毕业设计（论文）-零件组焊气动夹具设计.doc

编号 学院毕业设计题 目零件组焊气动夹具设计学生姓名 学 号 系 部专 业班 级指导教师二一二年六月零件组焊气动夹具设计摘 要本公司担任生产制造工作，本文研究是的枕梁部件的焊接夹具设计问题，要求使工件定位迅速，装夹方便、省力，减轻了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动。实现机械化，便于变位迅速，使焊接条件较差的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置焊缝，劳动条件得改善，同时也有利于提高焊缝的质量。枕梁部件主要是由钢板组焊而成，精度要求不高。本文主要设计的是组焊这套部件的专用夹具。由于这部件里面还有一个小的组件，所以需要设计两套夹具。南车集团和中兴轨道装备有限公司联合设计制造的火车内部饰件精度要求不高，主要由若干钢板组焊而成。本文的主要任务正是基于该内饰件的焊接工艺，开发两套专用夹具用于该内饰件和其中一个组件的焊接工作。本文的设计内容，包括夹具的总体方案，定位方式，气动加紧部分，最后是夹具体的设计。因为是焊接夹具，有些部位需要转动，这里有用动变位器。因为对于焊接来说，焊两件的时候最好能在最有利的位置，即平焊，而变位器可以解决这一问题，将工件夹紧之后它可以绕着一轴旋转，方便焊接。关键词：工装，夹具，气动，焊接Parts welding pneumatic fixture designAbstractThe responsibility of my company is manufacturing. The part of the train interior, designed by 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 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 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 useful 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请键入文字或网站地址，或者上传文档。 ,welding目 录摘 要iAbstractii第一章绪 论- 1 -1.1引言- 1 -1.2 焊接夹具的作用及分类- 1 -1.3 焊接夹具的组成与特点- 2 -1.4 本文的设计与研究内容- 3 -第二章 枕梁气动焊接夹具的总体设计- 5 -2.1部件的分析- 5 -2.1.1 生产纲领- 5 -2.1.2 部件的结构与技术要求- 5 -2.1.3 部件的工艺分析- 7 -2.1.4 夹具的工艺要求- 7 -2.2 枕梁夹具总体方案的设计- 8 -2.2.1设计原则、步骤- 8 -2.2.2方案的设计与比较- 11 -第三章 枕梁夹具的详细设计- 15 -3.1 心盘夹具的设计- 15 -3.1.1 夹具结构的设计- 15 -3.1.2 夹紧机构的设计- 18 -3.1.3 夹具体的设计- 28 -3.2 枕梁部件夹具的设计- 32 -3.2.1夹具结构的设计- 32 -3.2.2夹紧机构的设计- 33 -3.2.3夹具体的设计- 34 -第四章总结与展望- 37 -参 考 文 献- 39 -致 谢- 40 - 38 - 第一章 绪 论1.1引言迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。气动焊接夹具尤其是大规模的汽车生产过程中，是装配、焊接工作时必不可少的工艺装备，它不仅保证了工件装焊的相对位置，而且提高了劳动生产率、减轻了劳动强度，更为重要的是保证了产品质量。在像天津一汽这样大规模的汽车流水生产线上，往往要求采用大量高效的、快速的气动焊接夹具以满足汽车生产的要求。为了满足市场的需要，中国南车在近十年之后，需要开发制造出5000辆的列车，为此，需要投入大量的人力物力，而在每一辆列车当中有一个部件枕梁是交由中兴制造的，这个部件主要分两次组焊，一个是里面的心盘，另一个是总组焊，即这个部件的最终组焊。由于要求每年中兴要生产出几千个这样的部件，所以为了节省时间、提高效率、降低劳力，希望可以制造出一套焊接夹具。该部件的零件数量并不多，但个别零件校重，组焊好之后部件大小为50*50*3000。