1、焊接焊接装备及自动化装备及自动化 主要内容：主要内容： 一一 焊接结构的设计。焊接结构的设计。主要包括焊接梁、柱、桁架和塔主要包括焊接梁、柱、桁架和塔桅结构、机器结构等的设计。桅结构、机器结构等的设计。 二二 焊接机械装备。焊接机械装备。主要包括焊接结构生产过程中的各主要包括焊接结构生产过程中的各种辅助机械装备。比如：焊接工装夹具、焊接变位机种辅助机械装备。比如：焊接工装夹具、焊接变位机械、焊件输送机械、其他从属装置。械、焊件输送机械、其他从属装置。 三三 焊接结构的生产工艺过程。焊接结构的生产工艺过程。主要包括焊接结构生产主要包括焊接结构生产的工艺过程；比如备料、装配、焊接等工艺，焊接结的工
2、艺过程；比如备料、装配、焊接等工艺，焊接结构的生产工艺分析，焊接结构生产的质量管理及劳动构的生产工艺分析，焊接结构生产的质量管理及劳动保护，焊接结构车间的工艺平面布置。保护，焊接结构车间的工艺平面布置。 四四 实例：汽车焊接结构的生产过程。实例：汽车焊接结构的生产过程。主要包括汽车焊主要包括汽车焊接结构的装焊工艺。比如：汽车车架、车身的装焊工接结构的装焊工艺。比如：汽车车架、车身的装焊工艺，汽车装焊生产线，汽车装焊车间的设计。艺，汽车装焊生产线，汽车装焊车间的设计。 教材：教材： 一一 焊接工装设计。航空工业出版社。陈焕明。焊接工装设计。航空工业出版社。陈焕明。 二二 焊接结构生产及装备。机械
3、工业出版社。周浩森。焊接结构生产及装备。机械工业出版社。周浩森。 参考书：参考书： 一一 焊接结构制造技术与装备。机械工业出版社。宗焊接结构制造技术与装备。机械工业出版社。宗培言培言 二焊接工装夹具及变位机械。机械工业出版社。王二焊接工装夹具及变位机械。机械工业出版社。王政。政。 三三 焊接工装夹具及变位机械图册。机械工业出版社。焊接工装夹具及变位机械图册。机械工业出版社。 王政王政 四四 汽车机器人焊接工程。机械工业出版社。卢本。汽车机器人焊接工程。机械工业出版社。卢本。 五五 汽车装焊技术。北京理工。杨握铨汽车装焊技术。北京理工。杨握铨 六焊接结构及生产设计。天津大学。贾安东六焊接结构及生
4、产设计。天津大学。贾安东 基础学科：基础学科： 一一 各种力学各种力学：普通物理、理论力学、材料力学、结构：普通物理、理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学力学、弹性力学 、弹塑性力学、粘性力学、断裂力、弹塑性力学、粘性力学、断裂力学，金属的机械性能。学，金属的机械性能。 二二 机械设计机械设计：机械原理、机械零件、机械结构的设计。：机械原理、机械零件、机械结构的设计。 三三 焊接基础焊接基础：焊接工艺、焊接电源、焊接结构。：焊接工艺、焊接电源、焊接结构。 四四 液压专业液压专业（液压控制系统）；电工学（电磁铁的设（液压控制系统）；电工学（电磁铁的设计）。计）。焊接工装设计焊接工装设计陈焕明陈
5、焕明 绪绪 论论 工装：在机械加工、产品检验、装配和焊接等工艺过工装：在机械加工、产品检验、装配和焊接等工艺过程中，使用大量的工艺装备，简称工装程中，使用大量的工艺装备，简称工装(tooling)，用，用以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。和产品的质量，并提高生产效率。 焊接工装：焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配焊接工装：焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。其中夹具主要包括定位设备的总称，
6、简称焊接工装。其中夹具主要包括定位器、夹紧器、夹具体等；机械装置或设备主要包括焊器、夹紧器、夹具体等；机械装置或设备主要包括焊件变位机、焊接操作机、焊工升降台等。件变位机、焊接操作机、焊工升降台等。 应用：应用： 大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要各制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际各制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者外协定做。焊接工装设计是生需要自行设计制造或者外协定做。焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是焊接
