Основы проектирования сборочно-сварочных приспособлений
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Я.В. Лямин
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2012
УДК 621.791.03-043.61(075.8) Л97
Рецензенты:
канд. техн. наук, проф. Э.В. Лазарсон (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
канд. воен. наук Д.М. Цимберов (Пермский военный институт внутренних войск
МВД России)
Лямин, Я.В.
Л97 Основы проектирования сборочно-сварочных приспособлений : учеб. пособие. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 148 с.
ISBN 978-5-398-00962-0
Рассмотрены типы, назначение и классификация приспособлений сварочного производства и этапы их проектирования. Особое внимание уделено вопросам теории базирования, практическим способам и особенностям базирования деталей в конструкции, разработке схем компоновки приспособлений.
Изложена методика расчета различного типа зажимных устройств, силовых приводов, корпусов приспособлений. Представлены конструктивные схемы зажимных устройств и силовых приводов, широко применяемых в приспособлениях, и формулы для их расчета.
Для студентов направления 150400.62 – «Технологические машины и оборудование», профиля – «Технологии сварочного производства» дневной и заочной форм обучения.
УДК 621.791.03-043.61(075.8)
ISBN 978-5-398-00962-0 |
© ПНИПУ, 2012 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение....................................................................................................... |
6 |
Глава 1. Классификация приспособлений и типы сборочных |
|
устройств сварочного производства.............................................. |
8 |
1.1. Классификация приспособлений.................................................. |
8 |
1.2. Типы сборочных устройств......................................................... |
10 |
Глава 2. Этапы проектирования сборочных, |
|
сборочно-сварочных приспособлений ......................................... |
13 |
2.1. Техническое задание.................................................................... |
13 |
2.2. Эскизный и технический проект ................................................ |
16 |
Контрольные вопросы к главам 1 и 2................................................ |
18 |
Глава 3. Основы базирования................................................................... |
20 |
3.1. Общие сведения о базировании.................................................. |
20 |
3.2. Базы. Комплект баз...................................................................... |
21 |
3.3. Классификация баз....................................................................... |
24 |
3.4. Погрешность базирования. Определенность |
|
и неопределенность базирования............................................... |
31 |
Контрольные вопросы к главе 3 ........................................................ |
35 |
Глава 4. Типовые схемы и способы базирования деталей |
|
в конструкции и приспособлении................................................. |
37 |
4.1. Типовые схемы базирования деталей в конструкции. |
|
Рекомендации по их разработке................................................. |
37 |
4.1.1. Схема базирования деталей в рамной конструкции....... |
38 |
4.1.2. Схема базирования деталей в осесимметричной |
|
конструкции ....................................................................... |
40 |
4.1.3. Схема базирования трубной конструкции |
|
типа тройника с фланцами................................................ |
41 |
4.2. Способы базирования деталей в приспособлении.................... |
43 |
4.2.1. Базирование деталей с плоскими базовыми |
|
поверхностями ................................................................... |
43 |
|
3 |
4.2.2. Базирование цилиндрических, конических деталей....... |
45 |
Контрольные вопросы к главе 4 ........................................................ |
55 |
Глава 5. Разработка принципиальной схемы и компоновка |
|
приспособления.............................................................................. |
56 |
5.1. Разработка принципальной схемы приспособления................. |
56 |
5.2. Схема сборочного приспособления для рамы........................... |
59 |
5.3. Схема сборочного приспособления |
|
для трубной конструкции............................................................ |
60 |
5.4. Компоновка приспособления...................................................... |
62 |
Контрольные вопросы к главе 5 ........................................................ |
65 |
Глава 6. Основы методики определения усилий зажима деталей |
|
при сборке и сварке конструкций................................................ |
66 |
6.1. Определение усилий зажима деталей |
|
при сборке конструкции.............................................................. |
66 |
6.2. Определение перемещений и деформаций в зоне сварных |
|
соединений при сварке................................................................ |
68 |
6.3. Определение усилий в сборочно-сварочном |
|
приспособлении при сварке конструкций................................. |
77 |
6.3.1. Определение усилий, уменьшающих потерю |
|
устойчивости листовых конструкций |
|
от продольного укорочения.............................................. |
77 |
6.3.2. Определение усилий, уменьшающих угловую |
|
деформацию листовых конструкций от |
|
