一种管件焊接柔性夹具及其调整方法

摘要

本发明公开一种用于多段管件间及管件与法兰间的管件焊接柔性夹具及其调整方法，基座支架底部是固定端法兰绕Z轴角度调整机构和连接有等分滑槽法兰盘旋转机构的固定端法兰绕Y轴角度调整机构，基座支架上部设有调节管件的顶部Y方向位移调节机构、竖直Z方向位移调节机构和顶部X方向位移调节机构以及调节法兰的法兰Y方向位移调节机构，调整各所述机构使定位机构绕X、Y、Z三个方向旋转角度。本发明可根据不同管件的多样化空间走势，快速精确地调整定位来夹持管件，实现一套夹具能适应一系列不同规格管件段的焊接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管件焊接柔性夹具，尤其是涉及用于多段管件之间及管件与法兰之间的焊接夹具。

背景技术

随着工业生产的飞速发展，各类管件的数量不断增加，其中焊接是最常用也是数量最多的一种连接方法，然而管件焊接的现场情况复杂，施焊环境恶劣，焊缝数量较多，空间走向更复杂，有时用图纸明确表达其空间位置都十分困难。在生产管件时，还会遇到没有完整的产品图纸而要求设计制造夹具的情况，即无图工装。目前，针对众多空间走向多样化的管件焊接，一般都采用专用焊接夹具，即在台面上焊接某类管件焊接的支撑直角块和放置焊接法兰的立柱，则能快速地进行定位，不需要过多地调整。这种专用焊接夹具虽然保证了定位精度，但是同时也造成着一系列问题，如夹具制作周期长、资金重复投入，夹具使用后的存放占用空间大，使用范围小，功能单一化、工装管理难度增加等。传统的柔性焊接夹具一般采用槽系形式或者带孔格板形式的台面来实现柔性地定位夹紧，但其缺陷是：由焊接产生的焊渣会掉落在槽系间或者孔系中，不仅会影响调整机构的位置调整，还会降低夹具元件的使用寿命；并且无法实现连续的位置调整，生产效率低下。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提出一种管件焊接柔性夹具，能柔性地调整夹具定位的位置，精确定位多段管件之间以及管件与法兰之间的相对位置。

本发明的另一目的是提出该管件焊接柔性夹具的调整方法，夹具定位的位置及规格可随管件规格变化而调整，实现管件的分段组合焊接。

本发明管件焊接柔性夹具采用的技术方案是：包括基座支架，基座支架底部是固定端法兰绕Z轴角度调整机构和连接有等分滑槽法兰盘旋转机构的固定端法兰绕Y轴角度调整机构，基座支架上部设有调节管件的顶部Y方向位移调节机构、竖直Z方向位移调节机构和顶部X方向位移调节机构及调节法兰的法兰Y方向位移调节机构；顶部Y方向位移调节机构具有顶部Y方向导轨和顶部Y方向位移调整机构丝杆；竖直Z方向位移调节机构具有竖直Z方向位移调整机构导轨、竖直Z方向位移调整机构丝杆和螺母组件；顶部X方向位移调节机构具有顶部X方向位移调节机构滑块和顶部X方向位移调整机构导轨；顶部X方向位移调整机构导轨固定连接在基座支架上；竖直Z方向位移调节机构下端是夹紧机构和定位机构；螺母组件由竖直Z方向位移调节机构滑块螺母和固定其中间凹槽中的顶部Y方向位移调节机构滑块螺母组成，顶部Y方向位移调节机构滑块螺母上部开有的螺纹孔与顶部Y方向位移调整机构丝杆相配，下底面设有的滑槽与顶部Y方向导轨相配；竖直Z方向位移调节机构滑块螺母一侧开有的螺纹孔与竖直Z方向位移调整机构丝杆相配，相对侧面上设有的滑槽与竖直Z方向位移调整机构丝杆相配；顶部X方向位移调节机构滑块上设有的齿轮与顶部X方向位移调整机构导轨下底面上设有的齿条相配；顶部X方向位移调节机构滑块上设置第一动力源和第二动力源；顶部Y方向位移调整机构丝杆一端固定连接顶部X方向位移调节机构滑块并连接第一动力源，顶部X方向位移调节机构滑块设置的齿轮与顶部X方向位移调整机构导轨下底面上设有的齿条相配；竖直Z方向位移调整机构丝杆底部连接第三动力源。

