氣動焊接夾具設(shè)計

1、編號 南京航空航天大學金城學院畢業(yè)設(shè)計題 目零件組焊氣動夾具設(shè)計學生姓名單林章學 號2108011216系 部機電工程系專 業(yè)機械工程及自動化班 級21080112指導(dǎo)教師葉文華 教授二一二年六月南京航空航天大學金城學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：枕梁部件組焊氣動夾具設(shè)計）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名： 2012-5-12 年 5月24 日 （學號）：2108011216 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙

2、零件組焊氣動夾具設(shè)計摘 要本公司擔任生產(chǎn)制造工作，本文研究是的枕梁部件的焊接夾具設(shè)計問題，要求使工件定位迅速，裝夾方便、省力，減輕了焊件裝配定位和夾緊時的繁重體力勞動。實現(xiàn)機械化，便于變位迅速，使焊接條件較差的空間位置焊縫變?yōu)楹附訔l件較好的平焊位置焊縫，勞動條件得改善，同時也有利于提高焊縫的質(zhì)量。枕梁部件主要是由鋼板組焊而成，精度要求不高。本文主要設(shè)計的是組焊這套部件的專用夾具。由于這部件里面還有一個小的組件，所以需要設(shè)計兩套夾具。南車集團和中興軌道裝備有限公司聯(lián)合設(shè)計制造的火車內(nèi)部飾件精度要求不高，主要由若干鋼板組焊而成。本文的主要任務(wù)正是基于該內(nèi)飾件的焊接工藝，開發(fā)兩套專用夾具用于該內(nèi)飾件

3、和其中一個組件的焊接工作。本文的設(shè)計內(nèi)容，包括夾具的總體方案，定位方式，氣動加緊部分，最后是夾具體的設(shè)計。因為是焊接夾具，有些部位需要轉(zhuǎn)動，這里有用動變位器。因為對于焊接來說，焊兩件的時候最好能在最有利的位置，即平焊，而變位器可以解決這一問題，將工件夾緊之后它可以繞著一軸旋轉(zhuǎn)，方便焊接。關(guān)鍵詞：工裝，夾具，氣動，焊接Parts welding pneumatic fixture designAbstractThe responsibility of my company is manufacturing. The part of the train interior, designed by

4、CSR, manufactured by my company。The purpose of this study is that with fixture, positioning quickly, easy clamping, effort, reduce the weldment assembly positioning and the clamping the heavy manual labor. its significance lies rapid deflection, and make the spatial location weld of poor conditions

5、into a better position weld , improved working conditions, at the same time it help to improve the quality of the weld.The part accuracy is not high, mainly from welded steel plate group, In this paper, design, welding set of components dedicated folder with, there is also a small component of this

6、parts, so it is necessary to design two sets of fixtures the following is designedThe test included the overall scheme of the fixture, positioning the way, part of the heart and pneumatic stepping up, the last folder specific design. Because the welding fixture, some parts of the rotation, here usef

7、ul dynamic deformation. For welding, welding two pieces is best can in the most advantageous position, i.e. flat, and the positioner can solve this problem, the workpiece clamping it can rotate around an axis of rotation, convenient welding.Key Words： Tooling, fixtures, pneumatic請鍵入文字或網(wǎng)站地址，或者上傳文檔。 ,

8、welding目 錄摘 要iAbstractii第一章緒 論- 1 -1.1引言- 1 -1.2 焊接夾具的作用及分類- 1 -1.3 焊接夾具的組成與特點- 2 -1.4 本文的設(shè)計與研究內(nèi)容- 3 -第二章 枕梁氣動焊接夾具的總體設(shè)計- 5 -2.1部件的分析- 5 -2.1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)- 5 -2.1.2 部件的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求- 5 -2.1.3 部件的工藝分析- 7 -2.1.4 夾具的工藝要求- 7 -2.2 枕梁夾具總體方案的設(shè)計- 8 -2.2.1設(shè)計原則、步驟- 8 -2.2.2方案的設(shè)計與比較- 11 -第三章 枕梁夾具的詳細設(shè)計- 15 -3.1 心盤夾具的設(shè)計- 15

9、-3.1.1 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計- 15 -3.1.2 夾緊機構(gòu)的設(shè)計- 18 -3.1.3 夾具體的設(shè)計- 28 -3.2 枕梁部件夾具的設(shè)計- 32 -3.2.1夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計- 32 -3.2.2夾緊機構(gòu)的設(shè)計- 33 -3.2.3夾具體的設(shè)計- 34 -第四章總結(jié)與展望- 37 -參 考 文 獻- 39 -致 謝- 40 - 40 - 第一章 緒 論1.1引言迄今為止，夾具仍是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夾具、量具、模具)之一。夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。氣動焊接夾具尤其是大規(guī)模的汽車生產(chǎn)過程中，是裝配、焊接工作時必不可少的工藝裝備，它不僅保證了工

10、件裝焊的相對位置，而且提高了勞動生產(chǎn)率、減輕了勞動強度，更為重要的是保證了產(chǎn)品質(zhì)量。在像天津一汽這樣大規(guī)模的汽車流水生產(chǎn)線上，往往要求采用大量高效的、快速的氣動焊接夾具以滿足汽車生產(chǎn)的要求。為了滿足市場的需要，中國南車在近十年之后，需要開發(fā)制造出5000輛的列車，為此，需要投入大量的人力物力，而在每一輛列車當中有一個部件枕梁是交由中興制造的，這個部件主要分兩次組焊，一個是里面的心盤，另一個是總組焊，即這個部件的最終組焊。由于要求每年中興要生產(chǎn)出幾千個這樣的部件，所以為了節(jié)省時間、提高效率、降低勞力，希望可以制造出一套焊接夾具。該部件的零件數(shù)量并不多，但個別零件校重，組焊好之后部件大小為50*5

