焊接结构生产-装配-焊接工艺装备.ppt

,焊接结构生产,第五单元 装配焊接工艺装备,【学习目标】了解焊接工装的作用、分类和基本组成；掌握焊接工装夹具定位器的定位原理和使用方法；掌握使用夹紧机构的技术要领；熟悉焊接变位机械的应用。,合知识模块一 焊接工装概述,装配焊接工艺装备是指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。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。焊接变位机械是指改变焊件、焊机或焊工的位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装备。,焊接工装的作用与分类,1.焊接工装的作用 焊接操作在焊接结构生产全过程中所需作业工时较少(仅占25%30%)，大部分工时用于备料、装配及其他辅助工作。这些工作影响了焊接结构生产进度，特别是伴随高效率焊接方法的应用，这种影响日益突出。解决这一影响的最佳途径是大力推广使用机械化和自动化程度较高的焊接工装。焊接工装的作用主要表现在如下几方面：小知识在先进的工业国家，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化。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。个别夹紧机构已有商品供应。1)定位准确、夹紧可靠。2)防止和减小焊接变形，减轻了焊接后的矫正工作量。,3)能够保证最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，可获得满意的焊接接头。4)利用焊接工装进行焊件的定位、夹紧以及翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。2.焊接工装的分类焊接工装的形式多种多样，可按其功能、适用范围或动力源等进行分类。,焊接工装的基本组成,装配焊接夹具一般由定位元件(或装置)、夹紧元件(或装置)和夹具体组成。焊接变位机械基本由驱动机构(力源装置)、传动装置(中间传动机构)和工作机构(定位及夹紧机构)三个基本部分组成，并通过机体把各部分连结成整体。,图5-1焊接工装的基本组成1气缸2斜楔3辊子4压板5焊件6定位销钉,图5-1所示是一种典型的夹紧装置，力源装置(气缸)是产生夹紧作用力的装置，通常是指机动夹紧时所用的气压、液压、电动等动力装置；中间传动机构(斜楔)起着传递夹紧力的作用，工作时可以通过它改变夹紧作用力的方向和大小，并保证夹紧机构在自锁状态下安全可靠；夹紧元件(压板)是夹紧机构的最终执行元件，通过它和焊件受压表面直接接触完成夹紧；焊件通过定位销钉6进行定位。,综合知识模块二 装配焊接夹具,焊件的定位及定位器,焊接结构生产中经常采用的有装配定位焊夹具、焊接夹具、矫正夹具等。其中，定位是夹具结构设计及夹具应用的关键问题，定位方案一旦确定，则其他组成部分的总体配置也基本随之而定。,一、定位原理 图5-2焊件的定位在装焊作业中，将焊件按图样或工艺要求在夹具中得到确定位置的过程称为定位。在空间直角坐标系中如果不对物体施加约束和限制，会有六个自由度，即沿、三个轴向的相对移动和三个绕轴的相对转动，如图5-2a所示。若将坐标平面看作是夹具平面，要使焊件在夹具中具有准确和确定不变的位置，必须限制这六个自由度。每限制一个自由度，焊件就需要与夹具上的一个定位点相接触，这种用分布适当的六个定位支承点，来限制工件六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，就是夹具的“六点定位规则”。,将图5-2b中的小圆块视为定位点，依靠夹紧力F1、F2、F3来保证焊件与夹具上定位点间的紧密接触，则可得到焊件在夹具中完全定位的典型方式。在面上设置了三个定位点，三个定位点不能在同一条直线上，可以限制焊件沿轴方向的移动和绕轴、轴的转动三个自由度；在面上有两个定位点，两定位点的连线不能与面和yOz的交线垂直，可以限制焊件沿轴方向的移动和绕轴的转动两个自由度；在面上设置一个定位点，用以限制焊件沿轴方向的移动一个自由度。,图5-2焊件的定位,焊件上这些具体表面在装配过程中叫做定位基准。根据图5-2可作如下分析：1)表面A上的三个支承点限制了焊件的三个自由度，这个表面叫做主要定位基准。连接三个支承点所得到的三角形面积越大，焊件的定位越稳定，也越能保持零件间的位置精度，同时主要定位基准面往往承受较大的外力，所以通常是选择焊件上最大表面作为主要定位基准面。2)表面B上的两个支承点限制了焊件的两个自由度，这个表面叫做导向定位基准。表面B越长，这两个支承点间的距离越远，而焊件对准夹具平面的位置就越准确、可靠。所以通常选取焊件上最长的表面作为导向定位基准。