第四章 焊接工装夹具和焊接变位机械

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• 如图4-15所示，圆锥台漏斗上各件间的相对位置， 是以轴线和Ｍ面为定位基准确定的。
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选择定位基准时需着重考虑以下几点：
1）定位基准应尽可能与焊件起始基准重合，以便 消除由于基准不重合而产生的误差 2）应选用零件上平整、光洁的表面作为定位基准 3）定位基准夹紧力的作用应尽量靠近焊缝区 4）可根据焊接结构的布臵、装配顺序等综合因素 来考虑
手动工装 气动工装 按动力源分 液压工装 点磁工装 电动工装 电动机工装
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从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。
三、焊接机械装备的特点
1、机械装备与备料加工的关系 尽可能使零件具有互换性，提高坡口的加工质量以及减少弯 曲成形的缺陷。
• 下面分别进行介绍。
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•
1. 焊件变位机械 （１）功能及结构形式
焊件变位机，是在焊接作业中将焊件回转并倾斜， 使焊件上的焊缝臵于有利施焊位臵的焊件变位机械。
焊接变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、 封头等非长形焊件的翻转变位。 焊接变位机按结构形式可分为三种：
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连杆式铰链快夹紧装置
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3. 气动与液压夹紧机构 （1）气动夹紧器
气压缸
气动夹紧器的结构示例见表4-3。
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（2）液压夹紧器
液压撑圆器
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4. 专用夹具
箱形梁装配夹具
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5. 组合夹具
组合夹具基本元件
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组合夹具应用示例 6. 磁力夹具 按磁力的来源可分为永磁式和电磁式两种。
电磁夹紧器应用示例
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移动式拼板电磁平台
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第三节
焊接变位机械
一、焊接变位机械的分类及作用
焊接变位机械是改变焊件、焊机、焊接工人的 操作位臵，达到和保持最佳焊接位臵的机械装臵。 焊接变位机械的主要作用： 其一是通过改变焊件、焊机及焊接工人的操作 位臵，达到和保持焊接位臵的最佳状态； 其二是利于实现机械化和自动化生产。 焊接变位机械的主要类型有以下几种：
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立式单回转焊接变位机
立式单回转焊接变位机是将焊件绕垂 直轴或倾斜轴回转的焊件变位机械。
结构特点： 1、工作台面采用铸件精加工而成， 不易受焊接飞溅的损伤，台面上均 刻有间隔分布均匀的定位线，并设 有若干T型槽或螺栓孔，可方便地 安装各种定位和夹紧机构。 2、工作台以焊速回转，可无级调 速，调速范围宽，运行稳定。 3、机体座式结构，设备整体稳定 性好，一般不用固定在地基上，搬 移方便。
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二、 焊件变位机械 焊件变位机械：用来拖动待焊工件，使其待焊焊 缝运动至理想位臵（船型焊、平焊或平角焊）进行 施焊作业的设备。 俗称为焊接变位机。 根据焊件变位机械的功能不同，可分为焊接回转 台、焊接翻转机、焊接变位机和焊接滚轮架等四类。
7、设臵引弧板和收弧板；
8、各项机构的同步性和协调性。
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第二节 焊接工装夹具
一、焊接工装夹具的分类与组成 焊接工装夹具是将焊件定位并夹紧，用于装配和焊接的工 艺装备。 焊接夹具、装焊夹具及装焊夹具，统称焊接工装夹具。 装配焊接夹具一般由定位元件（定位器）、夹紧元件（夹 紧装臵）、夹具体和装配平台等组成。夹具体起连接各定位元 件和夹紧元件的作用，有时还起支承焊件的作用。夹具体必须
• 1) 伸臂式焊件变位机
图4-5 伸臂式焊件变位机 1—回转工作台 2—伸臂 3—倾斜轴 4—转轴 5—机座
L型双回转式焊接变位机 L型焊接变位机可使工件上 平行回转主轴的焊缝变位到 船形焊位置，其他焊缝变位 到平焊位置，适用于复杂和 特殊形状构件的焊接，并可 配合自动化焊接。
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5）应尽可能使夹具的定位基准统一
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• 在实际装配中，定位基准的选择要完全符合上述所 有的原则，有时是不可能的。因此，应根据具体情 况进行分析，选出最有利的定位基准。
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3、定位器及其应用
根据工件的结构形式和定位要求进行选择，大致 分类如下： 1）平面定位用定位器 挡铁
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本章着重介绍装配—焊接工艺装备的种类和组成、 定位及夹紧机构；焊接变位机械装置与设备的分类、 作用和结构特点等方面的内容。
第一节 焊接工装夹具的分类与作用 第二节 焊接工装夹具 第三节 焊接变位机械
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第一节
焊接机械装备
一、焊接工装夹具和变位机械的作用
2、机械装备与装配工艺的关系
利用定位器和夹紧器等装置进行焊接结构的装配，其定位 基准和定位点的选择与零件的装配顺序、零件尺寸精度和表面
粗糙度有关。
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3、机械装备与焊接工艺的关系
采用自动焊生产时，一般对焊接机头的定位有较高的 精度要求，以保证工作时的稳定性，并可以在较宽的范围 内调节焊接速度。 当采用手工焊接时，则对工艺装备的运动速度要求不 太严格。 4、机械装备与生产规模的关系 单件生产时，一般选用通用的工装夹具。
固 定 式
适用场合： 卧式单回转焊接变位机适用于各种轴类、 盘类、筒体、机架等工件的焊接。短小焊 件装焊时，使用单座；焊件较长时使用双 座（头尾架式）。
升 降 式
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四、焊件的定位及定位器
1、定位原理
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• 2. 定位基准及其选择
1) 定位基准。在结构装配过程中，必须根据一 些指定的点、线、面，来确定零件或部件在结构中的 位置，这些作为依据的点、线、面，称为定位基准。 如图4-15所示，圆锥台漏斗上各件间的相对位置， 是以轴线和Ｍ面为定位基准确定的。
机械设备往往是电源的二次回路，啮合出容易起弧，尤其 是边运转边施焊时。
解决措施：应使二次回路尽可能少经过机械设备。
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3、具有传动自锁功能；
当驱动力取消后，装备的传动系统不因焊件自重或装备机件 自重的作用而倒转或因夹紧反力的作用而松夹。 4、防止传热变形 大型设备：增加焊件与工作台面的接触面积。 小型设备：水冷或采用导热性能较好的材料制作台面。 5、保证焊接可达性； 6、夹紧机构能否快速复位；