11、0*3000。所以如果這些零件完全由人工來組焊的話，勞動強度將會非常大。部件組焊的過程當中，零件與零件之間的間隙不可以超過公差要求，組焊完之后需要對平面進行調(diào)形，保證一定要求的平面度。目前中興主要是通過幾個老工人的經(jīng)驗，組焊了幾個簡單的工裝來組焊部件，對工人的技術(shù)要求很高，一些新來的工人根本達不到要求，另外一點就是，太浪費時間了，對工人的體能要求也很高。公司現(xiàn)在的項目越來越多，需要很多人來做，所以為了爭取利益最大化，公司希望能設(shè)計出一套氣動焊接夾具。另外公司希望能夠有一套氣動系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)，來指導(dǎo)今后的生產(chǎn)工作，如果此次設(shè)計成功那么公司將會這種方法運用到其它項目上。1.2 焊接夾具的作用及分類焊

12、接工裝的正確選用是生產(chǎn)合格焊接結(jié)構(gòu)的重要保證。除解決上述談到的對生產(chǎn)進度影響外，其主要作用還表現(xiàn)在如下幾方面。（1） 準確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和裝配時的劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互換性。（2） 有效地防止和減小焊接變形，從而減輕了焊接后的矯正工作量，達到減少工時消耗和提高勞動生產(chǎn)率的目的。（3） 能夠保證最佳的施焊位置。焊縫的成形性優(yōu)良，工藝缺陷明顯降低，焊接速度提高，可獲得滿意的焊接接頭。（4） 采用焊接工裝，實現(xiàn)以機械裝置取代裝配零部件的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重的工作，改善了工人的勞動條件。（5） 可以擴大先進工藝方法和設(shè)備的使用范圍，促進焊接結(jié)

13、構(gòu)生產(chǎn)機械化和自動化的綜合發(fā)展。焊接工裝的形式多種多樣，以適應(yīng)品種繁多、工藝性復(fù)雜、形狀尺寸各異的焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的需要。焊接工裝可按其功能、適用范圍或動力源等進行分類。（1） 焊接夾具主要 是對工件進行準確定位和可靠夾緊作用。功能單一，結(jié)構(gòu)簡單，多由定位元件、夾緊元件和夾具組成。手動夾具便于攜帶和挪動，適于現(xiàn)場安裝或大型金屬結(jié)構(gòu)的裝配和焊接生產(chǎn)使用。（2） 焊件變位機又稱焊接變位器。焊件被夾持在可變位的臺（架）上，該變位臺（架）由機械傳動機構(gòu)使其在空間變換位置，適于結(jié)構(gòu)比較緊湊、焊縫短而分布不規(guī)則的焊件裝配和焊接時使用。（3） 焊機變位機又稱焊接操作機。焊機或焊接機頭通過該機械實現(xiàn)平移、升降等運

14、動，使之到達施焊位置并完成焊接?？梢院秃讣兾粰C配合使用，完成焊件變位有困難的大型金屬結(jié)構(gòu)的焊接。1.3焊接夾具的組成與特點焊接機械裝備的構(gòu)造是由它的用途和需實現(xiàn)的功能而定。裝配焊接夾具主要起定位和夾緊工件的作用，一般是由定位器件（或裝置）、夾緊器件（或裝置）和夾具體組成。夾具體起連接各定位器和夾緊器的作用，有時還起支承焊件的作用。焊接工裝的使用與焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的各項技術(shù)及經(jīng)濟指標（如產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本等）有著密切的聯(lián)系。（1）焊接工裝與備料加工的關(guān)系 焊接結(jié)構(gòu)零件加工具有工序多（如矯正、劃線、下料、邊緣加工、彎曲成形等）與工作量大的特點。采用工裝進行備料加工，要與零件幾何形狀、尺寸偏差和位

15、置精度的要求相匹配，盡可能使零件具有互換性，提高坡口的加工質(zhì)量以及減小彎曲成形的缺陷。（2）焊接工裝與裝配工藝的關(guān)系 利用定位器和夾緊器等裝置進行焊接結(jié)構(gòu)的裝配，其定位基準和定位點的選擇與零件的裝配順序、零件尺寸精度和表面粗糙度有關(guān)。例如：尺寸精度高，表面粗糙度低的零件，裝配時應(yīng)選用具有剛性固定的定位元件，快速而夾緊力不太大的夾緊元件；對于尺寸精度較差、表面粗糙度較高的零件，所選用的定位元件應(yīng)具有足夠的耐磨性并可及時拆換和調(diào)整；當零件表面不平是地，可選用夾緊力較大的夾緊器。（3）焊接工裝與焊接工藝的關(guān)系 不同的焊接對焊接工裝的結(jié)構(gòu)和性能要求也不盡相同。采用自動焊生產(chǎn)時，一般對焊接機頭的定位有較

16、高的精度要求，以保證工作時的穩(wěn)定性，并可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)焊接速度。當采用手工焊接時，則對工裝的運動速度要求不太嚴格。（4）焊接工裝與生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系 焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)規(guī)模和批量，對工裝的專用化程度、完善性、效率及構(gòu)造具有一定的影響。單件生產(chǎn)時，一般選用通用的工裝夾具，這類夾具無需調(diào)整或稍加調(diào)整應(yīng)能適于不同焊接結(jié)構(gòu)的裝配或焊接工作。成批量生產(chǎn)某種產(chǎn)品時，通常是選用較為專用的工裝夾具，也可以利用通用的、標準夾具的零件或組件，使用時只需將這些零件或組件加以不同的組合即可。對于專業(yè)化大量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，每道裝配、焊接工序都應(yīng)采用專門的裝備來完成，例如采用氣壓、液壓、電磁式等快動夾具和電動機械化、自動化

