項(xiàng)目四

焊接機(jī)器人工作站的工裝夾具選型與設(shè)計(jì)

4.1項(xiàng)目任務(wù)下達(dá)4.1.1任務(wù)描述某校企合作企業(yè)（甲方）需要對(duì)汽車分離軸合件、換檔軸合件、選檔軸合件等三大類軸臂合件進(jìn)行焊接，現(xiàn)將分離軸臂合件的焊接專用夾具委托給學(xué)校（乙方）進(jìn)行設(shè)計(jì)。分離軸臂合件由叉軸和叉臂兩部分焊接而成。要求圖4-1柔性焊接機(jī)器人工作站總體布局焊接應(yīng)有相對(duì)應(yīng)的焊接工裝臺(tái)，要能根據(jù)其大類的某一焊件技術(shù)要求自動(dòng)調(diào)整焊接定位元件位置，只需人工完成上下料作業(yè)。15-20s／件（單件焊接節(jié)拍，不含輔助時(shí)間），每套焊接工作臺(tái)配置5個(gè)焊接工位。生產(chǎn)效率如圖4-1所示柔性焊接工作站的總體布局，以焊接機(jī)器人為中心，八邊形的環(huán)形布局，布置7套焊接工裝臺(tái)，留一邊進(jìn)出口。每一大類工裝臺(tái)錯(cuò)開布置，兩個(gè)工裝臺(tái)焊接同一個(gè)品種時(shí)，保證安全間隔距離。4.1.1任務(wù)描述現(xiàn)甲方提供了分離軸臂合件的圖紙，如圖4-2所示。圖4-2分離軸合件焊接工序圖a）叉軸零件圖(b）叉臂零件圖(c）軸臂合件焊接工序圖技術(shù)要求1.焊接后去除焊渣，飛瘤；焊接技術(shù)規(guī)范參照Q/WLYJ10154—2017;2.焊后可承載轉(zhuǎn)矩≥339.3N·m;3.表面鍍白鋅處理，外觀顏色與達(dá)克羅處理的顏色一致；鹽霧試驗(yàn)要求：120h內(nèi)不允許出現(xiàn)黑點(diǎn)銹，144h內(nèi)不允許出現(xiàn)紅銹。4.1.2工序分析技術(shù)要求1.焊接后去除焊渣，飛瘤；焊接技術(shù)規(guī)范參照Q/WLYJ10154—2017;2.焊后可承載轉(zhuǎn)矩≥339.3N·m;3.表面鍍白鋅處理，外觀顏色與達(dá)克羅處理的顏色一致；鹽霧試驗(yàn)要求：120h內(nèi)不允許出現(xiàn)黑點(diǎn)銹，144h內(nèi)不允許出現(xiàn)紅銹。(c）軸臂合件焊接工序圖中批量生產(chǎn)。生產(chǎn)綱領(lǐng)材料為45鋼，工件的最大直徑為Φ22mm，軸頸直徑為Φ18mm，兩端面均已完成加工；半圓鍵槽直徑為Φ25mm，其距離右端面距離148±1mm。叉軸材料為Q235A，工件上分布有3個(gè)孔，孔1、孔2和孔3的直徑分別為Φ21mm、Φ10mm、Φ8mm，孔1和孔2的中心距為145±0.1mm，孔2和孔3的中心距為30mm，所有面均已完成加工。需要完成叉軸Φ21mm軸頸與叉臂Φ21mm內(nèi)孔的焊接工序。叉臂圖4-2分離軸合件焊接工序圖4.1.2工序分析技術(shù)要求1.焊接后去除焊渣，飛瘤；焊接技術(shù)規(guī)范參照Q/WLYJ10154—2017;2.焊后可承載轉(zhuǎn)矩≥339.3N·m;3.表面鍍白鋅處理，外觀顏色與達(dá)克羅處理的顏色一致；鹽霧試驗(yàn)要求：120h內(nèi)不允許出現(xiàn)黑點(diǎn)銹，144h內(nèi)不允許出現(xiàn)紅銹。(c）軸臂合件焊接工序圖叉軸和叉臂工件均已完成加工，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本工序只需要完成焊接工序。在實(shí)際生產(chǎn)中，分離軸臂合件約100多個(gè)規(guī)格，分離叉軸長(zhǎng)度范圍約200mm~500mm，分離叉臂的二個(gè)孔間距50mm~200mm，具體以甲方提供為準(zhǔn)，工裝定位需留有20mm余量，焊接角度范圍約正負(fù)40度。故需要設(shè)計(jì)叉軸和叉臂定位調(diào)整機(jī)構(gòu)以期適應(yīng)不同批次不同規(guī)格的生產(chǎn)計(jì)劃。結(jié)構(gòu)分析圖4-2分離軸合件焊接工序圖4.1.2工序分析技術(shù)要求1.焊接后去除焊渣，飛瘤；焊接技術(shù)規(guī)范參照Q/WLYJ10154—2017;2.焊后可承載轉(zhuǎn)矩≥339.3N·m;3.表面鍍白鋅處理，外觀顏色與達(dá)克羅處理的顏色一致；鹽霧試驗(yàn)要求：120h內(nèi)不允許出現(xiàn)黑點(diǎn)銹，144h內(nèi)不允許出現(xiàn)紅銹。(c）軸臂合件焊接工序圖本工序要求叉臂的中心線和半圓鍵左右工作面的對(duì)稱線所成夾角為

，叉軸軸線和叉臂底面未注垂直度公差按照GB/T1184-L執(zhí)行，精度要求較低。精度分析焊接機(jī)器人工作站采用PLC現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)焊接機(jī)器人、焊接工裝臺(tái)等各種外設(shè)的通訊工作進(jìn)行整體聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)焊接工裝臺(tái)夾具的定位元件自動(dòng)調(diào)整與自動(dòng)焊接作業(yè)。采用人工上下料方式，即放置叉軸、叉臂焊件無(wú)誤后，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)夾緊，焊接機(jī)器人按預(yù)設(shè)的程序?qū)υ摴ぱb臺(tái)上的叉軸叉臂合件進(jìn)行自動(dòng)焊接。焊接完成后，焊接機(jī)器人歸位預(yù)設(shè)零位，等待下一個(gè)焊接指令。自動(dòng)化程度圖4-2分離軸合件焊接工序圖項(xiàng)目四

焊接機(jī)器人工作站的工裝夾具選型與設(shè)計(jì)

4.2方案選擇金華職業(yè)技術(shù)大學(xué)

黃鵬程4.2方案預(yù)備涉及計(jì)算機(jī)、電子、傳感器、自動(dòng)控制等多門學(xué)科內(nèi)容；工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制裝上了焊鉗或者各種焊槍的工業(yè)機(jī)器人，是專門用來(lái)執(zhí)行焊接任務(wù)的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，通過(guò)使用先進(jìn)的焊接技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；焊接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬工件的精確焊接，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、改善工作環(huán)境。采用機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)4.2.1典型工業(yè)機(jī)器人夾具的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和作用焊接機(jī)器人的組成1.焊接機(jī)器人本體一般是伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的六軸關(guān)節(jié)式操作機(jī)，由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成，任務(wù)是精確地保證機(jī)械手末端——焊槍所要求的位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡。焊接工裝夾具主要滿足工件的定位、裝夾，確保工件準(zhǔn)確定位、減小焊接變形，同時(shí)要滿足柔性化生產(chǎn)要求。柔性化就是要求焊接工裝夾具在夾具平臺(tái)上快速更換，包括氣、電的快速切換。夾具平臺(tái)要求滿足焊接工裝夾具的安裝和定位，根據(jù)工件焊接生產(chǎn)要求和焊接工藝要求的不同，其設(shè)計(jì)形式也不同。它對(duì)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用效率起到至關(guān)重要的作用。通常都以設(shè)計(jì)形式和布局來(lái)確定其工作方式。控制系統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，主要是對(duì)焊接機(jī)器人系統(tǒng)硬件的電氣系統(tǒng)控制，通常采用PLC為主控單元，人機(jī)界面觸摸屏為參數(shù)設(shè)置和監(jiān)控單元以及按鈕站，負(fù)責(zé)處理機(jī)器人工作過(guò)程中的全部信息和控制其全部動(dòng)作。焊接電源系統(tǒng)包括焊接電源、專用焊槍或點(diǎn)焊鉗等，焊接電源根據(jù)種類和應(yīng)用廣泛程度不同可分為弧焊機(jī)器人和阻焊機(jī)器人。4.2.1典型工業(yè)機(jī)器人夾具的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和作用焊接機(jī)器人的組成1.圖4-3

典型弧焊機(jī)器人工作站的基本組成1、

弧焊機(jī)器人2、工作臺(tái)4、防撞傳感器6、

焊絲盤

5、送絲機(jī)

