專利名稱：一種管件焊接柔性夾具及其調整方法
技術領域：
本發明涉及一種管件焊接柔性夾具，尤其是涉及用于多段管件之間及管件與法蘭 之間的焊接夾具。
背景技術：
隨著工業生產的飛速發展，各類管件的數量不斷增加，其中焊接是最常用也是數 量最多的一種連接方法，然而管件焊接的現場情況復雜，施焊環境惡劣，焊縫數量較多，空 間走向更復雜，有時用圖紙明確表達其空間位置都十分困難。在生產管件時，還會遇到沒有 完整的產品圖紙而要求設計制造夾具的情況，即無圖工裝。目前，針對眾多空間走向多樣化 的管件焊接，一般都采用專用焊接夾具，即在臺面上焊接某類管件焊接的支撐直角塊和放 置焊接法蘭的立柱，則能快速地進行定位，不需要過多地調整。這種專用焊接夾具雖然保證 了定位精度，但是同時也造成著一系列問題，如夾具制作周期長、資金重復投入，夾具使用 后的存放占用空間大，使用范圍小，功能單一化、工裝管理難度增加等。傳統的柔性焊接夾 具一般采用槽系形式或者帶孔格板形式的臺面來實現柔性地定位夾緊，但其缺陷是由焊 接產生的焊渣會掉落在槽系間或者孔系中，不僅會影響調整機構的位置調整，還會降低夾 具元件的使用壽命；并且無法實現連續的位置調整，生產效率低下。
發明內容
本發明目的在于克服上述現有技術的不足而提出一種管件焊接柔性夾具，能柔性 地調整夾具定位的位置，精確定位多段管件之間以及管件與法蘭之間的相對位置。本發明的另一目的是提出該管件焊接柔性夾具的調整方法，夾具定位的位置及規 格可隨管件規格變化而調整，實現管件的分段組合焊接。本發明管件焊接柔性夾具采用的技術方案是包括基座支架，基座支架底部是固 定端法蘭繞Z軸角度調整機構和連接有等分滑槽法蘭盤旋轉機構的固定端法蘭繞Y軸角度 調整機構，基座支架上部設有調節管件的頂部Y方向位移調節機構、豎直Z方向位移調節機 構和頂部X方向位移調節機構及調節法蘭的法蘭Y方向位移調節機構；頂部Y方向位移調 節機構具有頂部Y方向導軌和頂部Y方向位移調整機構絲桿；豎直Z方向位移調節機構具 有豎直Z方向位移調整機構導軌、豎直Z方向位移調整機構絲桿和螺母組件；頂部X方向位 移調節機構具有頂部X方向位移調節機構滑塊和頂部X方向位移調整機構導軌；頂部X方 向位移調整機構導軌固定連接在基座支架上；豎直Z方向位移調節機構下端是夾緊機構和 定位機構；螺母組件由豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母和固定其中間凹槽中的頂部Y方 向位移調節機構滑塊螺母組成，頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母上部開有的螺紋孔與頂 部Y方向位移調整機構絲桿相配，下底面設有的滑槽與頂部Y方向導軌相配；豎直Z方向位 移調節機構滑塊螺母一側開有的螺紋孔與豎直Z方向位移調整機構絲桿相配，相對側面上 設有的滑槽與豎直Z方向位移調整機構絲桿相配；頂部X方向位移調節機構滑塊上設有的 齒輪與頂部X方向位移調整機構導軌下底面上設有的齒條相配；頂部X方向位移調節機構
4滑塊上設置第一動力源和第二動力源；頂部Y方向位移調整機構絲桿一端固定連接頂部X 方向位移調節機構滑塊并連接第一動力源，頂部X方向位移調節機構滑塊設置的齒輪與頂 部X方向位移調整機構導軌下底面上設有的齒條相配；豎直Z方向位移調整機構絲桿底部 連接第三動力源。本發明管件焊接柔性夾具的調整方法包括如下步驟以夾緊機構夾住管件，調整 夾頭萬向基座、角度調整轉臺和設有角度調整機構連接座，從而調整定位機構繞X、Y、Z三 個方向旋轉角度；操作第二動力源，頂部X方向位移調節機構滑塊通過齒輪齒條帶動頂部X 方向位移調節機構左右移動，從而帶動定位機構實現沿X方向位移調整；操作第一動力源， 頂部Y方向位移調整機構絲桿與頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母相對運動帶動頂部Y方 向位移調節機構前后移動，從而帶動定位機構實現沿Y方向位移調整；操作第三動力源，豎 直Z方向位移調整機構絲桿和豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母相對運動帶動豎直Z方向 位移調節機構上下移動帶動定位機構實現沿Z方向位移調整；調整等分滑槽法蘭盤旋轉機 構、半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構及設有角度調整機構的連接座，從而調整焊件法蘭盤 繞X、Y、Z三個方向的旋轉角度。