17、裝置以及焊接機床生產(chǎn)，形成專門生產(chǎn)線。1.4本文的設(shè)計與研究內(nèi)容本文總共分為四個章節(jié)，核心是為了設(shè)計出一套專用夾用來。主要是為了能夠為公司節(jié)省成本，爭取利益最大化。本文第一章，簡單講述了設(shè)計該套夾具的背景、組成、分類、特點等。最二章，講述的是零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，工藝特點，根據(jù)這個來確定設(shè)計夾具的總體方案。包括定位方案，氣動設(shè)計部分的方案和夾緊方案。比較方案哪一種更能為公司節(jié)省成本。第三章，則開始對夾具進行具體的設(shè)計，為了成功的將該部件組焊完成，需要設(shè)計出兩套夾具。論述他們的定位、夾緊、氣動方面的設(shè)計詳細說明。對一些零件圖也做了一些說明。第四章，是對全文以及該工裝的一個總結(jié)，分析優(yōu)缺點，找出不足之處

18、。另外還對此次的設(shè)計進行了展望。本文所研究的內(nèi)容是對于一套專用夾具的設(shè)計，從它的定位開始，定位分析、定位元件的選擇、夾緊力的大小、方向、它的作用點，對工件將會有什么樣的影響；夾緊機構(gòu)的設(shè)計，是否可以選用標準件；由于要求必須有氣動夾緊的部分，所以對于一個氣動系統(tǒng)的設(shè)計有詳細的說明，包括原理圖、氣動元件的選擇等；最后是夾具體的設(shè)計，材料的選擇，部件的精度由夾具保證，那么夾具的精度由誰來保證，這里也有說明。附頁會有總裝圖和零件圖，還有焊接圖。 第二章 枕梁氣動焊接夾具的總體設(shè)計2.1部件的分析2.1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)枕梁部件由中國南車集團設(shè)計，交由中興制造，它是火車的內(nèi)飾件，每年需要有三千個屬于大批量生

19、產(chǎn)；本公司屬于待加工性的企業(yè)，技術(shù)還不是很全面，工人的平均焊接水平一般，對零部件的制造主要還是通過工人的技術(shù)來保證。公司的焊接設(shè)備很充足有三十臺。2.1.2 部件的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求一、部件的結(jié)構(gòu)該部件由六部分組焊而成分別是心盤座、枕梁腹板、枕梁下蓋板、枕梁上蓋板、隔板、上旁承以及支鐵；其中心盤座又是由四部份組成分別是底座、導(dǎo)筒、筋板1、筋板2。零部件的三維圖見圖2-1至2-13。 圖2-1 枕梁 圖2-2 心盤座 圖2-3 腹板1 圖2-4 腹板2 圖2-5 上蓋板 圖2-6 下蓋板 圖2-7 隔板 圖2-8 支鐵 圖2-9 上旁承 圖2-10 心盤底座 圖 2-11心盤導(dǎo)筒 圖2-12心盤筋板

20、1 圖2-13心盤筋板2 二、部件的技術(shù)要求1、組裝工藝枕梁如圖2-1所示下同，組裝之前各接觸面須涂優(yōu)質(zhì)防銹漆；組裝后對角線之差不大于3；組裝后兩枕梁腹板的平行度不大于4；兩旁承面與心盤面如圖4-2高差不大于3。心盤座組焊完之后對角線之差不大于1.5。組焊時零件之間的位置公差、尺寸公差按照自由公差來組焊。組裝過程中，所有部件之間的組焊間隙不能超過1.5mm，在心盤座中，筋板側(cè)面與底座平面形成的直角范圍在正負3度內(nèi)；在一個心盤坐的焊接過程中必須連續(xù)進行，直到將該心盤所有的焊逢焊接完成為止。在將心盤安裝到下蓋板上的時間，底坐與下蓋板之間的間隙要保證在1.5MM之內(nèi)。隔板點焊的時候需要用到直角尺以保

21、證垂直度，范圍不得超過正負3度之外。安裝腹板的時候必須將腹板側(cè)面緊靠隔板與第一塊隔板之間的間隙不得超過1.5MM。以及腹板的下邊緣與下蓋板之間的吻合程度，必須保證夾緊之后不能通過一邊看見另一邊的光線。隔板、心盤座、腹板的上邊緣要保證在一個平面上，誤差范圍在2MM之內(nèi)。安裝上蓋板時候需要有人在上面壓緊再進行點焊，保證上蓋板與下面部件之間的間隙不超過1.5MM。2、焊接工藝（1）接口前應(yīng)將坡口表面及母材內(nèi)、外壁的油、漆、垢銹等清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤，清理范圍為每側(cè)各為10-15mm，對口間隙為2.53.5mm。（2） 接口間隙要勻直，禁止強力對口，錯口值應(yīng)小于壁厚的10%，且不大于1mm。（3

22、）接口局部間隙過大時，應(yīng)進行修整，可以在間隙內(nèi)添加塞物。（4） 接口合格后，應(yīng)根據(jù)接口長度不同點4-5點，點焊的材料應(yīng)與正式施焊相同，點焊長度10-15mm，厚度3-4mm。（5）打底完成后，應(yīng)認真檢查打底焊縫質(zhì)量，確認合格后再進行蓋面焊接。（6）引弧、收弧必須在接口內(nèi)進行，收弧要填滿熔池，將電弧引向坡口熄弧。（7）點焊、氣體保護焊，如產(chǎn)生缺陷，必須用電磨工具磨除后，再繼續(xù)施焊，可以重復(fù)熔化方法消除缺陷。（8）應(yīng)注意接頭和收弧質(zhì)量，注意接頭熔合應(yīng)良好，收弧時填滿熔池。為保證焊縫嚴密性。（9）蓋面完畢應(yīng)及時清理焊縫表面熔渣、飛濺。2.1.3 部件的工藝分析首先組焊心盤座，將導(dǎo)筒與底座裝好，用裝置