7、氣瓶8、

焊接電源3、

焊槍9、

三相電源10、

機(jī)器人控制柜

11、

編程器4.2.1典型工業(yè)機(jī)器人夾具的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和作用焊接機(jī)器人的特點(diǎn)2.0405010203穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。改善工人的勞動(dòng)條件。遠(yuǎn)離焊接弧光、煙霧和飛濺等，對(duì)于點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)工人不再搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從大強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，可24小時(shí)

連續(xù)工作。產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確?？煽s短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資。機(jī)器人與專機(jī)的區(qū)別機(jī)器人可以通過(guò)修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。4.2.1典型工業(yè)機(jī)器人夾具的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和作用焊接夾具的作用3.焊接工裝夾具就是將焊件準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，使得焊件在裝配和焊接過(guò)程中保持穩(wěn)定，以保證焊件結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝備。01穩(wěn)定焊接結(jié)構(gòu)焊接工裝通過(guò)固定和支撐待焊接部位，防止了焊接過(guò)程中的變形，提高了焊接的穩(wěn)定性和可靠性，保證焊接的質(zhì)量。02簡(jiǎn)化焊接操作簡(jiǎn)化復(fù)雜的焊接操作，提高工作效率。03保證一致性確保每次焊接的工藝參數(shù)一致，提高焊接結(jié)果的可重復(fù)性。04提高安全性保護(hù)焊接操作員免受燙傷、電擊等危險(xiǎn)，同時(shí)減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。05優(yōu)化生產(chǎn)流程提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。06促進(jìn)新工藝的實(shí)施適應(yīng)新的焊接工藝要求，推動(dòng)企業(yè)不斷改進(jìn)和采用新的焊接技術(shù)。4.2.2焊件的定位原理六點(diǎn)定則1.在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，首先應(yīng)使焊件在夾具中得到唯一確定的正確位置，將焊件按照?qǐng)D樣要求得到確定位置的過(guò)程稱為焊件的定位。焊件定位后，其在裝配、焊接過(guò)程中這一正確位置始終保持不被破壞的過(guò)程叫做焊件的夾緊。焊件在夾具中定位通過(guò)限制焊件的自由度實(shí)現(xiàn)，即焊件的自由度越少，其位置的確定性越高。對(duì)于焊件來(lái)說(shuō)和前述學(xué)習(xí)的工件的定位原則一致。在空間合理分布最多六個(gè)定位點(diǎn)（由定位元件抽象而來(lái)）限制焊件的六個(gè)自由度，使其獲得一個(gè)完全確定的位置的方法叫做焊件的六點(diǎn)定則原理。4.2.2焊件的定位原理圖4-4

汽車車門的定位和夾緊第一基準(zhǔn)面上所需的定位點(diǎn)數(shù)為N(N>3)，第二、第三基準(zhǔn)面的定位點(diǎn)分別為2個(gè)和1個(gè)，并且禁止在正反兩側(cè)同時(shí)設(shè)置定位點(diǎn)。這類工件的剛性小，極易變形。該原理主要適用于尺寸較大的薄板沖壓件。在薄板焊接時(shí)，主要產(chǎn)生波浪變形，為防止這種變形，需要采用比較多的輔助定位點(diǎn)和輔助夾緊點(diǎn)來(lái)定位，即在第一定位基準(zhǔn)面上采用過(guò)定位的方式增強(qiáng)薄板件的剛性，限制和減少焊接加工中在該方向上的變形。對(duì)于復(fù)雜外形的薄板焊接件，一般采用與工件的型面相同或相似的定位件來(lái)定位，即型面定位。N-2-1定位原理2.4.2.2焊件的定位原理N-2-1定位原理2.圖4-5擋鐵的形式(a)固定式(b)可拆式(c)可退出式裝焊時(shí)為保證焊件在夾具中獲得正確裝配位置的零件或部件稱為定位器或定位機(jī)構(gòu)。定位原理平面定位圓孔定位外圓柱面定位組合定位常用的平面定位器有擋鐵、支承釘和支承板。擋鐵

一種應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的定位元件。通常在所焊裝置或零件邊緣適當(dāng)?shù)嘏渲媒卿?、矩形板等，使焊件在水平面或垂直面?nèi)進(jìn)行定位，通常應(yīng)用于加工精度要求不高的場(chǎng)景。（1）平面定位

焊件以平面作為定位基準(zhǔn)4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)

焊件以平面作為定位基準(zhǔn)平面定位1.圖4-6永磁式擋鐵(a)直角用(b)多用(c)實(shí)用實(shí)例

永磁式定位擋鐵一般采用永磁材料及軟鋼制成，適用于鐵磁性金屬材料的焊接，特別是中小型板材及管材的定位裝夾。常用的平面定位器有擋鐵、支承釘和支承板。常用平面定位器擋鐵支承釘支承板（1）擋鐵4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)可調(diào)支承釘

支承板

(a)A型平頭支承釘(b)B型圓頭支承釘(c)C型鋸齒形支承釘1、可調(diào)支承螺釘2、螺母(b)A型平面支承板(b)B型帶屑槽式支承板（2）固定支承釘

焊件以平面作為定位基準(zhǔn)平面定位1.4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)內(nèi)孔定位2.在焊接工藝中，以焊件的內(nèi)孔，如裝配孔、螺孔及專用定位孔等作為定位基準(zhǔn)也是常見的定位方式。對(duì)焊件的內(nèi)孔定位，常常采用定位銷、圓錐銷兩種定位元件。按消除自由度數(shù)目不同，定位銷分為圓柱銷、削邊銷，一般采用過(guò)盈配合或過(guò)渡配合壓入夾具體的安裝孔中，其用于限制焊件自由度的工作面與焊件配合多為間隙配合。4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)內(nèi)孔定位2.定位銷固定式定位銷可換式定位銷可拆式定位銷可退出式定位銷按照安裝方式不同A型B型圓錐銷常對(duì)工件孔緣進(jìn)行定位，限制工件3個(gè)自由度。圓錐面上沒有槽的用于精基準(zhǔn)定位，圓錐面上有槽的用于粗基準(zhǔn)定位。4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)

焊件以外圓柱面-定位基準(zhǔn)面外圓柱面定位3.圖4-7V型塊的結(jié)構(gòu)和尺寸多采用V形塊。V形塊兩工作面的夾角α一般分為60°、90°和120°三種，焊接夾具中90°V形塊最為常用均已標(biāo)準(zhǔn)化。有固定式V形塊、調(diào)整式V形塊、活動(dòng)式V形塊幾種形式。V形塊（GB/T2208）的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖4-11所示。定位元件V型塊4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)V形塊選型外圓柱面定位3.圖4-7V形結(jié)構(gòu)和尺寸塊（JB/T8108.1-1999）表4-1V形塊選型表NDLBHFC2C3mC1dd1d2h1h公稱

尺寸極限

偏差H795~10321610205725.54+0.012

04.584514>10~153820122669475.5105718>15~20462516329126856.6116924>20~2555204081132>25~307032255012151210691581442>30~45854032641619<161280.01501118101855>45~601003576202270>60~80125504296202030151013.520122585>80~100<140501104030注：尺寸T按公式計(jì)算：T=H+0.707D-0.5N4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)V形塊選型外圓柱面定位3.當(dāng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，V形塊的兩個(gè)傾斜工作面也可以設(shè)計(jì)成兩個(gè)滾輪或長(zhǎng)輥軸以減小定位面的磨損，如圖4-8所示。(a)傾斜工作面(b)長(zhǎng)輥軸工作面圖4-8

工件的準(zhǔn)定位4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)非標(biāo)V形塊設(shè)計(jì)外圓柱面定位3.若需自行設(shè)計(jì)非標(biāo)V形塊表4-2非標(biāo)V形塊尺寸計(jì)算表計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)計(jì)算公式工作夾角a6090120標(biāo)準(zhǔn)定位

高度TT=H+D-0.866NT=H+0.707D-0.5NT=H+0.577D-0.289N開口尺寸NN=1.15(D-k)N=1.41D-2kN=2D-3.46k參數(shù)kk=(0.14～0.16)DV形塊高度H的選取:大直徑定位時(shí)，取H≤0.5D

:小直徑定位時(shí)，取H≤1.2D。T的計(jì)算式為T-H=OE-CEOE=0.5D/sin(a/2)CE=0.5N/tan(a/2)即T=H+0.5D/sin(a/2)-0.5N/tan(a/2)…...................（4-1）4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)型面定位4.利用與工件型面相同或相似的定位件來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的定位。這種定位方式通過(guò)定位件的工作表面與工件的相應(yīng)外表面緊密接觸，確保工件在焊接過(guò)程中的正確位置和形狀，一般適用于形狀復(fù)雜、剛性較小的工件，如汽車車身覆蓋件等。圖4-9