本发明管件焊接柔性夹具的调整方法包括如下步骤：以夹紧机构夹住管件，调整夹头万向基座、角度调整转台和设有角度调整机构连接座，从而调整定位机构绕X、Y、Z三个方向旋转角度；操作第二动力源，顶部X方向位移调节机构滑块通过齿轮齿条带动顶部X方向位移调节机构左右移动，从而带动定位机构实现沿X方向位移调整；操作第一动力源，顶部Y方向位移调整机构丝杆与顶部Y方向位移调节机构滑块螺母相对运动带动顶部Y方向位移调节机构前后移动，从而带动定位机构实现沿Y方向位移调整；操作第三动力源，竖直Z方向位移调整机构丝杆和竖直Z方向位移调节机构滑块螺母相对运动带动竖直Z方向位移调节机构上下移动带动定位机构实现沿Z方向位移调整；调整等分滑槽法兰盘旋转机构、半幅扇形齿轮啮合转动调整机构及设有角度调整机构的连接座，从而调整焊件法兰盘绕X、Y、Z三个方向的旋转角度。

本发明的有益效果是：本发明提供的管件焊接柔性夹具可根据不同管件的多样化空间走势，精确地调整定位来夹持管件，实现快速夹持管件。可根据管件具体的空间位置关系来柔性地、快速地、可靠地调整和定位，实现了空间多个自由度的调整，使夹具适合不同规格尺寸的单段和多段管件之间以及其与法兰之间的点焊，保证了焊接的效率。与传统的焊接管件夹具相比，实现了一套夹具能适应一系列不同规格管件段的焊接，提高了夹具使用范围和柔性度，缩短了生产准备周期和生产成本，解决了存放空间大及工装管理难度大等问题，为保证两端法兰的空间位置精度提供了保障，避免了管件最后总装时的错位。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明；

图1是本发明管件焊接柔性夹具结构示意图；

图2是管件的定位夹紧机构、角度调整机构和Y、Z方向调整机构的放大示意图；

图3是图1中顶部X方向位移调节机构12与顶部Y方向位移调节机构10的连接部分放大示意图；

图4是是图1中螺母组件20结构放大示意图；

图5是法兰调整机构放大示意图；  

图6是2段管件焊接定位夹紧的状态示意图；

图7是3段管件焊接定位夹紧的状态示意图；

图8是组合管件焊接定位夹紧的状态示意图；

图中：1.基座支架；2.夹紧机构；3.定位机构；4.角度调整转台；5.单叉接头；6.夹头万向基座；.固定端法兰绕Z轴角度调整机构；8.固定端法兰绕Y轴角度调整机构；9.设有角度调整机构连接座；10.顶部Y方向位移调节机构；11.竖直Z方向位移调节机构；12.顶部X方向位移调节机构；13.顶部X方向位移调节机构滑块；14.等分滑槽法兰盘旋转机构；15.半幅扇形齿轮啮合转动调整机构；16.竖直Z方向位移调节机构；17.连接块；18.法兰Y方向位移调节机构；19.连接块；20.螺母组件；21.竖直Z方向位移调节机构滑块螺母；22.顶部Y方向位移调节机构滑块螺母；23,顶部Y方向导轨；24,设有角度调整机构的连接座；25,法兰Y方向位移调节机构滑块螺母；26,竖直Z方向位移调整机构导轨；27.顶部X方向位移调整机构导轨；28.竖直Z方向位移调整机构丝杆；29.顶部Y方向位移调整机构丝杆；30.顶部X方向位移调整机构锁紧螺钉；31.滑槽；32.末端法兰等分滑槽旋转机构；33.第一动力源；34.第二动力源；35.第三动力源；36.螺纹孔；37.螺纹孔。

具体实施方式

如图1-3所示，管件焊接柔性夹具包括基座支架1，基座支架1的底部是固定端法兰绕Z轴角度调整机构7和固定端法兰绕Y轴角度调整机构8，在固定端法兰绕Y轴角度调整机构8上连接等分滑槽法兰盘旋转机构14。基座支架1上部设有调节管件的顶部Y方向位移调节机构10、竖直Z方向位移调节机构11和顶部X方向位移调节机构12以及调节法兰的法兰Y方向位移调节机构18；顶部Y方向位移调节机构10和竖直Z方向位移调节机构11相垂直。其中，顶部Y方向位移调节机构10具有顶部Y方向导轨23和顶部Y方向位移调整机构丝杆29。竖直Z方向位移调节机构11具有竖直Z方向位移调整机构导轨26、竖直Z方向位移调整机构的丝杆28和螺母组件20。顶部X方向位移调节机构12具有顶部X方向位移调节机构滑块13和顶部X方向位移调整机构导轨27。顶部X方向位移调整机构导轨27固定连接在基座支架1上。