所以如果这些零件完全由人工来组焊的话，劳动强度将会非常大。部件组焊的过程当中，零件与零件之间的间隙不可以超过公差要求，组焊完之后需要对平面进行调形，保证一定要求的平面度。目前中兴主要是通过几个老工人的经验，组焊了几个简单的工装来组焊部件，对工人的技术要求很高，一些新来的工人根本达不到要求，另外一点就是，太浪费时间了，对工人的体能要求也很高。公司现在的项目越来越多，需要很多人来做，所以为了争取利益最大化，公司希望能设计出一套气动焊接夹具。另外公司希望能够有一套气动系统设计系统，来指导今后的生产工作，如果此次设计成功那么公司将会这种方法运用到其它项目上。1.2 焊接夹具的作用及分类焊接工装的正确选用是生产合格焊接结构的重要保证。除解决上述谈到的对生产进度影响外，其主要作用还表现在如下几方面。（1） 准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互换性。（2） 有效地防止和减小焊接变形，从而减轻了焊接后的矫正工作量，达到减少工时消耗和提高劳动生产率的目的。（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，焊接速度提高，可获得满意的焊接接头。（4） 采用焊接工装，实现以机械装置取代装配零部件的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，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。焊接工装的形式多种多样，以适应品种繁多、工艺性复杂、形状尺寸各异的焊接结构生产的需要。焊接工装可按其功能、适用范围或动力源等进行分类。（1） 焊接夹具主要 是对工件进行准确定位和可靠夹紧作用。功能单一，结构简单，多由定位元件、夹紧元件和夹具组成。手动夹具便于携带和挪动，适于现场安装或大型金属结构的装配和焊接生产使用。（2） 焊件变位机又称焊接变位器。焊件被夹持在可变位的台（架）上，该变位台（架）由机械传动机构使其在空间变换位置，适于结构比较紧凑、焊缝短而分布不规则的焊件装配和焊接时使用。（3） 焊机变位机又称焊接操作机。焊机或焊接机头通过该机械实现平移、升降等运动，使之到达施焊位置并完成焊接。可以和焊件变位机配合使用，完成焊件变位有困难的大型金属结构的焊接。1.3焊接夹具的组成与特点焊接机械装备的构造是由它的用途和需实现的功能而定。装配焊接夹具主要起定位和夹紧工件的作用，一般是由定位器件（或装置）、夹紧器件（或装置）和夹具体组成。夹具体起连接各定位器和夹紧器的作用，有时还起支承焊件的作用。焊接工装的使用与焊接结构产品的各项技术及经济指标（如产品的质量、产量、成本等）有着密切的联系。（1）焊接工装与备料加工的关系 焊接结构零件加工具有工序多（如矫正、划线、下料、边缘加工、弯曲成形等）与工作量大的特点。采用工装进行备料加工，要与零件几何形状、尺寸偏差和位置精度的要求相匹配，尽可能使零件具有互换性，提高坡口的加工质量以及减小弯曲成形的缺陷。（2）焊接工装与装配工艺的关系 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。例如：尺寸精度高，表面粗糙度低的零件，装配时应选用具有刚性固定的定位元件，快速而夹紧力不太大的夹紧元件；对于尺寸精度较差、表面粗糙度较高的零件，所选用的定位元件应具有足够的耐磨性并可及时拆换和调整；当零件表面不平是地，可选用夹紧力较大的夹紧器。（3）焊接工装与焊接工艺的关系 不同的焊接对焊接工装的结构和性能要求也不尽相同。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，则对工装的运动速度要求不太严格。（4）焊接工装与生产规模的关系 焊接结构的生产规模和批量，对工装的专用化程度、完善性、效率及构造具有一定的影响。单件生产时，一般选用通用的工装夹具，这类夹具无需调整或稍加调整应能适于不同焊接结构的装配或焊接工作。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、标准夹具的零件或组件，使用时只需将这些零件或组件加以不同的组合即可。对于专业化大量生产的结构产品，每道装配、焊接工序都应采用专门的装备来完成，例如采用气压、液压、电磁式等快动夹具和电动机械化、自动化装置以及焊接机床生产，形成专门生产线。1.4本文的设计与研究内容本文总共分为四个章节，核心是为了设计出一套专用夹用来。