型面定位如圖4-9所示，托板1和2確定了工件的位置和形狀，托板2上的凹槽是為了減少夾具與工件的接觸面積及作為工件變形的補(bǔ)償，可以減少型面的加工量。4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)型面定位4.如圖4-10，汽車車門的裝焊胎具也是采用型面定位，利用與車門外表面形狀相同或相似的定位件（如胎模面）實(shí)現(xiàn)定位。定位件的工作表面與車門的相應(yīng)外表面緊密接觸，確保車門在焊接夾具中的正確位置。圖4-10

汽車車門的裝焊胎具4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)定位器的材料及技術(shù)要求5.適當(dāng)?shù)募庸ぞ龋己玫哪湍バ约坝捕?。材料特性要求材料要?定位元件一般可選用45、40Cr等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金鋼制造，或選用T8、T10等碳素工具鋼制造，并經(jīng)淬火處理，以提高耐性。2對(duì)于尺寸較大或需裝配時(shí)配鉆、鉸定位銷孔的定位元件（如固定V形塊），可采用20鋼或20Cr鋼，其表面滲碳深度0.8~1.2mm，淬硬達(dá)54~60HRC。3若V形塊在較大夾緊力等負(fù)荷下工作時(shí)，即使V形塊的尺寸較大，不宜采用低碳鋼滲碳淬火，否則可能因單位面積壓力過(guò)大，表硬內(nèi)軟而產(chǎn)生凹坑，此時(shí)仍以選用碳素工具鋼或合金工具鋼制造為宜。4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)定位器的材料及技術(shù)要求5.其余技術(shù)要求1剛度、制造精度和安裝精度如在導(dǎo)向基面和定程基面上的定位器，常承受焊件因焊接而產(chǎn)生的變形力，要有足夠的強(qiáng)度和剛度。2定位精度定位方案的設(shè)計(jì)，要求符合定位原理，應(yīng)有足夠的定位精度。3定位誤差大小、生產(chǎn)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等定位方案的設(shè)計(jì)，要求符合定位原理，應(yīng)有足夠的定位精度。定位元件推薦材料熱處理要求標(biāo)準(zhǔn)支承釘D≤12mm,T7A;

D>12mm,20鋼淬火60~64HRC;

滲碳深0.8~1.2mm,淬火60~64HRC.GB2226-80支承板20鋼滲碳深0.8~1.2mm,淬火

60~64HRC;GB2236-80可調(diào)支承螺釘45鋼。頭部淬火38~42HRC,L>50mm

整體淬火33~38HRC定位銷D≤16mm,T8A;

D>16mm,45鋼淬火53~58HRC;

滲碳深0.8~1.2mm,淬火53~58HRCGB·220—80A

GB·22—80A定位心軸D≤35mm,T8A;

D>35mm,45鋼淬火55~60HRC;

淬火43~48HRC.一V形塊20鋼滲碳深0.8～1.2mm,

淬火60～64HRCGB·2208-80表4-3

部分定位元件選材及技術(shù)要求4.2.3焊接夾具定位器選型與設(shè)計(jì)定位符號(hào)的標(biāo)注6.定位基準(zhǔn)選定后，需在工序圖上標(biāo)注出定位符號(hào)，標(biāo)注方法參照J(rèn)B/T5061-1991附錄C。定位支承符號(hào)見表4-4，輔助支承符號(hào)見表4-5。表4-4

定位支承符號(hào)表4-5

輔助支承符號(hào)4.2.4焊接夾具夾緊機(jī)構(gòu)分析焊件的夾緊指焊件在夾具中確定唯一的正確的位置后，在后續(xù)重力、慣性力、裝配錘擊力、焊接應(yīng)力等作用下保持正確位置不變，保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)安全。焊件夾緊裝置的設(shè)計(jì)原則1.工件不移動(dòng)減小工件的夾緊變形夾緊安全可靠夾緊裝置須高效、經(jīng)濟(jì)01020304夾緊過(guò)程中，工件不發(fā)生移動(dòng)。夾緊裝置應(yīng)保證工件各定位面的定位可靠，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。夾緊力大小要適當(dāng)，在保證工件焊接所需夾緊力大小的同時(shí)，不產(chǎn)生焊接精度所不允許的變形。夾緊裝置要有足夠的夾緊行程，同時(shí)具有可靠的自鎖功能。夾緊裝置的夾緊動(dòng)作要迅速，使用方便、省力;應(yīng)便于制造、維修，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。4.2.4焊接夾具夾緊機(jī)構(gòu)分析焊接典型夾緊機(jī)構(gòu)2.（1）夾（壓）緊工具(a)

楔形夾（壓）器(b)

杠桿式夾（壓）器圖4-11

常見夾（壓）緊工具(c)螺旋夾（壓）器

(d)磁力夾（壓）器4.2.4焊接夾具夾緊機(jī)構(gòu)分析焊接典型夾緊機(jī)構(gòu)2.（2）拉緊工具拉緊工具是將所裝配零件的邊緣拉到規(guī)定尺寸的工具，常用的有杠桿、螺栓、導(dǎo)鏈等。圖4-12所示為幾種螺栓式拉緊器。圖4-12

螺栓式拉緊器4.2.4焊接夾具夾緊機(jī)構(gòu)分析焊接典型夾緊機(jī)構(gòu)2.（3）撐具撐具是用來(lái)擴(kuò)大或撐緊裝配件的一種工具，可防止工件變形或矯正焊件變形的場(chǎng)合，通常用于圓筒形制品的裝配。一般利用螺釘或正、反螺釘來(lái)達(dá)到撐緊的目的。圖4-13所示為幾種常用的撐具。圖4-13

（螺旋）撐具1、

調(diào)節(jié)螺栓2、

撐頭3、

推撐螺栓4.2.4焊接夾具夾緊機(jī)構(gòu)分析夾緊符號(hào)的標(biāo)注3.在確定了夾緊力的方向和作用點(diǎn)后，需在工序圖上標(biāo)注出夾緊符號(hào)，見表4-6。表4-6

夾緊符號(hào)視圖正面指觀察者面對(duì)的投影面

注：框格中代號(hào)為夾緊動(dòng)力源拼音大寫首字母4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置對(duì)于力源來(lái)自機(jī)械、電力等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，統(tǒng)稱為夾具動(dòng)力裝置。根據(jù)傳動(dòng)方式不同一般包括氣壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電力傳動(dòng)電磁傳動(dòng)夾具動(dòng)力裝置氣壓裝置的系統(tǒng)如圖4-14所示，包括3個(gè)組成部分：氣源、控制部分和執(zhí)行部分。氣壓傳動(dòng)裝置1.（1）氣壓傳動(dòng)裝置的組成圖4-14氣壓裝置的系統(tǒng)1、

電動(dòng)機(jī)2、

空氣壓縮機(jī)3、

冷卻器4、

儲(chǔ)氣罐5、

過(guò)濾器6、

分水濾氣器7、

調(diào)壓閥8、

壓力表9、

油霧器10、單向閥11、

配氣閥12、

調(diào)速閥13、

氣缸14、

壓板15、

工件4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.圖4-14氣壓裝置的系統(tǒng)1、

電動(dòng)機(jī)2、

空氣壓縮機(jī)3、

冷卻器4、

儲(chǔ)氣罐5、

過(guò)濾器6、

分水濾氣器7、

調(diào)壓閥8、

壓力表9、

油霧器10、單向閥11、

配氣閥12、

調(diào)速閥13、

氣缸14、

壓板15、

工件（1）氣壓傳動(dòng)裝置的組成氣源部分包括空壓機(jī)、冷卻器、儲(chǔ)氣罐三個(gè)主要裝置，一般置于單獨(dú)的動(dòng)力站內(nèi)，也可采用小型移動(dòng)式空壓機(jī)?？刂撇糠职ǚ诌^(guò)濾器、分水濾氣器、調(diào)壓閥、壓力繼電器等，一般安裝在工裝的附近。執(zhí)行部分包括氣缸等，能將氣體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)所需要的動(dòng)作，如定位、夾緊等，直接裝在夾具上。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置圖4-15

典型氣動(dòng)夾緊裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算①氣缸的類型按活塞的結(jié)構(gòu)氣缸分類活塞式薄膜式活塞式氣缸按安裝方式分類固定式擺動(dòng)式回轉(zhuǎn)式固定式氣缸缸體固定在夾具體上，由活塞桿工作，如圖4-15(a)；或活塞桿固定，由缸體工作，如圖4-15(b)。擺動(dòng)式氣缸通過(guò)氣缸的端部或中部的銷軸工作，工作時(shí)氣缸繞銷軸擺動(dòng)，如圖4-15(c)、(d)。薄膜式氣缸如圖4-15(e)。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置圖4-15