7、生产工艺设计产准备工作的重要内容之一，也是焊接生产工艺设计的主要任务之一，对于汽车、摩托车和飞机等制造业，的主要任务之一，对于汽车、摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。因此，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。因此，焊接工艺人员应掌握有关工装设计的基础知识。通常焊接工艺人员应掌握有关工装设计的基础知识。通常在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和简要说明简要说明(例如装配焊接顺序、焊接变形预防或减小措例如装配焊接顺序、焊接变形预防或减小措施、焊接速度和焊接电流回路等施、焊接速度和焊接电流回路等)。在此基础上由
8、工装。在此基础上由工装设计人员完成详细的结构和零件设计及全部图样。如设计人员完成详细的结构和零件设计及全部图样。如果设计者对焊接工艺过程生疏，往往设计的工装夹具果设计者对焊接工艺过程生疏，往往设计的工装夹具适用性较差，甚至不能满足生产要求。事实表明，为适用性较差，甚至不能满足生产要求。事实表明，为了使设计的工装适用性良好，通常由工艺工程师来主了使设计的工装适用性良好，通常由工艺工程师来主持设计或亲自参与设计。持设计或亲自参与设计。 本门课程的目的：本门课程的目的： 了解和掌握焊接工装设计的基本理论和结构设计的基了解和掌握焊接工装设计的基本理论和结构设计的基础知识础知识 。 一一.焊接工装的作用
9、焊接工装的作用 1.保证和提高焊接产品的质量。保证和提高焊接产品的质量。 采用工装夹具，可以保证装配定位焊时各零件正确的采用工装夹具，可以保证装配定位焊时各零件正确的相对位置，可以防止或减少工件的焊接变形。尤其是相对位置，可以防止或减少工件的焊接变形。尤其是批量生产时，可以稳定和提高焊接质量，减少焊件尺批量生产时，可以稳定和提高焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品的互换性。寸偏差，保证产品的互换性。 2.提高劳动生产率，降低制造成本提高劳动生产率，降低制造成本; 提高劳动生产率，除了采用自动化焊接工艺外，还要提高劳动生产率，除了采用自动化焊接工艺外，还要采用先进的装配工艺，采用机械化和自动化程
10、度高的采用先进的装配工艺，采用机械化和自动化程度高的工装夹具。工装夹具。 3.减轻劳动强度，保障安全生产。减轻劳动强度，保障安全生产。 二二. 焊接工装的分类焊接工装的分类 ： 焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程和要求也各不相同，相应的工艺装备在形式、工作原和要求也各不相同，相应的工艺装备在形式、工作原理及技术要求上也有很大差别。理及技术要求上也有很大差别。 1. 按用途分类按用途分类 (1) 装配用工艺装备装配用工艺装备 这类工装主要任务是按产品图样这类工装主要任务是按产品图样和工艺上的要求，把焊件中各零件或部件的相互位置和工艺上的要求，
11、把焊件中各零件或部件的相互位置准确地固定下来，只进行定位焊，而不完成整个焊接准确地固定下来，只进行定位焊，而不完成整个焊接工作。这类工装通常称为装配定位焊夹具工作。这类工装通常称为装配定位焊夹具,也叫暂焊夹也叫暂焊夹具，它包括各种定位器、压夹器、推拉装置、组合夹具，它包括各种定位器、压夹器、推拉装置、组合夹具和装配胎架。具和装配胎架。 (2) 焊接用工艺装备焊接用工艺装备 这类工装专门用来焊接已点固好这类工装专门用来焊接已点固好的工件。例如，移动焊机的龙门式、悬臂式、可伸缩的工件。例如，移动焊机的龙门式、悬臂式、可伸缩悬臂式、平台式、爬行式等焊接机；移动焊工的升降悬臂式、平台式、爬行式等焊接机
12、；移动焊工的升降台等。台等。 (3) 装配焊接工艺装备装配焊接工艺装备 在这类工装上既能完成整个焊在这类工装上既能完成整个焊件的装配又能完成焊缝的焊接工作。这类工装通常是件的装配又能完成焊缝的焊接工作。这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综合机械化装置，如一些自动化生产线。合机械化装置，如一些自动化生产线。 2. 按应用范围分类按应用范围分类 （1）通用焊接工装）通用焊接工装 指已标准化且有较大适用范围的指已标准化且有较大适用范围的工装。这类工装无需调整或稍加调整，就能适用于不工装。这类工装无需调整或稍加调整，就能适用于不同工