主要是为了能够为公司节省成本，争取利益最大化。本文第一章，简单讲述了设计该套夹具的背景、组成、分类、特点等。最二章，讲述的是零件的生产纲领，工艺特点，根据这个来确定设计夹具的总体方案。包括定位方案，气动设计部分的方案和夹紧方案。比较方案哪一种更能为公司节省成本。第三章，则开始对夹具进行具体的设计，为了成功的将该部件组焊完成，需要设计出两套夹具。论述他们的定位、夹紧、气动方面的设计详细说明。对一些零件图也做了一些说明。第四章，是对全文以及该工装的一个总结，分析优缺点，找出不足之处。另外还对此次的设计进行了展望。本文所研究的内容是对于一套专用夹具的设计，从它的定位开始，定位分析、定位元件的选择、夹紧力的大小、方向、它的作用点，对工件将会有什么样的影响；夹紧机构的设计，是否可以选用标准件；由于要求必须有气动夹紧的部分，所以对于一个气动系统的设计有详细的说明，包括原理图、气动元件的选择等；最后是夹具体的设计，材料的选择，部件的精度由夹具保证，那么夹具的精度由谁来保证，这里也有说明。附页会有总装图和零件图，还有焊接图。 第二章 枕梁气动焊接夹具的总体设计2.1部件的分析2.1.1 生产纲领枕梁部件由中国南车集团设计，交由中兴制造，它是火车的内饰件，每年需要有三千个属于大批量生产；本公司属于待加工性的企业，技术还不是很全面，工人的平均焊接水平一般，对零部件的制造主要还是通过工人的技术来保证。公司的焊接设备很充足有三十台。2.1.2 部件的结构与技术要求一、部件的结构该部件由六部分组焊而成分别是心盘座、枕梁腹板、枕梁下盖板、枕梁上盖板、隔板、上旁承以及支铁；其中心盘座又是由四部份组成分别是底座、导筒、筋板1、筋板2。零部件的三维图见图2-1至2-13。 图2-1 枕梁 图2-2 心盘座 图2-3 腹板1 图2-4 腹板2 图2-5 上盖板 图2-6 下盖板 图2-7 隔板 图2-8 支铁 图2-9 上旁承 图2-10 心盘底座 图 2-11心盘导筒 图2-12心盘筋板1 图2-13心盘筋板2 二、部件的技术要求1、组装工艺枕梁如图2-1所示下同，组装之前各接触面须涂优质防锈漆；组装后对角线之差不大于3；组装后两枕梁腹板的平行度不大于4；两旁承面与心盘面如图4-2高差不大于3。心盘座组焊完之后对角线之差不大于1.5。组焊时零件之间的位置公差、尺寸公差按照自由公差来组焊。组装过程中，所有部件之间的组焊间隙不能超过1.5mm，在心盘座中，筋板侧面与底座平面形成的直角范围在正负3度内；在一个心盘坐的焊接过程中必须连续进行，直到将该心盘所有的焊逢焊接完成为止。在将心盘安装到下盖板上的时间，底坐与下盖板之间的间隙要保证在1.5MM之内。隔板点焊的时候需要用到直角尺以保证垂直度，范围不得超过正负3度之外。安装腹板的时候必须将腹板侧面紧靠隔板与第一块隔板之间的间隙不得超过1.5MM。以及腹板的下边缘与下盖板之间的吻合程度，必须保证夹紧之后不能通过一边看见另一边的光线。隔板、心盘座、腹板的上边缘要保证在一个平面上，误差范围在2MM之内。安装上盖板时候需要有人在上面压紧再进行点焊，保证上盖板与下面部件之间的间隙不超过1.5MM。2、焊接工艺（1）接口前应将坡口表面及母材内、外壁的油、漆、垢锈等清理干净，直至发出金属光泽，清理范围为每侧各为10-15mm，对口间隙为2.53.5mm。（2） 接口间隙要匀直，禁止强力对口，错口值应小于壁厚的10%，且不大于1mm。（3）接口局部间隙过大时，应进行修整，可以在间隙内添加塞物。（4） 接口合格后，应根据接口长度不同点4-5点，点焊的材料应与正式施焊相同，点焊长度10-15mm，厚度3-4mm。（5）打底完成后，应认真检查打底焊缝质量，确认合格后再进行盖面焊接。（6）引弧、收弧必须在接口内进行，收弧要填满熔池，将电弧引向坡口熄弧。（7）点焊、气体保护焊，如产生缺陷，必须用电磨工具磨除后，再继续施焊，可以重复熔化方法消除缺陷。（8）应注意接头和收弧质量，注意接头熔合应良好，收弧时填满熔池。为保证焊缝严密性。（9）盖面完毕应及时清理焊缝表面熔渣、飞溅。2.1.3 部件的工艺分析首先组焊心盘座，将导筒与底座装好，用装置将两者夹紧，这里导筒对底板有一个定位的作用，通过夹紧装置将底板两侧有孔的部位夹紧，用模具定位法将六块筋板点焊到位，拿下模具，将用卡兰将心盘上部卡上，防止在焊接底部过程当中，引起焊焊接变形太大，不易于调整。此时将心盘座的底部，即底坐与筋板2、1的满焊，以及导筒。