поперечного укорочения................................................... |
79 |
6.3.3. Определение зажимных усилий, уменьшающих |
|
угловую деформацию при сварке кольцевых швов |
|
цилиндрических оболочек ................................................ |
80 |
6.3.4. Определение зажимных усилий, уменьшающих |
|
деформацию при сварке балочных конструкций............ |
82 |
Контрольные вопросы к главе 6 ........................................................ |
84 |
Глава 7. Зажимные устройства приспособлений.................................... |
86 |
7.1. Винтовые зажимы........................................................................ |
86 |
7.2. Эксцентриковые зажимы............................................................. |
89 |
4 |
|
7.3. Клиновые зажимы........................................................................ |
91 |
7.4. Рычажные зажимы....................................................................... |
93 |
7.5. Комбинированные зажимы......................................................... |
94 |
7.6. Центрирующие зажимы............................................................. |
100 |
Контрольные вопросы к главе 7 ...................................................... |
104 |
Глава 8. Силовые приводы зажимных устройств................................. |
105 |
8.1. Пневматические приводы ......................................................... |
105 |
8.2. Электромагнитные зажимные устройства............................... |
118 |
8.3. Вакуумные зажимные устройства............................................ |
122 |
Контрольные вопросы к главе 8 ...................................................... |
123 |
Глава 9. Корпуса приспособлений и вспомогательные элементы ..... |
125 |
9.1. Расчет верхней балки на прочность......................................... |
129 |
9.2. Расчет верхней балки на жесткость.......................................... |
130 |
9.3. Расчет нижнейопорнойбалки напрочностьижесткость......... |
133 |
9.4. Вспомогательные устройства и элементы............................... |
134 |
Контрольные вопросы к главе 9 ...................................................... |
138 |
Глава 10. Экономическая эффективность применения |
|
приспособлений............................................................................ |
139 |
Контрольные вопросы к главе 10 .................................................... |
141 |
Список литературы.................................................................................. |
142 |
Приложение 1. Лабораторная работа № 1 «Разработка эскизного |
|
проекта сборочно-сварочного приспособления» ........ |
144 |
Приложение 2. Лабораторная работа № 2 «Выбор и расчет |
|
зажимных элементов и силовых приводов |
|
приспособления»............................................................ |
146 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшие задачи сварочного производства связаны с обеспечением требуемых показателей качества сварных соединений
иизделий, повышением эффективности производства, улучшением условий труда. Успешное решение этих задач обеспечивается внедрением в производство новых технологий, процессов
ив особенности комплексной механизации или автоматизации каждой стадии производства сварной конструкции на основе использования качественно новых машин и механического оборудования.
Сварочное производство, являясь комплексным производством, включает в себя основные и вспомогательные операции по изготовлению сварных деталей, узлов и конструкций. К основным операциям относятся: сборка, сварка, правка, отделка
иряд других.
Следовательно, для изготовления сварных деталей, узлов и конструкций высокого качества прежде всего требуется высокая точность сборки деталей под сварку. При сборке под сварку все детали сборочной единицы должны занимать относительно друг друга определенное положение с точностью в пределах допусков, установленных чертежом на готовую продукцию. Требуемая точность сборки может быть обеспечена лишь использованием сборочного приспособления.
При выполнении сварки собранного изделия возможно, а в ряде случаев необходимо применение сварочного приспособления, позволяющего уменьшить (или исключить) деформирование деталей и всего изделия; повысить качество швов из-за отсутствия прихваток; установить изделие в удобное для сварки положение; расширить технологические возможности сварочного оборудования; повысить механизацию (или автоматизацию) и производительность процесса сварки.
6
Впрактике сварочного производства наряду с однооперационными (сборочными, сварочными) используются комбинированные приспособления – сборочно-сварочные, сочетающие
всебе функциональные назначения первых и вторых. Однако не всякая конструкция изделия или условия ее сборки позволяют использовать комбинированное приспособление. При комплексной механизации сборочных и сварочных операций наиболее предпочтительно использовать сборочно-сварочные приспособления, поскольку совмещение в одном устройстве двух операций позволяет существенно повысить локальный уровень комплексной механизации выполняемых работ.
Вданном пособии рассмотрены в основном вопросы проектирования и расчета сборочно-сварочных приспособлений, поскольку решение задач по проектированию этого типа приспособлений имеет общий характер и может использоваться при проектировании менее сложных устройств – сборочных приспособлений.