13、件的装配或焊接工作。同工件的装配或焊接工作。 （2）专用焊接工装）专用焊接工装 只适用于某一工件的装配或焊接，只适用于某一工件的装配或焊接，产品变换后，该工装就不再适用。产品变换后，该工装就不再适用。 （3）柔性焊接工装）柔性焊接工装 指用同一工装系统装配焊接在形指用同一工装系统装配焊接在形状与尺寸上有所变化的多种工件。柔性概念没有明确状与尺寸上有所变化的多种工件。柔性概念没有明确的界限，可以是广义的，即工件变化可以在大范围，的界限，可以是广义的，即工件变化可以在大范围，形状完全不同，尺寸变化也很大，如组合夹具；也可形状完全不同，尺寸变化也很大，如组合夹具；也可以是狭义的，工件变化只在小范围，
14、即在相似的形状以是狭义的，工件变化只在小范围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围内，如可调整夹具。和尺寸变动不大的范围内，如可调整夹具。 3. 按动力源分类按动力源分类 可分为手动、气动、液压、电动、磁力、真空等焊可分为手动、气动、液压、电动、磁力、真空等焊接工艺装备。接工艺装备。 4. 按焊接方法分类按焊接方法分类 可分为电弧焊工装、电阻焊工装、钎焊工装、特种可分为电弧焊工装、电阻焊工装、钎焊工装、特种焊工装等。焊工装等。 三三. 焊接工装的特点焊接工装的特点 焊接工装的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构决焊接工装的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构决定的。与机床夹具比较其特点是：定的。与机床夹
15、具比较其特点是： (1) 在焊接工艺装备中在焊接工艺装备中进行装配和焊接的零件有多个，进行装配和焊接的零件有多个，它们的装配和焊接按一定的顺序逐步进行，其定位和它们的装配和焊接按一定的顺序逐步进行，其定位和夹紧也都是分别的单独的或是一批批联动地进行，其夹紧也都是分别的单独的或是一批批联动地进行，其动作次序和功能要与制造工艺过程相符合。动作次序和功能要与制造工艺过程相符合。 (2) 焊件在工装中比焊件在工装中比机加工零件在机床夹具中受有较机加工零件在机床夹具中受有较小的夹持力，而且不同零件、不同部件的夹持力也不小的夹持力，而且不同零件、不同部件的夹持力也不相同。在焊接过程中，当零件因焊接加热而伸
16、长或因相同。在焊接过程中，当零件因焊接加热而伸长或因冷却而缩短时，为了减少或消除焊接变形，要求对某冷却而缩短时，为了减少或消除焊接变形，要求对某些零件给予反变形或作刚性固定。但是，为了减少焊些零件给予反变形或作刚性固定。但是，为了减少焊接应力，又允许某些零件在某一方向是自由的。有些接应力，又允许某些零件在某一方向是自由的。有些零件仅利用定位装置定位即可，而不夹紧。因此，在零件仅利用定位装置定位即可，而不夹紧。因此，在焊接工装中不是对所有的零件都作刚性的固定。焊接工装中不是对所有的零件都作刚性的固定。 (3) 由于工装往往是焊接由于工装往往是焊接电源二次回路的一个部分，电源二次回路的一个部分，有
17、时为了防止焊接电流流过机件而使其烧坏，需要进有时为了防止焊接电流流过机件而使其烧坏，需要进行绝缘。因此绝缘和导电是一个重要而特殊的问题。行绝缘。因此绝缘和导电是一个重要而特殊的问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使焊接接头强度降低。在设计电弧焊用将引起分流，使焊接接头强度降低。在设计电弧焊用的变位机时，如果导电系统设计不当，将会烧坏轴的变位机时，如果导电系统设计不当，将会烧坏轴承。承。 （4） 焊接工装要与焊接方法焊接工装要与焊接方法相适应。例如，用于熔相适应。例如，用于熔化焊的夹具，工作时主要承受焊接应力和夹紧反力
18、以化焊的夹具，工作时主要承受焊接应力和夹紧反力以及焊件的重力；用于压力焊的夹具主要承受顶锻力。及焊件的重力；用于压力焊的夹具主要承受顶锻力。薄板钨极氩弧焊要求在夹具上设置铜垫，埋弧焊可在薄板钨极氩弧焊要求在夹具上设置铜垫，埋弧焊可在夹具上设置焊剂垫；焊接钛合金、锆合金等活性材料，夹具上设置焊剂垫；焊接钛合金、锆合金等活性材料，可以考虑背面充氩气保护；焊接高强钢为防止裂纹需可以考虑背面充氩气保护；焊接高强钢为防止裂纹需要焊前预热或焊后缓冷的，可以考虑在夹具上设置加要焊前预热或焊后缓冷的，可以考虑在夹具上设置加热装置；再如，为了避免直流电弧的磁偏吹现象，焊热装置；再如，为了避免直流电弧的磁偏吹现象