本發明的有益效果是本發明提供的管件焊接柔性夾具可根據不同管件的多樣化 空間走勢，精確地調整定位來夾持管件，實現快速夾持管件。可根據管件具體的空間位置關 系來柔性地、快速地、可靠地調整和定位，實現了空間多個自由度的調整，使夾具適合不同 規格尺寸的單段和多段管件之間以及其與法蘭之間的點焊，保證了焊接的效率。與傳統的 焊接管件夾具相比，實現了一套夾具能適應一系列不同規格管件段的焊接，提高了夾具使 用范圍和柔性度，縮短了生產準備周期和生產成本，解決了存放空間大及工裝管理難度大 等問題，為保證兩端法蘭的空間位置精度提供了保障，避免了管件最后總裝時的錯位。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明； 圖1是本發明管件焊接柔性夾具結構示意圖2是管件的定位夾緊機構、角度調整機構和Y、Z方向調整機構的放大示意圖； 圖3是圖1中頂部X方向位移調節機構12與頂部Y方向位移調節機構10的連接部分 放大示意圖4是是圖1中螺母組件20結構放大示意圖； 圖5是法蘭調整機構放大示意圖； 圖6是2段管件焊接定位夾緊的狀態示意圖； 圖7是3段管件焊接定位夾緊的狀態示意圖； 圖8是組合管件焊接定位夾緊的狀態示意圖中1.基座支架；2.夾緊機構；3.定位機構；4.角度調整轉臺；5.單叉接頭；6.夾頭 萬向基座；.固定端法蘭繞Z軸角度調整機構；8.固定端法蘭繞Y軸角度調整機構；9.設有 角度調整機構連接座；10.頂部Y方向位移調節機構；11.豎直Z方向位移調節機構；12.頂 部X方向位移調節機構；13.頂部X方向位移調節機構滑塊；14.等分滑槽法蘭盤旋轉機構； 15.半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構；16.豎直Z方向位移調節機構；17.連接塊；18.法蘭 Y方向位移調節機構；19.連接塊；20.螺母組件；21.豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母；22.頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母；23，頂部Y方向導軌；24，設有角度調整機構的連接 座；25，法蘭Y方向位移調節機構滑塊螺母；26，豎直Z方向位移調整機構導軌；27.頂部X 方向位移調整機構導軌；28.豎直Z方向位移調整機構絲桿；29.頂部Y方向位移調整機構 絲桿；30.頂部X方向位移調整機構鎖緊螺釘；31.滑槽；32.末端法蘭等分滑槽旋轉機構； 33.第一動力源；34.第二動力源；35.第三動力源；36.螺紋孔；37.螺紋孔。
具體實施例方式如圖1-3所示，管件焊接柔性夾具包括基座支架1，基座支架1的底部是固定端法 蘭繞Z軸角度調整機構7和固定端法蘭繞Y軸角度調整機構8，在固定端法蘭繞Y軸角度調 整機構8上連接等分滑槽法蘭盤旋轉機構14。基座支架1上部設有調節管件的頂部Y方向 位移調節機構10、豎直Z方向位移調節機構11和頂部X方向位移調節機構12以及調節法 蘭的法蘭Y方向位移調節機構18 ；頂部Y方向位移調節機構10和豎直Z方向位移調節機構 11相垂直。其中，頂部Y方向位移調節機構10具有頂部Y方向導軌23和頂部Y方向位移 調整機構絲桿29。豎直Z方向位移調節機構11具有豎直Z方向位移調整機構導軌26、豎 直Z方向位移調整機構的絲桿28和螺母組件20。頂部X方向位移調節機構12具有頂部X 方向位移調節機構滑塊13和頂部X方向位移調整機構導軌27。頂部X方向位移調整機構 導軌27固定連接在基座支架1上。如圖2，以圖1中的其中的1組管件夾緊定位調整機構為例，豎直Z方向位移調節 機構11的下端是夾緊機構2和定位機構3。其中，夾緊機構2鉸接在定位機構3上，定位機 構3的上部通過銷軸聯接單叉接頭5，從而保證夾緊機構2和定位機構3可更換。在單叉接 頭5的一側位連接角度調整轉臺4，單叉接頭5的上部連接夾頭萬向基座6，單叉接頭5均 通過銷軸聯接角度調整轉臺4和夾頭萬向基座6。夾頭萬向基座6的上部通過軸和鍵聯接 連接座9，連接座9的上部固定連接連接塊19。連接塊19上部通過螺栓聯接豎直Z方向位 移調節機構11的下端。頂部Y方向位移調節機構10和豎直Z方向位移調節機構11之間 以螺母組件20連接。在豎直Z方向位移調整機構絲桿28的底部連接第三動力源35，為豎 直Z方向位移調節機構11提供動力。如圖3，在頂部X方向位移調節機構滑塊13上設置齒輪，在頂部X方向位移調整機 構導軌27下底面上設有齒條，頂部X方向位移調節機構滑塊13通過齒輪和齒條沿頂部X 方向位移調整機構導軌27左右移動，并通過頂部X方向位移調整機構鎖緊螺釘30固定其 位置，其移動的動力來自安裝在頂部X方向位移調節機構滑塊13上的第二動力源34。