23、將兩者夾緊，這里導(dǎo)筒對底板有一個定位的作用，通過夾緊裝置將底板兩側(cè)有孔的部位夾緊，用模具定位法將六塊筋板點焊到位，拿下模具，將用卡蘭將心盤上部卡上，防止在焊接底部過程當中，引起焊焊接變形太大，不易于調(diào)整。此時將心盤座的底部，即底坐與筋板2、1的滿焊，以及導(dǎo)筒。焊完之后將卡蘭（見附頁）拿下來，對筋板2內(nèi)側(cè)與筋板1進行滿焊，還有對導(dǎo)筒對四塊筋板2滿焊。所有的焊縫都焊完之后對其進行檢查，查看是否還有達不到工藝要求的，如有需要及時進行調(diào)整，以便于下一步的焊接工作。完成上一步心盤座的工作之后，組焊枕梁大部份部件，枕梁下蓋板中間和心盤座的四周的孔位置是一樣的，所以定位的時候可以利用這點，選則其中對角線的兩

24、孔重合，并通過夾緊裝置將兩者夾緊，這點與焊接心盤座的情況一樣。之后將枕梁下蓋板的中間部份夾緊，有四個夾緊裝置，焊接夾緊一般情況都是由中間向四周夾緊的。通過模具定位將四塊隔板點焊在枕梁下蓋板上去，接著，將兩塊腹板抬上去，放好位置，對其側(cè)面進行夾緊，減小腹板與隔板之間的間隙，并將下蓋板兩端的部位用夾緊裝置夾好，調(diào)整兩腹板位置，對兩塊腹板和下蓋板進行點焊，以及與隔板兩端進行點焊，同樣的方法，用卡蘭將兩腹板兩端卡住，對整個枕梁進行滿焊，此焊接過程當中，枕梁需要轉(zhuǎn)動位置才利于焊接，這時候就需要用的變位器，或者說類似于變位器的裝置，焊接時需要從是中間向兩邊進行滿，保證焊接熱產(chǎn)生的力能夠平衡。最后解下所以的

25、夾緊裝置，將上蓋板蓋上用木錘敲，調(diào)整好位置后點焊，之后將其換一個位置。分別對下蓋板和兩腹板的滿焊，上蓋板和兩腹板的滿焊，以及上旁承的和支鐵的焊接，最后調(diào)形，完成全部工作。2.1.4 夾具的工藝要求1）具有足夠強度的剛度，保證夾具體在裝配或焊接過程中正常工作，在夾緊力、焊接變形拘束力、重力和慣性力等作用下不致產(chǎn)生不允許的變形和振動。2）結(jié)構(gòu)簡單、輕便，在保證強度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡單緊湊，體積小，質(zhì)量輕和便于工件裝與卸；在不影響強度和剛度的部位可開窗口、凹槽等，以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，特別是手動式或移動式夾具，其質(zhì)量一般不超過10kg。3）安裝穩(wěn)定牢靠。夾具體可安放在車間的地基上或安裝在變位機械的工

26、作臺（架）上。為了穩(wěn)固，其重心盡可能低。若重心高，則支承面積相應(yīng)加大，在底面中部一般挖空，讓周邊凸出。4）結(jié)構(gòu)的工藝性好，應(yīng)便于制造、裝配和檢驗。夾具體上各定位基面和安裝各種元件的基面均應(yīng)加工。若是鑄件應(yīng)鑄出3-5mm的凸臺，以減少加工面積。不加工的毛面與工件表面之間應(yīng)保證有一定空隙，常取8-15，以免與工件發(fā)生干涉；若是光面，則取4-10mm。5）尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。對鑄造的夾具體要進行時效處理，對焊接的夾具體要進行退火處理。各定位面、安裝面要有適當?shù)某叽绾托螤罹取?）清理方便。在裝配和焊接過程不可避免有飛濺、煙塵、渣殼、焊條頭、焊劑等雜物掉進夾具體內(nèi)，應(yīng)便于清掃。2.2 枕梁夾具總

27、體方案的設(shè)計2.2.1設(shè)計原則、步驟一、設(shè)計原則在國內(nèi)一些大型或較復(fù)雜的焊接機械裝備已有專業(yè)廠生產(chǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)需要選購或訂購。若市場上沒有所需的裝備，則需自行設(shè)計和制造。焊接機械設(shè)備設(shè)計就是一種機械設(shè)計，但這種機械設(shè)計必須充分考慮，焊接工藝的基本特點并滿足裝配和焊接工藝的特殊要求。一般的設(shè)計原則與要求是：1) 焊接產(chǎn)品總是由兩個以上的零件組成，出于施焊方便或易于控制焊接變形等原因，裝配和焊接兩道工序可能是先裝完后再焊，也可能是邊裝邊焊，所設(shè)計的裝備應(yīng)能適應(yīng)這種情況。2) 焊接是局部加熱過程，不可避免產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，在裝備上設(shè)置定位器和夾緊器件時要充分考慮焊接應(yīng)力和變形的方向。通常在焊件平面

28、內(nèi)的伸縮變形不作限制，通過焊件留收縮余量方法讓其自由地伸縮；而焊件面外的焊接變形，如角變形、彎曲變形或波浪變形等應(yīng)用夾具加以控制；有時還要利用夾具作出反變形的工藝措施，這些都要求定位和夾緊器件來實現(xiàn)。3) 用電作熱源的焊接方法，一般都要求焊件本身作為焊接回路中的一個電極，就可能要求焊接裝備具有導(dǎo)電或絕緣功能。當焊接電流很大時，導(dǎo)電部分還需有散熱措施；真空電子束焊接所用的夾具不得用磁性材料制作，也不得帶有剩磁，以免影響電子束聚焦等。4) 明弧焊接時，難免產(chǎn)生煙塵、金屬或熔渣的飛濺物，它們會損壞工裝上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。（2）安全可靠原則指裝備在使用期內(nèi)絕對安全可靠，凡是受力構(gòu)件都應(yīng)