焊完之后将卡兰（见附页）拿下来，对筋板2内侧与筋板1进行满焊，还有对导筒对四块筋板2满焊。所有的焊缝都焊完之后对其进行检查，查看是否还有达不到工艺要求的，如有需要及时进行调整，以便于下一步的焊接工作。完成上一步心盘座的工作之后，组焊枕梁大部份部件，枕梁下盖板中间和心盘座的四周的孔位置是一样的，所以定位的时候可以利用这点，选则其中对角线的两孔重合，并通过夹紧装置将两者夹紧，这点与焊接心盘座的情况一样。之后将枕梁下盖板的中间部份夹紧，有四个夹紧装置，焊接夹紧一般情况都是由中间向四周夹紧的。通过模具定位将四块隔板点焊在枕梁下盖板上去，接着，将两块腹板抬上去，放好位置，对其侧面进行夹紧，减小腹板与隔板之间的间隙，并将下盖板两端的部位用夹紧装置夹好，调整两腹板位置，对两块腹板和下盖板进行点焊，以及与隔板两端进行点焊，同样的方法，用卡兰将两腹板两端卡住，对整个枕梁进行满焊，此焊接过程当中，枕梁需要转动位置才利于焊接，这时候就需要用的变位器，或者说类似于变位器的装置，焊接时需要从是中间向两边进行满，保证焊接热产生的力能够平衡。最后解下所以的夹紧装置，将上盖板盖上用木锤敲，调整好位置后点焊，之后将其换一个位置。分别对下盖板和两腹板的满焊，上盖板和两腹板的满焊，以及上旁承的和支铁的焊接，最后调形，完成全部工作。2.1.4 夹具的工艺要求1）具有足够强度的刚度，保证夹具体在装配或焊接过程中正常工作，在夹紧力、焊接变形拘束力、重力和惯性力等作用下不致产生不允许的变形和振动。2）结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小，质量轻和便于工件装与卸；在不影响强度和刚度的部位可开窗口、凹槽等，以减轻结构质量，特别是手动式或移动式夹具，其质量一般不超过10kg。3）安装稳定牢靠。夹具体可安放在车间的地基上或安装在变位机械的工作台（架）上。为了稳固，其重心尽可能低。若重心高，则支承面积相应加大，在底面中部一般挖空，让周边凸出。4）结构的工艺性好，应便于制造、装配和检验。夹具体上各定位基面和安装各种元件的基面均应加工。若是铸件应铸出3-5mm的凸台，以减少加工面积。不加工的毛面与工件表面之间应保证有一定空隙，常取8-15，以免与工件发生干涉；若是光面，则取4-10mm。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。6）清理方便。在装配和焊接过程不可避免有飞溅、烟尘、渣壳、焊条头、焊剂等杂物掉进夹具体内，应便于清扫。2.2 枕梁夹具总体方案的设计2.2.1设计原则、步骤一、设计原则在国内一些大型或较复杂的焊接机械装备已有专业厂生产，可根据生产需要选购或订购。若市场上没有所需的装备，则需自行设计和制造。焊接机械设备设计就是一种机械设计，但这种机械设计必须充分考虑，焊接工艺的基本特点并满足装配和焊接工艺的特殊要求。一般的设计原则与要求是：1) 焊接产品总是由两个以上的零件组成，出于施焊方便或易于控制焊接变形等原因，装配和焊接两道工序可能是先装完后再焊，也可能是边装边焊，所设计的装备应能适应这种情况。2) 焊接是局部加热过程，不可避免产生焊接应力与变形，在装备上设置定位器和夹紧器件时要充分考虑焊接应力和变形的方向。通常在焊件平面内的伸缩变形不作限制，通过焊件留收缩余量方法让其自由地伸缩；而焊件面外的焊接变形，如角变形、弯曲变形或波浪变形等应用夹具加以控制；有时还要利用夹具作出反变形的工艺措施，这些都要求定位和夹紧器件来实现。3) 用电作热源的焊接方法，一般都要求焊件本身作为焊接回路中的一个电极，就可能要求焊接装备具有导电或绝缘功能。当焊接电流很大时，导电部分还需有散热措施；真空电子束焊接所用的夹具不得用磁性材料制作，也不得带有剩磁，以免影响电子束聚焦等。4) 明弧焊接时，难免产生烟尘、金属或熔渣的飞溅物，它们会损坏工装上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。（2）安全可靠原则指装备在使用期内绝对安全可靠，凡是受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受焊件重力和因限制焊接变形而引起的各方向的反作用力等。夹紧时不破坏焊件既定位置；夹紧后既不让焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大以免产生较大拘束应力；夹紧机构应能自锁等。