3)表面C上有一个支承点，可以限制焊件最后一个自由度，这个表面叫做止推定位基准。通常是选择焊件上最短、最窄的表面作为止推定位基准。,4)焊件的六个自由度均被限制的定位称为完全定位；焊件被限制的自由度少于六个，但仍能保证加工要求的定位称为不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力与变形，有些自由度是不宜限制的，故可采用不完全定位的方法。二、定位基准的选择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设计基准重合。2)应选用焊件上平整、光洁的表面作为定位基准，当定位基准面上有焊接飞溅物、焊渣等不平整时，不宜采用大基准平面或整面与焊件相接触的定位方式，而应采取一些突出的定位块以较小的点、线、面与焊件接触的定位方式。,3)定位基准夹紧力的作用点应尽量靠近焊缝区。4)可根据焊接结构的布置、装配顺序等综合因素来考虑。5)应尽可能使夹具的定位基准统一。这样，有利于组织生产和夹具的设计与制造。检验定位基准选择的是否合理的标准是：能否保证定位质量，是否方便装配和焊接，以及是否有利于简化夹具结构等。三、定位器及其应用 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。定位器的形式有多种，如挡铁、支承钉或支承板、定位销及V形块和定位样板五类。(1)平面定位用定位器焊件以平面定位时常采用挡铁、支承钉(板)等进行定位。1)挡铁是一种应用较广，可使焊件在水平面或垂直面内进行定位,如图5-3所示。,图5-3挡铁的结构形式a)固定式b)可拆式c)永磁式d)可退式,2)支承钉和支承板一般有固定式和可调式两种，如图5-4所示。,图5-4支承钉(板)的结构形式a)固定式支承钉b)可调式支承钉c)支承板1齿纹头式2焊件3球头式4平头式,(2)圆孔定位用定位器利用零件上的装配孔、螺钉孔或螺栓孔及专用定位孔等作为定位基准时，多采用定位销(图5-5)和定位心轴定位。以孔为定位基准，应使孔的轴心线与夹具上相关定位元件轴心线重合(同轴)。若焊件以圆锥孔为定位基准时，用圆锥心轴和圆锥销作为定位元件。零件用圆柱孔作为定位基准时，用圆锥形定位销有它特殊的优点。如图5-6所示，它可以消除因定位基准的偏差所引起的径向定位误差，最大缺点是容易发生零件偏斜而造成误差，如图5-6所示。解决的办法是尽量减小圆锥角，使插入定位销的零件孔壁发生弹塑性变形，零件和定位销之间由线接触变为面接触，从而消除零件的倾斜。,图5-5定位销的结构形式,图5-6用圆锥体定位销定位圆柱孔)孔径的偏差)零件的偏斜)接触面变形定位,(3)外圆表面定位用定位器生产中，管子、轴及小直径圆筒节等圆柱形焊件的固定和定位多采用V形块来保证外圆柱面的轴心线在夹具中有预定的位置，如图5-7所示。图5-7c是V形块与螺旋夹紧器配合使用的工作状态。V形块的两个斜面也可以用两滚轮来代替，以便转动零件(图5-7)。,图5-7,工件以外圆柱为定位基准时，也可以采用定位套筒、定位环等作为定位元件。另外，定位样板可以借助零件上的圆孔、边缘、凸缘等任何支承轮廓来确定其他待安装零件的位置，如图5-8所示。,图5-8定位样板,焊件在夹紧机构中夹紧,利用某种施力元件或机构使焊件达到并一直保持预定位置的操作称为夹紧，用于夹紧操小知识在装配定位中，所有的定位方法可以单独使用，也可以同时使用，互为补充，以方便定位操作和保证定位准确。作的元件称为夹紧器。夹紧器是装配焊接夹具组成中最重要、最核心的部分。1.常用夹紧器夹紧器的种类很多，常用的结构形式有以下几种：(1)楔形夹紧器楔形夹紧器主要通过斜面的移动所产生的压力夹紧焊件。图5-9所示是斜楔工作示意图。,图5-9斜楔夹紧器工作示意图,(2)螺旋夹紧器螺旋夹紧器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成，如图5-10所示，通过螺杆与螺母的相对旋动达到夹紧工件的目的。,图5-9斜楔夹紧器工作示意图,(2)螺旋夹紧器螺旋夹紧器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成，如图5-10所示，通过螺杆与螺母的相对旋动达到夹紧工件的目的。为避免螺杆直接压紧焊件造成表面压伤和产生位移，通常是在螺杆的端部装有可以摆动的压块。图5-11是常用摆动压块的结构形式。图5-11a型压块端面光滑,用来夹紧已加工表面；图5-11b型压块端面带有齿纹，用于比较粗糙的零件表面。压块与螺杆间采用螺纹或钢丝挡圈略微活动的联接方式。,图5-10螺旋夹紧器结构形式1主体2螺杆3螺母,图5-11摆动压块结构形式,螺旋夹紧器的缺点是夹紧动作缓慢(每转一圈前进一个螺距)，辅助时间长和工作效率不高。