29、具有足夠的強度和剛度，足以承受焊件重力和因限制焊接變形而引起的各方向的反作用力等。夾緊時不破壞焊件既定位置；夾緊后既不讓焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大以免產(chǎn)生較大拘束應(yīng)力；夾緊機構(gòu)應(yīng)能自鎖等。（3）方便原則裝備必須便于操作與施工，能使裝配和焊接過程簡化，工人勞動強度降到最低，工件裝上或卸下方便；有供焊槍、面罩、焊接機頭等進出和擺動的空間以及工人自由操作的位置，能使焊縫處于最方便施焊的位置，也便于中間進行質(zhì)量檢測；裝備上各種機件操作要輕巧靈便；定位、夾緊和松開過程要省力而快速；對易損零、部件便于維修或更換等。（4）經(jīng)濟原則所設(shè)計的裝備必須易于制造，投資少，制造成本低，回收期短。盡量選用通用

30、化、標準化零、部件；在一個夾具上定位器件和夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，也不應(yīng)過于復(fù)雜；使夾具和機械具有較好的制造工藝性能和較高的機械效率；裝備在使用時能源消耗和管理費用少等。二、設(shè)計步驟根據(jù)任務(wù)書，經(jīng)審批后就可以進行設(shè)計。由于焊接裝備設(shè)計就是機械設(shè)計，所以完全可以按通常機械設(shè)計的程序和方法進行，即采用方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計三階段設(shè)計法。擬訂焊接機械裝備的結(jié)構(gòu)方案時，使裝備具有所需的功能，如定位、夾緊、翻轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、平移、升降等外，還要滿足裝配一焊接工藝特點所提出的各項技術(shù)要求。設(shè)計方案確定，可以運用工程力學、機械原理、機械零件、機械制圖等理論和知識進行后兩個階段的設(shè)計和計算。1）準備 ：

31、1.焊接機械裝備設(shè)計任務(wù)書；2.焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)，主要是年產(chǎn)量和生產(chǎn)類型；3.產(chǎn)品的圖樣及技術(shù)要求；4.產(chǎn)品的裝配和焊接的工藝文件；5.車間生產(chǎn)條件，如起重運輸能力，作業(yè)面積，氣、電、水供應(yīng)和生產(chǎn)技術(shù)水平等。分析研究上述原始資料，可了解對裝備的基本要求，從而明確設(shè)計任務(wù)。在此基礎(chǔ)上可到市場、同類工廠、用戶和科技情報部門進行調(diào)研和搜集有關(guān)技術(shù)資料。技術(shù)資料包括夾具零、部件標準、夾具結(jié)構(gòu)圖冊、產(chǎn)品樣本等。2）方案設(shè)計： 1.裝備的機械化程度和自動化水平；2.通用性，即確定是設(shè)計專用裝備還是萬能裝備，并確定其適用范圍；3.為實現(xiàn)所需功能，擬采用的原理和相應(yīng)的機構(gòu)。如定位與夾緊的方式和機構(gòu)；使焊件翻

32、轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)、使焊接機頭平移或升降等動作，應(yīng)選擇何種傳動方式或傳動機構(gòu)，以及用何種動力源等。4.裝備的基本構(gòu)成和總體布局，主要零、部件的基本結(jié)構(gòu)形式；5.初步確定主機、主要元件或構(gòu)件的基本參數(shù)和技術(shù)性能，如功率、承載、速度、行程或調(diào)節(jié)幅度、外形尺寸等。提出幾種不同方案，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面比較論證，選擇最理想的方案。3）繪制總裝配圖 根據(jù)經(jīng)審定的設(shè)計方案進行總裝配圖設(shè)計。繪制裝配-焊接機械裝備總圖與繪制一般機械裝備圖略有不同，需要把被加工件的輪廓畫出。繪制的方法和順序是：先用紅色細實線或黑色雙點劃線畫出工件的輪廓和主要表面，如定位基準面、夾緊表面、焊縫部位等。視工件為透明體，它不影響各夾具元件的繪制

33、。然后按總布局從定位元件、夾緊機構(gòu)，傳動裝置等順序畫出各自的具體結(jié)構(gòu)。最后繪出夾具體和連接件，把裝備上各組成元件和裝置連成一體。在繪制過程中須進行必要的計算，如幾何關(guān)系計算、初步誤差分析、夾緊力計算、傳動計算、受力元件的強度和剛度計算等。在總裝配圖上要標注各部分尺寸和技術(shù)要求。凡是影響精度的尺寸都應(yīng)標注公差。技術(shù)要求的內(nèi)容主要是位置精度要求，以及在視圖上無法表達的有關(guān)裝配、調(diào)整、檢驗、潤滑、維護等方面的要求。4）繪制裝備的零件圖 主要繪制裝備中的非標準零件的工作圖。5）編制裝備設(shè)計計算書和使用說明書。2.2.2方案的設(shè)計與比較一、定位方案在裝配過程中把待裝零部件的相互位置確定下來的過程稱定位。

34、通常的作法是先根據(jù)焊件的特點和工藝要求選擇它的定位基準，然后考慮它的定位方法。劃線定位是定位的原始方法，費時費力，且精度低，只在單件生產(chǎn)、精度要求不高的情況下采用。在夾具上裝配時，常使用定位元件進行定位，既快速又準確。定位元件是夾具上用以限定工件位置的器件，如支承釘、擋鐵、插銷等。它們必須按定位原理、工件的定位基準和工藝要求預(yù)先在夾具上精確布置好，然后每個待裝零、部件按一定順序“對號入座”地安放在定位元件所規(guī)定的位置上（彼此必須發(fā)生接觸）即完成定位如圖2-2-1。另外還有一種是模具的設(shè)計，可以將零部件直接放在定位好的零件上，將需要安裝的零件放在模具上就可完成定位如圖2-2-2。 圖 2-2-1

