横梁装焊夹具毕业设计论文_焊装夹具毕业设计论文

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横梁装焊夹具设计

小组成员：蒋燕洲、王芳芳、马丽翠

前言

焊接工装夹具就是将焊件进行准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊接结构精度方面要求的工艺装置。在现代焊接结构生产中，积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻焊接工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：

1)准确、可靠地定位和夹紧，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。

3)使工件处于最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

4)以机械装置取代手工装配零部件时的定位、夹紧及工件翻转等繁重工作，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。

—个完整的焊接工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。夹具体（底板）起工作平台的作用，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧器件，有时还用于焊件的支承。其中，定位是夹具结构设计的关健问题，定位方案一旦确定，则其它组成部分的总体配置也基本随之而定。

夹具设计的基本要求：

①、工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。

②、夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。

③、焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态

④、便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。

⑤、良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换

易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。

目 录

前言.....................................................................................................................................................................1

一、夹具设计零件图（设计任务）....................................................................................................................5

二、焊接产品主要技术要求分析.......................................................................................................................5

三、横梁装焊夹具设计方案的确定....................................................................................................................51、装焊夹具设计方案...........................................................................................................................................5

四、夹具主要零件设计及特点...........................................................................................................................71、夹具体...............................................................................................................................................................72、U型定位槽........................................................................................................................................................84、V型组合压管器................................................................................................................................................95、快速自锁拉紧器...............................................................................................................................................96、钩形正压夹管器.............................................................................................................................................10

五、夹具的装配及要求......................................................................................................................................10

六、装焊夹具使用说明......................................................................................................................................111、夹具的操作步骤.............................................................................................................................................112、夹具使用注意事项、保养及维护..................................................................................................................11

七、设计总结.....................................................................................................................................................11

八、参考资料.....................................................................................................................................................12

一、夹具设计零件图（设计任务）

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图 1夹具设计零件图

如图1所示，所焊接的零件：横梁为在一材料为20钢的钢管上焊接两个材料为45钢的支撑及一个材料为Q235的板，生产批量按较大批量生产执行（非图纸上所示的100件）。

二、焊接产品主要技术要求分析

（1）、φ40轴线与支撑（3号件）的垂直度要求为0.3，φ12孔与支撑轴线的垂直度为0.5，即三者要求两两垂直，且精度都较高，故必须在夹具的约束作用下完成整个焊接过程，以防止变形；

（2）、支撑（3号件）及与板（1号件）之间有相对位置度的要求；

（3）、支撑与板的表面有粗糙度的要求，所以设计夹具的时候需考虑防止擦伤该表面；（4）、板最远端到φ40轴线的距离仅为80mm，支撑最远端到φ40轴线的距离也仅为100mm，故设计夹具时还必须考虑保留足够的施焊空间；

（5）、较大批量生产，需考虑夹具使用过程中的磨损等。

三、横梁装焊夹具设计方案的确定

1、装焊夹具设计方案

焊接方法

根据被焊材料及对焊件使用的相应要求，可确定该焊件可以采取CO2气体保护焊，或采用酸性焊条用手工焊条电弧焊，两种方法的工艺性都能满足全位置焊接，故在约束条件下完成整个焊接过程的方案可行。

方案设计

焊接工件为一钢管上焊接两支撑和一板，主受焊体为钢管，故需先将钢管位置确定，再在其基础上确定焊接结构的相对位置。

⑴、钢管的装夹

用两个V型块可限制钢管的四个自由度，再加上端部V型块上的可换销钉则可限制钢管的六个自由度。可换式销钉为重要的定位工具，不但是确定支撑位置的基准，还保证了φ12轴线处于竖直位置，从而与支撑和板的夹具相配合来保证φ12孔轴线与支撑、板、φ40轴线之间的相互垂直度要求。夹紧机构根据两V型块不同要求分别选用钩形正压夹管器和压板快速自锁夹紧机构。如图2所示。