19、，焊缝两侧的压块不用磁性材料制作；真空电子束焊所使缝两侧的压块不用磁性材料制作；真空电子束焊所使用的夹具也要考虑磁性材料对电子束聚焦的影响。用的夹具也要考虑磁性材料对电子束聚焦的影响。 （5） 焊接件为薄板冲压焊接件为薄板冲压件时，其刚性比较差，极易件时，其刚性比较差，极易变形，如果仍然按刚体的六点定位原理，即变形，如果仍然按刚体的六点定位原理，即3-2-1定位，定位，工件就可能因自重或夹紧力的作用，定位部位发生变工件就可能因自重或夹紧力的作用，定位部位发生变形而影响定位精度。此外，薄板焊接主要产生波浪变形而影响定位精度。此外，薄板焊接主要产生波浪变形，为了防止变形，通常采用比较多的辅助定位点
20、和形，为了防止变形，通常采用比较多的辅助定位点和辅助夹紧点以及过多的依赖于冲压件外形定位。因此，辅助夹紧点以及过多的依赖于冲压件外形定位。因此，薄板焊接工装与机床夹具有显著的差别，不仅要满足薄板焊接工装与机床夹具有显著的差别，不仅要满足精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易变形和制造尺寸偏差较大的特征，在第一基面上的定变形和制造尺寸偏差较大的特征，在第一基面上的定位点数目位点数目N允许大于允许大于3，即采用，即采用N-2-1定位原理。定位原理。第一章第一章 工件的定位原理及定位器设计工件的定位原理及定位器设计 第一节工件的定位原理第一节工件
21、的定位原理 一、六点定位原理一、六点定位原理 刚体自由度：刚体自由度： 一个刚体在空间直角坐标系中具有六个一个刚体在空间直角坐标系中具有六个自由度，自由度，p4如图如图1-1所示，沿所示，沿X、Y、Z三个坐标轴的移三个坐标轴的移动自由度和绕动自由度和绕X、Y、Z三个坐标轴的转动自由度。即三个坐标轴的转动自由度。即 分别表示沿分别表示沿X 轴、轴、Y 轴、轴、Z 轴的移动自由度和轴的转轴的移动自由度和轴的转动自由度。当工件的六个自由度未加限制时，它在空动自由度。当工件的六个自由度未加限制时，它在空间的位置是不确定的。要使工件的位置按照一定的要间的位置是不确定的。要使工件的位置按照一定的要求确定下
22、来，就必须将它的某些自由度或全部自由度求确定下来，就必须将它的某些自由度或全部自由度加以限制。所谓工件的定位（加以限制。所谓工件的定位（location），就是指工件），就是指工件在夹具中的位置按照一定的要求确定下来，将必须限在夹具中的位置按照一定的要求确定下来，将必须限制的自由度一一予以限制。制的自由度一一予以限制。 , , ,x y zx y z 及 自由度的消除实例：自由度的消除实例：p4图图12 A面三挡铁：可消除面三挡铁：可消除 B面二挡铁：可消除面二挡铁：可消除 C面一挡铁：可消除面一挡铁：可消除, ,z x y , y z x图图1-1 刚体的六刚体的六个自由度个自由度 图图1-
23、2 工件的六点定位工件的六点定位 工件放在工件放在XOY平台上限制了几个自由度？限制了三个平台上限制了几个自由度？限制了三个自由度。再加一个台阶挡住工件，如图自由度。再加一个台阶挡住工件，如图1-2所示，工件所示，工件与阶梯面与阶梯面A、B紧密接触，则夹具的紧密接触，则夹具的A面限制了工件的面限制了工件的三个自由度，三个自由度，B面限制了和两个自由度。如果在面限制了和两个自由度。如果在XOZ面面上增加一个挡块支承工件，则可限制工件的自由度。上增加一个挡块支承工件，则可限制工件的自由度。这样，工件的六个自由度全部受到限制，使工件在夹这样，工件的六个自由度全部受到限制，使工件在夹具中处于完全确定的
24、位置。具中处于完全确定的位置。 六点定位原理：用六个正确布置的支承点就可完全限六点定位原理：用六个正确布置的支承点就可完全限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有完全确定制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有完全确定的位置，这种用支承点来分析限制工件自由度的方法，的位置，这种用支承点来分析限制工件自由度的方法，称为称为“六点定位原理六点定位原理”（six-point locating principle），），又称又称“六点定位法则六点定位法则” 或或“六点定则六点定则”。由于这六个。由于这六个支承点相当于按支承点相当于按3、2、1的数目分布在三个相互垂直的数目分布在三个相互垂直的直角坐标平面
25、上，因此又称为的直角坐标平面上，因此又称为“3-2-1定位原理定位原理”。 在实际生产中，分析工件在夹具定位元件上定位时，在实际生产中，分析工件在夹具定位元件上定位时，理论上可将夹具定位元件转化为相应的定位支承点，理论上可将夹具定位元件转化为相应的定位支承点，并以此来分析具体定位元件所限制的工件自由度。一并以此来分析具体定位元件所限制的工件自由度。一个大平面相当于三个支承点，图个大平面相当于三个支承点，图1-2中中A面相当于三个面相当于三个支承点，限制了工件的三个自由度；窄长面相当两个支承点，限制了工件的三个自由度；窄长面相当两个支承点，如支承点，如B面上两个支承点，限制了工件两个自由面上两个
