专利名称：用于工件自由定位的装夹支架的制作方法
技术领域：
本发明属于作业运输技术领域，更具体地说，属于一种支持焊接件或切割件的支
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背景技术：
在机械行业中，焊接工艺得到了广泛的应用。焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业应用中的发展非常迅速，在工业自动化领域，中许多企业对先进实用的焊接设备的需求非常迫切。焊接工艺水平和质量的提高离不开焊接设备以及焊工的操作水平。在工业现场， 因考虑到生产和维护成本、工艺路线难易或操作场所等因素的限制，大多数企业和施工单位沿用传统的人工焊接工艺，所使用的焊接装备比较落后，对各种焊接部位的操作依赖于焊工的操作技巧。特别是对需要进行全方位立体焊接的工件，常常因为整个工件过大而无法翻转，同时要求一次焊接成型，这样的焊接工艺难度较大，手工焊接的质量难以保证，焊接效率也较低。焊接主要包括平焊、立焊和仰焊等几种形式，平焊的焊接效果最好，立焊的焊接效果次之，仰焊的焊接效果最差。如果能够将复杂工件上所有需要焊接的接合面全部转化为平焊，这样就可以获得极佳的焊接效果。在需要环形焊接的工件中，采用工装或机械臂进行自动焊接的主要是一些回转尺寸不太大或几何尺寸不复杂的工件，现场安装大型工件通常由人工进行焊接。但是对一些复杂焊接工件，由于焊接工件需要焊接的结合面非常多，焊工对各个焊接面找正时非常困难，使用工装或机械臂装夹工件后不可能实现使所有需要焊接面均找正位置以实现对其进行平焊，相当多的焊接面需要进行立焊或仰焊，这样就大大影响了焊接的质量和效率。对一些复杂的零部件，如何获得较好焊接位置，将复杂工件上所有需要焊接的接合面全部转化为平焊，同时又满足经济性的要求，仍然是制约本技术领域的一个难题。
发明内容本发明为了解决以上技术问题，给出了一种支持焊接件或切割件的支架，即用于工件自由定位的装夹支架。本发明的用于工件自由定位的装夹支架，包括基座；其特征在于，还包括悬臂转轴、悬臂转轴支座、悬臂、夹盘，其中悬臂转轴支座连接在基座上；悬臂转轴插装在悬臂转轴支座的孔中；悬臂通过铰接轴铰接在悬臂转轴的端部；夹盘设置在悬臂的悬端；悬臂与悬臂转轴之间有一使悬臂绕铰接轴转动的重心调整机构。悬臂与悬臂转轴之间的重心调整机构为蜗轮副调整机构，悬臂上有一以铰接孔中心为圆心的扇形蜗轮，悬臂转轴的端部延伸位置上动配合设置以蜗杆，蜗杆与扇形蜗轮相配合。这样在工件安装在夹盘后，不但可以使工件随悬臂转轴转动到合适位置，还可以在安装工件后或工件随悬臂转轴转动后，通过重心调整机构随时调整悬臂与悬臂转轴端部之间相对位置，使由悬臂转轴、悬臂、夹盘、夹盘支座和工件组成之整体的重心落到或接近悬臂转轴中心线，从而使夹盘安装工件和工件随悬臂转轴转动后，能在悬臂转轴和轴孔自有摩擦力作用下工件停留在空间上的应有位置，悬臂转轴支座内部的摩擦力力矩可以抵消补偿悬臂转轴的重心与悬臂转轴的旋转中心之间偏差所产生的重力力矩，便于焊工焊接工件。 蜗轮使用小模数齿轮制造可以获得较好的调整效果，模数越小则重心调整越准确。悬臂与悬臂转轴之间重心调整机构可以是多种调整悬臂与悬臂转轴端部相对转动的机构，可以是通过铰链连接在悬臂与悬臂转轴端部之间的螺杆螺母机构，也可以使用液压机构；重心调整机构最好为蜗轮副调整机构，可以获得较好的调整效果和自锁能力。悬臂转轴的转轴端与悬臂转轴支座之间是轴孔动配合，轴孔动配合可以是间隙配合、过渡配合或过盈配合。悬臂转轴的轴端与悬臂转轴支座之间通过滑动轴承或滚动轴承配合连接。悬臂转轴的轴端与悬臂转轴支座之间、还是通过滚动轴承或滑动轴承连接，悬臂转轴和悬臂转轴支座之间均存在较大的摩擦力。