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1）固定式V形块
2）可调式V形块
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五、零件的夹紧机构
1、夹紧机构的特点 1）夹紧力方向的确定 2）夹紧力作用点的确定 3）夹紧力大小的确定
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2. 常用夹紧机构 （1）楔形夹紧器
斜楔工作示意图
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11、尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构一级标准的零部件 来制作焊接工装夹具。
10、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。
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12、为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装 置。
三、焊接工装夹具设计方案的确定
合理性、经济性是主要考虑的因素。具体包括： 1、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。 2、装焊工艺对夹具的要求。 3、装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设 计装夹具和焊接夹具。 4、焊件的产量。
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4、扩大焊机使用范围，使工件处于易施焊的位置。
5、改善劳动条件，提高劳动生产率。
二、焊接工装夹具和变位机械的分类
装配--焊接夹具 焊件变位机 按功能分 焊接变位机械件 焊机变位机 焊工变位机 焊接辅助装置
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专用工装 按适用范围分 通用工装 组合式工装
三种机型：固定式，升降式， C型
固定式
升降式
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L 型 双 回 转 式 焊 接 变 位 机
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L 型 双 回 转 式 焊 接 变 位 机
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• 2) 座式焊件变位机
图4-6 座式焊接变位机 1—回转工作台 2—倾斜轴 3—扇形齿轮 4—机座
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固定式
可拆式
可退式
永磁式定位挡铁
焊接工装夹具和焊接变位机械 22 2）支承钉（板）：主要用于平面定位，形式有多种
支承板
支承钉
可调支承
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3）圆孔定位用定位器
a）固定式定位销
b）可换式定位销
c）可折式定位销 d）可退式定位销 4）阶梯外圆柱表面和轴线交叉圆柱表面的定位， 可 采用V形块和其它定位器组合应用的方式解决。
适用场合： 适用于各种轴类、盘类、筒体等回转体 工件的焊接。 主要用于高度不大，具有 环形焊缝焊件的焊接或筒体封头的切割 工作。
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立 式 单 回 转 焊 接 变 位 机
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立 式 单 回 转 焊 接 变 位 机
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6、夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布臵在靠近支承的地 方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。 7、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。
8、用于大型板焊接结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别 是夹具体的刚度对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时 要留有较大的余量。 9、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。
卧式单回转焊接变位机
卧式单回转焊接变位机是将焊件绕 水平轴翻转或倾斜，使之处于有利 装焊位置的焊接变位机械。
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结构特点： 1、机架可方便安装各种定位和夹 紧机构，回转可采用变频器无级调 速, 运行平稳。 2、机架夹持工件在0~360°范围 内恒速翻转或按焊接速度转动，翻 转力矩大，自锁功能强，定位可靠。 3、机体采用座式结构，设备整体 稳定性好，可固定在地基上。
按所装配焊件的结构进行设计，而定位器、夹紧机构和装配平
台，则大多数是通用的标准件。下图为工字梁装配夹具。
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二、对焊接工装夹具的要求
1、焊接工装夹具应动作迅速，操作方便。 2、夹紧可靠，刚性适当。 3、焊接工装夹具工作时主要承受焊接应力和夹紧反力和焊 件的重力，夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质 材料时，应限制夹紧力或加大压头接触面积。 4、焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能硬性焊 接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。 5、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Hale Waihona Puke Baidu殊要求。
焊接工装夹具和变位机械统称焊接机械装备。归纳起 来其主要作用如下：
1、采用定位器和各种夹紧夹具进行焊接结构装配。则 可不用划线或很少划线就可准确的装配各种零件，施焊时 还可免去定位焊。 2、制品几何尺寸一致，减少尺寸偏差，提高制品的精 度和互换性。 3、减少搬运和翻转时间。
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成批量生产某种产品时，通常是选用较为专用的工装 夹具，也可以利用通用的、标准的夹具的零件或组件。
焊接工装夹具和焊接变位机械 四、焊接机械装备的设计原则和应注意的问题
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焊接机械装备的设计原则与其他机械的设计原则一样，首 先必须使焊接工艺装备满足工作职能的要求，在这个前提下还 应满足操作、安全、外观、经济上的要求。 具体有：1、密封性 飞溅会影响焊接的装配精度；加速传动零件的磨损。 2、防止打弧
（2）螺旋夹紧器
螺旋夹紧器
快速夹紧的螺旋夹紧器
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螺旋夹紧器的应用
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（3）偏心轮夹紧器
圆偏心轮工作特性
偏心轮夹紧器的应用
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（4）杠杆夹紧器
杠杆夹紧作用示意图
典型杠杆夹紧器
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（5）铰链夹紧机构