橫梁裝焊夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

小組成員：蔣燕洲、王芳芳、馬麗翠前言焊接工裝夾具就是將焊件進(jìn)行準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，便于焊件進(jìn)行裝配和焊接、保證焊接結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝置。在現(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的工裝夾具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕焊接工人的勞動強(qiáng)度，加速焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化進(jìn)程等諸方面起著非常重要的作用。焊接工裝夾具的主要作用有以下幾方面：1)準(zhǔn)確、可靠地定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和裝配時(shí)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。3)使工件處于最佳的施焊位置，焊縫的成形性優(yōu)良，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。4)以機(jī)械裝置取代手工裝配零部件時(shí)的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重工作，改善了工人的勞動條件。5)可以擴(kuò)大先進(jìn)工藝方法和設(shè)備的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的綜合發(fā)展?！獋€(gè)完整的焊接工裝夾具，一般由定位器、夾緊機(jī)構(gòu)和夾具體三部分組成。夾具體（底板）起工作平臺的作用，在其臺面上開有安裝槽、孔，用來安放和固定各種定位器和夾緊器件，有時(shí)還用于焊件的支承。其中，定位是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)健問題，定位方案一旦確定，則其它組成部分的總體配置也基本隨之而定。夾具設(shè)計(jì)的基本要求：①、工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時(shí)要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。②、夾緊的可靠性。夾緊時(shí)不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。③、焊接操作的靈活性。使用夾具生產(chǎn)應(yīng)保證足夠的裝焊空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)的全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)

④、便于焊件的裝卸。操作時(shí)應(yīng)考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉(zhuǎn)或吊運(yùn)使不受損害。⑤、良好的工藝性。所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。目錄TOC\o"1-2"\h\z\u前言2一、夾具設(shè)計(jì)零件圖（設(shè)計(jì)任務(wù)）4二、焊接產(chǎn)品主要技術(shù)要求分析4三、橫梁裝焊夾具設(shè)計(jì)方案的確定41、裝焊夾具設(shè)計(jì)方案4四、夾具主要零件設(shè)計(jì)及特點(diǎn)61、夾具體62、U型定位槽74、V型組合壓管器85、快速自鎖拉緊器86、鉤形正壓夾管器9五、夾具的裝配及要求9六、裝焊夾具使用說明101、夾具的操作步驟102、夾具使用注意事項(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù)10七、設(shè)計(jì)總結(jié)10八、參考資料11一、夾具設(shè)計(jì)零件圖（設(shè)計(jì)任務(wù)）圖SEQ圖表\*ARABIC1夾具設(shè)計(jì)零件圖 如圖1所示，所焊接的零件：橫梁為在一材料為20鋼的鋼管上焊接兩個(gè)材料為45鋼的支撐及一個(gè)材料為Q235的板，生產(chǎn)批量按較大批量生產(chǎn)執(zhí)行（非圖紙上所示的100件）。