頂 部Y方向位移調整機構絲桿29的一端通過螺釘固定連接在頂部X方向位移調節機構滑塊 13上，頂部X方向位移調節機構滑塊13上還安裝第一動力源33，第一動力源33連接頂部 Y方向位移調整機構絲桿29 —端，第一動力源33作用于頂部Y方向位移調節機構10。如圖4，螺母組件20由頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22和豎直Z方向位移調 節機構滑塊螺母21固定連接組成，頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22位于豎直Z方向 位移調節機構滑塊螺母21中間凹槽中。頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22上部開有螺 紋孔37，下底面設有滑槽，頂部Y方向位移調整機構絲桿29穿過螺紋孔37，與該螺紋孔37 相配裝，頂部Y方向導軌23與下部的滑槽相配合，頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22可 沿滑槽前后滑動。豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母21的一側開有螺紋孔36，相對側面上設有滑槽31，豎直Z方向位移調整機構絲桿28穿過螺紋孔36，與螺紋孔36相配裝，豎直Z 方向位移調整機構導軌26與該滑槽31相配，使豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母21可沿 滑槽31上下滑動。如圖1、5所示，法蘭調整機構可固定一端法蘭和首段管件，將固定端法蘭繞Z軸角 度調整機構7的下底蓋通過軸和鍵連接上頂蓋，上頂蓋通過螺釘連接固定端法蘭繞Y角度 調整機構8，最終整體放置在基座支架1的底部。針對另一端法蘭的調整機構的連接，本發 明管件焊接柔性夾具還設有法蘭Y方向位移調節機構18、末端法蘭等分滑槽旋轉機構32 和半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構15，末端法蘭等分滑槽旋轉機構32連接半幅扇形齒輪 嚙合轉動調整機構15，半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構15連接豎直Z方向位移調節機構 16 ；半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構15的移動支架上設有齒輪，豎直Z方向位移調節機構 16上設有齒條，將齒輪齒條相嚙合。豎直Z方向位移調節機構16上端通過螺栓連接連接塊 17，連接塊17上端通過軸和鍵連接設有角度調整機構的連接座24，設有角度調整機構的連 接座24固定連接法蘭Y方向位移調節機構18，法蘭Y方向位移調節機構18具有法蘭Y方 向位移調節機構滑塊螺母25、頂部Y方向導軌23和頂部Y方向位移調整機構絲桿29，頂部 Y方向位移調整機構絲桿29穿過法蘭Y方向位移調節機構滑塊螺母25上的螺孔并與該螺 孔相配。設有角度調整機構的連接座24通過螺釘固定連接在法蘭Y方向位移調節機構滑 塊螺母25的下端。法蘭Y方向位移調節機構18的兩端安裝結構以及動力來源與如圖3所 示相同。管件焊接柔性夾具在調整時，提供X、Y、Z方向移動調整的導軌設置在夾具的頂部 而不是放置在夾具體的工作臺面上，可有效地避免焊渣的影響。以夾緊機構2夾住管件，調 整夾頭萬向基座6、角度調整轉臺4和設有角度調整機構連接座9，從而調整定位機構3繞 X、Y、Z三個方向的旋轉角度，實現定位機構3繞三個坐標軸調整旋轉角度，并能自鎖。定位 機構3通過銷聯接單叉接頭5保證了夾緊機構2和定位機構3的更換性，方便快捷地根據 不同規格尺寸管件配置對應的夾緊機構2和定位機構3。操作第二動力源34，頂部X方向 位移調節機構滑塊13通過齒輪齒條帶動頂部X方向位移調節機構12的左右移動，從而帶 動定位機構3實現沿X方向的位移調整。操作第一動力源33，使頂部Y方向位移調整機構 絲桿29與頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22實現相對運動，帶動頂部Y方向位移調節 機構10前后移動，從而帶動定位機構3實現沿Y方向的位移調整。