典型氣動(dòng)夾緊裝置圖4-19

單向薄膜式作用氣缸1、

接頭2、3、

彈簧4、

托盤5、

薄膜6、

推桿氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算①氣缸的類型薄膜式氣缸如圖4-22(e)，4-26活塞式氣缸因夾緊行程不受限制而且夾緊力恒定，應(yīng)用廣泛；氣缸尺寸較大，滑動(dòng)副之間易漏氣。薄膜式氣缸與活塞式氣缸相比。優(yōu)點(diǎn)外形緊湊，尺寸小，易于制造、維修，無(wú)密封問(wèn)題缺點(diǎn)受薄膜變形量限制，夾緊行程短，一般不超過(guò)30~40mm，推力較小，而且夾緊力會(huì)隨行程增大而減小。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算①氣缸的類型活塞式氣缸按工作方式分為單向作用氣缸雙向作用氣缸單作用氣缸當(dāng)進(jìn)氣口有壓縮空氣進(jìn)入時(shí)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)；當(dāng)沒有壓縮空氣進(jìn)入時(shí)活塞在彈簧或重力作用下退回到原來(lái)的位置。圖4-16單作用氣缸（a）彈簧復(fù)位氣缸

（b）重力復(fù)位氣缸4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算①氣缸的類型雙作用氣缸一側(cè)作為壓縮空氣的進(jìn)氣口時(shí)，另一側(cè)就作為排氣口，在兩側(cè)形成氣壓差，使活塞桿往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，交替進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了氣缸活塞的雙向運(yùn)動(dòng)。圖4-17雙作用氣缸圖4-18雙作用氣缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算②氣缸的出力計(jì)算活塞式氣缸單作用氣缸和雙作用氣缸的出力計(jì)算公式不同。若已知?dú)飧字睆紻和氣缸工作壓力p，可按表4.7計(jì)算輸出軸向力Fk的大小。若按夾具所需的軸向力來(lái)自行設(shè)計(jì)氣缸時(shí)，則令Fk=F，按表4.7中的公式計(jì)算氣缸內(nèi)徑D。將計(jì)算得出的氣缸內(nèi)徑按標(biāo)稱缸徑系列（GB/T2348—2018）圓整，再進(jìn)行氣缸筒壁厚度和活塞桿直徑等計(jì)算。表4-7活塞式氣缸輸出軸向力計(jì)算公式4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算②氣缸的出力計(jì)算薄膜式氣缸薄膜式氣缸輸出軸向力與膜片的形式有關(guān)，輸出力計(jì)算公式可參考表4-8。表4-8薄膜式氣缸輸出軸向力計(jì)算公式注：表中公式只適用于雙作用的氣缸，若為單作用氣缸，作用力中應(yīng)減去彈簧阻力R（同表4.7中的活塞式單作用氣缸）。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（2）氣缸的類型及出力計(jì)算各種類型的氣缸現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，它們的軸向力（推力或拉力）以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)等均可在各類機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。在工裝設(shè)計(jì)時(shí)，一般是先根據(jù)工作情況選定氣缸的類型，再根據(jù)工件所需夾緊力確定氣缸需要輸出的推力（或拉力），直接從手冊(cè)或產(chǎn)品樣本中選用。有特殊要求時(shí)，通過(guò)計(jì)算確定氣缸的直徑及其他參數(shù)。氣動(dòng)機(jī)構(gòu)中的重要組成元器件，在國(guó)內(nèi)外均有標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品，有重型、輕型、小型、微型等類別，每一類別都有各自的系列，大都符合ISO標(biāo)準(zhǔn)，包括氣缸用的支座和活塞桿的接頭也有相應(yīng)的系列標(biāo)準(zhǔn)，能滿足產(chǎn)品互換性要求。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置氣壓傳動(dòng)裝置1.（3）氣壓傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)缺

點(diǎn)空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較不佳；在產(chǎn)生相同原始作用力的條件下，因工作壓力低，導(dǎo)致動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大；較大的排氣噪聲?？諝饪删偷厝〔模瑹o(wú)介質(zhì)應(yīng)用損失和供應(yīng)困難，管路不易堵塞，使用過(guò)的空氣可直接排入大氣，容易保持清潔，不需要回收。傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)靈敏，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。氣壓為0.5MPa時(shí)，氣缸活塞速度為1~10m/s，夾具每小時(shí)可連續(xù)松夾上千次。工作壓力低，一般為0.4~0.6MPa，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)裝置材料及制造精度要求不高，成本低。空氣黏度小，在管路中的損失較少，便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。010203044.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.在現(xiàn)代制造業(yè)中，由于機(jī)床轉(zhuǎn)速高、切削用量大、要求夾緊力大等因素，液壓傳動(dòng)裝置因其壓力大、傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)在夾具中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。當(dāng)在多臺(tái)非液壓機(jī)床上使用液壓夾具，采用集中泵站供油方式時(shí)可以體現(xiàn)出液壓夾具的優(yōu)越性。（1）液壓泵站油路系統(tǒng)圖4-20

YJZ型液壓泵站1、

夾具微型液壓缸2，9，12、

濾油器3、

快換接頭4、溢流閥5、

高壓軟管6、

電接點(diǎn)壓力表7、

單向閥8、柱塞泵10、電磁卸荷閥11、電動(dòng)機(jī)13、油箱（a）外形圖（b）油路系統(tǒng)4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.液壓泵站輸出的液壓油油壓高（最高工作壓力16~32MPa），工作液壓缸直徑尺寸小，如圖4-21所示。微型液壓缸可直接安裝在機(jī)床工作臺(tái)或夾具體上，如圖4-22。(a)所示為通過(guò)T形槽安裝在工作臺(tái)上，（b)所示為液壓缸安裝在夾具體孔中并用螺釘緊固，圖(c)所示為液壓缸直接旋入夾具體螺紋孔中。（1）液壓泵站油路系統(tǒng)圖4-21微型液壓缸1、

工件2、壓板4、

液壓缸4、

管接頭圖4-22

微型液壓缸的安裝方式（a）T形槽安裝式（b）螺釘緊固式（c）螺孔旋入式4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。（2）液壓缸的類型液壓缸結(jié)構(gòu)上基本組成缸筒和缸蓋活塞和活塞桿密封裝置緩沖裝置排氣裝置按運(yùn)動(dòng)形式分液壓缸直線運(yùn)動(dòng)式擺動(dòng)式在焊接工裝中主要使用直線運(yùn)動(dòng)式，其輸出的是軸向力。直線運(yùn)動(dòng)式液壓缸常用形式見表4-9。表4-9

直線運(yùn)動(dòng)式液壓缸常用形式圖4-23

雙作用單活塞桿液壓缸4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（2）液壓缸的類型活塞式液壓缸按結(jié)構(gòu)形式可分單桿式雙桿式按液壓力的作用情況單作用式雙作用式雙作用式液壓缸通過(guò)兩腔交替進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)活塞的雙向運(yùn)動(dòng)，具有更高的靈活性和效率。單作用式液壓缸適用于某些特定場(chǎng)合，如需要外力輔助回程的場(chǎng)合。1、

缸底2、

彈簧擋圈3、

套環(huán)4、

卡環(huán)5、

活塞6-0、

形密封圈7、支承環(huán)8、

擋圈9、Y形密封圈10、

缸筒11、

管接頭12、

導(dǎo)向套13、

缸蓋14、

防塵圈15、

活塞桿16、定位螺釘17、

耳環(huán)4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（3）液壓缸出力計(jì)算設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)工裝時(shí)，一般是根據(jù)工裝結(jié)構(gòu)方案和動(dòng)作要求先選定液壓缸的類型及安裝方式，根據(jù)作用力的需要確定液壓缸輸出的軸向力計(jì)算缸徑和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，或者根據(jù)已定的缸徑和液壓缸工作壓力計(jì)算其輸出軸向力。圖4-24

雙作用單活塞桿液壓缸輸出軸向力計(jì)算輸出軸向力F是指壓力油推動(dòng)活塞使活塞桿產(chǎn)生推力或拉力。F—液壓缸的輸出軸向力，NFh—活塞推力，NFm—摩擦阻力，N,與密封方式有關(guān)，粗計(jì)算時(shí)可按照

估算Fb—排油阻力，NFg一慣性力，N,粗計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（3）液壓缸出力計(jì)算輸出軸向力F是指壓力油推動(dòng)活塞使活塞桿產(chǎn)生推力或拉力。圖4-24

雙作用單活塞桿液壓缸輸出軸向力計(jì)算Fh計(jì)算時(shí)因活塞兩側(cè)的承壓面積不等，故產(chǎn)生的推力也不等，需要分別計(jì)算。D—活塞直徑，m;d—活塞桿直徑，m;p—液壓缸工作壓力，MPa,考慮到液壓缸和管道阻力損失，其應(yīng)等于或小于液壓泵額定壓力的80%?；钊麠U外伸活塞桿內(nèi)縮P?—排油測(cè)的油液壓力(即背壓力),Mpa,有背壓閥時(shí)p?=0.2～0.6Mpa,無(wú)背壓閥時(shí)p?=0;A—排油測(cè)活塞的承壓面積，m2。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（3）液壓缸出力計(jì)算說(shuō)

