第四章-焊接工装夹具和焊接变位机械.ppt

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 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0 360 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 主动轮座3 驱动装置 焊接滚轮架 结构特点 1 长轴式滚轮架支撑的滚轮较多 驱动装置与一排长轴滚轮相连 另一派长轴滚轮从动 2 组合式滚轮架是由主动滚轮组架与一个或几个从动轮组架配合而成的滚轮架结构 3 自调式滚轮架可根据工件的直径调节滚轮的中心距 适应在一个工作地点装焊不同直径筒体 4 履带式滚轮架采用大面积的履带与焊件接触 适用于轻型 薄壁大直径焊件 适用场合 主要用于锅炉 压力容器筒体的装焊 也可进行锥体 分段不等径回转体的装焊 组合式滚轮架 自调式滚轮架 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 焊接滚轮架 双驱动组合式滚轮架 双驱动可调式焊接滚轮架 焊接滚轮架 自调式滚轮架 焊接滚轮架 可倾斜式滚轮架 履带式滚轮架 防窜 轴向位移 焊接滚轮架 焊接滚轮架 焊接滚轮架的应用 焊接滚轮架 3 焊接回转台焊接回转台是将工件绕垂直轴或倾斜轴回转的焊件变位机械 主要用于回转体工件的焊接 堆焊或切割 图4 10是几种常用回转台的具体结构形式 图4 10几种常用的焊接回转台a 固定式回转台b 移动式回转台c 倾角可调式回转台 图4 11中空式回转台a 工作台倾斜b 工作台水平1 工件2 回转台3 支架 倾翻回转式焊接变位机 结构特点 具有结构紧凑 体积小 造型美观 质量轻等优点 最通用的焊接变位机为座式变位机 它由回转工作台 倾斜机构 电机驱动系统和控制器等组成 回转工作台用直流或交流电机驱动 通过调速控制器无级调速 达到所要求的焊接速度 工作台翻转或倾斜是通过扇形齿轮由电机带动 最大倾斜角度可达110 135 倾斜速度可固定不变 并可在任意角度自锁 变位机工作台的翻转采用电动翻转 定位准确可靠 可以使工件处于最理想的焊接位置进行焊接 适用场所 变位机可以与操作机等配套组成自动焊接专机 可以做为机器人周边设备与机器人配套实现焊接自动化 还可以单独使用 是压力容器 冶金 电力 化工机械 金属结构等行业的理想的焊接设备 倾翻回转式焊接变位机是通过回转和翻转机构 将焊接工件置于理想焊接位置的变位机械 是标准型变位机 倾翻回转式焊接变位机 回转台高度固定式 升降式 高度可调式 倾翻回转式焊接变位机 HB标准型变位机 倾翻回转式焊接变位机 4 焊接翻转机焊接翻转机是将工件绕水平轴转动或倾斜 从而使之处于有利于装焊位置的焊件变位机械 主要用于梁 柱 框架等结构的焊接 焊接翻转机的种类较多 常见的有头尾架式 框架式 转环式 链条式 推拉式等 如图4 12所示 图4 12焊接翻转机a 框架式b 头尾架式c 链条式d 转环式e 推拉式l一头架2 翻转工作台3 尾架4 驱动装置5 主动链轮6 工件7 链条8一托轮9 支承环10 钝齿轮11一推拉式轴销12一举升液压缸 头尾架式翻转机结构形式与车床类似 其头架为驱动端 可单独使用 利用安装在头架卡盘上的夹具 可为短小的工件翻转变位 为适应不同长度的系列产品生产需要 尾架可模仿车床上的尾座 做成可移动式如图4 32 图4 32头架单独使用和尾架移动式的翻转机a 头架单独使用的翻转机b 尾架移动式的翻转机1 工作台2 工件 框架式焊接翻转机 链条式翻转机链条式翻转机是利用电动机驱动链轮带动环形链条翻转焊件的一种变位机械 如图4 12所示 图4 12一种专用于梁柱构件自动焊接的链式翻转机1 链轮2 链条3 工字梁4 轴承座5 驱动机构6 制动轮 圆环式翻转机形状较特殊的型钢及桁架结构采用上述链条式翻转机翻转变位比较困难 这些构件可以采用圆环式翻转机 如图4 34所示 图4 34圆环形翻转机结构外形图1 下环2 上环3 夹紧器4 顶紧螺栓5 焊件 推举式翻转机推举式翻转机是利用液压缸和杠杆机构 将焊件翻转到预定位置的一种变位机构 它具有结构简单 动作快捷和操作方便的特点 经常用于梁柱焊接生产线中配合自动焊接装置 将焊件翻转到船形位置施焊 图4 35示出推举式翻转机与悬臂式自动焊装置组合使用的示意图 图4 35推举式翻转机与悬臂式自动焊装置的组合使用 三 焊机变位机械 焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备 它主要包括焊接操作机和电渣焊立架 焊接操作机的结构形式很多 使用范围很广 是能将焊接机头 焊枪 准确送到待焊位置 并保持在该位置或以选定焊速沿设定轨迹移动的焊接机头的变位机械 常与焊件变位机械相配合 完成各种焊接作业 