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焊接工装设计

发布日期:2020-08-08 16:33 作者:扑克王官方app下载 点击:

  焊接工装设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。工装:在机械加工、产品检验、装配和焊接等工 艺过程中,使用大量的工艺装备,简称工装, 用以安装加工对象,使之占有正确的位置,以 保证零件和产品的质量,并提高生产效率。 焊接工装:焊接工艺装备就是在焊接

  工装:在机械加工、产品检验、装配和焊接等工 艺过程中,使用大量的工艺装备,简称工装, 用以安装加工对象,使之占有正确的位置,以 保证零件和产品的质量,并提高生产效率。 焊接工装: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。其中 夹具主要包括定位器、夹紧器、夹具体等;机 械装置或设备主要包括焊件变位机、焊接操作 机、焊工升降台等。 应用: 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,需要根据本 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。 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 1.保证和提高焊接产品的质量。 采用工装夹具,可以保证装配定位焊时各零件正确 的相对位置,可以防止或减少工件的焊接变形。尤其 是批量生产时,可以稳定和提高焊接质量,减少焊件 尺寸偏差,保证产品的互换性。 2.提高劳动生产率,降低制造成本; 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。 3.减轻劳动强度,保障安全生产。 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。 (1) 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。 (2) 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。 (3) 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。 第一节 工件的定位原理 一、六点定位原理 刚体自由度: 一个刚体在空间直角坐标系中 具有六个自由度,p4如图1-1所示,沿X、Y、 Z三个坐标轴的移动自由度和绕 ? ?X ?、Y ?、 ?Z三个 ? 坐标轴的转动自由度。即 x, y, z 及x, y, z 分别表示沿X 轴、Y 轴、Z 轴的移动自由度和 轴的转动自由度。当工件的六个自由度未加限 制时,它在空间的位置是不确定的。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。所谓工 件的定位,就是指工件在夹具中的位置按照一 定的要求确定下来,将必须限制的自由度一一 予以限制。 二、六点定位原理的合理应用 应用六点定位原理分析工件在夹具中的定位问题时, 不能认为未夹紧前工件还可以相对定位元件反方向运 动而判断其自由度未被限制。在分析支承点起定位作 用时,不应考虑力的影响,因为我们说工件在某个方 向上的自由度被限制,是指工件在该方向上有了确定 的位置,并不是指工件在受到使它脱离支承点的外力 时也不运动,使工件在外力作用下也不运动的是夹紧 的结果,定位和夹紧是两个概念,不能混淆。 1 全定位与准定位 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。 2. 过定位与欠定位 过定位: 两个或 两个以上定位支 承点重复限制同 一个自由度,这 种定位方式称为 重复定位或过定 位。 实例1:p5图1-5 。 以A、B两端面为 定位基准,过定 位使工件定位精 度 受影响,定位 不确定或使定位 件产生变形,一 般情况应避免。 图1-5 过定位示例 过定位的优缺点:缺点是使定位不确定或使定位件产生 变形, 优点是可增强刚度。 为减小或消除重复定位所造成的不良后果,可采取以下 措施: (1)改进定位件的结构,避免重复定位。 (2)提高工件定位基准和相应定位工作表面之间的位 置精度,以减少干涉引起的不良后果。重复定位虽然 一般应当避免,但在设计工装夹具时,对刚性差的工 件,为了提高工件与定位元件的接触刚度,防止工件 变形,常有意识地采用重复定位,同时采取相应的工 艺措施. 欠定位:工件实际限制的自由度数少于该工序加工要求 所必须限制的自由度数。 第二节 定位方法及定位器 一、关于基准的概念 基准: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。可分为 (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) 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。 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。 实践中: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,工件上被选作定位基准的表面 常有平面、外圆柱面、圆孔、圆锥面、型面等, 定位方法和定位器的具体结构应与之相适应。 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。 二、工件以平面定位 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。 