明如果所需推力Fh和液壓缸工作壓力p已知，用以上公式可計(jì)算液壓缸的缸徑、壁厚等結(jié)構(gòu)參數(shù)。因液壓缸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，沒有特殊要求，不必進(jìn)行計(jì)算，可以從有關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣品中按所需活塞桿的推力（或拉力）查出相應(yīng)的液壓缸的缸徑和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，或根據(jù)液壓缸的缸徑等查出活塞桿的輸出軸向力大小。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（4）液壓傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)液壓油油壓高、傳動(dòng)力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸是氣壓的1/3~1/4，慣性小。結(jié)構(gòu)緊湊。01油液的不可壓縮性使夾緊剛度高，工作平穩(wěn)、可靠。02液壓傳動(dòng)噪聲小，勞動(dòng)條件比氣壓的好，便于頻繁換向。03缺

點(diǎn)對(duì)液壓元件的材質(zhì)和制造精度要求高，夾具成本較高，不適合遠(yuǎn)距離操縱；因液壓油液受溫度變化影響，故在低溫和高溫情況下會(huì)產(chǎn)生影響。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置液壓傳動(dòng)裝置2.（5）氣動(dòng)和液壓傳動(dòng)裝置的選擇在工裝設(shè)計(jì)中，氣動(dòng)和液動(dòng)裝置主要根據(jù)出力大小、活塞行程、安裝方式等進(jìn)行選擇，主要依據(jù)如下。選型依據(jù)??氣動(dòng)裝置??液動(dòng)裝置??出力特性?出力隨速度增加急劇下降，需按負(fù)載1.15~2倍備用系數(shù)設(shè)計(jì)缸徑出力穩(wěn)定，速度對(duì)出力影響小，直接由負(fù)載決定壓力?行程設(shè)計(jì)?小直徑長(zhǎng)行程受制造工藝限制，需評(píng)估可行性長(zhǎng)行程實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，但需考慮液壓系統(tǒng)壓力損失?安裝方式?需匹配夾具運(yùn)動(dòng)需求（如回轉(zhuǎn)式/軸銷式）多采用固定安裝，復(fù)雜運(yùn)動(dòng)需配合閥組設(shè)計(jì)?緩沖選擇?剛性差焊件需緩沖型，厚板焊件可選無(wú)緩沖型通常自帶緩沖裝置，可通過(guò)液壓回路調(diào)節(jié)緩沖效果?標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展?集成式氣缸（帶開關(guān)/電磁閥）節(jié)省空間，便于自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)液壓缸需外接閥組，定制化程度高?經(jīng)濟(jì)性?成本低，適合輕載大批量生產(chǎn)初期投入高，適用于高精度重載場(chǎng)景4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（1）電力傳動(dòng)系統(tǒng)的組成電動(dòng)裝置是以電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)夾具中的夾緊機(jī)構(gòu)，對(duì)工件進(jìn)行夾緊的一種方式。最常用的是少齒差行星減速電動(dòng)卡盤。電動(dòng)卡盤工作時(shí)需要低轉(zhuǎn)速、大扭矩。借助行星減速機(jī)構(gòu)可以將電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速、小扭矩變成符合電動(dòng)卡盤需要的低轉(zhuǎn)速、大扭矩功能。電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電

源電力傳動(dòng)系統(tǒng)用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，價(jià)格便宜、維護(hù)方便、單機(jī)容量大以及能實(shí)現(xiàn)高速傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，可在某些不適合用直流電動(dòng)機(jī)的情況（如需要防爆、防腐蝕及高轉(zhuǎn)速的情況）交流電動(dòng)機(jī)都能應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置復(fù)雜，包含交流電源、變頻器、電機(jī)和濾波器等組件，某些簡(jiǎn)單的方案存在功率因數(shù)低或效率低的缺點(diǎn)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率的電力電子器件的出現(xiàn)，為交流調(diào)速開辟了廣闊的前景，是一個(gè)主要發(fā)展方向。采用各種形式的直流電動(dòng)機(jī)，有良好的調(diào)速性能，在需要進(jìn)行調(diào)速，特別是需要進(jìn)行精確控制的場(chǎng)合，直流傳動(dòng)系統(tǒng)一直占據(jù)統(tǒng)治地位。例如，焊接變位機(jī)、滾輪架、回轉(zhuǎn)臺(tái)等大多采用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)直流傳動(dòng)系統(tǒng)4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（1）電力傳動(dòng)系統(tǒng)的組成常用焊接工裝直流伺服電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)項(xiàng)目機(jī)械傳動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電力傳動(dòng)傳遞力中較大大中動(dòng)作快慢一般較快較慢華傳遞位置精度高較低較高高遠(yuǎn)距離操縱近距離中距離近距離遠(yuǎn)距離無(wú)級(jí)調(diào)速困難較容易容易容易環(huán)境溫度普通普通要注意要注意危險(xiǎn)性沒問(wèn)題沒問(wèn)題注意防火注意漏電載荷變化影響沒有較大有一些幾乎無(wú)構(gòu)造一般簡(jiǎn)單復(fù)雜稍復(fù)雜維護(hù)簡(jiǎn)單一般要求高要求較高價(jià)格低低高較高表4-10

常用傳動(dòng)方式的比較4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（2）電機(jī)的選型54321根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行特點(diǎn)和靜阻轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)作出生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖根據(jù)負(fù)載圖或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)選一臺(tái)容量適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)，再用該電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖，作出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖，即電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩、功率、電流對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的溫升是否超過(guò)允許值。

校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載能力。在沖擊性負(fù)載時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱影響不大，但電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載能力有限，確定電動(dòng)機(jī)容量后，需校驗(yàn)其瞬時(shí)過(guò)載能力。選擇電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)注意，電動(dòng)機(jī)的容量不是任意設(shè)計(jì)的，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的額定容量是分級(jí)的，選擇標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般都是往上靠級(jí)。電動(dòng)機(jī)容量選擇的基本步驟4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（2）電機(jī)的選型表4-11列出了機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB/T9187-1999）焊接滾輪架驅(qū)動(dòng)功率推薦值，表中所列功率值為一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)主動(dòng)滾輪時(shí)的功率，如果用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)滾輪時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率值應(yīng)為表中所列數(shù)值的一半。表4-11

焊接滾輪架驅(qū)動(dòng)功率推薦值額定載重量/t0.626102560100160250電動(dòng)機(jī)最小功率/kW0.40.7511.41.42.22.82.85.6表4-12

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（2）電機(jī)的選型圖4-25焊接工裝中常用交流伺服電機(jī)的外形圖4-26焊接工裝中常用交流伺服電機(jī)的安裝尺寸表4-13列出了80系列交流伺服電動(dòng)機(jī)規(guī)格型號(hào)，用戶可以根據(jù)要求的功率力矩、轉(zhuǎn)速等條件來(lái)選擇相應(yīng)的型號(hào)。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置電動(dòng)夾緊裝置3.（2）電機(jī)的選型表4-13

80系列交流伺服電動(dòng)機(jī)規(guī)格型號(hào)4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置磁力裝置4.永磁式電磁式由永久磁鐵產(chǎn)生吸力將工件夾緊，常用鋁鎳鈷系合金和鐵氧體等永磁材料來(lái)制作，如常見的標(biāo)準(zhǔn)通用永磁工作臺(tái)。磁力裝置按磁力來(lái)源分優(yōu)點(diǎn)不消耗電能，經(jīng)久耐用，價(jià)格低廉，但吸力弱于電磁式。利用電磁力來(lái)夾緊焊件的一種器具，其夾緊力較大。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置磁力裝置4.供電電源不同電磁夾緊器分為建立的磁通隨電源頻率而變化，因而磁鐵吸力是變化的，工作時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，且有渦流和磁滯損耗，結(jié)構(gòu)尺寸較大，故使用較少。交流電磁夾緊器建立的磁通是不隨時(shí)間變化的恒定值，在鐵芯中沒有渦流和磁滯損失，鐵芯可用整塊工業(yè)純鐵制作，吸力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，在電磁夾緊器中應(yīng)用較多。直流電磁夾緊器4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置磁力裝置4.圖4-27

感應(yīng)式電磁卡盤圖4-27所示為車床用感應(yīng)式電磁卡盤。當(dāng)線圈1通上直流電后，在鐵芯2上產(chǎn)生磁力線，避開隔磁體5使磁力線通過(guò)工件和導(dǎo)磁體定位件6形成閉合回路（如圖4-27中虛線所示），工件被磁力吸在盤面上。斷電后，磁力消失，取下工件。4.2.5焊接夾具動(dòng)力裝置磁力裝置4.圖4-28