为了克服上述缺点，研制出了几种快速夹紧的结构形式，如图5-12所示。,图5-12快速夹紧的螺旋夹紧器结构形式a)旋转式b)铰接式c)快撤式,螺旋夹紧器在焊接结构生产中应用很广泛，例如应用于工字梁的装配、对齐对接钢板错边以及装配压力容器人孔等，如图5-13所示。,图5-13螺旋夹紧器结构形式a)装配工字梁b)对齐对接钢板错边c)装配压力容器人孔,(3)偏心轮夹紧器如图5-1所示。,偏心轮夹紧器夹紧动作迅速(手柄转动一次即可夹紧零件)，有一定自锁性，结构简单，但行程较短。特别适用于尺寸偏差较小、夹紧力不大及很少振动情况下的成批大量生产。(4)杠杆夹紧器图5-15a所示是一个典型的杠杆夹紧器。当向左推动手柄时，间隙s增大，焊件则被松开；当向右搬动手柄时，则焊件夹紧。图5-15b所示是螺旋杠杆夹紧器，特点是夹紧力集中在三点，并很容易设计出适应各种夹紧位置的。,图5-15杠杆夹紧器结构形式,(5)铰链夹紧机构铰链夹紧机构是用铰链把若干个杆件连接起来实现夹紧焊件的机构，如图5-16所示。铰链夹紧机构的夹紧力小、自锁性能差、怕振动。但夹紧和松开的动作迅速，夹头开度大，机动灵活，焊件的装卸方便。因此，在大批量的薄壁结构焊接生产中广泛采用。2.气动与液压夹紧机构 气动夹紧器是以压缩空气为动力源，推动气缸动作实现夹紧作用的机构。液压夹紧器是以压力油为动力源，推动液压缸动作实现夹紧作用的机构。,()气动夹紧器气动夹紧器由气体供应系统(如管道、各种阀等)、压缩空气动力头(如气缸)、夹紧机构(通过杠杆、楔、斜槽和气动夹紧器配合)等几部分所组成。气动夹紧器结构类型很多，表5-1列举了几种较为典型的示例。,图5-16铰链夹紧机构结构形式1夹紧杆2手柄杆3连杆4支座(架)5螺杆,(2)液压夹紧器液压夹紧器的传动系统由油箱、过滤网、电动机、液压泵、压力表、单向阀、换向阀、液压缸等基本部件组成。图5-1所示是液压撑圆器结构形式，适用于厚壁筒体的对接、矫形及撑圆装配。,图5-17液压撑圆器结构形式1心盘2连接板3推撑头4支撑杆5缓冲弹簧6支撑板7操作机伸缩臂8液压缸9导轨花盘,3.专用夹具 专用夹具是指在专用夹具体上，由多个多种夹紧机构和定位器组合而成的，具有专一用途的焊接工装夹具装置，是针对某种产品的装配与焊接需要而专门制作的。图5-18所示是箱形梁的装配夹具，夹具的底座1是箱形梁水平定位的基准面，下盖板放在底座上面，箱形梁的两块腹板用电磁夹紧器4吸附在立柱2的垂直定位基准面上，上盖板放在两腹板的上面，由液压杠杆夹紧器3的钩头形压板夹紧。箱形梁经定位焊后，由液压缸5从下面把焊件往上部顶出。4.组合夹具 组合夹具是由一些规格化的夹具元件，按照产品装焊的要求拼装而成的可拆式夹具。适用于品种多、变化快、批量少、生产周期短的场合，特别是在新产品的试制中更为适用。,图5-19组合夹具基本元件a)基础件b)支承件c)定位件d)压紧件e)紧固件f)合成件,1)基础件是组合夹具的基础元件，通过它可以将其他组件连成一个整体。2)支承件是组合夹具的骨架元件，将定位件、合成件或导向件与基础件连接在一起。3)定位件的主要作用是保证组合夹具各元件之间的定位精度、连接强度以及整个夹具的可靠性。,图5-18箱形梁装配夹具1底座2立柱3液压杠杆夹紧器4电磁夹紧器5液压缸,4)压紧件用于夹紧焊件的组合元件，保证焊件的正确定位，不产生位移。5)紧固件可用来紧固连接组合夹具的各种基本元件或直接紧固焊件，一般采用细牙普通螺纹的螺栓结构，增加紧固力和防止使用过程中发生松动现象。6)合成件是由若干个基本元件装配成的具有一定功能的部件，在组合夹具中可整体组装或拆卸，从而加快组装进度，简化夹具结构。组合夹具除上述六种基本元件或合成件外，还有键、销以及用于稳固夹具的支架等导向件和辅助件。图5-20所示是两种组合夹具的应用示例，图5-20a所示是一种弯管对接用组合夹具，使用时应能保证弯管对接时其方位与空间形状的要求；图5-20b所示为轴头与法兰对接用组合夹具，使用时应保证轴头与法兰的对中要求。,图5-20组合夹具应用示例,5.磁力夹具 磁力夹具是借助磁力吸引铁磁性材料的焊件来实现夹紧的装置。按磁力的来源磁力夹具可分为永磁式和电磁式两种。1)永磁式夹紧器采用永久磁铁的剩磁产生的磁力夹紧焊件。此种夹紧器的夹紧力有限，用久以后磁力将逐渐减弱，一般用于夹紧力要求较小、电源不便、不受冲击振动的场合，常用它作为定位元件使用。永久磁铁材料为铝-镍-钴合金、锶钙铁氧体磁性材料等。使用永磁式夹紧器时，切忌振动与坠落。2)电磁式夹紧器是一个直流电磁铁，通电产生磁力，断电则磁力消失。电磁式夹紧器具有装置小、吸力大(如自重12kg的电磁铁，吸力可达80kN)、运作速度快、便于控制且无污染的特点。值得注意的是，使用电磁夹紧器时应防止因突然停电而可能造成的人身和设备事故。,图5-21电磁夹紧器应用示例,图5-21所示是电磁夹紧器应用示例。