1. 挡块 挡块分受力挡块和不受力挡块两种。受力挡块承 受工件的部分重力或夹紧力,以及焊接应力等, 设计时可按零件的厚度加固,挡块与工件接触 线的长度应大于被定件零件厚度的1倍,其高 度则不应低于被定件零件截面的重心线。 挡块的各种形式:p9图1-9 可拆挡块 固定挡块 固定的螺栓 挡块 铰接式可退出挡块 2. 支承钉和支承板 固定支承钉:p10图1-11下图为三种固定支承钉 (GB/T2226),其中A型为平头,多用于定位基准 光滑的工件;B型为圆头,用于未经机械加工的平面 定位;C型为花纹头,多用于未加工的零件侧面定位。 A型 B型 C型 支承板:p10图1-11 ,下图为支承板 (GB/T2236),多用于已经机械加工的平面 定位,A型用于侧面或顶面定位,B型带有斜 槽,便于清理积屑和脏物,宜作底面定位。 A型 B型 三、工件以圆孔定位 常用的定位器有定位销、定位插销和衬套式定位器。 1 .定位销 标准化定位销:p11图1-14,下图所示定位销均已标准 化,主要用于直径在50 mm以下的中小孔定位,每种 定位销有圆柱销和削边销两种形式,根据定位销与定 位孔配合的长径比和配合长度与总体尺寸的关系等, 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。 非标准定位销:如果结构上有特殊要求,或尺寸超过 标准定位销,可根据需要设计非标准定位销。下图(a) 为削边锥销,用于未加工过的孔定位,图(b)为普通圆 锥销,用于精基准定位。工件以单个圆锥定位时容易 倾斜,故应和其他定位元件组合定位。 2. 衬套式定位器 P11图1-16下图所示为衬套式定位器,将衬套分为 上、下两部分,下半部分固定在夹具体(旋转轴)上, 上半部分制成活动式,向上撑开时可以顶紧和定位工 件,适用于薄壁圆筒环缝焊接。 3. 定位插销 p12图1-17 定位插销可以设计成各式各样的手柄,便于 拔插,插销顶端15°倒角,插销定位部分也可 以制成削边销,减少接触面积,下图是定位插 销应用实例。 四、工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面作为定位基准,也是生产中常见的定 位方式之一,常用的定位器有V形块、定位套和半圆 孔定位器。 1. V形块 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。 标准V形块:p12图1-18 V形块在夹具体上调整好位置后用螺钉紧固并配作两 个销孔,用两个定位销确定位置。V形块两个定位面 的夹角? 有60°、90 °和120 °三种。以90 °应 用最为广泛,因为它在保证定位稳定性和减少夹具的 外形尺寸方面比60 ° 和120 ° 的都好。标准V形块 是根据工件定位面外圆直径来选取。 间断型V形块:p13图1-19,下图为间断型V形块,用于 基准面长度较大的工件。如果两段基准面相距较远, 也可以采用两个短V形块组装的结构,如图 (c)。大 型的V形块,其基体可以和夹具本体铸在一起,工作 表面镶上淬硬支承板,如图 (d)。用于粗糙的基准面 时,工作表面长度要小些,如图(a)所示,一般为2~ 5 mm。中小型的V形块常用20钢制成,渗碳淬火后 硬度达55~60HRC,或用45钢直接淬火到40~ 45HRC。 a b c d 2. 定位套和半圆孔定位器 定位套和半圆孔定位器都是以圆孔定位。图(a) 用于工件以端面为主要定位基准时,短定位套 孔只限制工件的两个移动自由度。图(b)中工 件以外圆柱表面为主要定位基准,长定位孔限 制了工件四个自由度。 图(c)所示为半圆孔定 位器,上半圆起夹紧作用,下半圆孔起定位作 用,下半圆孔的最小直径应取工件定位基准外 圆的最大直径。 定位套:p14图1-21a,b(将工件套在里面) 定位孔:p14图1-21c a b c 五 型面定位 定义: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。 实例:p17 图1-26 1-27 第三节 定位方案设计的方法与步骤 通常按以下步骤设计定位方案 : 一、确定定位基准(对一产品) 首先应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。在焊接夹 具上装配的零件都不是单个的,而是许多个。 整个组装过程,就是把这许多个零件按顺序逐 个地在夹具上进行定位和夹紧,待点固或焊接 完后才形成一个部件。 一个零件的定位基准或待装部件用的组装基 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,如果各个面都是平面 时,则选择其中最大的平面作为主定位基准面 或组装基准面。 (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。 (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。以产品图样上已经规定好的 定位孔或定位面作为定位基准。若没有规定时, 应尽量选择设计图样上用以标注各零件位置尺 寸的基准作为定位基准。 (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。备料过程中,冲剪和自 动气割的边缘以及原材料本身经过轧制的表面 都比较平整光洁,可以作为定位基准。手工气 割的边缘和手工成形的表面其精度差,一般不 宜作定位基准。 二、确定定位器的结构及其布局 非常重要. 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。

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