7
ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ И ТИПЫ СБОРОЧНЫХ УСТРОЙСТВ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Классификация приспособлений
Под приспособлениями сварочного производства понимают дополнительные технологические устройства к оборудованию, используемые для выполнения операций сборки под сварку, сварки, термической резки, пайки, наплавки, устранения или уменьшения деформаций и напряжений, а также для контроля. В комплексно-механизированном сварочном производстве широко применяются загрузочные, разгрузочные, подъемнотранспортные и комбинированные приспособления, чалочные устройства, типовая и специализированная тара, различный инструмент.
Одни приспособления не входят в состав технологического оборудования и используются самостоятельно, другие становятся частью оборудования комплексно-механизированных рабочих мест, участков, линий, цехов по производству сварных изделий. Автоматизация сварочного производства также немыслима без разработки и использования специальных приспособлений, механизмов и агрегатов.
Применение приспособлений позволяет уменьшить трудоемкость работ; повысить производительность труда, сократить длительность производственного цикла, улучшить условия труда, повысить качество продукции, расширить технологические возможности сварочного оборудования, способствует повышению комплексной механизации и автоматизации производства и монтажа сварных изделий.
Приспособления классифицируются по нескольким признакам (рис. 1.1):
8
|
|
|
|
Приспособлениясварочного производства |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разметочные |
|
|
|
|
|
|
|
По виду |
|
|
|
Стационарные |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Для термической резки |
|
|
|
|
|
|
|
установки |
|
|
|
|
Передвижные |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длясборки подсварку |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переносные |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сварочные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Комбинированные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ручные |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Для поворота |
|
|
|
|
По |
|
По степени |
|
|
|
Механизированные |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
механизации |
|
|
Полуавтоматические |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Для перемещения |
|
|
назначению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Контрольные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Автоматические |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для термообработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неповоротные |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для правки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поворотные |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длясъёма |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бункеры-накопители |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пневматические |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подъёмно-транспортные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидравлические |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По типу |
|
|
|
Электромеханические |
|
|||||||
|
Универсальные |
|
|
|
|
|
|
|
приводов |
|
|
|
|
Магнитные |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переналаживаемые |
|
|
По степени |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вакуумные |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Специализированные |
|
специали- |
|
|
|
|
|
|
|
Комбинированные |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
зации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Специальные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
По методусварки и виду обработки |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Для электро- |
|
Для электро- |
|
|
Для |
|
|
Для |
|
Для |
|
Для |
|||||||||||
|
дуговойсварки |
|
шлаковойсварки |
|
|
контактной |
|
пайки |
|
наплавки |
|
термической |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сварки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
резки |
||||
Рис. 1.1. Классификация приспособлений сварочного производства
– выполняемые операции технологического процесса в сварочном производстве – для разметки, термической резки, сборки под сварку, сварки, комбинированные (сборочно-сварочные, за- готовительно-сборочно-сварочные и др.); для контроля качест-
9
ва; термообработки; правки; для установки, поворота, подачи, передачи, съема изделия или деталей, подъема и перемещения сварщика, установки, поворота и перемещения сварочного автомата или полуавтомата; подъемно-транспортные;
–метод сварки и вид обработки – для электродуговой сварки (ручной, полуавтоматической и автоматической); электрошлаковой сварки; контактной сварки; наплавки и др.;
–степень специализации – специальные, предназначенные для выполнения одной определенной операции при изготовлении конкретных узлов в условиях серийного и массового производства; переналаживаемые (групповые), служащие для выполнения данной операции для группы однотипных изделий, близких по конструктивно-технологическим параметрам в условиях мелкосерийного производства; универсальные, предназначенные для выполнения сборочно-сварочных операций в условиях единичного и мелкосерийного производства;
–уровень механизации и автоматизации – ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические;
–вид установки – стационарные, передвижные и перенос-
ные;
–возможность поворота – поворотные и неповоротные;
–тип привода вращения, перемещения, зажатия деталей – пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические, магнитные, вакуумные, комбинированные;
1.2. Типы сборочных устройств
Как видно из рис. 1.1, список устройств и их классификационных признаков достаточно обширный. Основное же внимание в данном пособии уделено сборочным устройствам. Учитывая только функциональное назначение и характер выполняемых операций, сборочные устройства можно разделить на три основных типа:
10