附属零件--踏杆。

在设计时，钩型正压夹管器支座上部有V形块支撑防止踏杆左右移动，选用A型钩型正压夹管器，支座底部长80mm、宽55mm、厚度为10mm、支座总高度60mm，材料选Q235；为使支座固定在夹具体上，打通孔Ф8mm方便螺栓（GB5782—86M8）穿过；为使Q235的钩装配在钩型正压夹管器支座，在支座上打孔Ф6mm用于圆柱销连接Q235的钩（型号HB2497-40）和钩型正压夹管器支座；还需注意支座V型面，支座底部和圆孔内部的表面粗糙度。

(4) 钩型侧压夹管器支座(见图纸J090008)，此支座是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中主干零件--横管。

在设计时，为方便横杆焊接和节约夹具体使用面积，钩型侧压夹管器支座上部正好有T形台支撑，选用B型钩型正压夹管器，支座底部长55mm、宽70mm、厚度为10mm、支座总高度70mm，材料选Q235；为使支座固定在夹具体上，打通孔Ф8mm方便螺栓（GB5782—86M8）穿过；为使Q235的钩装配在钩型正压夹管器支座，在支座上打孔Ф6mm用于圆柱销连接
Q235的钩（型号HB2497-40）和钩型侧压夹管器支座；注意支座T型台面，支座底部和圆孔内部的表面粗糙度。

(5) 钩型正压夹管器支座(见图纸J090009)，此支座是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中重要零件--支撑管。

在设计时，钩型正压夹管器支座上部正好有V形块支撑着横穿固定支撑管的长杆螺栓(见图纸J090009)，选用B型钩型正压夹管器，支座底部长55mm、宽90mm、厚度为10mm、支座总高度60mm，材料选Q235；为使支座固定在夹具体上，同时考虑到支座底部空间的大小，打两个螺栓通孔Ф6mm方便螺栓（GB5782—86M6）穿过。

为使Q235的钩装配在钩型正压夹管器支座，支座上打孔Ф6mm用于圆柱销连接Q235的钩（型号HB2497-30）和钩型正压夹管器支座；同时注意支座V型面，支座底部和圆孔内部的表面粗糙度。

(6)踏杆挡块(见图纸J090006)，此夹具是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中主干零件--踏杆，防止踏杆左右移动。

在设计时，考虑到夹具作用简单，为使加工方便，挡块底部长60mm、宽15mm、厚度为8mm、总高度80mm，材料选45#。

为使踏杆挡块固定在夹具体上，打通孔Ф6mm方便螺栓（GB5782—86M6）穿过，此外还需注意挡块和螺栓孔内部的表面粗糙度。

(7) 长杆螺栓(见图纸J090011)，此零件配合平垫圈（GB848—85）和螺母（GB6170—86M12）来定位固定“长江750B摩托车”停车支架中重要零件--支撑管。

在设计时，长杆螺栓横穿固定支撑管，选用材料45#的圆柱体，直径Ф24mm、总长195mm；为使长杆螺栓紧固两个支撑管，机械加工长度为170mm，直径
Ф12mm，开螺纹长度30mm；另外需注意螺栓主干体的表面粗糙度。

(8) 楔形挡块(见图纸J090012)，此支座是定位固定“长江750B摩托车”停车支架中附属零件--限位块。

在设计时，挡块上部正好有楔形块支撑固定限位块，防止它们前后左右的移动。

楔形挡块选用材料为45#，挡块底座长54mm、宽24mm、厚度为8mm、总高度62mm；为使支座固定在夹具体上，同时考虑到支座底部空间的大小，打两个螺栓通孔Ф6mm方便螺栓（GB5782—86M6）穿过。

为使限位块平稳放置在挡块上；同时注意楔形面，挡块底部和螺栓孔内部的表面粗糙度。

4 夹具的工艺要求、操作方法和注意事项
4.1 夹具的工艺要求
在对夹具进行加工时应该满足以下工艺要求：(1)对精度要求有特殊标注处应严格进行相关质量检测。

(2)合理安排加工次序,节省加工工时。

(3)未做特殊要求
的部分可不处理。

(4)加工完后进行表面清理。

(5)表面清理后进行质量检测。

同时对所有夹具和夹具体涂上防腐绿色油漆。

4.2 夹具的操作步骤
（1）将各个夹具固定在夹具体上，用螺栓固定各个支座，确保夹紧。

（2）把停车支架6部分：支撑板、踏杆、横管、站脚管、支撑管和限位块放到相应的指定位置。

（3）将长杆螺栓固定两个支撑管，踏杆挡块固定踏杆位置，钩型夹管器用钩夹紧横管、站脚管、长杆螺栓和踏杆，楔形挡块卡住限位块，螺旋螺钉夹紧器夹紧两个支撑板。

（4）装配好后检查，清理工件，检查是否定位准确；然后进行定位暂焊。

（5）定位完毕后把焊接件取出，继续施焊。

4.3 注意事项
“长江750B摩托车”停车支架各个零件在装配过程中需要注意以下事项：（1）装配前首先检查各个夹具是否齐全完好。

（2）在装配过程中，严格按照操作方法中所述装配顺序进行。

（3）停车支架各零件首先固定要确保其装配准确无误，夹紧不松动。

5 夹具技术经济指标分析
此夹具方便焊工进行操作，各工件的定位和夹紧装置的选择符合最佳作业范围，装配焊接顺序除了满足焊接工艺要求外，而且所选择的装夹方式简单可靠易操作，在焊工装配工件时，定位精准、动作流畅、施力方便、操作力小；所选用的夹具中螺栓都是标准件，易于采购，缩短夹具生产周期，降低夹具生产成本。

各个夹具的设计形状规则容易加工和保证加工精度，并且经济性强。

6 焊接工艺规程的编制说明
根据焊接件的大小和工艺要求，选择N22-500型号焊机，直径1.2mm的
H08Mn2SiA焊丝，焊咀号码为1.1mm，焊嘴直径为2.4mm的焊枪。

使用时要注意参数的调节，焊接电流为60A，气流量为10L/min。

先焊塞焊，再焊缝焊，焊后用100m长的芯棒检验。

7 课程设计心得体会
这次专业课程设计历时一个月，通过一个月的学习，发现自己存在很多不足，所掌握的知识有太多漏洞，也感觉到了实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性；在课程设计中只有一个人知道设计是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。

而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，与人合作共同提高，都是受益匪浅。

通过这次课程，相信在今后的课程设计中，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

让我知道了学无止境的道理。

没有尝过饥与渴是什么味道的人，永远也享受不到饭与水的甜美。

快乐的时光总是弥足珍贵，短暂的经历总是耐人寻味。

参考文献
[1] 陈焕明. 焊接工装设计基础[M]. 北京：航空工业出版社，2004
[2]王昆．机械课程设计[M]．北京：高等教育出版社，2007
[3] 曾乐. 焊接工程学[M]．北京：新时代出版社，1986
[4]冯开平，左宗义．画法几何与机械制图[M]．广州：华南理工大学出版社,2002
[3]濮良贵，纪名钢机．械设计[M]．北京：高等教育出版社，2007
[5]成大先机．械设计手册(单行本)[M]．北京化：学工业出版社，2004．1
[7]甘肃工业大学焊接教研室．焊接机械装备图册．北京：机械工业出版社，1982
[8]王政．焊接工装夹具及变位机械-----性能·设计·选用[M]．北京：机械工业出版社,2001
致谢
本此课程设计在学习中主要参考陈焕明、冯开平、左宗义等老师主编的书籍，尊重国内、外学者的研究成果，本说明书引用的资料，对作者表示感谢。