图5-21a所示是用两个电磁铁并与螺旋夹紧器配合使用矫正变形的板料；图5-21b所示是利用电磁铁作为杠杆的支点压紧角铁与焊件表面的间隙；图5-21c所示是依靠电磁铁对齐拼板的错边，并可代替定位焊；图5-21d所示是采用电磁铁作支点使板料接口对齐。焊接生产中，采用自动焊进行板材直缝的拼接时，常在拼缝的两侧平台上布置长条状的电磁铁吸紧钢材，一般称其为电磁平台。图5-22是电磁平台与焊剂垫装置联合使用的情况。台车中部为焊剂垫的槽6，两根5065mm直径的软管2及4可分别充气升起焊剂垫贴紧焊件背面，以保证单面焊双面成形时，焊缝反面成形良好，两侧的电磁铁8用于吸紧钢板，防止板条错边、移动及减小角变形。支撑滚轮5在软管3充气后升起，以便装卸板条和对准接缝。,图5-22移动式拼板电磁平台1移动台车2、3、4压缩空气软管5支撑滚轮 6帆布焊剂槽7焊剂垫支柱8电磁铁,6.夹紧力作用方向、作用点的确定(1)夹紧力的作用方向的确定要求力的作用应不破坏工件定位的准确性，它主要和焊件定位基准的位置及焊件所受外力的作用方向有关。1)夹紧力一般应垂直于主要定位基准(最好是水平的)，使这一表面与夹具定位件的接触面积最大，即接触点的单位压力相应减小，定位稳定牢靠，有利于减小焊件因受夹紧力作用而产生的变形。2)夹紧力的方向应尽可能与所受外力(焊件重力、控制焊接变形所需要的力、工件移动或转动引起的惯性力以及离心力等)的方向相同，使所需设计的夹紧力最小，以减轻工人劳动强度，使夹紧机构轻便、紧凑，减小焊件受压变形。()夹紧力作用点的确定作用点的位置主要考虑如何保证定位稳固和最小的夹紧变形，如图5-23所示。,图5-23夹紧力作用点的布置a)不正确b)正确,1)作用点应位于焊件的定位支承之上或几个支承所组成的定位平面内，以防止因受支承反力与夹紧力，支承反力与重力形成力偶，造成焊件的位移、偏转或局部变形。2)作用点应安置在焊件刚性最大的部位上，必要时，可将单点夹紧改为双点夹紧或适当增加夹紧接触面积。3)作用点的布置与焊件的厚度有关。对于薄板(2mm)的夹紧力作用点应靠近焊缝，并且沿焊缝长度方向上多点均布，板材越薄均布点的距离越小。厚板的刚性较大，作用点可远离焊缝。,综合知识模块三 装配焊接夹具设计的基本知识,夹具设计的基本要求与依据,1.夹具设计的基本要求 由于产品结构的技术条件、施焊工艺以及工厂具体情况等不同，对所选用及设计的夹具均有不同的特点及要求，其共性的要求有以下几方面：,1)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，产生较大的应力。2)焊接工装夹具应动作灵活、操作方便、操作位置应处在工人容易接近和操作的部位。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。为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。,3)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的观察，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和侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。4)在一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量选用一种动力源。5)操作时应考虑焊件在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要避免焊件在翻转或吊运时损坏。6)降低夹具制造成本，便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件，提高生产率，使结构的装配过程经济合理。,6)降低夹具制造成本，便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件，提高生产率，使结构的装配过程经济合理。7)注意各种焊接方法在导电、导热、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。8)对于大型板焊结构的夹具，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，设计时要留较大的裕度。9)尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构及标准零部件来制造工装夹具。2.夹具设计的依据 原始资料应反映出焊件在生产中及本身结构上的特点及要求，这是设计夹具的依据，其内容包括：,(1)夹具设计任务单任务单中说明工件图号、夹具的功用、生产批量、对该夹具的要求以及夹具在焊件制造中所占地位和作用。