焊接工装夹具精度对焊接结构制造精度的影响

焊接工装夹具的精度与焊件的结构形式、使用工况、夹具体的刚度、夹具体制造精度以及焊接机械化、自动化程度有关。

（1）焊件由于结构形式和使用工况的不同，对制造精度的要求差别很大。如金属构件（梁、柱、桥架等）和容器类的焊接结构，由于结构形式比较单一，制造质量主要决定于焊缝质量，对形状精度、位置精度、尺寸精度的要求不是很严。而且，这类结构多是单件生产，零件间的装配关系也比较简单，许多零件在装、焊时，只是通过打磨、切割、配钻、铰孔、局部矫形和校正，依照零件间的相互位置关系，“对号入座”进行装配、定位焊，最后进行焊接。所用的夹紧机构多是出力较大的机构，如螺旋夹紧机构、气动和液压夹紧机构等，以保证被组对的零件在焊接时不发生位置变化和形状变化。由于零件的定位多是根据零件之间给定的位置关系，依靠零件本身的端面、棱边、坡口来相互定位，若使用定位器定位，也多以挡铁、样板、工作平台（主要起夹具体的作用，兼作定位器）为主。因此，这类焊接结构的制造精度，在很大程度上取决于各组对零件下料时的尺寸精度和形状精度。我国已颁布了焊缝坡口形式和尺寸的国家标准GB/T 985.2—2008《埋弧焊的推荐坡口》，同时还颁布了JB/T 10045.3—1999《热切割气割质量和尺寸偏差》的行业标准，零件下料时执行上述标准，是保证该类结构尺寸和形状精度的关键。另外，定位器的制造安装精度要与零件的下料精度相匹配，如果下料精度很低，定位器的精度再高也是没有意义的。

（2）夹具体的刚度对焊接结构的形位精度也会带来较大影响。因为焊接时，结构的变形在所难免，如果夹具体的刚度足够，夹紧力足够，则结构的焊接变形可限定在弹性恢复的范围内，否则，将会带来较大的残余变形。但是，对夹具体的结构刚度进行计算是很困难的，特别是结构比较复杂的夹具体。简化计算得出的刚度值往往和实际相差很大，所以工程上常用类比法、经验法、验算法来设计夹具体。(www.xing528.com)

对于作为夹具体的装焊平台，建议采用铸钢或铸铁结构，因为这种铸造结构从受力后直至被破坏前，变形很小，而且比较经济。对于焊接机器零件（焊接齿轮、焊接轴类等传动机器零件；焊接箱体、焊接床身、焊接机座等机器承重结构）的制造精度，要比前述焊接构件的制造精度高。但是，这种结构的焊后尺寸，不都是最终的使用尺寸，其上的配合面、配合孔等安装其他零部件的部位，要通过机械加工得到最终尺寸。所以这种结构装焊时，一方面要控制整体变形，一方面要给各加工部位留有加工余量。焊接工装夹具在此所起的作用，一是将整体变形尽量限制在弹性恢复的范围内，若夹具夹紧可靠，夹具体刚度足够，则弹性恢复所形成的残余变形相对很小，可限定在工程允许的范围以内；二是控制加工余量不要留得太多，以免造成材料、加工工时、能源等的浪费。加工余量的大小，与结构形状、焊缝布置、坡口形式、焊缝长度、焊接热输入、焊接方法、焊接次序、是否采用反变形等影响焊接变形的各因素有关。另外，也与是否使用工装夹具以及它的制造安装精度有关。在此诸多因素中，就焊接工装夹具的精度要求而言，由于夹具的使用对象是焊接机器零件，焊前各坯件结合处，一般都进行过机械加工，不仅尺寸较规矩，偏差较小，而且加工处的表面粗糙度也比热切割的要小。因此，夹具在保证夹紧力和夹具体刚度的前提下，控制好定位器的制造精度和安装精度就特别重要。这也是此类结构要求的夹具精度高于金属构件夹具精度的原因。此类夹具虽然精度较高，但是除了精密器件用的焊接夹具外，在精度上仍低于冷加工用的夹具。这是因为在此类夹具上焊成的结构，还要进行机械加工，对于机加工的成品，只不过是一个“焊接毛坯”，也就是说，此类夹具的精度仅与“焊接毛坯”的精度有关。因此要切记不能以焊件的净尺寸（设计尺寸）来设计焊接工装夹具，夹具的制造精度和安装精度要根据焊接毛坯的精度来定，一般要高出焊接毛坯精度一个等级。

（3）焊接工装夹具的精度还和焊接机械化、自动化程度有关。总的来讲，用于手工焊接作业的夹具精度，低于机械化焊接作业的夹具精度，而后者又低于自动化焊接作业的夹具精度。例如，以埋弧焊为例，其焊件的尺寸精度、装配精度以及所使用夹具的精度，均低于焊接机器人，特别是弧焊机器人所要求的精度。再如，在先进工业国家中，为了大规模提高汽车生产的效率和整车质量的稳定性，在车体制造中广泛采用了焊接机器人，并要求汽车车体的综合误差控制在±2 mm以内（日本为±1 mm）。汽车车体是用点焊机器人拼装成的薄板冲焊结构，焊前零件极易变形，又有一定弹性。因此，在设计制造此类装焊夹具时，不仅要求夹具本身的制造、装配精度要高，而且还要考虑到焊前、焊后零件变形的影响。只有这样，才适应自动化机器人点焊的需要和车体形状尺寸精度的要求。