26、支承点，限制了工件两个自由度；挡块度；挡块C面相当于一个支承点，限制了工件最后一面相当于一个支承点，限制了工件最后一个自由度。个自由度。 二、六点定位原理的合理应用二、六点定位原理的合理应用 应用六点定位原理分析工件在夹具中的定位问题时，应用六点定位原理分析工件在夹具中的定位问题时，不能认为未夹紧前工件还可以相对定位元件反方向运不能认为未夹紧前工件还可以相对定位元件反方向运动而判断其自由度未被限制。在分析支承点起定位作动而判断其自由度未被限制。在分析支承点起定位作用时，不应考虑力的影响，因为我们说工件在某个方用时，不应考虑力的影响，因为我们说工件在某个方向上的自由度被限制，是指工件在该方向上有
27、了确定向上的自由度被限制，是指工件在该方向上有了确定的位置，并不是指工件在受到使它脱离支承点的外力的位置，并不是指工件在受到使它脱离支承点的外力时也不运动，使工件在外力作用下也不运动的是夹紧时也不运动，使工件在外力作用下也不运动的是夹紧的结果，定位和夹紧是两个概念，不能混淆。的结果，定位和夹紧是两个概念，不能混淆。 1 全定位与准定位全定位与准定位 全定位：工件的六个自由度全部被限制而在夹具全定位：工件的六个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为全定位或中占有完全确定的位置，这种定位方式称为全定位或完全定位。完全定位。 全定位实例：全定位实例：p5图图1-3 准定位：工
28、件在夹具中定位，如果支承点不足六个，准定位：工件在夹具中定位，如果支承点不足六个，但完全限制了按加工要求需要消除的工件自由度数目，但完全限制了按加工要求需要消除的工件自由度数目，这种定位方式称为准定位或不完全定位。这种定位方式称为准定位或不完全定位。 准定位实例：准定位实例：p5图图1-4.限制四个自由度就行了限制四个自由度就行了.图图1-3 T形板的全定位形板的全定位 图图1-4工件的准定工件的准定 位位 2. 过定位与欠定过定位与欠定位位 过定位：过定位： 两个或两个或两个以上定位支承两个以上定位支承点重复限制同一个点重复限制同一个自由度，这种定位自由度，这种定位方式称为重复定位方式称为重
29、复定位或过定位。或过定位。 实例实例1：p5图图1-5 。以以A、B两端面为两端面为定位基准，过定位定位基准，过定位使工件定位精度使工件定位精度 受影响，定位不确受影响，定位不确定或使定位件产生定或使定位件产生变形，一般情况应变形，一般情况应避免。避免。图图1-5 1-5 过定位示例过定位示例 实例实例2：p6图图1-6, 1-7 过定位的优缺点：缺点是使定位不确定或使定位件产过定位的优缺点：缺点是使定位不确定或使定位件产生变形，生变形， 优点是可增强刚度。优点是可增强刚度。 为减小或消除重复定位所造成的不良后果，可采取以为减小或消除重复定位所造成的不良后果，可采取以下措施：下措施： （1）改
30、进定位件的结构，避免重复定位。）改进定位件的结构，避免重复定位。 （2）提高工件定位基准和相应定位工作表面之间的）提高工件定位基准和相应定位工作表面之间的位置精度，以减少干涉引起的不良后果。重复定位虽位置精度，以减少干涉引起的不良后果。重复定位虽然一般应当避免，但在设计工装夹具时，对刚性差的然一般应当避免，但在设计工装夹具时，对刚性差的工件，为了提高工件与定位元件的接触刚度，防止工工件，为了提高工件与定位元件的接触刚度，防止工件变形，常有意识地采用重复定位，同时采取相应的件变形，常有意识地采用重复定位，同时采取相应的工艺措施工艺措施. 欠定位：工件实际限制的自由度数少于该工序加工要欠定位：工件
31、实际限制的自由度数少于该工序加工要求所必须限制的自由度数。求所必须限制的自由度数。 三三 N-2-1定位原理定位原理 产生原因：对汽车车身这类薄板冲压件，定位夹具产生原因：对汽车车身这类薄板冲压件，定位夹具除了具备限制刚体运动外，还必须能够限制过多的工除了具备限制刚体运动外，还必须能够限制过多的工件变形，六点定则不能满足这要求。件变形，六点定则不能满足这要求。 N-2-1定位原理：是定位原理：是cai.w等人采用变分法，结合等人采用变分法，结合3-2-1定位原理针对薄板零件提出的。内容如下定位原理针对薄板零件提出的。内容如下 （1）第一基准面上所需的定位点数为）第一基准面上所需的定位点数为N（