(2)焊件图样及技术条件研究图样是为了掌握焊件尺寸链的结构、尺寸公差及制造精度等级。研究技术条件是为了明确在图样上未完全表达的问题和要求。(3)焊件的装配工艺规程夹具是实施工艺规程的工具，应明确说明所设计的夹具必须满足工艺规程中的一切要求。(4)夹具设计的技术条件这是装配焊接工艺人员根据焊件图样和工艺规程对夹具提出的具体要求，一般应包括如下内容：1)夹具的用途，担负何种焊件的装配焊接工作以及焊件前后工序的联系。,2)所装配焊件在夹具中的位置，保证每个装配件的定位与夹紧既可靠又合理。3)焊件定位基准、主要接头以及定位尺寸。4)制造和安装夹具时，保证夹具的调整和检验时所需的样件及样板等。5)对夹具的构造形式，是否翻转和移动以及夹具所用定位及夹紧件的机械化程度等提出原则性意见。6)规定焊件焊接收缩量大小，以确定定位件和夹紧件的位置。(5)焊接装配夹具的标准化和规格化资料包括国家标准、企业标准和规格化夹具结构图册等。,夹具设计的内容与步骤,夹具设计工作一般分为绘制草图、绘制焊接装配夹具工作总图和绘制夹具零件图三个阶段。1.绘制草图阶段(1)基准的选择基准的选择应考虑以下两点：1)夹具的设计基准应与被装配结构的设计基准一致。2)有装配关系的相邻结构的装焊夹具尽可能选择同一设计基准，如选用基准水平线和垂直对称轴线作为同一设计基准。(2)绘制焊件图设计基准确定后，在图样上按设计基准用双点画线绘制出被装配的焊件图。包括焊件轮廓及焊件要求的交点接头位置(注意包括收缩余量)。,(3)定位件和夹紧件设计根据定位基准选择定位件和夹紧件的结构形式、尺寸及其布置。确定焊件的定位方法及定位点以及焊件的夹紧方式和对夹紧力的要求，进行必要的分析计算。(4)夹具主体(骨架)设计夹具体是夹具的基础件，在它上面安装组成该夹具所需的各种元件、机构和装置等，起着支承、连接作用。夹具体设计的基本要求包括：1)具有足够强度和刚度。2)结构简单、紧凑、合理、便于焊件装卸和清理方便。3)安装稳定可靠。4)夹具体结构工艺性好，应便于制造、装配和检验。,5)尺寸要稳定且具有一定精度。对铸造的夹具体要进行时效处理，对焊接的夹具体要进行退火处理。各定位面、安装面要有适当的尺寸和形状精度。夹具体的形状与尺寸在绘制夹具总图时，根据焊件、定位元件、夹紧装置及其他辅助机构等在夹具体上的配置大体上可以确定，然后根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸，受力大的部位可以采用肋板加强。按经验，铸造夹具体的壁厚一般取825mm，焊接夹具体取610mm，加强肋的厚度一般取(0.70.9)壁厚。加强肋高度，铸造的一般不大于壁厚的5倍。表5-2列出几种常用毛坯制造方法。(5)完成设计草图在充分考虑夹具的整体结构布局之后进行必要的设计计算，征求有关人员意见，并送相关部门审查，综合各种意见，对设计方案进行改进，并绘制出夹具的设计草图。,2.绘制夹具工作总图阶段审查通过草图设计后，便可绘出夹具的正式工作总图。完成此阶段工作应注意以下几点：(1)遵循国家制图标准绘图比例应尽可能选取11，根据工件的大小时，也可用较大或较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。(2)正确使用线型用双点画线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为“透明体”，并用网纹线表示出加工余量。(3)合理选择定位元件根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。(4)正确确定夹紧状态根据定位对夹紧的要求，按照夹紧原则选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，画出夹紧工件的状态，还应用双点画线画出放松位置，以表示出和其他部分的关系。,(5)确定并标注有关尺寸夹具总图上应标注的有以下尺寸：1)夹具的轮廓尺寸：即夹具的长、宽、高尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分极限位置所占的空间尺寸。2)工件与定位元件的联系尺寸：常指工件以孔在心轴或定位销上(或工件以外圆在内孔中)定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。总图上应标注的主要尺寸，应包括装配尺寸、配合尺寸、外形尺寸及安装尺寸等。定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则决定。(6)明确编写技术条件一些在视图上无法表示的关于制造、装配、调整、检验和维修等方面的技术要求，应标注在总图上。