如图2，以图1中的其中的1组管件夹紧定位调整机构为例，竖直Z方向位移调节机构11的下端是夹紧机构2和定位机构3。其中，夹紧机构2铰接在定位机构3上，定位机构3的上部通过销轴联接单叉接头5，从而保证夹紧机构2和定位机构3可更换。在单叉接头5的一侧位连接角度调整转台4，单叉接头5的上部连接夹头万向基座6，单叉接头5均通过销轴联接角度调整转台4和夹头万向基座6。夹头万向基座6的上部通过轴和键联接连接座9，连接座9的上部固定连接连接块19。连接块19上部通过螺栓联接竖直Z方向位移调节机构11的下端。顶部Y方向位移调节机构10和竖直Z方向位移调节机构11之间以螺母组件20连接。在竖直Z方向位移调整机构丝杆28的底部连接第三动力源35，为竖直Z方向位移调节机构11提供动力。

如图3，在顶部X方向位移调节机构滑块13上设置齿轮，在顶部X方向位移调整机构导轨27下底面上设有齿条，顶部X方向位移调节机构滑块13通过齿轮和齿条沿顶部X方向位移调整机构导轨27左右移动，并通过顶部X方向位移调整机构锁紧螺钉30固定其位置，其移动的动力来自安装在顶部X方向位移调节机构滑块13上的第二动力源34。顶部Y方向位移调整机构丝杆29的一端通过螺钉固定连接在顶部X方向位移调节机构滑块13上，顶部X方向位移调节机构滑块13上还安装第一动力源33，第一动力源33连接顶部Y方向位移调整机构丝杆29一端，第一动力源33作用于顶部Y方向位移调节机构10。

如图4，螺母组件20由顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22和竖直Z方向位移调节机构滑块螺母21固定连接组成，顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22位于竖直Z方向位移调节机构滑块螺母21中间凹槽中。顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22上部开有螺纹孔37，下底面设有滑槽，顶部Y方向位移调整机构丝杆29穿过螺纹孔37，与该螺纹孔37相配装，顶部Y方向导轨23与下部的滑槽相配合，顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22可沿滑槽前后滑动。竖直Z方向位移调节机构滑块螺母21的一侧开有螺纹孔36，相对侧面上设有滑槽31，竖直Z方向位移调整机构丝杆28穿过螺纹孔36，与螺纹孔36相配装，竖直Z方向位移调整机构导轨26与该滑槽31相配，使竖直Z方向位移调节机构滑块螺母21可沿滑槽31上下滑动。

如图1、5所示，法兰调整机构可固定一端法兰和首段管件，将固定端法兰绕Z轴角度调整机构7的下底盖通过轴和键连接上顶盖，上顶盖通过螺钉连接固定端法兰绕Y角度调整机构8，最终整体放置在基座支架1的底部。针对另一端法兰的调整机构的连接，本发明管件焊接柔性夹具还设有法兰Y方向位移调节机构18、末端法兰等分滑槽旋转机构32和半幅扇形齿轮啮合转动调整机构15，末端法兰等分滑槽旋转机构32连接半幅扇形齿轮啮合转动调整机构15，半幅扇形齿轮啮合转动调整机构15连接竖直Z方向位移调节机构16；半幅扇形齿轮啮合转动调整机构15的移动支架上设有齿轮，竖直Z方向位移调节机构16上设有齿条，将齿轮齿条相啮合。竖直Z方向位移调节机构16上端通过螺栓连接连接块17，连接块17上端通过轴和键连接设有角度调整机构的连接座24，设有角度调整机构的连接座24固定连接法兰Y方向位移调节机构18，法兰Y方向位移调节机构18具有法兰Y方向位移调节机构滑块螺母25、顶部Y方向导轨23和顶部Y方向位移调整机构丝杆29，顶部Y方向位移调整机构丝杆29穿过法兰Y方向位移调节机构滑块螺母25上的螺孔并与该螺孔相配。设有角度调整机构的连接座24通过螺钉固定连接在法兰Y方向位移调节机构滑块螺母25的下端。法兰Y方向位移调节机构18的两端安装结构以及动力来源与如图3所示相同。