图 2

夹紧机构：钩形正压夹管器和压板快速自锁夹紧机构

以上两夹紧装置均有夹紧作用准确，夹紧动作迅速，操作方便省力，处于夹紧状态时能保持自锁等特点，且结构较为简单，制造和维修均较方便。对于本次焊接的零件，可保证夹紧定位的安全可靠。

⑵、支撑和板的装夹

如图3所示，支撑和板的装夹采用带退刀槽的U型槽机构，可限制工件的5个自由度（注：Z向及X自由度靠夹紧力产生的摩擦力控制），支撑和板轴线方向的自由度不用限制。夹紧机构采用楔槽式自锁夹紧器，可在保证有效夹紧的同时快速拆装。

图3 U型槽和楔槽式自锁夹紧器

⑶、夹具总体方案

夹具总体方案如图4所示。

图 4 夹具总体方案

2、夹具的基准及定位

由零件图要求可知，近孔（φ12孔）端支撑的定位是以φ12孔为基准，然后以该支撑定位焊接另一支撑和板，故夹具定位亦可按此设计定位基准。

首先，以自由公差在夹具体上确定φ12孔轴线的位置，然后以该轴线为基准，确定近孔端支撑夹具的轴线位置，之后再以此为基准，使用较大的公差确定远孔端支撑和1号件板的轴线位置。当φ12孔确定后，φ40的轴线（钢管）也就确定了，则可以此定位中间V型块位置，该V型块在φ40轴线方向为自由公差。以φ40轴线自由公差定位U型槽距离钢管的位置。该距离在保证足够施焊空间的条件下，可尽量减少距离，以保证支撑及板的重心在U型槽上或接近U型槽。

由于被焊零件结构较为简单，且没有自由曲线，故各夹具零件的定位和安装可以通过在夹具体上划线安装的方法得以实现。

四、夹具主要零件设计及特点

1、夹具体

夹具体作为夹具的基础件，它既要把央具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑上件装卸的方便。因此，夹具体的设计显得尤为重要。主要需要考虑以下几个方面的问题：(1)具有足够的刚度和强度；(2)力求结构简单、重量轻；(3)安装稳定可靠；(4)结构工艺性好，便于制造、装配和检验；(5)尺寸要稳定；(6)清理方便。

综合以上因素，本次夹具的夹具体采用焊接方法制造毛坯。材料用Q235，焊后对夹具体进行退火处理，也可以采用振动时效的方法，消除焊接残余应力，以保证夹具体加工和使用过程中尺寸的稳定性。以焊接方法制造夹具体，制造容易，生产周期短、成本低(一般比铸造夹具体成本低30％～40％)；由于采用钢板、型材等焊接而成，故重量较轻。

整个夹具体总尺寸为580mm×280mm×10mm，在其上焊接加强筋，以增加其刚度，同时将主体板上不影响强度和刚度的部位开窗口、凹槽等，以减轻结构质量。夹具体上的销钉孔配作。夹具体焊接毛坯如图5所示。夹具体详细零件图见附件。

图 5 夹具体零件毛坯

2、U型定位槽

U型定位结构更像一个H，但工作部分主要是上面的U型部分，下面的孔是在不影响强度和刚度的前提下为了减轻自身重量而设计的。同时为方便加工，最下面是的底板是采用焊接的方法连接上去的。由于对板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后进行消除应力的热处理，以消除焊接残余应力，保证夹具加工和使用过程中尺寸的稳定性。热处理后再进行表面精加工。材料选用20钢。淬火硬度40~45HRC，详细参数及技术要求见附件。

图6 U型定位槽

3、楔槽式夹紧器

该夹紧器用于与U型定位槽配合定位和夹紧两块支撑及板，U型定位槽起定位作用，楔槽夹紧器主要起夹紧作用，由于直槽的存在，该夹紧器动作快速，配合楔槽可实现快速夹紧与卸载。由于楔槽角度较小，螺钉在夹紧时可实现自锁。由于支撑及板有表面粗糙度要求，故设计成摆动压块，以防止损伤零件表面。