(7)编制零件明细表夹具总图上还应画出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。,3.绘制装配焊接夹具零件图阶段 夹具总图绘制完毕后，对夹具上的非标准件要绘制零件工作图，并规定相应的技术要求。零件工作图应严格遵照所规定的比例绘制。视图、投影应完整，尺寸要标注齐全，所标注的公差及技术条件应符合总图要求，加工精度及表面粗糙度应选择合理。在夹具设计图样全部完毕后，还有待于精心制造和实践和使用来验证设计的科学性。经试用后，有时还可能要对原设计作必要的修改。因此，要获得一项完善的优秀的夹具设计，设计人员通常应参与夹具的制造、装配，鉴定和使用的全过程。小知识夹具设计规范化的目的：1)保证设计质量，提高设计效率。2)有利于计算机辅助设计。,3)有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法。4.编写装配焊接夹具设计说明书设计说明书是夹具设计计算、分析整理和总结，也是图样设计的理论根据。其内容主要包括：1)目录。2)夹具设计任务书。3)产品要求分析。4)夹具设计技术条件。5)夹具设计基准的确定。6)夹具设计方案的分析。7)夹具技术经济效益评定。,8)参考资料。必要时，还需要编写装配焊接夹具使用说明书，包括夹具的性能、使用注意事项等内容。能力知识点3夹具制造精度焊接结构的精度除与各零件备料的精度和加工工序的中间尺寸精度有关外，在很大程度上也取决于装配焊接夹具本身的精度。而夹具的精度主要是针对夹具定位件的定位尺寸及定位件的位置尺寸的公差大小而言，这要根据被装配焊件的精度确定。因此，可以看出，焊接结构的精度与工装夹具的精度有着密切的联系。夹具的制造公差与夹具元件的功用及装配要求有关，一般可分为四类：,第一类是直接与焊件接触，并且确定焊件位置和形状的各类定位元件。第二类是虽不与焊件直接接触，但它是确定第一类元件位置的各种导向件。第三类属于夹具内部结构(如夹紧装置)各组成零件之间相互配合的尺寸公差。第四类是涉及夹具整体组合的基本体，如夹具的主体骨架等。第一、二类夹具元件的精度，不仅与定位焊件的精度要求有关，还受到焊件定位表面的选择、加工方法及焊件几何形状等因素的影响。在确定夹具公差时，一般取所装配焊件的相应部分尺寸公差的0.50.75倍，表5-3所列公差关系仅供参考。,1)以焊件的平均尺寸作为夹具相应尺寸的基本尺寸。2)定位元件与焊件定位基准间的配合，一般都按基孔制间隙配合来选用。3)采用焊件上相应工序的中间尺寸作为夹具基本尺寸。,4)夹具上起导向作用并有相对运动的元件间的配合及没有相对运动的元件间的配合，表5-4所列是一般的选用范围。,夹具结构工艺性,夹具结构的制造、检测、装配、调试及维修等方面，都可作为夹具结构工艺性好坏的评定依据。(1)对夹具良好工艺性的基本要求1)夹具结构的组成元件应多选用各种标准件和通用件，尽量少制造专用零件，力求结构简单，制造容易，以减少制造劳动量和降低费用。2)各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。专用夹具的制造属单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配机构。3)便于夹具的维护和修理。(2)合理选择装配基准正确选择夹具装配基准的原则有两点：,(2)合理选择装配基准正确选择夹具装配基准的原则有两点：1)装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其他元件的位置只对此表面或线进行调整和修配。2)装配基准一经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。因此，那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚需调整或修配的表面或线不能作为装配基准。,图5-24正确选择装配基准示例,图5-24a中，A、B、C、D 4个尺寸是以孔的中心为基准，孔加工好后，以孔中心作装配基准来检验和调整定位销和支承板时，各元件彼此间不发生干扰和牵连，检验和调整很方便。图-b中，调整尺寸D、B时，尺寸A、C也受到影响，造成检验和调整工作复杂，且难以保证夹具精度要求。(3)结构的可调性夹具中的定位件和夹紧件一般不宜焊接在夹具体上，否则，结构不便于加工和调整。经常采用的是依靠螺栓紧固、销订定位的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便的修磨。,图5-25便于维修的定位销钉结构形式,图5-26便于维修的衬套结构形式,(4)维修工艺性夹具使用后的维修，可延长夹具的使用寿命。进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。