（3）方便原则装备必须便于操作与施工，能使装配和焊接过程简化，工人劳动强度降到最低，工件装上或卸下方便；有供焊枪、面罩、焊接机头等进出和摆动的空间以及工人自由操作的位置，能使焊缝处于最方便施焊的位置，也便于中间进行质量检测；装备上各种机件操作要轻巧灵便；定位、夹紧和松开过程要省力而快速；对易损零、部件便于维修或更换等。（4）经济原则所设计的装备必须易于制造，投资少，制造成本低，回收期短。尽量选用通用化、标准化零、部件；在一个夹具上定位器件和夹紧机构的结构形式不宜过多，也不应过于复杂；使夹具和机械具有较好的制造工艺性能和较高的机械效率；装备在使用时能源消耗和管理费用少等。二、设计步骤根据任务书，经审批后就可以进行设计。由于焊接装备设计就是机械设计，所以完全可以按通常机械设计的程序和方法进行，即采用方案设计、技术设计和施工图设计三阶段设计法。拟订焊接机械装备的结构方案时，使装备具有所需的功能，如定位、夹紧、翻转、回转、平移、升降等外，还要满足装配一焊接工艺特点所提出的各项技术要求。设计方案确定，可以运用工程力学、机械原理、机械零件、机械制图等理论和知识进行后两个阶段的设计和计算。1）准备 ：1.焊接机械装备设计任务书；2.焊接产品的生产纲领，主要是年产量和生产类型；3.产品的图样及技术要求；4.产品的装配和焊接的工艺文件；5.车间生产条件，如起重运输能力，作业面积，气、电、水供应和生产技术水平等。分析研究上述原始资料，可了解对装备的基本要求，从而明确设计任务。在此基础上可到市场、同类工厂、用户和科技情报部门进行调研和搜集有关技术资料。技术资料包括夹具零、部件标准、夹具结构图册、产品样本等。2）方案设计： 1.装备的机械化程度和自动化水平；2.通用性，即确定是设计专用装备还是万能装备，并确定其适用范围；3.为实现所需功能，拟采用的原理和相应的机构。如定位与夹紧的方式和机构；使焊件翻转或回转、使焊接机头平移或升降等动作，应选择何种传动方式或传动机构，以及用何种动力源等。4.装备的基本构成和总体布局，主要零、部件的基本结构形式；5.初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。提出几种不同方案，从技术和经济两方面比较论证，选择最理想的方案。3）绘制总装配图 根据经审定的设计方案进行总装配图设计。绘制装配-焊接机械装备总图与绘制一般机械装备图略有不同，需要把被加工件的轮廓画出。绘制的方法和顺序是：先用红色细实线或黑色双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位基准面、夹紧表面、焊缝部位等。视工件为透明体，它不影响各夹具元件的绘制。然后按总布局从定位元件、夹紧机构，传动装置等顺序画出各自的具体结构。最后绘出夹具体和连接件，把装备上各组成元件和装置连成一体。在绘制过程中须进行必要的计算，如几何关系计算、初步误差分析、夹紧力计算、传动计算、受力元件的强度和刚度计算等。在总装配图上要标注各部分尺寸和技术要求。凡是影响精度的尺寸都应标注公差。技术要求的内容主要是位置精度要求，以及在视图上无法表达的有关装配、调整、检验、润滑、维护等方面的要求。4）绘制装备的零件图 主要绘制装备中的非标准零件的工作图。5）编制装备设计计算书和使用说明书。2.2.2方案的设计与比较一、定位方案在装配过程中把待装零部件的相互位置确定下来的过程称定位。通常的作法是先根据焊件的特点和工艺要求选择它的定位基准，然后考虑它的定位方法。划线定位是定位的原始方法，费时费力，且精度低，只在单件生产、精度要求不高的情况下采用。在夹具上装配时，常使用定位元件进行定位，既快速又准确。定位元件是夹具上用以限定工件位置的器件，如支承钉、挡铁、插销等。它们必须按定位原理、工件的定位基准和工艺要求预先在夹具上精确布置好，然后每个待装零、部件按一定顺序“对号入座”地安放在定位元件所规定的位置上（彼此必须发生接触）即完成定位如图2-2-1。另外还有一种是模具的设计，可以将零部件直接放在定位好的零件上，将需要安装的零件放在模具上就可完成定位如图2-2-2。 图 2-2-1 定位元件使用 图 2-2-2 模具使用在此次的设计中这三种方法都用到了，但主要是第三种方法的运用，节省了不了的时间，也提高了效率，减轻了工人的工作量。二、 夹紧方案公司目前采用的夹紧方式是利用旋转的螺杆与螺母的相对轴向移动夹紧工件如图2-2-3。对工件既可用螺杆夹紧，又可用螺母夹紧，以螺杆夹紧最为常用。