顶杆与螺钉接触，需较高的硬度，材料选用20钢，热处理为渗碳深度0.8~1.2mm，淬火硬度60~64HRC。手柄要求较低，选用Q235钢，螺纹按3级精度制造。如图7所示，详细零件图见附件。

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图 7 楔槽式夹紧器

4、V型组合压管器

焊件上φ12孔是一个十分重要的定位基准，因此在V型块上加放定位销，与压板上的圆锥销共同定位φ12孔的轴线。同时，考虑到较大批量生产时对销钉的磨损，设计为可换式销钉。定位于V型块上的销钉设计为弹性销钉，以防止加工误差导致的φ12孔轴线的偏移（事实上，由于该弹黄销的长度有限，从而对防止加工误差所起的实质性作用较小）。为方便加工，最下面是的底板是采用焊接的方法连接上去的。由于对板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后进行消除应力的热处理，以消除焊接残余应力，保证夹具加工和使用过程中尺寸的稳定性。热处理后再进行表面精加工。

支座的材料选用20钢。淬火硬度40~45HRC，压板材料选用Q235，如图8所示，详细参数及技术要求见附件。

图 8 组合压板夹紧器

安装可换式销钉

5、快速自锁拉紧器

该拉紧器用于与组合压管器配合定位和夹紧两块支撑及板，组合压管器主要起定位作用，而快速自锁拉紧器固定于V型块上，可实现压板的快速压紧或缷载。其钢丝伸出轴销的长度依靠钢丝两端的螺纹和螺母可根据需要调节，从而很方便地改变拉紧力的大小。当

钢丝调节合适的伸出长度，并在拉紧状态时，由于力的方向与轴线在同一条直线上，故可实现自锁。该拉紧器具有结构简单，通用性强，动作快速，且能自锁等一系列优点。零件图如图9所示，详细参数及技术要求见附件。

图表 9 快速自锁拉紧器

6、钩形正压夹管器

钩形正压夹管器如图10所示，主要作用是对钢管进行轴向定位并夹紧。有动作快速，稳定可靠等特点。该零件可属于标准件一类，在此选用为 D＝40mm的A型夹管器，即：A40 HB2495.支座材料20钢，淬火硬度40~45HRC；钩为R＝40mm的钩，即：钩 40 HB2497，材料选用45钢，按GB/T699《优质碳素结构钢》，淬火硬度40~45HRC。

图 10 钩形正压夹管器

五、夹具的装配及要求

1、在夹具体上划线，按夹具体零件图相应尺寸和公差在夹具体上划线，确定各夹具体轴线的位置；

2、夹具体与各夹具零件配作定位的销钉孔，要求相应位置精度不得低于零件图上所注精度；

3、安装V型组合压管器，须保证V型块上的可换销钉轴线与夹具体基面垂直度小于0.15；

4、安装其他夹具零件。各零件内有配合且需相对运动的地方注入适量黄油，以保证正常动作；

5、各零件安装完毕后，需试焊工件，并检验所焊工件是否符合技术要求，然后根据实际情况调节相应夹具零件，直到所焊工件至少达到相应的技术要求；

6、安装调试完毕后，进行清理，并涂上防锈油。

六、装焊夹具使用说明

1、夹具的操作步骤

⑴、各夹紧装置松开，放入2号件钢管，φ12孔穿入末端V型块上的可换式销钉； ⑵、首先放下压板，让圆锥销末端进入φ12孔，动作快速自锁拉紧器到自锁位置，紧固钢管一端；

⑶、夹紧钩形正压夹紧器，固定好钢管；

⑷、将3号件支撑及1号件板放入相应位置，动作楔槽式夹紧器夹紧工件。此步须保证工件下端与U型槽的底部良好平稳接触。

⑸、装载完成。在约束条件下实施全部焊缝的焊接； ⑹、松开各夹紧机构，缷载工件，完成焊接过程。

2、夹具使用注意事项、保养及维护

⑴、使用前先在夹具上涂防飞溅油，并及时清理飞溅物，以免影响工件的正确定位； ⑵、夹具作为重要的定位夹紧机构，由螺栓连接，应轻拿轻放，防止夹具变形、损坏和夹具零件相对位置的改变；