悬臂转轴支座内部的摩擦力力矩可以抵消补偿悬臂转轴的重心与悬臂转轴的旋转中心之间偏差所产生的重力力矩。夹盘设置在悬臂的悬端，夹盘可以固定在悬臂的悬端，也可以绕悬臂的悬端旋转。 如果采用夹盘绕悬臂的悬端旋转的方式，夹盘应该包括转轴和盘面，夹盘的转轴插装在悬臂端部的夹盘支座的孔中，这样夹盘就可以在夹盘支座上旋转。夹盘可以是普通装夹平台， 也可以是电磁吸盘。工件可以通过螺栓或装夹件安装在夹盘，也可以直接贴在电磁夹盘上。 工件可以随夹盘一起绕夹盘支座旋转，更加方便焊工找正焊接位置。夹盘的转轴与夹盘支座之间可以是轴孔动配合，夹盘的转轴与夹盘支座之间也可以通过滑动轴承或滚动轴承配合连接。轴孔动配合可以是间隙配合、过渡配合或过盈配合。 夹盘的轴端与夹盘支座之间不论是轴孔动配合，还是通过滚动轴承或滑动轴承连接，夹盘和夹盘支座之间也存在较大的摩擦力，夹盘和夹盘支座之间的摩擦力可以保证工件安装在夹盘上保持静止状态。为了使工件获得更好的空间位置以方便对其进行焊接，基座与悬臂转轴支座之间有悬臂俯仰调整机构，悬臂俯仰调整机构是蜗轮副调整机构，悬臂转轴支座上有一以铰接轴中心为圆心的扇形蜗轮，基座支架的支持端动配合设置以蜗杆，蜗杆与扇形蜗轮相配合。 调整悬臂俯仰调整机构后，可以使悬臂绕着以基座和悬臂转轴支座之间的交接点做旋转运动，使工件可以获得比较好的焊接高度，方便了焊工的焊接工作。悬臂俯仰调整机构可以是多种调整悬臂转轴支座与基座相对转动的机构，可以是通过铰链连接在悬臂转轴支座与基座之间的螺杆螺母机构，也可以使用液压机构，但调整机构最好为蜗轮副调整机构。本发明的装夹支架上悬臂和悬臂转轴相当于具有自锁能力的万向节，待焊接的工件安装在夹盘上。当焊接工件安装在夹盘上时，通过调整悬臂和悬臂转轴之间的蜗轮蜗杆重心调整机构，由悬臂转轴、悬臂、夹盘、夹盘支座和工件组成之整体的重心即可被调整，调整蜗轮蜗杆重心调整机构后使由悬臂转轴、悬臂、夹盘、夹盘支座和工件组成之整体的重心接近于悬臂转轴的旋转中心。当焊接工件安装在夹盘上后，可以保证焊接工件在本发明的装夹支架上处于静止状态。悬臂转轴与悬臂转轴支座之间可以有锁紧机构，夹盘与悬臂上夹盘支座之间也可以有锁紧机构，锁紧机构可以是紧固螺栓。使用本发明的装夹支架装夹好待焊接工件后，通过悬臂与悬臂转轴之间的调整机构进行重心调整后，工件会静止在空间任意位置，锁紧悬臂转轴与悬臂转轴支座之间的锁紧机构、夹盘与悬臂上夹盘支座之间的锁紧机构，这样可以绝对保证工件静止在空间任意位置。当焊接工件安装在夹盘支座上，经过这样的调整之后，可以任意旋转悬臂转轴和夹盘，焊接工件在空间任意位置保持静止，方便了焊工找正焊接工件的焊接位置。焊接工件可以在本发明的装夹支架上任意进行翻转、旋转，焊接工件经过翻转或旋转后依然保持静止。这样便可以将传统对复杂工件进行立焊和仰焊时的焊接面转化为平焊的焊接面，大大提高了焊接的质量和效率。本发明与现有技术相比，具有经济实用、操作方便、性能可靠、可以完成对复杂工件的一次性焊接等优点。
[0018]附图1是本发明的结构示意图；[0019]附图2是本发明的总体结构分解示意图；[0020]附图3是本发明悬臂的结构示意图；[0021]附图4是本发明悬臂转轴与悬臂转轴支座的结构示意图[0022]附图5是本发明悬臂转轴的结构示意图；[0023]附图6是本发明装夹工件后的第一种示意图；[0024]附图7是本发明装夹工件后的第二种示意图；[0025]附图8是本发明装夹工件后的第三种示意图；[0026]附图9是本发明装夹工件后的第四种示意图；[0027]附图10是本发明装夹工件后的第五种示意图；[0028]附图11是本发明装夹工件后的第六种示意图。
具体实施方式