结构简单，增力大，自锁性能好，行程不受限制。但夹紧动作慢，效率低；人力夹紧体力消耗大，易疲劳；当螺旋靠近焊接区时，需有保护螺纹措施。而本次专用夹具的设计目的之一就是要为公司节省成本，提高效率。所以这种方法已经不再适合公司未来的发展，需要有新夹紧方式来代替它。根据公司的需求，以节省成本，提高效率为目的，夹紧的方式需要快人快速，另外通过上面的分析，该部件都是由板材组焊而成所以，我们可以选择铰链式夹紧方式，它是利用铰链把若干个杆件连接起来实现夹紧工件的机构。在焊接图2-2-3 螺旋夹紧生产中常用的有两类：一类是以快速夹紧为主要目的的连杆式夹紧器，又叫肘节式夹紧器。列出部分手动连杆式夹紧器，它们的共同特点是包括支座在内组成一个铰链四连杆机构，在夹紧和松开过程中，这几个杆件都在垂直铰链轴线的平面内运动。夹紧和松开快速，但夹紧力有限，多用于夹紧薄件。另外一个在这里就不论述了。三、气动方案此次设计选择了两种气动方案，一种是气缸式夹紧器，它利用压缩空气在气缸内产生的轴向力去带动夹紧机构以实现夹紧工件。压缩空气工作压力一般在0.4-0.6MPa 之间。在装配一焊接夹具中气动夹紧器的气缸有两种形式，即活塞式气缸和薄膜式气缸（又叫气室）,见图2-2-4。从气缸进气情况分有单向作用和双向作用两种方式，单向作用式是从单面进气推动活塞（ 或薄膜）工作，当松夹排气时，靠弹簧推动活塞（或薄膜）退回原位。双向作用式是利用活塞两侧气体压力差进行工作，缸体内无弹簧。 a b图2-2-4 典型气缸内部结构a双向作用活塞式气缸 b单向作用薄膜式气缸1、7、8缸体4缸盖3活塞杆5密封圈6活塞9弹簧10托盘11薄膜12推杆另一种是软管式气动夹紧器，它是利用向橡胶软管通入压缩空气发生膨胀去推动夹紧机构而工作的夹紧器。图2-2-5是软管工作的原理图，当软管通入压缩空气而膨胀时，托板上升，在推杆上输出轴向推力.图2-2-5 软管式气动装置工作原理图可看出，推杆输出轴向力随行程而变化，而行程大小受软管直径限制，必须小于软管直径。所以软管式气动夹紧装置最适用于行程小、压力不大的薄板装配和焊接，或要求在焊缝附近沿其长度方向上作均匀夹紧的场合。通过两者的比较，因为焊接过程当中会产生很大的热，而这部分热会产生相当大的力，所以气动方案，应该选择气缸式的。第三章 枕梁夹具的详细设计3.1 心盘夹具的设计3.1.1 夹具结构的设计根据零件的生产纲领以及它的结构分析、工艺要求，初步可以设计具体，此焊接夹具需要用到变位器，当然由于心盘夹具的重量并不算太重，所以这里的变位器，可以换成手动，见简图3-1-1。图3-1-1 心盘座工装模型1、定位方案：由第二章的对零件心盘座的分析可知，选择心盘底面及底座的底、底座的两个相邻的面为定位面，分别限制工件的三个自由度，两个侧面和一个底面。其中，底面为主要定位基准面。2、定位元件的设计：根据零件的结构特征，限制工件三个自由底的面，由底平面充当，相当于焊接工装中夹具台，根据心盘座的工艺路线中第一工序，导筒需要和底座夹紧，这个可以通过螺旋加紧的方式，夹具台上打一螺纹孔。另外两面的定位可以选择三个定位块（一面一个，另一面二个）。定位块可以机加工出来，之后，可以点焊在夹具台上。夹具台的制造可以铸造成形，材料为HT200。为了能够提高焊接的效率，在组装六块加强筋的时候需要用到模具，此时对该项模具的设计方法是，在UG软件平台下，在心盘座零件上直接画也模具的外型的。当然设计过程是以上步中定位块的位置来确定模具本身的位置，确定好之后，通过拉伸将筋的位置固定下来，模具的个数为两个。它是由放许多个小零件组焊而成。材料为Q235-A。模具三维图见图3-1-2。图3-1-2 心盘座模具3、定位误差的分析计算：在分析定位误差时，应根据工序简图规定的定位方式分别计算基准不重合误差和定位基准位移误差，再利用公式进行计算。在心盘座夹具设计过程当中，所有的定位面都是以平面来定位的，除了导筒的安装是与底座形成装配的关系。此装置为焊接组装的，零件的结构在第二章，已经分析过了，在这里就不在重复了。六块筋板的定位误差，确定他们的位置完全是通过图3-1-2模具确定的，而此模具面都为平面。在此筋中任选一个来分析见图3-1-3。图3-1-3因为筋板是已经平面定位的，而所用模具的定位也是已经平面定位，模具的定位，肯定需要依靠工件的，所以可以得出定位基准位移误差：=0该筋板的设计基准是导筒的中心线，而工序基准则是模具，两者不重合，根据定义，定位基准不重合误差为在工序尺寸方向上的投影值的代数和。