感應(yīng)式電磁卡盤圖4-28所示為電磁夾緊器的應(yīng)用，焊件筒體兩端的法蘭被定位銷定位后，其定位不受破壞是靠固定和移動(dòng)式電磁夾緊器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電磁吸盤是磨床上使用較多的機(jī)床附件，主要有圓形和矩形兩種結(jié)構(gòu)形式，單位面積吸力多在0.5~1.5MPa之間。機(jī)床上使用的電磁吸盤，也可用在焊接工裝夾具的磁力夾緊機(jī)構(gòu)上，例如，板材拼接用的電磁平臺(tái)就是由電磁吸盤拼裝而成的。4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊接變位機(jī)械是用于改變焊件、焊機(jī)或焊工空間位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接作業(yè)的各類機(jī)械設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)縮短焊接輔助時(shí)間，顯著提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度確保及改善焊接質(zhì)量，充分展現(xiàn)各種焊接方法的優(yōu)勢(shì)。圖4-29焊接變位機(jī)分類焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)械焊機(jī)變位機(jī)械焊工變位機(jī)械焊接變位機(jī)焊接滾輪架焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)焊接操作機(jī)電渣焊立架焊公升降臺(tái)4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.焊件變位機(jī)是一種用于拖動(dòng)待焊工件，使其待焊焊縫運(yùn)動(dòng)至理想位置進(jìn)行施焊作業(yè)的專用焊接輔助設(shè)備。在焊接作業(yè)中，焊件變位機(jī)通過(guò)翻轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)和傾斜等動(dòng)作，將焊件的焊縫位置置于最佳的施焊位置，提高焊接效率和質(zhì)量。焊接變位機(jī)焊接滾輪架焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)焊件變位機(jī)械按功能不同分類圖4-30座式焊接變位機(jī)圖4-3140t傾翻式焊接變位機(jī)（1）電機(jī)的選型4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.（2）焊接滾輪架圖4-32座式焊接變位機(jī)為傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾輪，利用主動(dòng)滾輪與圓筒類工件之間的摩擦力帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)變位，常用于圓筒類工件內(nèi)、外環(huán)縫和內(nèi)、外縱縫的焊接，主要由底座、主動(dòng)滾輪、從動(dòng)滾輪、支架、傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置等組成。工作原理可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，能提高焊縫質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，還可配合手工焊或作為檢測(cè)、裝配圓筒體工件的設(shè)備。配套自動(dòng)焊接設(shè)備1、

電動(dòng)機(jī)2、

聯(lián)軸器3、減速器4、齒輪對(duì)4、

軸承6、

主動(dòng)滾輪7、公共軸8、從動(dòng)滾輪4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.（2）焊接滾輪架為焊接不同直徑的焊件，焊接滾輪架的滾輪間距應(yīng)能調(diào)節(jié)。自調(diào)式非自調(diào)式可根據(jù)焊件的直徑自動(dòng)調(diào)節(jié)滾輪架的間距，如圖4-33。自調(diào)式滾輪架是由差動(dòng)滾輪組成的滾輪架，當(dāng)工件直徑變化時(shí)，在工件重力作用下，滾輪隨擺架自動(dòng)調(diào)節(jié)滾輪中心距，使工件獲得平衡支承。非自調(diào)式的依靠移動(dòng)支架上的滾輪座來(lái)調(diào)節(jié)滾輪的間距，如圖4-34，主動(dòng)滾輪由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，利用調(diào)速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速控制器通過(guò)變頻調(diào)速或電磁調(diào)速實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，可滿足手工焊、自動(dòng)堆焊、自動(dòng)埋弧焊等各種不同焊接的需要。調(diào)節(jié)方式圖4-33

自調(diào)式焊接滾輪架圖4-34KT型非自調(diào)式焊接滾輪架4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.（3）焊接滾輪架焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)是一種焊件變位機(jī)械，主要依靠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊件繞水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜，使焊件能夠處于有利的裝焊位置。焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)的種類繁多，其中常見的有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式以及推舉式等，如圖4-42所示基本特征及使用場(chǎng)合詳見表4-13。形式變位速度驅(qū)動(dòng)方式使用場(chǎng)合框架式恒定機(jī)電或液壓

(旋轉(zhuǎn)液壓缸)板結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)等較長(zhǎng)焊件的傾斜變位，也可進(jìn)行裝配作業(yè)頭尾架式可調(diào)機(jī)電軸類及筒形、橢圓形焊件的環(huán)焊縫以及表面堆焊時(shí)的旋轉(zhuǎn)變鏈?zhǔn)胶愣C(jī)電已裝配點(diǎn)定，且自身剛度很強(qiáng)的梁柱構(gòu)件的翻轉(zhuǎn)變位環(huán)式恒定機(jī)電已裝配點(diǎn)定，且自身剛度很強(qiáng)的梁柱構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)變位多用于大型構(gòu)件的組對(duì)與焊接推舉式恒定機(jī)電小車架、機(jī)座等非長(zhǎng)形板結(jié)構(gòu)、架結(jié)構(gòu)焊件的傾斜變位。裝配和焊接作業(yè)可在同工作臺(tái)上進(jìn)行表4-14常用焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)的基本特征及使用場(chǎng)合1、

頭架2、

翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)3、尾架4、驅(qū)動(dòng)裝置5、

主動(dòng)鏈輪6、

焊件7、鏈條8、托輪9、支承環(huán)10、

鈍齒輪11、推拉式軸銷12、舉升液壓缸4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.（4）焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)是將焊件繞垂直軸或傾斜軸回轉(zhuǎn)的焊件變位機(jī)械，主要用于焊件的焊接、堆焊與切割。圖4-36中空式回轉(zhuǎn)臺(tái)1、焊件2、回轉(zhuǎn)臺(tái)3、支架變位靈活，焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)工件360°的回轉(zhuǎn)；可在一定范圍內(nèi)的傾斜，滿足不同焊接角度的需求。承載能力強(qiáng)，根據(jù)型號(hào)和規(guī)格的不同，焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力從幾百公斤到幾十噸不等，滿足各種大型工件的焊接需求。調(diào)速精準(zhǔn)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)多采用變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速精度高，可確保焊接速度的穩(wěn)定均勻。主要特點(diǎn)4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊件變位機(jī)1.（4）焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)圖4-36給出了一種中空式回轉(zhuǎn)臺(tái)，其工作臺(tái)為中空形式以適應(yīng)管材與拼盤的焊接，操作方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定圖4-36中空式回轉(zhuǎn)臺(tái)1、焊件2、回轉(zhuǎn)臺(tái)3、支架4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊機(jī)變位機(jī)2.焊機(jī)變位機(jī)械是專為改變焊接機(jī)頭空間位置而設(shè)計(jì)的機(jī)械裝備。焊接操作機(jī)電渣焊立架擁有多樣的結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)常與焊件變位機(jī)械協(xié)同工作，能夠完成包括環(huán)縫、縱縫、對(duì)接焊縫、角焊縫以及任意曲線焊縫在內(nèi)的多種自動(dòng)焊接任務(wù)?？梢詧?zhí)行工件表面的自動(dòng)堆焊和切割工藝，在更換作業(yè)機(jī)頭后，還能進(jìn)行其他作業(yè)。結(jié)構(gòu)形式和功能相對(duì)較為單一，主要用于厚壁焊件立縫的焊接作業(yè)。焊機(jī)變位機(jī)械

兩大構(gòu)成部分4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊機(jī)變位機(jī)2.（1）焊接操作機(jī)能將焊接機(jī)頭（焊槍）準(zhǔn)確送到待焊位置，并保持在該位置或以選定焊速沿設(shè)定軌跡移動(dòng)焊接機(jī)頭的變位機(jī)械。常用的有平臺(tái)式操作機(jī)、伸縮臂式操作機(jī)、門式操作機(jī)、橋式操作機(jī)和臺(tái)式操作機(jī)。圖4-41

臺(tái)式焊接操作機(jī)1、鞍座2、底座3、伸縮臂4、焊槍5、焊接機(jī)頭圖4-37

平臺(tái)式操作機(jī)圖4-38

伸縮臂式操作機(jī)圖4-39龍門式焊接操作機(jī)圖4-40

橋式焊接操作機(jī)4.2.6焊接焊接變位機(jī)械圖4-42

電渣焊立架焊機(jī)變位機(jī)2.（2）電渣焊立架一種將電渣焊機(jī)連同焊工一起按焊速提升的裝置，如圖4-49所示。主要用于立縫的電渣焊，若與焊接滾輪架配合，也可用于環(huán)縫的電渣焊。電渣焊立架多為板焊結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，一般都安裝在行走臺(tái)車上。臺(tái)車由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，單速運(yùn)行，可根據(jù)施焊要求，隨時(shí)調(diào)整與焊件之間的位置。1、行走臺(tái)2、升降平衡重3、焊機(jī)調(diào)節(jié)裝置4、焊機(jī)升降立柱5、電渣焊機(jī)6、焊工、焊機(jī)升降臺(tái)7、扶梯8、調(diào)節(jié)螺旋千斤頂9、起升機(jī)構(gòu)10、運(yùn)行機(jī)構(gòu)4.2.6焊接焊接變位機(jī)械焊機(jī)變位機(jī)2.（3）焊工變位機(jī)焊工變位機(jī)械，又叫焊工升降臺(tái)，是改變焊工空間位置，使之在最佳高度進(jìn)行作業(yè)的設(shè)備。主要用于高大焊件的手工機(jī)械化焊接，也用于裝配和其他需要登高作業(yè)的場(chǎng)合。焊工升降臺(tái)的常用結(jié)構(gòu)肘臂式（圖4-50）圖4-43