⑶、每次使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置，装缷过程动作需轻柔； ⑷、使用过程中应定期抽查所焊零件合格与否，并更换或修复经磨损或其他原因而不能保证精度的零件；

⑸、使用后应及时涂上防锈油。

七、设计总结

历时三个星期的焊接工装夹具设计即将结束了，在这其中，有用心学习和设计的同学，但也不缺少习惯于坐享其成地复制粘贴的现象。但认真去做过了，就会有不同的感受，异样的笑容。虽然在这整个过程中，有过通宵的忙碌、有过腰酸背痛的疲劳、有过遇到问题的纠结，但最后这份收获的喜悦是未认真设计者之不能体会到的。设计之末，细细回想，感慨颇多，收获颇多，问题依旧颇多。

1、知识的掌握得到巩固和加强。通过本次课程设计，初步感受了设计工作的整个过程，虽然只是一个小小的而且不十分正规的设计，但设计过程中，所需要的知识却促使我去学习巩固以前学过的东西，并将它们运用在整个设计过程中。小小的课程设计，让我熟悉了常用的机械零件，焊接夹具装置和简单机械零件的设计方法和步骤。而且能够较熟练的运用UG、CAD等制图软件。通过设计的使用，对以前会用的东西更加巩固了，对于不会的知识又在逐渐地掌握。

2、理论联系实际的能力得到进一步提高。通过本次设计，提高了综合运用所学的专

业知识，初步解决一般性焊接工装夹具问题的技能，提高了分析问题和解决实际问题的工作能力。也进一步培养了自己工程设计中独立思考能力，对树立正确的设计思想有很大的帮助。当然在设计前期与同学讨论方案过程中也展现了团队合作精神，也从其他组员那学到了很多知识。而老师的谆谆教导和肯定，使我在设计过程中有了更多的信心。

3、没解决的问题依然很多。第一次做焊接夹具设计，问题自然不会少，但通过努力解决了很多设计中遇到的问题。但同时，本次课程设计与实际较为接近，但受经验和能力的限制，直到整个设计结束，没有解决的问题依然很多。比如：夹具零件中各夹具零件设计的强度与刚度，如何控制在一个安全又经济的范围内：用多厚的钢板合适？如何设计加强筋的数量与分布？如何在夹具体上开窗才能既不影响夹具体的刚度和强度而又能减轻夹具体的自重？螺纹连接时选用多大的螺纹，用多少合理……还有太多太多设计中的一系列在实际设计工作中必须解决的问题，而在本次设计中只是想到了，思考了，却没有真正地用科学的方法去计算解决。而整个设计过程中，经验是我最缺乏的东西。

4、要感谢的人太多。指导设计的老师，一起讨论方案的组员，设计尽致之时而忘了吃饭时送来饭的室友……有太多的人需要去感谢，不仅在此次设计的三个星期中，而是在生活的每一天中。在此，真诚地说一声：谢谢！

八、参考资料

[1]．祖业发主编，现代机械制图 北京： 机械工业出版社 2002.7 [2]．陈焕明编著，焊接工装设计 北京：航空工业出版社，2006.[3].陈祝年编著，焊接夹具 北京：机械工业出版社，1982 [4].甘肃工业大学焊接教研室编，焊接机械装备图册，北京:机械工业出版社 1982 [5].（俄）C.A.库尔金（Куркин C.A.）等编著；关桥等译 焊接结构生产工艺 机械化与自动化图册（书名原文:Tехнология,механизация и автоматизация производства сварных конструкций атлас）北京:机械工业出版社，1995 [6].中国机械工程学会焊接学会编，焊接手册 焊接结构（第3版），北京：机械工业出版社，2007.10