图3-1-4 模具二维图根据模具与筋板的配合，与该筋板位置有关的尺寸有10、240、图3-1-5中的10（与尺寸40同方向）图3-1-5 滑板二维图根据零件的工艺要求知道，零件的精度并不高，所以此次设计的夹具，模具的上的公差都为自由公差。经计算得基准不重合误差为：=0.1+0.1+0.1=0.3mm则=0+0.3=0.3mm如图3-1-3中导筒与底座装配关系，根据零件图中导筒与底座孔的尺寸知道，他们并不是配合关系，原因见下图3-1-6和3-1-7，所以不存在误差。 图3-1-6 导筒 图3-1-7 底座3.1.2 夹紧机构的设计一、夹紧机构的选择根据总体方案的设计，夹紧机构选铰链式的如图3-1-8。图3-1-8 手动连杆式夹紧器因为此次的设计需要将手动夹紧变为气动夹紧，所以我将手动夹紧装置稍做了一些改进将在设计成了气动式，当然机构并没有设计原理设计好了，之后就是到市场上选型了。气动夹紧原理图见图3-1-9.图3-1-9表3-1 夹紧机构型号型 式气缸口径mm气缸面积cm最大压力Kgf/cm最大夹持力kgBK-10101A203.141050BK-12050A307.071091BK-12130A307.0710227BK-12132A307.0710227BK-12265A4012.5610340BK-12275A4012.5610340BK-10249A5019.6210450BK-36301A203.141045BK-36003A307.0710272BK-36330A4012.56101136BK-305EA3012.5610386BK-702CA307.0710200BK-702DA4012.5610500二、夹紧力的计算1 确定夹紧力的作用方向1）夹紧力应指向定位基准 特别是指向主要定位基准面，因该面的面积较大，限制自由度多，定位稳定牢靠，还可以减少工件的夹紧变形。2）夹紧力的指向应有利于减小夹紧力,因夹紧力的大小是根据夹紧时力的静平衡条件来确定的。焊接时，夹具常遇到工件重力、控制焊接变形所需的力、工件移动或转动引起的惯性力和离心力等。这些力的方向取决于焊件在夹具上所处的位置、所需控制焊接变形的方向和焊件运动的方向等。通常夹紧力的方向与这些力的方向一致，便能减小夹紧力，否则夹紧力要增大。心盘夹具的作用力的方向如图3-1-10。 图3-1-10 作用力方向2 选择力的作用点夹紧力作用在工件上的位置，视工件的刚性大小和定位支承的情况而定。用于控制平板对接角变形时，对于薄板（s2MM）的夹紧力作用点应靠近焊缝，且沿焊缝长度方向上多点均布，板越薄点距应越密。对于厚板，则因刚性大，力作用点可适当远离焊缝，以减小夹紧力，见图3-1-11。图3-1-11 3夹紧力大小的估算计算夹紧力的大小时，常把夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件在装配或焊接过程中产生最为不利的瞬时受力状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后为了保证夹紧安全可靠，再乘一个安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：Fk=KF式中Fk实际所需的夹紧力（N）；F在一定条件下由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）；K安全系数，一般K=1.5-3。夹紧条件比较好，取低值：否则取高值。手工夹紧、操作不方便、工件表面毛糙等，应取高值。根据实际情况的测定：F=5000N该夹具为气动所以K安全系数取1.5.Fk=7500N专供装配用的夹具，因只装不焊，其理论夹紧力的计算比较容易，仅考虑重力、支承反作用力和摩擦力；而此设计的夹具是要焊的，所以除考虑上述各种力外，还须考虑因控制焊接变形而引起的拘束力，而这个拘束力既与拘束方向及拘束程度有关，又与施焊工艺有关，很难作精确计算。通常是按生产经验进行估算，必要时，通过试验测定。如果仅是控制焊件的角变形或弯曲变形，所需的夹紧力可用材料力学有关理论公式进行估算。（1）控制焊件角变形的夹紧力计算两等厚平板对接，开V形坡口，焊后会产生角变形见图3-1-12。若在焊缝中心线两侧距离均为l处用夹紧元件挡住不让工件上翘变形，则两者之间将产生拘束力，该力应由夹紧元件承受，即图3-1-12式中q拘束角变形所需的单位长度（焊缝）夹紧力（N/cm）;E焊件材料的弹性模量，N/cmS焊件厚度（cm）；a在自由条件下焊件引起的角变形（。），由焊接变形理论计算或实际中测定；l夹紧力作用点到焊缝中心线距离（cm）。