肘臂式焊工升降臺(tái)(a)板式結(jié)構(gòu)肘臂式焊工升降臺(tái)(b)肘臂式可移動(dòng)焊工升降臺(tái)套筒式（圖4-51）圖4-44

套筒式焊工升降臺(tái)鉸鏈?zhǔn)剑▓D4-52）圖4-45

鉸鏈?zhǔn)胶腹ど蹬_(tái)1、工作臺(tái)2、推舉液壓缸3、底座項(xiàng)目四

焊接機(jī)器人工作站的工裝夾具選型與設(shè)計(jì)

4.3項(xiàng)目實(shí)施金華職業(yè)技術(shù)大學(xué)

黃鵬程4.3.1焊接工裝夾具設(shè)計(jì)原則在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中，焊件的種類繁多，焊接工裝夾具的專用性強(qiáng)，通常需要根據(jù)焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、企業(yè)的生產(chǎn)條件、產(chǎn)品的工藝要求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，為提高焊件的焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)焊接工裝夾具時(shí)需要基本遵循以下幾條基本原則。工藝性原則1.焊接合件特點(diǎn)?由多個(gè)零部件組成，工裝需適應(yīng)"先裝后焊"或"邊裝邊焊"的靈活生產(chǎn)方式。變形控制原則?平面內(nèi)伸縮變形：預(yù)留收縮余量自由釋放平面外變形（角變/彎曲/波浪變形）：

采用夾具反變形控制電氣特性要求?工裝需具備導(dǎo)電/絕緣功能（焊件作電極時(shí)）大電流工況需配置導(dǎo)電部件散熱裝置安全防護(hù)設(shè)計(jì)設(shè)置遮掩裝置保護(hù)工裝工作面（防熔渣飛濺）標(biāo)配防護(hù)罩、防飛濺擋板等安全裝置可靠性原則2.強(qiáng)度與剛度要求?工裝夾具需承受工件重量、焊接熱應(yīng)力及操作力，確保長(zhǎng)期使用不變形/損壞夾緊可靠性?保持工件定位精度與圖樣尺寸提供牢固夾持（防松動(dòng)滑移）夾持力適中（防過(guò)變形/拘束應(yīng)力）?重復(fù)定位精度?調(diào)整或更換夾具時(shí)需保證焊接質(zhì)量一致性經(jīng)濟(jì)性原則3.標(biāo)準(zhǔn)化系列化4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人選擇1.六關(guān)節(jié)機(jī)器人本體，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的6軸關(guān)節(jié)，由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成。國(guó)內(nèi)外各品牌的焊接機(jī)器人均可選用，考慮到對(duì)焊接精度要求不高，采用國(guó)產(chǎn)焊接機(jī)器人質(zhì)價(jià)比較高。表4-16國(guó)產(chǎn)柴孚六關(guān)節(jié)焊接機(jī)器人參數(shù)項(xiàng)

目應(yīng)用范圍弧焊、搬運(yùn)、上下料結(jié)構(gòu)多節(jié)型關(guān)節(jié)數(shù)6軸安裝方式地面安裝***大動(dòng)作速度J1軸148°/sJ2軸148°/sJ3軸178°/sJ4軸354°/sJ5軸330°/sJ6軸620°/s***大動(dòng)作范圍J1軸±170°J2軸+88°/-155°J3軸+157°/-83°J4軸±155°J5軸+1371-134°J6軸±360°***大活動(dòng)半徑1440m手部***大負(fù)載***大6KG重復(fù)精度±0.08mm機(jī)器人底座尺寸355*355mm機(jī)器人高度1375mm工作環(huán)境溫度0-45℃機(jī)器人本體重量150Kg環(huán)境濕度95%RH以下(無(wú)結(jié)露)驅(qū)動(dòng)方式使用AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)防護(hù)等級(jí)IP65機(jī)器人焊接設(shè)備圖4-53與表4-15是目前常用的臂展2米的焊接機(jī)器人參數(shù)機(jī)器人本體控制柜（硬件及軟件）焊接機(jī)器人4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人選擇1.圖4-46焊接機(jī)器人效果圖機(jī)器人焊接設(shè)備圖4-46與表4-16是目前常用的臂展2米的焊接機(jī)器人參數(shù)機(jī)器人本體控制柜（硬件及軟件）焊接機(jī)器人六關(guān)節(jié)機(jī)器人本體，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的6軸關(guān)節(jié)，由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成。國(guó)內(nèi)外各品牌的焊接機(jī)器人均可選用，考慮到對(duì)焊接精度要求不高，采用國(guó)產(chǎn)焊接機(jī)器人質(zhì)價(jià)比較高。本項(xiàng)目焊接裝備包含了弧焊電源、送絲機(jī)、氣瓶、焊槍、清槍器、煙塵吸收管等部分?；『鸽娫磁c氣瓶放置于外圍，清槍器在焊接機(jī)器人一邊，煙塵吸收管安裝在六關(guān)節(jié)末端。4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人選擇1.六關(guān)節(jié)焊接機(jī)器人為工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商生產(chǎn)的第三方采購(gòu)設(shè)備下表4-16是國(guó)產(chǎn)柴孚六關(guān)節(jié)焊接機(jī)器人及周邊功能配置主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)。圖4-46焊接機(jī)器人效果圖表4-17國(guó)產(chǎn)六關(guān)節(jié)焊接機(jī)器人及周邊功能配件參數(shù)序號(hào)規(guī)格項(xiàng)目型號(hào)主要參數(shù)供應(yīng)商01焊接機(jī)器人SF6-2080X見表4-15,功率8kw上海柴孚機(jī)器人有限公司02送絲機(jī)FGF-340-A11200w廈門貝爾摩電氣公司03

04氣源氣瓶

清槍器主流廠家

IO同步清槍器國(guó)標(biāo)40升，直徑

219,高1.45米

65cm×500cm×40cm主流廠家

常州奇洛焊接公司05煙塵吸收管機(jī)用臺(tái)式負(fù)壓機(jī)功率2KW浙江聚英風(fēng)機(jī)公司4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.對(duì)于叉軸和叉臂，不屬于薄板件，剛性較好，在焊接過(guò)程中不容易發(fā)生形變，因此考慮使用六點(diǎn)定位原理分別對(duì)叉軸和叉臂進(jìn)行定位。（a）叉軸零件圖4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（1）叉軸定位方案叉軸屬于軸類工件，以外圓柱面為主要定位基準(zhǔn)面，定位元件選擇V形塊。采用2個(gè)短V形塊限制叉軸的4個(gè)自由度；叉軸本身設(shè)計(jì)有半徑為R12.5mm的半圓鍵槽，可設(shè)計(jì)1個(gè)半圓鍵定位塊，依靠半圓鍵定位塊的兩側(cè)面限制叉軸繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度；叉軸長(zhǎng)：342mm外徑：22mm叉軸軸向移動(dòng)的1個(gè)自由度尚未被限制，可選擇叉軸的下端面作為定位基準(zhǔn)面，定位元件選擇A形支承釘，恰好限制工件的軸向移動(dòng)的1個(gè)自由度，由于在實(shí)際加工過(guò)程中，在滿足定位要求的同時(shí)要提高叉軸上料的效率，使用支承釘不利于叉軸上料過(guò)程中的穩(wěn)定性，將A形支承釘改為短定位套以限制工件的軸向移動(dòng)由于叉軸在焊接前已經(jīng)完成外圓柱面的精加工，定位套和V形塊不會(huì)發(fā)生重復(fù)定位現(xiàn)象，短定位套在這里除起到限制叉軸軸向移動(dòng)的自由度外還起到了叉軸上料過(guò)程的預(yù)定位，提高了上料效率，實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)完全定位。4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（1）叉軸定位方案在一次裝夾工程中要求同時(shí)裝夾5根叉軸，因此需要對(duì)V形塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，V形塊的各參數(shù)參照標(biāo)準(zhǔn)V形塊設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)上為非標(biāo)準(zhǔn)件。叉軸定位基準(zhǔn)面直徑D=22mm,查表4-1,確定V形塊相關(guān)參數(shù)N=24mm,L=55mm,B=25mm,H=20mm,m=8mm,h1=6mm,h=11mm,d?=6.6mm,d?=11mm