图5-25所示是便于维修的三种定位销钉结构形式。图5-25a所示是将销钉孔做成贯穿的通孔，拆卸时可从底部将销钉打出；图5-25b所示和图5-25c所示是因受结构位置限制，无法采用贯穿孔时，可采取加工一个用来敲击销钉的横孔或选用头部带螺纹孔的销钉。把无凸缘衬套类零件压入不通孔时，为方便维修时取出衬套，可选择图5-26中衬套的结构形式。图5-26所示是在衬套底部端面上铣出径向槽。(5)制造工装夹具的材料小知识夹具设计的发展趋势：1.为提高效率，适应流水线生产应细化工艺，使用高效率夹具。2.为适应系列化生产需要，应发展快速可调的混型夹具。3.提高夹具、机具一体化程度，如多点焊机等。,4.采用新的设计方法，如坐标法、模块法、设计法、计算机辅助设计等。5.提高夹具通用化、系列化、标准化水平。夹具材料的选择首先取决于夹具元件的工作条件。骨架、承重结构以刚度为主时，可选用低碳钢；载荷大并考虑强度时，可选用低合金结构钢。在定位元件中，各种支承和V形铁一般选用20钢制造，其热处理是表面渗碳0.81.2mm，淬火硬度6064HRC。定位销直径大于14mm时，可选20钢表面渗碳；直径小于14mm时，常选择T7A或T8A钢材，淬火硬度均为5358HRC。在夹紧元件中，偏心轮常用T7、T8钢，热处理6064HRC。弹簧件选用65Mn弹簧钢制造；对于材质较软的铝、铜等工件，在保证定位准确的前提下，定位件、夹紧件材料也应相应选择较软的材料，并要限制夹紧力或加添铜铝衬垫等，以防止损伤焊件。对于机械装置中传动系统各零件的材料，应根据机械设计中的有关规定进行选用。,夹具结构实例分析,焊接结构生产中所应用的装配焊接夹具形式多种多样。在前面已经介绍了各类夹具定位件及夹紧机构的结构特点、工作原理和使用方法，同时还讨论了夹具的设计方法以及步骤。下面就实际生产中装配焊接夹具的应用实例作简要介绍和分析。1.轻便夹具 这是一类用来装配由23个零件组成的焊件、自身结构较简单的夹具。图5-27所示是将两个肋板与一个衬套进行装配的夹具，衬套5用三棱销钉4定位，两个带孔的肋板3、8用特殊销钉2和6定位，销钉头部有一段螺纹，转动高帽螺母1可将肋板3、8夹紧在支承面上。支承钉7是便于夹具搬放而设置的。特殊销钉螺纹的长度不应超过810mm，可以减少装配肋板的时间。,小知识夹具规范化目的：1.保证设计质量，提高设计效率。2.有利于计算机辅助设计。3.有利于初学者尽快掌握夹具设计方法。2.多位夹具 在一个夹具上同时装配几个或十几个同样的尺寸较小、外形简单的焊件时，可采用多位夹具。图5-28所示是焊接支架焊件的多位夹具，支架由两块板片与四段小管组成。装配焊接时，将板片装在托架侧面，依靠托架侧面挡铁和夹具体的平面进行定位，采用螺杆夹紧。托架上面开有半圆槽用来定位小管。此类夹具定位稳固，装卸焊件方便，生产效率高。,图5-27,图5-28,综合知识模块四 焊接变位机械,焊接变位机械的主要作用是通过改变焊件、焊机及焊接工人的操作位置，达到和保持焊接位置的最佳状态，减轻工人的劳动强度，改善焊接质量，提高劳动生产率。,焊件变位机械,焊件变位机械根据结构形式和承载能力的不同，主要有回转台、翻转机、滚轮架和变位机等几种类型。1.焊接回转台 焊接回转台是将焊件绕垂直轴或倾斜轴回转的焊件变位机械。主要用于高度不大，具有环形焊缝焊件的焊接或封头的切割工作。焊接回转台的工作台一般处于水平或固定在某一倾角位置，并能保证以焊速回转，且均匀可调。图5-29所示是几种定向回转台的结构形式，图5-29a所示是常用的电动回转台，在工作台上安放小型焊件，它只需10W的电动机转动台面，就可使焊件生产率提高510倍；图5-29b中的回转台承载能力为500kg，可用人工移位，操作灵活，可通过电动(连续焊缝)或手动(单一变位)实现驱动。图5-29c所示是一种回转轴倾角在一定范围内可调的简化型回转台，用于焊接小型焊件。,图5-几种定向回转台a)固定式回转台b)移动式回转台c)倾角可调式回转台,2.翻转机 焊接翻转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件变位机械。各种焊接翻转机的应用情况见表5-5。,(1)头尾架式翻转机图5-0所示是一种典型的头尾架式翻转机，头架为固定式安装驱动机构，在头架1的枢轴上装有工作平台2、卡盘3或专用夹紧器，可以翻转或按焊接速度转动，并且能自锁于任何角度，以便获得最佳焊接位置。尾架6可以在轨道上移动，枢轴可以伸缩，便于调节卡盘与焊件间的位置。当对短小焊件进行装焊时，可不使用尾架，单独采用头架固定翻转变位。该翻转机最大载重量为4t，加工工件直径为1300mm。安装使用时，应注意使头尾架的两端枢轴在同一轴线上，减小扭转力。我国没有对各种形式的焊接翻转机制定出系列标准，但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机并成系列。