32、N3） （2）第二、三基准面所需的定位点为）第二、三基准面所需的定位点为2个和个和1个，第个，第二基准面的二个定位点布置在较长的边上。二基准面的二个定位点布置在较长的边上。 （3）禁止在正反两侧同时设置定位点，易产生挠度）禁止在正反两侧同时设置定位点，易产生挠度和潜在的不稳定。和潜在的不稳定。 N-2-1定位原理的发展：定位原理的发展： “N”定位点的确定：上海交大利用有限元分析和非定位点的确定：上海交大利用有限元分析和非线性规划。线性规划。 定位原则：采用定位销与支承钉相辅。定位原则：采用定位销与支承钉相辅。第二节定位方法及定位器第二节定位方法及定位器 一、关于基准的概念一、关于基准的概念
33、基准：基准又叫基准面（基准：基准又叫基准面（datum），它是一些点、），它是一些点、线、面的组合，用它们来决定同一零件的另外一些点、线、面的组合，用它们来决定同一零件的另外一些点、线、面的位置或者其他零件的位置线、面的位置或者其他零件的位置。可分为可分为 (1) 设计基准设计基准 设计图样上所采用的基准，它是以决设计图样上所采用的基准，它是以决定零件在整个结构或部件中相对位置的点、线、面的定零件在整个结构或部件中相对位置的点、线、面的总称。总称。 (2) 工艺基准工艺基准 在工艺过程中采用的基准，它是加工在工艺过程中采用的基准，它是加工装配过程中用来进行定位、安装零件位置的点、线、装配过程中
34、用来进行定位、安装零件位置的点、线、面。面。 工艺基准又可分为工序基准、定位基准、装配基准工艺基准又可分为工序基准、定位基准、装配基准和测量基准。和测量基准。 工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。后的尺寸、形状和位置的基准。 定位基准：零件在夹具中定位时所依据的点、线、面。定位基准：零件在夹具中定位时所依据的点、线、面。 图图12中：中： 平面平面A与工件的接触面最大，消除三个自由度，称第与工件的接触面最大，消除三个自由度，称第一定位基准；一定位基准； 平面平面B消除二个自由度，称第二定位基准；消除二个自由度，
35、称第二定位基准； 平面平面C消除一个自由度，称第三定位基准；消除一个自由度，称第三定位基准； 装配基准：它在夹具中决定各零件相对位置的点、线、装配基准：它在夹具中决定各零件相对位置的点、线、面。面。P8图图1-8 测量基准：在加工装配过程中用以检查零件位置或工测量基准：在加工装配过程中用以检查零件位置或工艺尺寸所依据的点、线、面。艺尺寸所依据的点、线、面。 实践中：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定实践中：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与定位器的工件表面接触或配合来实现的。在位基准与定位器的工件表面接触或配合来实现的。在设计夹具时首先应根据工件的形状选择合理的基准，设计夹具时首先
36、应根据工件的形状选择合理的基准，尽量选用零件粗糙度适宜的面作为基准，工件上被选尽量选用零件粗糙度适宜的面作为基准，工件上被选作定位基准的表面常有平面、外圆柱面、圆孔、圆锥作定位基准的表面常有平面、外圆柱面、圆孔、圆锥面、型面等，定位方法和定位器的具体结构应与之相面、型面等，定位方法和定位器的具体结构应与之相适应。适应。 同时又要使一个基准具有多种用途以减少基准的同时又要使一个基准具有多种用途以减少基准的数量，从而简化夹具的机构，因此在选择基准时常常数量，从而简化夹具的机构，因此在选择基准时常常将设计基准作为定位、装配和测量基准，即遵循基准将设计基准作为定位、装配和测量基准，即遵循基准重合原则。
37、重合原则。 二、工件以平面定位二、工件以平面定位 工件以平面作为定位基准，是生产中常见的定位方工件以平面作为定位基准，是生产中常见的定位方式之一，常用的定位器有挡块、支承钉、支承板等。式之一，常用的定位器有挡块、支承钉、支承板等。 1. 挡块挡块 挡块分受力挡块和不受力挡块两种。受力挡块承受工挡块分受力挡块和不受力挡块两种。受力挡块承受工件的部分重力或夹紧力，以及焊接应力等，设计时可件的部分重力或夹紧力，以及焊接应力等，设计时可按零件的厚度加固，挡块与工件接触线的长度应大于按零件的厚度加固，挡块与工件接触线的长度应大于被定件零件厚度的被定件零件厚度的1倍，其高度则不应低于被定件零倍，其高度则不