管件焊接柔性夹具在调整时，提供X、Y、Z方向移动调整的导轨设置在夹具的顶部而不是放置在夹具体的工作台面上，可有效地避免焊渣的影响。以夹紧机构2夹住管件，调整夹头万向基座6、角度调整转台4和设有角度调整机构连接座9，从而调整定位机构3绕X、Y、Z三个方向的旋转角度，实现定位机构3绕三个坐标轴调整旋转角度，并能自锁。定位机构3通过销联接单叉接头5保证了夹紧机构2和定位机构3的更换性，方便快捷地根据不同规格尺寸管件配置对应的夹紧机构2和定位机构3。操作第二动力源34，顶部X方向位移调节机构滑块13通过齿轮齿条带动顶部X方向位移调节机构12的左右移动，从而带动定位机构3实现沿X方向的位移调整。操作第一动力源33，使顶部Y方向位移调整机构丝杆29与顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22实现相对运动，带动顶部Y方向位移调节机构10前后移动，从而带动定位机构3实现沿Y方向的位移调整。操作第三动力源35，顶部Y方向位移调整机构丝杆29和顶部Y方向位移调节机构滑块螺母22实现相对运动，带动竖直Z方向位移调节机构11上下移动，从而带动定位机构3实现沿Z方向的位移调整。焊接法兰的竖直Z方向位移调节机构16是采用齿轮齿条机构来带动法兰盘及联接的机构沿Z方向位移调整的，调整等分滑槽法兰盘旋转机构14、半幅扇形齿轮啮合转动调整机构15及设有角度调整机构的连接座24，从而调整焊件法兰盘绕X、Y、Z三个方向的旋转角度，法兰的精确定位，避免了管道最后安装时的错位。

由于焊接管件的段数是多变的，当管件的段数等于2时，采用2个顶部Y方向位移调节机构10、竖直Z方向位移调节机构11和顶部X方向位移调节机构12组成的定位夹紧调整机构进行调整。若管件段数等于3，采用3个上述的定位夹紧调整机构进行调整，即直接使用图1即可。若管件段数大于3，也采用3个上述的定位夹紧调整机构进行调整，但要将管件先进行分组，采用每组是2段管件的组合调整或者每组是3段及1段的组合调整，实现循环地焊接。以下分别阐述2段管件、3段管件，3段以上的组合管件的焊接夹具的定位夹紧调整方法：

如图6所示是2段管件的定位夹紧，采用2个定位夹紧调整机构。先将焊件法兰用螺栓联接固定在等分滑槽法兰盘旋转机构14和末端法兰等分滑槽旋转机构32上，再将第一段管件Ⅰ固定在等分滑槽法兰盘旋转机构14上，利用固定端法兰绕Z轴角度调整机构7和固定端法兰绕Y轴角度调整机构8对第一段管件Ⅰ进行调整，调整完毕后用定位机构3和夹紧机构2夹持管件。在保证第一段管件Ⅰ的相对位置要求的情况下，将第二段管件Ⅱ固定在末端法兰等分滑槽旋转机构32上，以基座支架1的顶面为基准，调整第2组管件定位夹紧调整机构的位置和摆放角度，并同时调整末端法兰等分滑槽旋转机构32的位置和摆放角度，再定位夹紧第二段管件Ⅱ。

    如图7所示是3段管件的定位夹紧状态图，与图6中的2段管件的定位夹紧相似，所不同的仅是增加了1个管件定位夹紧调整机构，即采用了3个定位夹紧调整机构。在第2个和第3个定位夹紧调整机构之间是第三段管件Ⅲ。

如图8所示是3段以上的组合管件的定位夹紧，以4段管件为例，提供两种分组方式实现4段管件的调整，第一种分组方式为：将4段管件分成两组，每组是2段管件，即第一段管件Ⅰ和第二段管件Ⅱ为一组，第三段管件Ⅲ和第四段管件Ⅳ是另一组，最后再将焊接好的这2组管件组合焊接。第二种分组方式是：将4段管件分成两组，一组是3段，另一组是1段，即第一段管件Ⅰ、第二段管件Ⅱ和第三段管件Ⅲ是一组，第四段管件Ⅳ是另一组，先调整好3段管件进行焊接，再将焊好的3段管件与剩下1段管件焊接。采用第一种分组方式时，采用与图6相同的2个定位夹紧调整机构。采取第二种组合方式时，其中的3段管件之间的调整焊接，采用与图7相同的3个定位夹紧调整机构，剩下的1段管件的调整焊接采用与图6相同的2个定位夹紧调整机构。以此类推，针对更多段管件的组合调整方法，都是先实现2段或者3段之间的调整焊接，再与其它的管件组合。