35、 定位元件使用 圖 2-2-2 模具使用在此次的設(shè)計中這三種方法都用到了，但主要是第三種方法的運用，節(jié)省了不了的時間，也提高了效率，減輕了工人的工作量。二、 夾緊方案公司目前采用的夾緊方式是利用旋轉(zhuǎn)的螺桿與螺母的相對軸向移動夾緊工件如圖2-2-3。對工件既可用螺桿夾緊，又可用螺母夾緊，以螺桿夾緊最為常用。結(jié)構(gòu)簡單，增力大，自鎖性能好，行程不受限制。但夾緊動作慢，效率低；人力夾緊體力消耗大，易疲勞；當螺旋靠近焊接區(qū)時，需有保護螺紋措施。而本次專用夾具的設(shè)計目的之一就是要為公司節(jié)省成本，提高效率。所以這種方法已經(jīng)不再適合公司未來的發(fā)展，需要有新夾緊方式來代替它。根據(jù)公司的需求，以節(jié)省成本，提高效率

36、為目的，夾緊的方式需要快人快速，另外通過上面的分析，該部件都是由板材組焊而成所以，我們可以選擇鉸鏈式夾緊方式，它是利用鉸鏈把若干個桿件連接起來實現(xiàn)夾緊工件的機構(gòu)。在焊接圖2-2-3 螺旋夾緊生產(chǎn)中常用的有兩類：一類是以快速夾緊為主要目的的連桿式夾緊器，又叫肘節(jié)式夾緊器。列出部分手動連桿式夾緊器，它們的共同特點是包括支座在內(nèi)組成一個鉸鏈四連桿機構(gòu)，在夾緊和松開過程中，這幾個桿件都在垂直鉸鏈軸線的平面內(nèi)運動。夾緊和松開快速，但夾緊力有限，多用于夾緊薄件。另外一個在這里就不論述了。三、氣動方案此次設(shè)計選擇了兩種氣動方案，一種是氣缸式夾緊器，它利用壓縮空氣在氣缸內(nèi)產(chǎn)生的軸向力去帶動夾緊機構(gòu)以實現(xiàn)夾緊工

37、件。壓縮空氣工作壓力一般在0.4-0.6MPa 之間。在裝配一焊接夾具中氣動夾緊器的氣缸有兩種形式，即活塞式氣缸和薄膜式氣缸（又叫氣室）,見圖2-2-4。從氣缸進氣情況分有單向作用和雙向作用兩種方式，單向作用式是從單面進氣推動活塞（ 或薄膜）工作，當松夾排氣時，靠彈簧推動活塞（或薄膜）退回原位。雙向作用式是利用活塞兩側(cè)氣體壓力差進行工作，缸體內(nèi)無彈簧。 a b圖2-2-4 典型氣缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)a雙向作用活塞式氣缸 b單向作用薄膜式氣缸1、7、8缸體4缸蓋3活塞桿5密封圈6活塞9彈簧10托盤11薄膜12推桿另一種是軟管式氣動夾緊器，它是利用向橡膠軟管通入壓縮空氣發(fā)生膨脹去推動夾緊機構(gòu)而工作的夾緊器。

38、圖2-2-5是軟管工作的原理圖，當軟管通入壓縮空氣而膨脹時，托板上升，在推桿上輸出軸向推力.圖2-2-5 軟管式氣動裝置工作原理圖可看出，推桿輸出軸向力隨行程而變化，而行程大小受軟管直徑限制，必須小于軟管直徑。所以軟管式氣動夾緊裝置最適用于行程小、壓力不大的薄板裝配和焊接，或要求在焊縫附近沿其長度方向上作均勻夾緊的場合。通過兩者的比較，因為焊接過程當中會產(chǎn)生很大的熱，而這部分熱會產(chǎn)生相當大的力，所以氣動方案，應(yīng)該選擇氣缸式的。第三章 枕梁夾具的詳細設(shè)計3.1 心盤夾具的設(shè)計3.1.1 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)以及它的結(jié)構(gòu)分析、工藝要求，初步可以設(shè)計具體，此焊接夾具需要用到變位器，當然由

39、于心盤夾具的重量并不算太重，所以這里的變位器，可以換成手動，見簡圖3-1-1。圖3-1-1 心盤座工裝模型1、定位方案：由第二章的對零件心盤座的分析可知，選擇心盤底面及底座的底、底座的兩個相鄰的面為定位面，分別限制工件的三個自由度，兩個側(cè)面和一個底面。其中，底面為主要定位基準面。2、定位元件的設(shè)計：根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征，限制工件三個自由底的面，由底平面充當，相當于焊接工裝中夾具臺，根據(jù)心盤座的工藝路線中第一工序，導(dǎo)筒需要和底座夾緊，這個可以通過螺旋加緊的方式，夾具臺上打一螺紋孔。另外兩面的定位可以選擇三個定位塊（一面一個，另一面二個）。定位塊可以機加工出來，之后，可以點焊在夾具臺上。夾具臺的制造

40、可以鑄造成形，材料為HT200。為了能夠提高焊接的效率，在組裝六塊加強筋的時候需要用到模具，此時對該項模具的設(shè)計方法是，在UG軟件平臺下，在心盤座零件上直接畫也模具的外型的。當然設(shè)計過程是以上步中定位塊的位置來確定模具本身的位置，確定好之后，通過拉伸將筋的位置固定下來，模具的個數(shù)為兩個。它是由放許多個小零件組焊而成。材料為Q235-A。模具三維圖見圖3-1-2。圖3-1-2 心盤座模具3、定位誤差的分析計算：在分析定位誤差時，應(yīng)根據(jù)工序簡圖規(guī)定的定位方式分別計算基準不重合誤差和定位基準位移誤差，再利用公式進行計算。在心盤座夾具設(shè)計過程當中，所有的定位面都是以平面來定位的，除了導(dǎo)筒的安裝是與底座