38、应低于被定件零件截面的重心线。件截面的重心线。 挡块的各种形式：挡块的各种形式：p9图图1-9固定挡块固定挡块 可拆挡块可拆挡块 固定的螺栓固定的螺栓挡块挡块 铰接式可退出挡块铰接式可退出挡块 永磁材料及软钢制成的定永磁材料及软钢制成的定位挡块：下图是用永磁材位挡块：下图是用永磁材料及软钢制成的定位挡块，料及软钢制成的定位挡块，可装配铁磁性金属材料的可装配铁磁性金属材料的焊接件，特别适用于中、焊接件，特别适用于中、小型的板材及管材的装配。小型的板材及管材的装配。p9图图1-10直角用永磁定位直角用永磁定位挡块挡块 多用永磁定位挡块多用永磁定位挡块 应用示例应用示例 2. 支承钉和支承板支承钉和
39、支承板 固定支承钉：固定支承钉：p10图图1-11下图为三种固定支承钉下图为三种固定支承钉（GB/T2226），其中），其中A型为平头，多用于定位基准光型为平头，多用于定位基准光滑的工件；滑的工件；B型为圆头，用于未经机械加工的平面定型为圆头，用于未经机械加工的平面定位；位；C型为花纹头，多用于未加工的零件侧面定位。型为花纹头，多用于未加工的零件侧面定位。 A型型 B型型 C型型 支承板：支承板：p10图图1-11 ,下图为支承板（下图为支承板（GB/T2236），多），多用于已经机械加工的平面定位，用于已经机械加工的平面定位，A型用于侧面或顶面型用于侧面或顶面定位，定位，B型带有斜槽，便于清
40、理积屑和脏物，宜作底型带有斜槽，便于清理积屑和脏物，宜作底面定位。面定位。 A型型B型型 可调支承：可调支承：p10图图1-12,下图为可调支承，适用于毛坯下图为可调支承，适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。也分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。也可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。图前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。图 (a)的结构用的结构用于中、小型工件，图于中、小型工件，图 (b)(
41、c)的结构用于重型工件。的结构用于重型工件。 自动调节支承：自动调节支承：p10图图1-13下图为自动调节支承，未装下图为自动调节支承，未装入工件前，支承栓在弹簧作用下入工件前，支承栓在弹簧作用下,其高度总是高于基本其高度总是高于基本支承。当工件在基本支承上定位时支承。当工件在基本支承上定位时,支承柱被压下，并支承柱被压下，并在弹簧力作用下始终与工件保持接触在弹簧力作用下始终与工件保持接触,然后锁紧，即可然后锁紧，即可相当于刚性支承。每次新装入工件前，应将锁紧销松相当于刚性支承。每次新装入工件前，应将锁紧销松开，以免破坏定位。开，以免破坏定位。 图图1-13 1-13 自动调节支承自动调节支承
42、三、工件以圆孔定位三、工件以圆孔定位 常用的定位器有定位销、定位插销和衬套式定位器。常用的定位器有定位销、定位插销和衬套式定位器。 1 .定位销定位销 标准化定位销：标准化定位销：p11图图1-14,下图所示定位销均已标准化，下图所示定位销均已标准化，主要用于直径在主要用于直径在50 mm以下的中小孔定位，每种定位销有以下的中小孔定位，每种定位销有圆柱销和削边销两种形式，根据定位销与定位孔配合的长圆柱销和削边销两种形式，根据定位销与定位孔配合的长径比和配合长度与总体尺寸的关系等，圆柱销可限制工件径比和配合长度与总体尺寸的关系等，圆柱销可限制工件的两个或四个自由度，削边销可限制工作的一个或两个自
43、的两个或四个自由度，削边销可限制工作的一个或两个自由度。由度。 非标准定位销：如果结构上有特殊要求，或尺寸超过非标准定位销：如果结构上有特殊要求，或尺寸超过标准定位销，可根据需要设计非标准定位销。下图标准定位销，可根据需要设计非标准定位销。下图(a)为削边锥销，用于未加工过的孔定位，图为削边锥销，用于未加工过的孔定位，图(b)为普通圆为普通圆锥销，用于精基准定位。工件以单个圆锥定位时容易锥销，用于精基准定位。工件以单个圆锥定位时容易倾斜，故应和其他定位元件组合定位。倾斜，故应和其他定位元件组合定位。 2. 衬套式定位器衬套式定位器 P11图图1-16下图所示为衬套式定位器，将衬套分为下图所示为
44、衬套式定位器，将衬套分为上、下两部分，下半部分固定在夹具体上、下两部分，下半部分固定在夹具体(旋转轴旋转轴)上，上，上半部分制成活动式，向上撑开时可以顶紧和定位工上半部分制成活动式，向上撑开时可以顶紧和定位工件，适用于薄壁圆筒环缝焊接。件，适用于薄壁圆筒环缝焊接。 3. 定位插销定位插销 p12图图1-17 定位插销可以设计成各式各样的手柄，便于拔插，定位插销可以设计成各式各样的手柄，便于拔插，插销顶端插销顶端15倒角，插销定位部分也可以制成削边销，倒角，插销定位部分也可以制成削边销，减少接触面积，下图是定位插销应用实例。减少接触面积，下图是定位插销应用实例。 四、工件以外圆柱面定位四、工件以
