第四章 焊接工装夹具和焊接 变位 机械

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1、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,第一节 焊接机械装备 一、焊接工装夹具和变位机械的作用 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。,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

2、率。 二、焊接工装夹具和变位机械的分类,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。 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。,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

3、件生产时，一般选用通用的工装夹具。 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。,四、焊接机械装备的设计原则和应注意的问题 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 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。,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

4、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； 7、设置引弧板和收弧板； 8、各项机构的同步性和协调性。,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（夹紧装置）、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。夹具体必须按所装配焊件的结构进行设计

5、，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。,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特殊要求。,6、夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。 7、接

6、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。 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。 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。,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

7、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。,四、焊件的定位及定位器 1、定位原理,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，是以轴线和面为定位基准确定的。,如图4-15所示，圆锥台漏斗上各件间的相对位置，是以轴线和面为定位基准确定的。,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

8、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,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。,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,固定式,可拆式,可退式,永磁式定位挡铁,2）支承钉（板）：主要用于平面定位，形式有多种,可调支承,支承钉,支承板,3）圆孔定位用定位器 a）固定式定位销 b）可换式定

9、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。,1）固定式V形块 2）可调式V形块,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,2. 常用夹紧机构 （1）楔形夹紧器 斜楔工作示意图,（2）螺旋夹紧器,螺旋夹紧器,快速夹紧的螺旋夹紧器,螺旋夹紧器的应用,（3）偏心轮夹紧器 圆偏心轮工作特性 偏心轮夹紧器的应用,（4）杠杆夹紧器 杠杆夹紧作用示意图 典型杠杆夹紧器,（5）铰链夹紧机构 连杆式铰链快夹紧装置,（1）气动夹紧器 气压缸,气动夹紧器的结构示例

10、见表4-3。,3. 气动与液压夹紧机构,（2）液压夹紧器 液压撑圆器,4. 专用夹具,箱形梁装配夹具,5. 组合夹具 组合夹具基本元件,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,移动式拼板电磁平台,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、焊接工人的操作位置，达到和保持最佳焊接位置的机械装置。 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置，达到和保持焊接位置的最佳状态； 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：,二、 焊件变位机械,焊件变位机械：用

11、来拖动待焊工件，使其待焊焊缝运动至理想位置（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。 下面分别进行介绍。,1. 焊件变位机械 （）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，使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。 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：,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,固定式,升降式,L型

12、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。,三种机型：固定式，升降式，C型,L型双回转式焊接变位机,L型双回转式焊接变位机,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,立式单回转焊接变位机,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

13、上，搬移方便。,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。,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。,立式单回转焊接变位机,立式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,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0360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。,固定式,升降式,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

14、焊接变位机械。,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）。,头尾座式（双座）焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,移动升降式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,双立柱 升降式 变位机,卧式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,尾架移动式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机,卧式单回转焊接变位机的应用,3) 双座式焊件变位机 如图4-7所示，工作台安装在“ ”形架上，以所需的焊接速度回转；“ ”形架座在两侧的机座上，多以恒速或所需的焊接速度绕水平轴线转动。,H型双回转变位机,双

15、支座式焊接变位机是集翻转（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，夹持工件的工作台除能绕自身轴线回转外，还能绕另一根轴做倾斜或翻转，它可以将焊件上各种位置的焊缝调整到水平的或“船型”的易焊位置施焊。 适用于框架型，箱型，盘型和其他非长型工件的焊接，如减速器的箱体，机座，齿轮，法兰，封头等。,固定式,升降式,双座双回转变位机,双座双回转变位机,双回转变位机械的应用,2.焊接滚轮架 （）滚轮架功能及结构形式 焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力，带动焊件旋转的变位机械。 焊接滚轮架按结构形式分为两类： 第一类是长轴式滚轮架。 滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排

16、为主动滚轮，另一排为从动滚轮(图4-8)，也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄形焊件的组对与焊接。,图4-8 长轴式焊接滚轮架 L从动滚轮 2主动滚轮 3驱动装置,图4-08 滚柱式焊接滚轮架 L主动滚柱 2驱动装置 3从动滚柱,可调式滚轮架,第二类是组合式滚轮架 如图4-9所示，它的主动滚轮架如图4-9a，从动滚轮架图4-27b所示，混合式滚轮架（即在一个支架上有一个主动滚轮座和一个从动滚轮座)如图4-27c所示都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。,图4-9 组合式焊接滚轮架 a)主动滚轮架 b)从动滚轮架 c)混合式滚轮架,焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。 调节方式有两种： 一种是自调式的； 一种是非自调式的。 自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。也可将从动轮座设计成图4-09所示的结构形式，以达到调节便捷的目的，但调节范围有限。,图4-09 通过连杆机构调节滚轮间距的焊接滚轮架 1从动轮座 2主