41、形成裝配的關(guān)系。此裝置為焊接組裝的，零件的結(jié)構(gòu)在第二章，已經(jīng)分析過了，在這里就不在重復(fù)了。六塊筋板的定位誤差，確定他們的位置完全是通過圖3-1-2模具確定的，而此模具面都為平面。在此筋中任選一個來分析見圖3-1-3。圖3-1-3因為筋板是已經(jīng)平面定位的，而所用模具的定位也是已經(jīng)平面定位，模具的定位，肯定需要依靠工件的，所以可以得出定位基準位移誤差：=0該筋板的設(shè)計基準是導(dǎo)筒的中心線，而工序基準則是模具，兩者不重合，根據(jù)定義，定位基準不重合誤差為在工序尺寸方向上的投影值的代數(shù)和。圖3-1-4 模具二維圖根據(jù)模具與筋板的配合，與該筋板位置有關(guān)的尺寸有10、240、圖3-1-5中的10（與尺寸40同

42、方向）圖3-1-5 滑板二維圖根據(jù)零件的工藝要求知道，零件的精度并不高，所以此次設(shè)計的夾具，模具的上的公差都為自由公差。經(jīng)計算得基準不重合誤差為：=0.1+0.1+0.1=0.3mm則=0+0.3=0.3mm如圖3-1-3中導(dǎo)筒與底座裝配關(guān)系，根據(jù)零件圖中導(dǎo)筒與底座孔的尺寸知道，他們并不是配合關(guān)系，原因見下圖3-1-6和3-1-7，所以不存在誤差。 圖3-1-6 導(dǎo)筒 圖3-1-7 底座3.1.2 夾緊機構(gòu)的設(shè)計一、夾緊機構(gòu)的選擇根據(jù)總體方案的設(shè)計，夾緊機構(gòu)選鉸鏈式的如圖3-1-8。圖3-1-8 手動連桿式夾緊器因為此次的設(shè)計需要將手動夾緊變?yōu)闅鈩訆A緊，所以我將手動夾緊裝置稍做了一些改進將在設(shè)

43、計成了氣動式，當然機構(gòu)并沒有設(shè)計原理設(shè)計好了，之后就是到市場上選型了。氣動夾緊原理圖見圖3-1-9.圖3-1-9表3-1 夾緊機構(gòu)型號型 式氣缸口徑mm氣缸面積cm最大壓力Kgf/cm最大夾持力kgBK-10101A203.141050BK-12050A307.071091BK-12130A307.0710227BK-12132A307.0710227BK-12265A4012.5610340BK-12275A4012.5610340BK-10249A5019.6210450BK-36301A203.141045BK-36003A307.0710272BK-36330A4012.5610113

44、6BK-305EA3012.5610386BK-702CA307.0710200BK-702DA4012.5610500二、夾緊力的計算1 確定夾緊力的作用方向1）夾緊力應(yīng)指向定位基準 特別是指向主要定位基準面，因該面的面積較大，限制自由度多，定位穩(wěn)定牢靠，還可以減少工件的夾緊變形。2）夾緊力的指向應(yīng)有利于減小夾緊力,因夾緊力的大小是根據(jù)夾緊時力的靜平衡條件來確定的。焊接時，夾具常遇到工件重力、控制焊接變形所需的力、工件移動或轉(zhuǎn)動引起的慣性力和離心力等。這些力的方向取決于焊件在夾具上所處的位置、所需控制焊接變形的方向和焊件運動的方向等。通常夾緊力的方向與這些力的方向一致，便能減小夾緊力，否則夾

45、緊力要增大。心盤夾具的作用力的方向如圖3-1-10。 圖3-1-10 作用力方向2 選擇力的作用點夾緊力作用在工件上的位置，視工件的剛性大小和定位支承的情況而定。用于控制平板對接角變形時，對于薄板（s2MM）的夾緊力作用點應(yīng)靠近焊縫，且沿焊縫長度方向上多點均布，板越薄點距應(yīng)越密。對于厚板，則因剛性大，力作用點可適當遠離焊縫，以減小夾緊力，見圖3-1-11。圖3-1-11 3夾緊力大小的估算計算夾緊力的大小時，常把夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件在裝配或焊接過程中產(chǎn)生最為不利的瞬時受力狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后為了保證夾緊安全可靠，再乘一個安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，

46、即：Fk=KF式中Fk實際所需的夾緊力（N）；F在一定條件下由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）；K安全系數(shù)，一般K=1.5-3。夾緊條件比較好，取低值：否則取高值。手工夾緊、操作不方便、工件表面毛糙等，應(yīng)取高值。根據(jù)實際情況的測定：F=5000N該夾具為氣動所以K安全系數(shù)取1.5.Fk=7500N專供裝配用的夾具，因只裝不焊，其理論夾緊力的計算比較容易，僅考慮重力、支承反作用力和摩擦力；而此設(shè)計的夾具是要焊的，所以除考慮上述各種力外，還須考慮因控制焊接變形而引起的拘束力，而這個拘束力既與拘束方向及拘束程度有關(guān)，又與施焊工藝有關(guān)，很難作精確計算。通常是按生產(chǎn)經(jīng)驗進行估算，必要時，通過試驗測定。如