二、焊接產(chǎn)品主要技術(shù)要求分析（1）、φ40軸線與支撐（3號件）的垂直度要求為0.3，φ12孔與支撐軸線的垂直度為0.5，即三者要求兩兩垂直，且精度都較高，故必須在夾具的約束作用下完成整個(gè)焊接過程，以防止變形；（2）、支撐（3號件）及與板（1號件）之間有相對位置度的要求；（3）、支撐與板的表面有粗糙度的要求，所以設(shè)計(jì)夾具的時(shí)候需考慮防止擦傷該表面；（4）、板最遠(yuǎn)端到φ40軸線的距離僅為80mm，支撐最遠(yuǎn)端到φ40軸線的距離也僅為100mm，故設(shè)計(jì)夾具時(shí)還必須考慮保留足夠的施焊空間；（5）、較大批量生產(chǎn)，需考慮夾具使用過程中的磨損等。三、橫梁裝焊夾具設(shè)計(jì)方案的確定1、裝焊夾具設(shè)計(jì)方案焊接方法根據(jù)被焊材料及對焊件使用的相應(yīng)要求，可確定該焊件可以采取CO2氣體保護(hù)焊，或采用酸性焊條用手工焊條電弧焊，兩種方法的工藝性都能滿足全位置焊接，故在約束條件下完成整個(gè)焊接過程的方案可行。方案設(shè)計(jì)焊接工件為一鋼管上焊接兩支撐和一板，主受焊體為鋼管，故需先將鋼管位置確定，再在其基礎(chǔ)上確定焊接結(jié)構(gòu)的相對位置。⑴、鋼管的裝夾用兩個(gè)V型塊可限制鋼管的四個(gè)自由度，再加上端部V型塊上的可換銷釘則可限制鋼管的六個(gè)自由度。可換式銷釘為重要的定位工具，不但是確定支撐位置的基準(zhǔn)，還保證了φ12軸線處于豎直位置，從而與支撐和板的夾具相配合來保證φ12孔軸線與支撐、板、φ40軸線之間的相互垂直度要求。夾緊機(jī)構(gòu)根據(jù)兩V型塊不同要求分別選用鉤形正壓夾管器和壓板快速自鎖夾緊機(jī)構(gòu)。如圖2所示。圖SEQ圖表\*ARABIC2夾緊機(jī)構(gòu)：鉤形正壓夾管器和壓板快速自鎖夾緊機(jī)構(gòu)以上兩夾緊裝置均有夾緊作用準(zhǔn)確，夾緊動作迅速，操作方便省力，處于夾緊狀態(tài)時(shí)能保持自鎖等特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)較為簡單，制造和維修均較方便。對于本次焊接的零件，可保證夾緊定位的安全可靠。⑵、支撐和板的裝夾如圖3所示，支撐和板的裝夾采用帶退刀槽的U型槽機(jī)構(gòu)，可限制工件的5個(gè)自由度（注：Z向及自由度靠夾緊力產(chǎn)生的摩擦力控制），支撐和板軸線方向的自由度不用限制。夾緊機(jī)構(gòu)采用楔槽式自鎖夾緊器，可在保證有效夾緊的同時(shí)快速拆裝。圖SEQ圖表\*ARABIC3U型槽和楔槽式自鎖夾緊器⑶、夾具總體方案夾具總體方案如圖4所示。圖SEQ圖表\*ARABIC4夾具總體方案2圖SEQ圖表\*ARABIC4夾具總體方案由零件圖要求可知，近孔（φ12孔）端支撐的定位是以φ12孔為基準(zhǔn)，然后以該支撐定位焊接另一支撐和板，故夾具定位亦可按此設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)。首先，以自由公差在夾具體上確定φ12孔軸線的位置，然后以該軸線為基準(zhǔn)，確定近孔端支撐夾具的軸線位置，之后再以此為基準(zhǔn)，使用較大的公差確定遠(yuǎn)孔端支撐和1號件板的軸線位置。當(dāng)φ12孔確定后，φ40的軸線（鋼管）也就確定了，則可以此定位中間V型塊位置，該V型塊在φ40軸線方向?yàn)樽杂晒睢Ｒ驭?0軸線自由公差定位U型槽距離鋼管的位置。該距離在保證足夠施焊空間的條件下，可盡量減少距離，以保證支撐及板的重心在U型槽上或接近U型槽。由于被焊零件結(jié)構(gòu)較為簡單，且沒有自由曲線，故各夾具零件的定位和安裝可以通過在夾具體上劃線安裝的方法得以實(shí)現(xiàn)。四、夾具主要零件設(shè)計(jì)及特點(diǎn)1、夾具體夾具體作為夾具的基礎(chǔ)件，它既要把央具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體，而且還要考慮上件裝卸的方便。因此，夾具體的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。主要需要考慮以下幾個(gè)方面的問題：(1)具有足夠的剛度和強(qiáng)度；(2)力求結(jié)構(gòu)簡單、重量輕；(3)安裝穩(wěn)定可靠；(4)結(jié)構(gòu)工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn)；(5)尺寸要穩(wěn)定；(6)清理方便。綜合以上因素，本次夾具的夾具體采用焊接方法制造毛坯。材料用Q235，焊后對夾具體進(jìn)行退火處理，也可以采用振動時(shí)效的方法，消除焊接殘余應(yīng)力，以保證夾具體加工和使用過程中尺寸的穩(wěn)定性。以焊接方法制造夾具體，制造容易，生產(chǎn)周期短、成本低(一般比鑄造夾具體成本低30％～40％)；由于采用鋼板、型材等焊接而成，故重量較輕。整個(gè)夾具體總尺寸為580mm×280mm×10mm，在其上焊接加強(qiáng)筋，以增加其剛度，同時(shí)將主體板上不影響強(qiáng)度和剛度的部位開窗口、凹槽等，以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。