焊接工装夹具设计步骤简介

设计焊接工装夹具时，要了解产品功能需求及实际使用工况，同时要准备设计工装夹具所需要的资料，包括零件设计图样和技术要求、工艺规程及工艺图、有关加工设备等资料。零件的基本结构、尺寸精度、形位公差等技术要求是设计必不可少的部分，还要根据零件的关键和重要尺寸（必须要保证的尺寸），确定工装夹具的设计方案。重要的工装夹具的设计方案，还需要进行充分的讨论和修改后再确定。这样，才能保证此工装设计方案能够适应生产的要求。焊接工装夹具设计的一般步骤如图4.34所示。

图4.34　焊接工装夹具设计一般步骤

1.功能需求分析

在焊接生产中，焊接所需要的工时较少，大部分时间主要用于备料、装配及其他辅助的工作，由此可见焊前准备尤为重要。如前文所述，合适的焊接工装有助于减少装配等辅助工作时间，提高生产率，因此在设计焊接工装夹具时，首先应分析焊接工装夹具功能，焊接工装夹具的功能分析主要包括以下几个方面：

（1）确定焊接工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外，还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有通盘考虑，才能制订出最佳的设计方案。

（2）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。其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。

（3）装、焊工艺对夹具的要求。例如，与装配工艺有关的定位基面、装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫，电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊，电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。

（4）装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。这往往与下述因素有关：在装、焊夹具上，焊件的所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。从装配夹具上取下由装配点定好位的部件时，是否会破坏各零件的相互位置。若部件刚性不好，则会发生整体变形，甚至定位焊点发生开裂，使已装配好的零件发生位置变化；装配时不需要使焊件翻转变位，而在焊接时，则需要使焊件翻转变位，这样，若采用装、焊夹具方案，是否会使夹具结构复杂化。装配夹具，其定位器和夹紧机构较多，若用于焊接，是否影响焊接机头的焊接可达性。焊接夹具，为了防止焊件变形，虽具有较大的刚度和强度，但用于装配时，能否承受装配时的锤击力。装、焊作业若在同一夹具上完成，能否合理地组织装配工人、焊接工人相互协调作业。车间的作业面积和起重运输设备的负荷能力是否允许装配和焊接作业分别在各自的夹具上进行。

（5）焊件的产量。例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。在中小批量生产中，夹具主要以保证装、焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单、适应性广的通用夹具，使结构方案与焊件的产量相匹配。

（6）结合实际分析。结合单位生产需要，尽量设计能够满足产品生产机械化、自动化的焊接工装夹具，代替手工装配零件时的定位、夹紧及工件翻转等工作。结合产品需要，确保产品处于最佳的施焊部位，保证足够的装焊空间、焊枪的可达性及焊接操作的灵活性，从而保证焊缝的成型。所设计的夹具具有良好的工艺性，便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计前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。

此外，由于焊接工装夹具在实际生产中要承受多种力的作用，设计时需要考虑工装夹具应具备足够的强度和刚度。要确保夹紧的可靠性，不能在焊接过程中出现工件松动的现象。夹紧力大小适中，夹紧力不合适容易破坏工件的定位位置、造成工件松动滑移、产生约束应力，从而不能保证产品尺寸、形状符合产品图样要求等。

2.详细设计方案

根据上述功能分析及资料，结合现场生产实际，即可着手拟定工装的设计方案。此时可用草图的形式多绘几种不同的结构类型，然后在听取各方面意见的基础上，进行分析比较，完成结构草图设计。通常完成一个工装夹具设计需要以下基本步骤：

（1）方案构思。

夹具的机械化、自动化程度，是专用还是通用；实现某种功能拟采用的原理和相应的机构，如定位与夹紧的方式和机构、焊件的翻转或回转，焊接机头的平移或升降等动作，应选择何种传动方式和何种动力源；工装的基本构成和总体布局，夹具体和主要零部件的基本结构形式；主机或主要机构的基本参数和技术性能的初步确定，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。

（2）绘制工装夹具结构草图。

工装结构草图的绘制过程可按以下步骤进行：布置图面，画出工件位置，选择适当的比例，尽量用1∶1比例，使图形的直观性好，工件过大时可用1∶2或1∶5比例，工件过小时用2∶1比例。在图纸上用双点画线绘出工件的外形轮廓线，视工件为透明体，不影响各夹具元件的绘制。主视图一般选取面对操作者的工作位置，设计定位元件。根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上，与工件的定位基准形状和精度相适应。将夹紧装置的具体结构绘在相应的视图上，表示出工件处于夹紧状态，进行传动装置、夹具体和连接件等的绘制，形成一张完整的工装结构草图。

（3）进行必要分析计算。(www.xing528.com)

在结构草图设计过程中，要进行必要的分析计算，如几何关系计算、定位误差分析、夹紧力的估算、传动计算、受力元件的强度与刚度计算等。

（4）绘制总装配图。

草图绘制后，须经审查修改后才绘制正式总装配图。总图的绘制过程与上述草图绘制过程基本相同。只是要求图面大小、比例、视图布置、各类线条粗细等均要严格符合国家制图标准的要求。总装配图中除应将结构表示清楚外，还应反映以下几方面的内容：

① 标注有关尺寸、公差及配合。

② 制订工装的技术条件。

技术条件主要是指对工件加工要求有直接影响的位置精度要求，或在视图上无法表达的有关装配、检验、调整、维护、润滑等方面的要求。夹具的各项技术条件，一般按《互换性原理与技术测量》中规定的符号标注于视图中的相关位置或用文字说明表示在图中空白处的适当位置。

③ 标注零件编号及编制零件明细表。

在标注零件编号时，标准件可直接标出国家标准号。明细表要注明工装名称、编号、序号，零件名称和材料、数量等。

（5）绘制工装零件图。

在此步骤中，主要绘制工装中非标准零件的工作图。每个零件必须单独绘制在一张标准图纸上，尽量用1∶1比例，按国家制图标准绘制。零件图的名称和编号要与总装图一致，零件图中的尺寸、公差及技术要求应符合总装图的要求。

（6）编写设计说明书。

3.资料整理

在设计完成后需要进行相关资料整理，以确保设计的夹具符合行业标准，同时不出现夹具设计原则性、装配困难等问题。资料整理工作包括但不限于以下：

（1）进一步按照行业技术规范、技术标准、夹具零部件标准（国家标准、行业标准、企业标准），典型结构图册和夹具设计手册等的要求，核对所设计工装夹具是否符合规范。

（2）产品的图样、焊接组件图及技术要求。

（3）产品的装配和焊接工艺文件。

（4）核对工装设计任务书中指标是否全部实现。

（5）撰写使用说明书。