,图5-30,(2)框架式翻转机图5-3所示是一台可升降的框架式翻转机。焊件装卡在回转框架2上，框架两端安有两个插入滑块中的回转轴。滑块可沿左右两支柱1和3上下移动，动力由电动机7、减速器6带动丝杠旋转，进而使与滑块固定在一起的丝杠螺母升降。框架2的回转是由电动机4经减速器5带动光杠上的蜗杆(可上下滑动)旋转，使与它啮合的蜗轮及与蜗轮刚性固定的框架旋转，实现工件的翻转。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。,图5-31,焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动筒形焊件旋转的焊件变位机械，主要应用于锅炉、压力容器筒体的装配和焊接；适当调整主、从动轮的高度，还可进行锥体、分段不等径转体的装配和焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装夹在特别的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。(1)长轴式滚轮架其结构形式如图5-32所示，驱动装置布置在一侧，与一排长轴滚轮相连，另一排长轴滚轮从动。为适应不同直径筒体的焊接，从动轮与驱动轮之间的距离可以调节。由于支承的滚轮较多，有的长轴式滚轮架为一长形滚柱，直径0.30.4m,长度15m，筒体置于其上不易变形。适用于长度大的薄壁筒体，而且筒体在回转时不易打滑，能较方便的对准两节筒体的环形焊缝。,图5-32,(2)组合式滚轮架如图5-33所示，这是一种由电动机传动的主动滚轮组架(图5-33a)与一个或几个从动轮组架(图5-33b)配合而成的滚轮架结构。每组滚轮都是相对独立地安装在各自的底座上，且每组滚轮的轮距是可调的，以适应不同直径筒体的焊接。生产中，选用滚轮组架的多少可根据焊件的质量和长度确定。焊件上的孔洞和凸起部位，可通过调整滚轮位置避开。此种滚轮架使用方便灵活，对焊件的适应性强，是目前焊接生产中应用最广泛的一种结构形式。(3)自调式滚轮架自调式滚轮架(图5-3)仍属于组合式滚轮架一类，其主要的特点是可根据工件的直径自动调节滚轮的中心距，适应在一个工作地点装配和焊接不同直,图5-33组合式滚轮架a)主动滚轮组架b)从动滚轮组架,径筒体的生产。此类滚轮架的滚轮对数多，对焊件产生的轮压小，可避免焊件表面产生冷作硬化现象或压出印痕,在滚轮摆架上设有定位装置，并可绕其固定心轴自由摆动，左右两组滚轮可以通过摆架的摆动固定在同一位置上；从动滚轮架是台车式结构，可在轨道上移行，根据焊件长度方便的调节与主动滚轮架的距离，扩大其使用范围。,图5-34自调式滚轮架,焊接滚轮架的滚轮结构形式见表5-6。其中，金属材料的滚轮多用铸钢和合金球墨铸铁制作，表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径一般在200700mm之间。使用时，可根据滚轮的特点以及适用范围进行选择。,4.焊件变位机 焊件变位机是集翻转(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，夹持焊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。因此，可将焊件上各种位置的焊缝调整到水平或“船形”易施焊位置。焊接变位机主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位。(1)伸臂式焊件变位机如图5-35所示，此种变位机主要用于1t 以下中小型焊件的翻转变位。其工作特点是：带有T形沟槽的工作台1由电动机经过回转机构带动回转，并可规范调整工作台的回转速度，以充分满足不同焊接速度的需求。,图5-35伸臂式焊件变位机1回转工作台2旋转伸臂3倾斜轴4底座,通过电动机和带传动机构以及伸臂旋转减速器传动旋转，伸臂旋转时，其空间轨迹为圆锥面，因此，在改变焊件的倾斜位置的同时将伴随着工件的升高或下降，以满足获得最佳施焊位置的需求。在手工焊接中应用较多。该机变位范围与作业适应性好，但是整体稳定性差。,图5-36座式焊件变位机1回转工作台2倾斜轴3扇形齿轮4机座,伸臂式焊件变位机的工作台回转机构中，一般安装测速发电机和导电装置，测速发电机可以进行回转速度反馈，使工作台能以稳定的焊接速度回转，以便获得优良的焊缝成形。导电装置的作用是防止焊接电流通过轴承、齿轮等各级机械传动装置时造成电弧灼伤，影响设备的精度和寿命。(2)座式焊件变位机图5-3所示是一种常用的座式焊件变位机的结构形式，回转工作台1连同回转机构支承在两边的倾斜轴2上，工作台以焊接速度回转，通过扇形齿轮3或液压缸使倾斜轴能在140范围内恒速倾斜。此种变位