夾具體上的銷釘孔配作。夾具體焊接毛坯如圖5所示。夾具體詳細(xì)零件圖見附件。圖SEQ圖表\*ARABIC5夾具體零件毛坯2、U型定位槽 U型定位結(jié)構(gòu)更像一個(gè)H，但工作部分主要是上面的U型部分，下面的孔是在不影響強(qiáng)度和剛度的前提下為了減輕自身重量而設(shè)計(jì)的。同時(shí)為方便加工，最下面是的底板是采用焊接的方法連接上去的。由于對板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力，保證夾具加工和使用過程中尺寸的穩(wěn)定性。熱處理后再進(jìn)行表面精加工。材料選用20鋼。淬火硬度40~45HRC，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見附件。圖SEQ圖表\*ARABIC6U型定位槽3、楔槽式夾緊器該夾緊器用于與U型定位槽配合定位和夾緊兩塊支撐及板，U型定位槽起定位作用，楔槽夾緊器主要起夾緊作用，由于直槽的存在，該夾緊器動作快速，配合楔槽可實(shí)現(xiàn)快速夾緊與卸載。由于楔槽角度較小，螺釘在夾緊時(shí)可實(shí)現(xiàn)自鎖。由于支撐及板有表面粗糙度要求，故設(shè)計(jì)成擺動壓塊，以防止損傷零件表面。 頂桿與螺釘接觸，需較高的硬度，材料選用20鋼，熱處理為滲碳深度0.8~，淬火硬度60~64HRC。手柄要求較低，選用Q235鋼，螺紋按3級精度制造。如圖7所示，詳細(xì)零件圖見附件。圖SEQ圖表\*ARABIC7楔槽式夾緊器4、V型組合壓管器焊件上φ12孔是一個(gè)十分重要的定位基準(zhǔn)，因此在V型塊上加放定位銷，與壓板上的圓錐銷共同定位φ12孔的軸線。同時(shí)，考慮到較大批量生產(chǎn)時(shí)對銷釘?shù)哪p，設(shè)計(jì)為可換式銷釘。定位于V型塊上的銷釘設(shè)計(jì)為彈性銷釘，以防止加工誤差導(dǎo)致的φ12孔軸線的偏移（事實(shí)上，由于該彈黃銷的長度有限，從而對防止加工誤差所起的實(shí)質(zhì)性作用較?。榉奖慵庸?，最下面是的底板是采用焊接的方法連接上去的。由于對板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力，保證夾具加工和使用過程中尺寸的穩(wěn)定性。熱處理后再進(jìn)行表面精加工。支座的材料選用20鋼。淬火硬度40~45HRC，壓板材料選用Q235，如圖8所示，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見附件。圖SEQ圖表\*ARABIC8組合壓板夾緊器安裝可換式銷釘5、快速自鎖拉緊器該拉緊器用于與組合壓管器配合定位和夾緊兩塊支撐及板，組合壓管器主要起定位作用，而快速自鎖拉緊器固定于V型塊上，可實(shí)現(xiàn)壓板的快速壓緊或缷載。其鋼絲伸出軸銷的長度依靠鋼絲兩端的螺紋和螺母可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，從而很方便地改變拉緊力的大小。當(dāng)鋼絲調(diào)節(jié)合適的伸出長度，并在拉緊狀態(tài)時(shí)，由于力的方向與軸線在同一條直線上，故可實(shí)現(xiàn)自鎖。該拉緊器具有結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，動作快速，且能自鎖等一系列優(yōu)點(diǎn)。零件圖如圖9所示，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見附件。圖表SEQ圖表\*ARABIC9快速自鎖拉緊器6、鉤形正壓夾管器鉤形正壓夾管器如圖10所示，主要作用是對鋼管進(jìn)行軸向定位并夾緊。有動作快速，穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。該零件可屬于標(biāo)準(zhǔn)件一類，在此選用為D＝40mm的A型夾管器，即：A40HB2495.支座材料20鋼，淬火硬度40~45HRC；鉤為R＝40mm的鉤，即：鉤40HB2497，材料選用45鋼，按GB/T699《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》，淬火硬度40~45HRC。圖SEQ圖表\*ARABIC10鉤形正壓夾管器五、夾具的裝配及要求1、在夾具體上劃線，按夾具體零件圖相應(yīng)尺寸和公差在夾具體上劃線，確定各夾具體軸線的位置；2、夾具體與各夾具零件配作定位的銷釘孔，要求相應(yīng)位置精度不得低于零件圖上所注精度；3、安裝V型組合壓管器，須保證V型塊上的可換銷釘軸線與夾具體基面垂直度小于0.15；4、安裝其他夾具零件。