47、果僅是控制焊件的角變形或彎曲變形，所需的夾緊力可用材料力學有關(guān)理論公式進行估算。（1）控制焊件角變形的夾緊力計算兩等厚平板對接，開V形坡口，焊后會產(chǎn)生角變形見圖3-1-12。若在焊縫中心線兩側(cè)距離均為l處用夾緊元件擋住不讓工件上翹變形，則兩者之間將產(chǎn)生拘束力，該力應(yīng)由夾緊元件承受，即圖3-1-12式中q拘束角變形所需的單位長度（焊縫）夾緊力（N/cm）;E焊件材料的彈性模量，N/cmS焊件厚度（cm）；a在自由條件下焊件引起的角變形（。），由焊接變形理論計算或?qū)嶋H中測定；l夾緊力作用點到焊縫中心線距離（cm）。焊接的厚度:S=12，a=1 ,l=84則:q=31720279N（2）控制焊件彎曲

48、變形的夾緊力計算見圖3-1-13。若在自由狀態(tài)下焊接角焊縫，會因焊縫與梁斷面重心線不重合，焊縫的縱向收縮（假想有一個收縮力F作用）引起彎曲變形，在梁的中部上拱f。為了能控制該變形，假定在梁中部設(shè)一緊元件，焊接時該元件阻擋T形梁上拱，因而產(chǎn)生拘束力，由該夾緊元件承受，其大小圖3-1-13式中Q阻擋彎曲變形所需的夾緊力（N）;e焊縫截面重心到梁截面重心線的距離（cm）；L梁的長度（cm）；F焊縫縱向收縮的假想收縮力（N），K為角焊縫的焊腳（cm）；m 為系數(shù)，碳鋼單道焊時按表2選取:表3-2 m系數(shù)的選擇焊接方法m一條角焊縫二條角焊縫埋弧焊51焊條電弧焊根據(jù)心盤座的焊接要求，為滿所以可以判斷它有二

49、條角焊縫。K=4cm m= e=0.2cm L=54cm則F=mK=58.7=939200NQ=208711N三、氣動系統(tǒng)的設(shè)計此氣動系統(tǒng)的設(shè)計的要求是能夠輸一定力，來夾緊工件，力的大小根據(jù)實際情況需要6000N左右，這套系統(tǒng)的設(shè)計屬于焊接夾具的一部分，所以環(huán)境相對較差，溫度較高，有粉塵。運動方式只需要完成直線運動就行了，速度不需要太快，在3mm/s,行程并不遠300mm左右。根據(jù)公司的實際情況，控制方式手動。（一） 回路設(shè)計1工作程序夾緊系統(tǒng)的動作順序：啟動 夾緊 組焊 松開寫成工作程序圖為：AB2X-D張圖X-D組12執(zhí)行信號AB1a(A)a(A)=qa2b(B)b(B)=b圖3-1-14

50、 AB的X-D線圖3.找出障礙，消除障礙由于圖3-1-14中的X信號比D動作線短所以無障礙。4邏輯原理圖根據(jù)圖3-1-14的X-D圖，可以繪制出圖3-1-16所示的邏輯原理圖，圖右圖為一個氣缸的兩個狀態(tài)，左側(cè)為原始信號。經(jīng)分析q、a都為元障礙信號，a對應(yīng)的信號是A即對工件夾緊，而b對應(yīng)的信號是B對工件松開。5、氣動原理圖根據(jù)圖3-1-15的夾具夾緊邏輯原理圖即可繪出該夾具系統(tǒng)的系統(tǒng)圖見圖3-1-16。壓下二位四通換向閥，則對工件進行夾緊。氣流經(jīng)過管路到達節(jié)流閥，節(jié)流閥的作用是控制流量q,通過流量的大小來控制壓力。見圖3-1-15。另外單向閥有很好的防回流的作用。當然想要撤除對工件的壓力的時候，

51、可以拉起換向閥此時，氣流將從右的管路流經(jīng)。達到撤力的效果。qp 細長孔=1簿壁口 =0。5圖3-1-15 節(jié)流口的流量-壓力特性圖3-1-16 氣動原理圖（二）選擇和計算執(zhí)行元件1）確定執(zhí)行元件類型L：根據(jù)要求，主要是對工件的夾緊，所以應(yīng)該選擇雙作用氣缸。2）主要尺寸參數(shù) 氣缸內(nèi)徑D 即式中工作推力F1=FZA=5.110N，當0.2m/s 時，=0.8，p=0.4MPa 則=0.142m考慮缸徑較大，取上式前邊的系數(shù)為1.03，且當0.2m/s 時=0.8，F(xiàn)2=2.4N，p=4Pa 則=0.318m綜上，取頂鐘氣缸A 為：氣缸JB160600；取底鐘氣缸B 為：氣缸JB320600，活塞桿

52、直徑d=90mm。（二） 選擇控制元件及輔助元件表3-3 元件的選擇名稱類型數(shù)量主控閥FXS2-L151節(jié)流閥LA-H10L6分離器CF412過慮器TLJ_0240 D400*1800 2 0.1262消聲器3L-102（四）根據(jù)執(zhí)行元件的耗氣量定出壓縮機的容量及臺數(shù)在選擇空壓機之前，必須算出自由空氣量（一個標準大氣壓狀態(tài)下的流量）Q氣缸的理論用氣量由下式計算：其中QZ一臺用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量；n用氣設(shè)備臺數(shù)，故n=2；m一臺設(shè)備上的用氣執(zhí)行元件個數(shù)， m=2；氣缸在一個周期內(nèi)單程作用次數(shù)，=1；Qz一臺設(shè)備中某一氣缸在一個周期內(nèi)的平均用氣量，QA=9.95m/s，QB=3.6810m3/s；t某個氣缸一個單行程的時間， tA=tB=6s；T某設(shè)備的一次工作循環(huán)時間， T=2tA+2tB=24s。查有關(guān)手冊選用4S-2.4/7 型空壓機，該空壓