图1是本发明的结构示意图，本发明的用于工件自由定位的装夹支架包括基座1、 悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、悬臂俯仰调整机构7、铰接轴9 ；其中悬臂转轴支座3连接在基座1上；悬臂转轴2插装在悬臂转轴支座3轴孔；悬臂4 通过铰接轴9铰接在悬臂转轴2的端部；夹盘5设置在悬臂4的悬端；悬臂4与悬臂转轴2 之间有一使悬臂4绕铰接轴转动的重心调整机构。悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5均安装在基座1上，夹盘支座6焊接在悬臂4的一端。悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5和夹盘支座6作为一个整体连接在一起，将这个整体安装在基座1上，基座1的四个支腿为整个装夹支架提供稳定的支持力。悬臂转轴2插装到悬臂转轴支座3的轴孔内，悬臂转轴2的旋转中心与悬臂转轴支座3的轴孔中心重合；悬臂转轴2由带动悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、以及安装在夹盘5上的工件8组成的整体结构一起绕悬臂转轴支座3的轴孔中心做旋转运动。悬臂转轴2靠近悬臂转轴支座3的一侧加工有与悬臂4进行铰接的铰接孔，悬臂 4通过铰接轴9固定在悬臂转轴2上，悬臂4绕悬臂转轴2上的铰接轴9旋转。悬臂转轴 2和悬臂4之间的重心调整机构为蜗轮副调整机构，悬臂4上有一以铰接孔中心为圆心的扇形蜗轮，悬臂转轴2的端部延伸位置上动配合设置以蜗杆，蜗杆与扇形蜗轮相配合。悬臂 4上扇形蜗轮的中心与悬臂4的铰接孔中心应该重合，但是由于制造和加工工艺的限制，悬臂4的涡轮的中心与悬臂4的旋转中心不能完全重合，悬臂4的涡轮的中心与悬臂4的旋转中心尽可能接近，即可满足蜗轮蜗杆机构的正常运动而不发生自锁。通过蜗轮蜗杆重心调整机构调整由悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8组成之整体的重心后，由悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8组成之整体的重力不足以克服悬臂转轴支座3和悬臂转轴2之间的摩擦力； 由夹盘5、工件8组成之整体的重力不足以克服夹盘5与夹盘支座6之间的摩擦力；这样将工件8调整到任意位置时，工件8安装在夹盘5上后随着夹盘5翻转到空间任意位置均保持静止。通过调整悬臂转轴2上的蜗杆，即可带动悬臂4绕悬臂转轴2上的铰接孔转动，即可对由悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8组成之整体的重心位置进行调整，使由悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8之整体的重心尽可能接近悬臂转轴支座3的旋转主轴线，但是由于悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8之整体的重心相对悬臂转轴支座3的旋转中心不能完全重合，其重心相对旋转主轴线中心存在一个微小的力矩。但是由于悬臂转轴2和悬臂转轴支座3之间存在着较大的摩擦力，悬臂转轴2和悬臂转轴支座3之间的摩擦力可以克服前述重心与旋转主轴线中心之间的微小力矩。由悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、工件8组成之整体绕在悬臂转轴2上的旋转中心旋转，这样工件8就可以很容易就实现反转，将工件8调整到任意位置时，工件8都将处于静止状态(如图6-11所示)。