各零件內(nèi)有配合且需相對運(yùn)動的地方注入適量黃油，以保證正常動作；5、各零件安裝完畢后，需試焊工件，并檢驗(yàn)所焊工件是否符合技術(shù)要求，然后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)相應(yīng)夾具零件，直到所焊工件至少達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求；6、安裝調(diào)試完畢后，進(jìn)行清理，并涂上防銹油。六、裝焊夾具使用說明1、夾具的操作步驟⑴、各夾緊裝置松開，放入2號件鋼管，φ12孔穿入末端V型塊上的可換式銷釘；⑵、首先放下壓板，讓圓錐銷末端進(jìn)入φ12孔，動作快速自鎖拉緊器到自鎖位置，緊固鋼管一端；⑶、夾緊鉤形正壓夾緊器，固定好鋼管；⑷、將3號件支撐及1號件板放入相應(yīng)位置，動作楔槽式夾緊器夾緊工件。此步須保證工件下端與U型槽的底部良好平穩(wěn)接觸。⑸、裝載完成。在約束條件下實(shí)施全部焊縫的焊接；⑹、松開各夾緊機(jī)構(gòu)，缷載工件，完成焊接過程。2、夾具使用注意事項(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù)⑴、使用前先在夾具上涂防飛濺油，并及時(shí)清理飛濺物，以免影響工件的正確定位；⑵、夾具作為重要的定位夾緊機(jī)構(gòu)，由螺栓連接，應(yīng)輕拿輕放，防止夾具變形、損壞和夾具零件相對位置的改變；⑶、每次使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置，裝缷過程動作需輕柔；⑷、使用過程中應(yīng)定期抽查所焊零件合格與否，并更換或修復(fù)經(jīng)磨損或其他原因而不能保證精度的零件；⑸、使用后應(yīng)及時(shí)涂上防銹油。七、設(shè)計(jì)總結(jié)歷時(shí)三個(gè)星期的焊接工裝夾具設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，在這其中，有用心學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的同學(xué)，但也不缺少習(xí)慣于坐享其成地復(fù)制粘貼的現(xiàn)象。但認(rèn)真去做過了，就會有不同的感受，異樣的笑容。雖然在這整個(gè)過程中，有過通宵的忙碌、有過腰酸背痛的疲勞、有過遇到問題的糾結(jié)，但最后這份收獲的喜悅是未認(rèn)真設(shè)計(jì)者之不能體會到的。設(shè)計(jì)之末，細(xì)細(xì)回想，感慨頗多，收獲頗多，問題依舊頗多。1、知識的掌握得到鞏固和加強(qiáng)。通過本次課程設(shè)計(jì)，初步感受了設(shè)計(jì)工作的整個(gè)過程，雖然只是一個(gè)小小的而且不十分正規(guī)的設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)過程中，所需要的知識卻促使我去學(xué)習(xí)鞏固以前學(xué)過的東西，并將它們運(yùn)用在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中。小小的課程設(shè)計(jì)，讓我熟悉了常用的機(jī)械零件，焊接夾具裝置和簡單機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法和步驟。而且能夠較熟練的運(yùn)用UG、CAD等制圖軟件。通過設(shè)計(jì)的使用，對以前會用的東西更加鞏固了，對于不會的知識又在逐漸地掌握。2、理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到進(jìn)一步提高。通過本次設(shè)計(jì)，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識，初步解決一般性焊接工裝夾具問題的技能，提高了分析問題和解決實(shí)際問題的工作能力。也進(jìn)一步培養(yǎng)了自己工程設(shè)計(jì)中獨(dú)立思考能力，對樹立正確的設(shè)計(jì)思想有很大的幫助。當(dāng)然在設(shè)計(jì)前期與同學(xué)討論方案過程中也展現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作精神，也從其他組員那學(xué)到了很多知識。而老師的諄諄教導(dǎo)和肯定，使我在設(shè)計(jì)過程中有了更多的信心。3、沒解決的問題依然很多。第一次做焊接夾具設(shè)計(jì)，問題自然不會少，但通過努力解決了很多設(shè)計(jì)中遇到的問題。但同時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)與實(shí)際較為接近，但受經(jīng)驗(yàn)和能力的限制，直到整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)束，沒有解決的問題依然很多。比如：夾具零件中各夾具零件設(shè)計(jì)的