焊接的厚度:S=12，a=1 ,l=84则:q=31720279N（2）控制焊件弯曲变形的夹紧力计算见图3-1-13。若在自由状态下焊接角焊缝，会因焊缝与梁断面重心线不重合，焊缝的纵向收缩（假想有一个收缩力F作用）引起弯曲变形，在梁的中部上拱f。为了能控制该变形，假定在梁中部设一紧元件，焊接时该元件阻挡T形梁上拱，因而产生拘束力，由该夹紧元件承受，其大小图3-1-13式中Q阻挡弯曲变形所需的夹紧力（N）;e焊缝截面重心到梁截面重心线的距离（cm）；L梁的长度（cm）；F焊缝纵向收缩的假想收缩力（N），K为角焊缝的焊脚（cm）；m 为系数，碳钢单道焊时按表2选取:表3-2 m系数的选择焊接方法m一条角焊缝二条角焊缝埋弧焊51焊条电弧焊根据心盘座的焊接要求，为满所以可以判断它有二条角焊缝。K=4cm m= e=0.2cm L=54cm则F=mK=58.7=939200NQ=208711N三、气动系统的设计此气动系统的设计的要求是能够输一定力，来夹紧工件，力的大小根据实际情况需要6000N左右，这套系统的设计属于焊接夹具的一部分，所以环境相对较差，温度较高，有粉尘。运动方式只需要完成直线运动就行了，速度不需要太快，在3mm/s,行程并不远300mm左右。根据公司的实际情况，控制方式手动。（一） 回路设计1工作程序夹紧系统的动作顺序：启动 夹紧 组焊 松开写成工作程序图为：AB2X-D张图X-D组12执行信号AB1a(A)a(A)=qa2b(B)b(B)=b图3-1-14 AB的X-D线图3.找出障碍，消除障碍由于图3-1-14中的X信号比D动作线短所以无障碍。4逻辑原理图根据图3-1-14的X-D图，可以绘制出图3-1-16所示的逻辑原理图，图右图为一个气缸的两个状态，左侧为原始信号。经分析q、a都为元障碍信号，a对应的信号是A即对工件夹紧，而b对应的信号是B对工件松开。5、气动原理图根据图3-1-15的夹具夹紧逻辑原理图即可绘出该夹具系统的系统图见图3-1-16。压下二位四通换向阀，则对工件进行夹紧。气流经过管路到达节流阀，节流阀的作用是控制流量q,通过流量的大小来控制压力。见图3-1-15。另外单向阀有很好的防回流的作用。当然想要撤除对工件的压力的时候，可以拉起换向阀此时，气流将从右的管路流经。达到撤力的效果。qp 细长孔=1簿壁口 =0。5图3-1-15 节流口的流量-压力特性图3-1-16 气动原理图（二）选择和计算执行元件1）确定执行元件类型L：根据要求，主要是对工件的夹紧，所以应该选择双作用气缸。2）主要尺寸参数 气缸内径D 即式中工作推力F1=FZA=5.110N，当0.2m/s 时，=0.8，p=0.4MPa 则=0.142m考虑缸径较大，取上式前边的系数为1.03，且当0.2m/s 时=0.8，F2=2.4N，p=4Pa 则=0.318m综上，取顶钟气缸A 为：气缸JB160600；取底钟气缸B 为：气缸JB320600，活塞杆直径d=90mm。（二） 选择控制元件及辅助元件表3-3 元件的选择名称类型数量主控阀FXS2-L151节流阀LA-H10L6分离器CF412过虑器TLJ_0240 D400*1800 2 0.1262消声器3L-102（四）根据执行元件的耗气量定出压缩机的容量及台数在选择空压机之前，必须算出自由空气量（一个标准大气压状态下的流量）Q气缸的理论用气量由下式计算：其中QZ一台用气设备上的气缸总用气量；n用气设备台数，故n=2；m一台设备上的用气执行元件个数， m=2；气缸在一个周期内单程作用次数，=1；Qz一台设备中某一气缸在一个周期内的平均用气量，QA=9.95m/s，QB=3.6810m3/s；t某个气缸一个单行程的时间， tA=tB=6s；T某设备的一次工作循环时间， T=2tA+2tB=24s。查有关手册选用4S-2.4/7 型空压机，该空压机的额定排气压力为0.7MPa，额定排气量为2.4 m3/min（自由空气量）通过以上的计算，根据表1中的型号可以选择，BK-36330A数量四个。3.1.3 夹具体的设计一、夹具设计的工艺路线支座外孔与连接器的组焊，焊完之后要保证两外圆同轴。需要调形。同轴度误差不得超过3度，见图3-5： 图3-5 工序一 支座外孔 连接器两腿，支座外孔和两个加强筋的组焊，需要焊接一对。这里需要保证的是脚的底平面要在同一平面上，误差高度不