若更换作业机头 还能进行其他的相应作业 电渣焊立架的结构形式和功能相对单一 主要用于厚壁焊件立缝的焊接 1 焊接操作机是能将焊接机头 焊枪 准确送到待焊位置 并保持在该位置或以选定焊速沿设定轨迹移动的焊接机头的变位机械 焊接操作机的结构 分类及应用焊接操作机的结构形式很多 使用范围很广 常与焊件变位机械相配合 完成各种焊接作业 若更换作业机头 还能进行其他的相应作业 按其结构形式及应用特点可分为四种 1 平台式操作机 见图4 15 图4 15平台式操作机1 水平轮导向装置2 台车驱动机构3 垂直导向轮装置4 工作平台5 起重绞车6 平台升降机构7 立架8 集电器 2 横臂式焊接操作机 这类焊接操作机根据横臂的结构不同又分为 悬臂式操作机图4 16a所示的短悬臂式焊接操作机 主要由底座1 立柱2 悬臂升降机构3 悬臂4以及机头移行机构5等组成 伸缩臂式操作机图4 17所示 焊接小车或焊接机头和焊枪安装在伸缩臂的一端 伸缩臂通过滑鞍安装在立柱上 并可沿滑鞍左右伸缩 图4 17伸缩臂式焊接操作机l 焊接小车2 伸缩臂3 滑鞍和伸缩臂进给机构4 传动齿条5 行走台车6 伸缩臂升降机构7 立柱8 底座及立柱回转机构9 传动丝杠10 扶梯 3 门式操作机 这种操作机有两种结构 一种是焊接小车座落在沿门架可升降的工作平台上 并可沿平台上的轨道横向移行见图4 18 另一种是焊接机头安装在一套升降装置上 该装置又座落在可沿横梁轨道移行的跑车上 图4 18门式操作机l 平台升降机构2 门架3 工作平台4 扶梯5 限位器6 台车驱动机构7 电动机8 行车台车9 轨道 2 电渣焊立架电渣焊立架图4 19所示 是将电渣焊机连同焊工一起按焊速提升的装置 它主要用于立缝的电渣焊 若与焊接滚轮架配合 也可用于环缝的电渣焊 图4 19电渣焊立架1 行走台车2 升降平衡重3 焊机调节装置4 焊机升降立柱5 电渣焊机6 焊工 焊机升降台7 扶梯8 调节螺旋千斤顶9 起升机构10 运行机构 四 焊工变位机械 焊工变位机械是改变焊工空间位置 使之在最佳高度进行作业的设备 它主要用于高大焊件的手工机械化焊接 也用于装配和其他需要登高作业的场合 焊工升降台的常用结构有肘臂式 图4 20 套筒式 图4 21 铰链式 图4 22 三种 肘臂式焊工升降台又分管焊结构的 图4 20 板焊结构的 图4 23 两种 图4 20肘臂式焊工升降台1 脚踏液压泵2 工作台3 立架4 油管5 手摇液压泵6 液压缸7 行走底座8 转臂 图4 21套筒式焊工升降台1 可伸缩撑脚2 行走底座3 套筒升降液压缸4 升降套筒总成5 工作台升降液压缸6 工作台7 扶梯8 滑轮钢索系统 图4 22铰链式焊工升降台示意图1 工作台2 推举液压缸3 底座 图4 23板结构肘臂式的焊工升降台1 工作台2 转臂3 立柱4 手摇液压泵5 底座6 撑脚7 走轮8 液压缸 五 焊接变位机械的组合使用 在大批量的焊接结构生产中 各类焊接变位机械装置往往只能完成单一的变位功能 而焊接结构生产往往要求各类变位机械采用多种多样的组合运用形式 这不仅可以满足某种单一产品的生产要求 同时也能为具有同一焊缝形式的不同产品服务 通过组合 更能发挥焊接机械装置的作用 提高装配焊接机械化水平 实现高质量 高效率的生产 纵缝焊机设计采用琴键压紧式机构 提供均匀稳定的工件夹持和冷却效果 大梁和焊接小车提供精密的焊接动作 用于进行高质量 低变形的直线性焊缝的焊接应用 工件的形式 形状和材质可以不同 大多数情况下 焊缝是对接接头设计 针对不同的应用 纵缝焊接系统可以集成的焊接方式有 GTAW 钨级氩弧焊 PAW 等离子焊 GMAW 熔化极氩弧焊 FCAW 药芯式熔化极弧焊 SAW 埋弧焊 YAG激光焊接等 纵缝焊接专机 焊接专机 环缝焊接系统主要用于不同材质 不同尺寸和形状工件的环缝焊接 以提供高质量的焊缝 减少焊接变形 焊接接头有不同的形状 包括对接 角接 搭接 琐底等接头形式 外部焊接方式通常的焊接机头处在工件的顶部 内部焊接需要加其他装置 单道和多道GTAW 钨级氩弧焊 PAW 等离子焊 GMAW 熔化极氩弧焊 FCAW 药芯式熔化极弧焊 SAW 埋弧焊 YAG激光焊接等焊接方法都可以在焊接机床上实现 作为选项 焊接机床上可以同时安装两个以上的焊枪 并同时进行焊接 精密型环缝焊接系统 中型环缝焊接系统 重型环缝焊接系统 超重型环缝焊接系统 环缝焊接专机 焊接专机 椭圆罐体外环缝自动焊接专机 异形罐体环缝自动焊机该设备主要用于洒水车 油罐车 槽车等圆形或椭圆形类容器的环缝全自动焊接采用先进的电脑控制技术 PLC技术 微电子及变频技术 使环缝焊接一次成型 焊缝美观 焊接质量可靠 生产效率高 操作简单方便等优点 不仅提高了效率而且确保了焊接质量 整机采用龙门式带行走结构 由主机龙门架 变位机 细丝埋弧焊系统 焊剂回收和整机控制系统等组成 工件端部采用夹紧工装固定在变位