尺寸及粗糙度要求如圖4-47所示。V形塊設(shè)計(jì)圖4-47尺寸及粗糙度要求4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.圖4-48

短定位套設(shè)計(jì)（1）叉軸定位方案為達(dá)到預(yù)定位和限制叉軸軸向移動(dòng)的作用，其與叉軸采用間隙配合，短定位套限位面與叉軸尾端面為小面積接觸，結(jié)構(gòu)如圖4-48所示。短定位套設(shè)計(jì)圖4-49

半圓鍵定位塊

工作面為其兩側(cè)面，限制叉軸周向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖4-49所示。半圓鍵定位塊設(shè)計(jì)4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（2）叉臂定位方案

(b）叉臂零件圖4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（2）叉臂定位方案削邊銷的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及尺寸見JB/T8014-1999。一面兩銷的選型設(shè)計(jì)

d>3~6>6~8>8~20>20~25>25~32.>32~40>40~50Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-5b?12.3.3.3.4.5.b23.45.56.8.表4-18

削邊銷的主要尺寸4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（2）叉臂定位方案一面兩銷的選型設(shè)計(jì)設(shè)D1、D?,分別為孔1、孔2的直徑，d1、d2分別為圓柱銷1、削邊銷2的直徑，△1為孔D1與圓柱銷配合的最小間隙，△2為孔D?與削邊銷配合的最小間隙，L±△k為工件上兩孔間距及偏差，L±△j為夾具上布置的兩銷間距及偏差。已知：D?、D2、△k、L，確定△j

、d1、d2d>3~6>6~8>8~20>20~25>25~32.>32~40>40~50Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-5b?12.3.3.3.4.5.b23.45.56.8.表4-17

削邊銷的主要尺寸4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（2）叉臂定位方案“一面兩銷”中兩銷的設(shè)計(jì)步驟d>3~6>6~8>8~20>20~25>25~32.>32~40>40~50Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-5b?12.3.3.3.4.5.b23.45.56.8.表4-17

削邊銷的主要尺寸布局銷位一般把圓柱銷布置在工序基準(zhǔn)所在的孔上，當(dāng)兩孔均為工序基準(zhǔn)時(shí)，把圓柱銷布置在工序尺寸精度要求高的孔上。計(jì)算銷間距及偏差確定圓柱銷1直徑偏差(當(dāng)D?→∞時(shí)，孔1變成了平面，此時(shí)△?=0)。設(shè)計(jì)削邊銷2直徑偏差查表取b(由d2查表4-17),得4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（2）叉臂定位方案一面兩銷的選型設(shè)計(jì)-實(shí)施d>3~6>6~8>8~20>20~25>25~32.>32~40>40~50Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-5b?12.3.3.3.4.5.b23.45.56.8.表4-17

削邊銷的主要尺寸叉臂上的孔1直徑D?=18H7，孔2直徑D?=10H7，故查表4-17,b=4mm,b?=3mm。4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.圖4-50分離叉軸的柔性定位可調(diào)機(jī)構(gòu)在實(shí)際加工中，不同批次的分離叉軸結(jié)構(gòu)類似，但存在長(zhǎng)度不同，半圓鍵位置不同的區(qū)別。分離叉軸長(zhǎng)度的定位塊需要可調(diào)、叉軸半圓鍵槽的位置可調(diào)，分別采用伺服電動(dòng)推桿、伺服絲桿升降模組實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整。為方便焊接結(jié)束后，焊接后的軸臂合件的取出，叉軸半圓鍵的定位塊需先退出叉軸，需設(shè)置半圓鍵定位塊的退回機(jī)構(gòu)；同理，夾緊叉軸的活動(dòng)V塊也需要設(shè)置退回機(jī)構(gòu)，兩個(gè)移動(dòng)退回機(jī)構(gòu)可以考慮使用氣缸實(shí)現(xiàn)位置控制，如圖4-50所示。（3）叉軸的定位調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.叉臂的形態(tài)變化較大，按通用化歸類，采用伺服驅(qū)動(dòng)模組實(shí)現(xiàn)柔性定位采用前后、左右兩個(gè)方向的伺服模組實(shí)現(xiàn)叉臂任意角度與叉臂定位銷的位置自動(dòng)調(diào)節(jié)，如圖4-51所示。（4）叉臂的定位調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4-51叉臂定位調(diào)整機(jī)構(gòu)4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.伺服驅(qū)動(dòng)模組主要包括滾珠絲杠、伺服電機(jī)、滑臺(tái)、聯(lián)軸器、直線導(dǎo)軌、軸承及支座等，如圖4-52所示。（4）叉臂的定位調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4-52伺服驅(qū)動(dòng)模組4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（4）叉臂的定位調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)滑臺(tái)、工件以及其他連接件絲杠和導(dǎo)軌伺服電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速按照經(jīng)驗(yàn)可選擇為n=3000rpm，功率P和扭矩T需要計(jì)算進(jìn)行選型。伺服驅(qū)動(dòng)模組分為三個(gè)部分總重量預(yù)估為M=100kg，滑臺(tái)固定后一般不會(huì)進(jìn)行調(diào)整，故對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v要求不高，可取v=0.5m/s。輸出傳動(dòng)部件對(duì)于絲杠，根據(jù)實(shí)際傳動(dòng)需求選擇絲杠行程為300mm，還需對(duì)其導(dǎo)程Ph和直徑d進(jìn)行選擇；對(duì)于導(dǎo)軌可選擇重負(fù)荷型滾珠線性滑軌HGH，大小有待選擇；導(dǎo)軌摩擦系數(shù)理論上一般μ=0.01，由于實(shí)際安裝時(shí)受到平行度和平面度影響，可能導(dǎo)致導(dǎo)軌阻力增大，可將摩擦系數(shù)放大為μ=0.1。4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)定位方案2.（4）叉臂的定位調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹絲杠、導(dǎo)軌及伺服電機(jī)的選型過(guò)程絲杠導(dǎo)程

Ph01最大拖動(dòng)力Fmax02式中

θ—考慮到安裝滑臺(tái)與水平面的夾角，取θ=5°a—滑臺(tái)啟動(dòng)加速度，取a=0.5g。即Fmax=0.1×100×10×cos5°+100×0.5×10+100×10×sin5°≈700N?；_(tái)加速時(shí)間t034.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)夾緊方案3.叉軸在進(jìn)行定位時(shí)采用上下兩個(gè)V型塊進(jìn)行定位，其中上下端V形塊固定不動(dòng)，在整機(jī)左端設(shè)計(jì)活動(dòng)V形塊作為夾緊元件，起到定心夾緊作用。夾緊力源采用動(dòng)作迅速、夾緊力適中的氣壓傳動(dòng)（夾緊活動(dòng)V形塊驅(qū)動(dòng)氣缸）。為方便焊接結(jié)束后整體焊接件的取出，叉軸半圓鍵的定位塊需先退出叉軸，夾緊叉軸的活動(dòng)V形塊再退出，因此，叉軸半圓鍵的定位塊的退出機(jī)構(gòu)采用氣壓傳動(dòng)（半圓鍵定位塊驅(qū)動(dòng)氣缸）。為保證活動(dòng)V形塊和半圓鍵定位塊進(jìn)入和退出的穩(wěn)定性和直線度，在連接機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)還應(yīng)布置直線導(dǎo)軌。4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)夾緊方案3.活動(dòng)V形塊驅(qū)動(dòng)氣缸的選型

圖4-54

某品牌SC系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸產(chǎn)品概覽圖

氣

缸內(nèi)徑

(mm)

活

塞桿直

徑

(mm).

輸

出力

P(N)

受

壓面積

(cm2)

工作壓力MPa0.20.30.40.50.630.7.0.8166P12.0140.260.380.4100.5126.6140.7.160.8P21.7234.651.969.286.5109121.1138.4208.P13.1462.894.2125.6157.1188220251P22.6452.879.2105.6163158.4184.8.211.22510P14.9198.2147196.3245301343392P24.1282.4124164.8206260288.43303212.P18.03160240321.2401504561.9640P26.91132198.264.6345.5.416483.75284016P112.572513775036287918801010P210.562113174225286637398445020?P119.36393589785982123713741571P216.49?330495660825103911551319表4-19

某品牌SC系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸理論出力表（N）4.3.2焊接機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)夾緊方案3.半圓鍵定位塊驅(qū)動(dòng)氣缸的選型不起夾緊作用，僅用于實(shí)現(xiàn)半圓鍵定位塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故推薦選擇體積小的超薄氣缸，根據(jù)表3-5（教材121頁(yè)