夹盘5包括盘端和转轴，夹盘5的转轴插装在悬臂4端部的夹盘支座6上，夹盘支座6固定在悬臂4的端部，这样夹盘5就可以在夹盘支座6上旋转。夹盘5可以是普通装夹平台，也可以是电磁吸盘。工件8可以通过螺栓或装夹件安装在夹盘5上，也可以直接贴在电磁夹盘5上。基座1和悬臂转轴支座3之间还包括悬臂俯仰调整机构7，悬臂俯仰调整机构7是是蜗轮副调整机构，悬臂俯仰调整机构7的蜗轮与悬臂转轴支座3连接在一起，扇形蜗轮的圆心和悬臂转轴支座3的转心重合。蜗轮安装在基座1的支架上。通过调整悬臂俯仰调整机构7即可调整悬臂转轴2的俯仰角度，这样即可带动由悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂 4、夹盘5、夹盘支座6、工件8组成之整体绕悬臂转轴支座3上的旋转中心做俯仰运动，工件 8的高度就可以被调整。基座1由下部的底座和上部的支架组成，支架插装在底座上，支座可以绕底座旋转，支架上端铰接着悬臂转轴支座3 ；这样由悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5和夹盘支座6的整体可以绕基座1的支架做回转运动，这样更便于对工件8的焊接。图2是本发明的总体结构分解示意图，装夹支架包括基座1、悬臂转轴2、悬臂转轴支座3、悬臂4、夹盘5、夹盘支座6、铰接轴9。夹盘5插装在夹盘支座6上，铰接轴9插装在悬臂4上的铰接口中，悬臂转轴2插装在悬臂转轴支座3上。图3是本发明悬臂的结构示意图；悬臂4的根部有用于安装铰接轴9的孔，悬臂4 上的扇形蜗轮的圆心是用于安装铰接轴9的铰接孔；悬臂4的端部焊接有夹盘支座6。悬臂转轴2与悬臂4之间的重心调整机构为蜗轮副调整机构，悬臂4上有一以铰接孔为圆心并与悬臂4固定的扇形蜗轮，扇形蜗轮焊接在悬臂4上，悬臂转轴2的端部延伸位置上动配合设置以蜗杆，悬臂转轴2上的蜗杆与悬臂4上的扇形蜗轮相配合。图4是本发明悬臂转轴与悬臂转轴支座的结构示意图；悬臂转轴2包括转轴端、连接端面、端部，其转轴端、端部位于连接端面的两侧，端部为一对平行设置的钢板；悬臂转轴 2的端部靠近连接端面处有用于与悬臂4铰接的孔，悬臂转轴2的端部延伸位置上安装有蜗杆，悬臂转轴2的转轴端插装在悬臂转轴支座3的孔中。悬臂转轴2与悬臂4之间的重心调整机构为蜗轮副调整机构，悬臂转轴2的端部延伸位置上动配合设置以蜗杆，悬臂转轴2 上的蜗杆与悬臂4上的扇形蜗轮相配合。悬臂转轴支座3和悬臂转轴2之间可以是轴孔动配合、也可以安装有滚动轴承或滑动轴承，悬臂转轴支座3和悬臂转轴2之间的摩擦力非常大；夹盘5与夹盘支座6之间既可以是轴孔动配合、也可以安装有滚动轴承或滑动轴承，夹盘5和夹盘支座6之间的摩擦力也非常大。悬臂转轴支座3和悬臂转轴2之间轴孔配合、夹盘5与夹盘支座6之间的轴孔配合可以是轴孔间隙配合、轴孔过盈配合或轴孔过渡配合；过盈配合或过渡配合可以保证悬臂转轴支座3和悬臂转轴2之间和夹盘5与夹盘支座6之间具有较大的摩擦力；过渡配合比过盈配合的效果好，轴孔如果过盈配合的方式则悬臂转轴2和悬臂转轴支座3、夹盘5 和夹盘支座6之间的相对转动会困难一些，轴孔如果过渡配合的方式则悬臂转轴2和悬臂转轴支座3、夹盘5和夹盘支座6之间的相对转动会容易；间隙配合(如零间隙配合、轴孔零间隙配合时轴孔之间也具有一定的过盈量)也可以获得与过渡配合同样的技术效果，但是效果不如过盈配合或过渡配合效果好。图5是本发明悬臂转轴的结构示意图；悬臂转轴2包括转轴端、连接端面、端部，其转轴端、端部位于连接端面的两侧，端部为一对平行设置的钢板；悬臂转轴2的端部靠近连接端面处有用于与悬臂4铰接的孔，悬臂转轴2的端部延伸位置上安装有蜗杆，悬臂转轴2 的转轴端插装在悬臂转轴支座3的孔中。