45、外圆柱面定位 工件以外圆柱面作为定位基准，也是生产中常见的工件以外圆柱面作为定位基准，也是生产中常见的定位方式之一，常用的定位器有定位方式之一，常用的定位器有V形块、定位套和半形块、定位套和半圆孔定位器。圆孔定位器。 1. V形块形块 V形块作为定位元件，不仅安装工件方便，而且定形块作为定位元件，不仅安装工件方便，而且定位对中性好，广泛应用于管子、轴和小直径圆筒节等位对中性好，广泛应用于管子、轴和小直径圆筒节等圆柱形零件的安装定位。圆柱形零件的安装定位。 标准标准V形块：形块：p12图图1-18 V形块在夹具体上调整好位置后用螺钉紧固并配作形块在夹具体上调整好位置后用螺钉紧固并配作两个销孔，用
46、两个定位销确定位置。两个销孔，用两个定位销确定位置。V形块两个定位形块两个定位面的夹角面的夹角 有有60、90 和和120 三种。以三种。以90 应用最为应用最为广泛，因为它在保证定位稳定性和减少夹具的外形尺广泛，因为它在保证定位稳定性和减少夹具的外形尺寸方面比寸方面比60 和和120 的都好。标准的都好。标准V形块是根据工件形块是根据工件定位面外圆直径来选取。定位面外圆直径来选取。 非标准非标准V形块：形块：p12表表1-1.由由 N K来计算来计算T 间断型间断型V形块：形块：p13图图1-19，下图为间断型，下图为间断型V形块，用形块，用于基准面长度较大的工件。如果两段基准面相距较远，于
47、基准面长度较大的工件。如果两段基准面相距较远，也可以采用两个短也可以采用两个短V形块组装的结构，如图形块组装的结构，如图 (c)。大型。大型的的V形块，其基体可以和夹具本体铸在一起，工作表形块，其基体可以和夹具本体铸在一起，工作表面镶上淬硬支承板，如图面镶上淬硬支承板，如图 (d)。用于粗糙的基准面时，。用于粗糙的基准面时，工作表面长度要小些，如图工作表面长度要小些，如图(a)所示，一般为所示，一般为25 mm。中小型的中小型的V形块常用形块常用20钢制成，渗碳淬火后硬度达钢制成，渗碳淬火后硬度达5560HRC，或用，或用45钢直接淬火到钢直接淬火到4045HRC。 a b c d 可调节的可
48、调节的V形铁：形铁：p13图图1-10当零件的直径当零件的直径不定时，最好采用可不定时，最好采用可调节的调节的V形铁，如下形铁，如下图所示，它由底座图所示，它由底座1、左右夹板左右夹板2和和3、调节、调节螺杆螺杆4、滑动轴承、滑动轴承5及及止动螺钉止动螺钉6组成。使用组成。使用时调节反向双头螺杆时调节反向双头螺杆4，即可调节两块即可调节两块V形铁形铁的间距，因而适应不的间距，因而适应不同直径的工件定位，同直径的工件定位，通用性好。工件需转通用性好。工件需转动时，动时，V形块的二斜形块的二斜面可用面可用 两个滚轮或长两个滚轮或长辊轴代替：辊轴代替：p5图图1-4（b）1底座；底座；2、3夹板；夹
49、板；4调节螺丝；调节螺丝；5滑动轴滑动轴承；承；6止动螺丝止动螺丝 2. 定位套和半圆孔定位器定位套和半圆孔定位器 定位套和半圆孔定位器都是以圆孔定位。图定位套和半圆孔定位器都是以圆孔定位。图(a)用于工用于工件以端面为主要定位基准时，短定位套孔只限制工件件以端面为主要定位基准时，短定位套孔只限制工件的两个移动自由度。图的两个移动自由度。图(b)中工件以外圆柱表面为主要中工件以外圆柱表面为主要定位基准，长定位孔限制了工件四个自由度。定位基准，长定位孔限制了工件四个自由度。 图图(c)所示为半圆孔定位器，上半圆起夹紧作用，下半圆孔所示为半圆孔定位器，上半圆起夹紧作用，下半圆孔起定位作用，下半圆孔
50、的最小直径应取工件定位基准起定位作用，下半圆孔的最小直径应取工件定位基准外圆的最大直径。外圆的最大直径。 定位套：定位套：p14图图1-21a，b（将工件套在里面）（将工件套在里面） 定位孔：定位孔：p14图图1-21c a b c 五、组合表面定位五、组合表面定位 定义：定义： 以工件上两个或两个以上表面作为定位基准以工件上两个或两个以上表面作为定位基准时，称为组合表面定位。时，称为组合表面定位。 采用组合表面定位时，如果各定位基准之间无紧密尺采用组合表面定位时，如果各定位基准之间无紧密尺寸联系寸联系(即没有尺寸精度要求即没有尺寸精度要求)时时, 即把各种单一几何表面的典型定位方式直接予以组