转轴端上有一圆环，该圆环在悬臂转轴支座3内主要起到固定悬臂4的作用。图6-11是本发明的装夹支架装夹工件后的六种任意安装示意图；装夹支架上面安装了一个长方体形状空心箱体零件的工件8，该零件的十二个接合面需要焊接，如果采用普通焊接方法，很难使用平焊方式将该零件所有结合面焊接好，调整悬臂4与悬臂转轴2之间的蜗轮副调整机构，可以使工件8处于静止状态，通过旋转悬臂转轴2和夹盘5可以使工件8静止在空间上的任意位置，将传统对工件进行立焊和仰焊时的焊接面均转化为平焊的焊接面，这样即可实现对工件8的一次性焊接，同时又具有较高的焊接质量。
权利要求1.一种用于工件自由定位的装夹支架，包括基座(1)；其特征在于，还包括悬臂转轴 (2)、悬臂转轴支座(3)、悬臂(4)、夹盘(5)，其中悬臂转轴支座( 连接在基座(1)上；悬臂转轴(2)插装在悬臂转轴支座(3)的孔中；悬臂(4)通过铰接轴(9)铰接在悬臂转轴O)的端部；夹盘(5)设置在悬臂的悬端；悬臂(4)与悬臂转轴(2)之间有一使悬臂(4)绕铰接轴(9)转动的重心调整机构。
2.根据权利要求1所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于重心调整机构为蜗轮副调整机构，悬臂(4)上有一以铰接孔轴中心为圆心的扇形蜗轮，悬臂转轴(2)的端部延伸位置上动配合设置以蜗杆，蜗杆与扇形蜗轮相配合。
3.根据权利要求2所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于悬臂转轴(2) 的转轴端与悬臂转轴支座( 之间是轴孔动配合。
4.根据权利要求2所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于夹盘(5)的转轴与悬臂(4)悬端的夹盘支座(6)之间是轴孔动配合。
5.根据权利要求2所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于悬臂转轴(2) 的转轴端与悬臂转轴支座( 之间通过滑动轴承或滚动轴承配合。
6.根据权利要求2所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于夹盘(5)的转轴与悬臂(4)悬端的夹盘支座(6)之间通过滑动轴承或滚动轴承配合。
7.根据权利要求2所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于基座(1)与悬臂转轴支座(3)之间有悬臂俯仰调整机构(7)。
8.根据权利要求7所述的用于工件自由定位的装夹支架，其特征在于悬臂俯仰调整机构(7)是蜗轮副调整机构，悬臂转轴支座C3)上有一以铰接轴中心为圆心的扇形蜗轮，基座(1)支架的支持端动配合设置以蜗杆，蜗杆与扇形蜗轮相配合。
专利摘要本实用新型公开了一种用于工件自由定位的装夹支架，属于作业运输技术领域。本实用新型为了解决一些复杂的零部件获得较好的焊接位置，同时又满足经济性的要求等问题，给出了一种支持焊接件或切割件的支架，即用于工件自由定位的装夹支架。装夹支架包括基座、悬臂转轴、悬臂转轴支座、悬臂、夹盘。悬臂转轴支座连接在基座上；悬臂转轴插装在悬臂转轴支座轴孔；悬臂通过铰接轴铰接在悬臂转轴的端部；夹盘设置在悬臂的悬端；悬臂与悬臂转轴之间有一使悬臂绕铰接轴转动的重心调整机构。本实用新型与现有技术相比，具有经济实用、操作方便、性能可靠、可以一次完成对复杂工件的一次性焊接等优点。
文档编号B23K37/04GK201988878SQ20112011304
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者倪乃成 申请人:倪乃成