操作第三動力源35，頂 部Y方向位移調整機構絲桿29和頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母22實現相對運動，帶 動豎直Z方向位移調節機構11上下移動，從而帶動定位機構3實現沿Z方向的位移調整。 焊接法蘭的豎直Z方向位移調節機構16是采用齒輪齒條機構來帶動法蘭盤及聯接的機構 沿Z方向位移調整的，調整等分滑槽法蘭盤旋轉機構14、半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構 15及設有角度調整機構的連接座24，從而調整焊件法蘭盤繞X、Y、Z三個方向的旋轉角度， 法蘭的精確定位，避免了管道最后安裝時的錯位。由于焊接管件的段數是多變的，當管件的段數等于2時，采用2個頂部Y方向位移 調節機構10、豎直Z方向位移調節機構11和頂部X方向位移調節機構12組成的定位夾緊 調整機構進行調整。若管件段數等于3，采用3個上述的定位夾緊調整機構進行調整，即直 接使用圖1即可。若管件段數大于3，也采用3個上述的定位夾緊調整機構進行調整，但要 將管件先進行分組，采用每組是2段管件的組合調整或者每組是3段及1段的組合調整，實現循環地焊接。以下分別闡述2段管件、3段管件，3段以上的組合管件的焊接夾具的定位 夾緊調整方法
如圖6所示是2段管件的定位夾緊，采用2個定位夾緊調整機構。先將焊件法蘭用螺 栓聯接固定在等分滑槽法蘭盤旋轉機構14和末端法蘭等分滑槽旋轉機構32上，再將第一 段管件I固定在等分滑槽法蘭盤旋轉機構14上，利用固定端法蘭繞Z軸角度調整機構7和 固定端法蘭繞Y軸角度調整機構8對第一段管件I進行調整，調整完畢后用定位機構3和 夾緊機構2夾持管件。在保證第一段管件I的相對位置要求的情況下，將第二段管件II固 定在末端法蘭等分滑槽旋轉機構32上，以基座支架1的頂面為基準，調整第2組管件定位 夾緊調整機構的位置和擺放角度，并同時調整末端法蘭等分滑槽旋轉機構32的位置和擺 放角度，再定位夾緊第二段管件II。如圖7所示是3段管件的定位夾緊狀態圖，與圖6中的2段管件的定位夾緊相似， 所不同的僅是增加了 1個管件定位夾緊調整機構，即采用了 3個定位夾緊調整機構。在第 2個和第3個定位夾緊調整機構之間是第三段管件III。如圖8所示是3段以上的組合管件的定位夾緊，以4段管件為例，提供兩種分組方 式實現4段管件的調整，第一種分組方式為將4段管件分成兩組，每組是2段管件，即第一 段管件I和第二段管件II為一組，第三段管件III和第四段管件IV是另一組，最后再將焊接 好的這2組管件組合焊接。第二種分組方式是將4段管件分成兩組，一組是3段，另一組是 1段，即第一段管件I、第二段管件II和第三段管件III是一組，第四段管件IV是另一組，先調 整好3段管件進行焊接，再將焊好的3段管件與剩下1段管件焊接。采用第一種分組方式 時，采用與圖6相同的2個定位夾緊調整機構。采取第二種組合方式時，其中的3段管件之 間的調整焊接，采用與圖7相同的3個定位夾緊調整機構，剩下的1段管件的調整焊接采用 與圖6相同的2個定位夾緊調整機構。以此類推，針對更多段管件的組合調整方法，都是先 實現2段或者3段之間的調整焊接，再與其它的管件組合。
權利要求
1.一種管件焊接柔性夾具，包括基座支架(1 )，其特征是基座支架(1)底部是固定端 法蘭繞Z軸角度調整機構(7)和連接有等分滑槽法蘭盤旋轉機構(14)的固定端法蘭繞Y軸 角度調整機構(8)，基座支架(1)上部設有調節管件的頂部Y方向位移調節機構(10)、豎直 Z方向位移調節機構(11)和頂部X方向位移調節機構(12)及調節法蘭的法蘭Y方向位移調 節機構(18);頂部Y方向位移調節機構(10)具有頂部Y方向導軌(23)和頂部Y方向位移調 整機構絲桿(29)；豎直Z方向位移調節機構(11)具有豎直Z方向位移調整機構導軌(26)、 豎直Z方向位移調整機構絲桿(28)和螺母組件(20)；頂部X方向位移調節機構(12)具有 頂部X方向位移調節機構滑塊(13)和頂部X方向位移調整機構導軌(27);頂部X方向位移 調整機構導軌(27)固定連接在基座支架(1)上；豎直Z方向位移調節機構(11)下端是夾 緊機構(2)和定位機構(3)；所述螺母組件(20)由豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母(21) 和固定其中間凹槽中的頂部Y方向位移調節機構滑塊螺母(22)組成，頂部Y方向位移調節 機構滑塊螺母(22)上部開有的螺紋孔(37)與頂部Y方向位移調整機構絲桿(29)相配，下 底面設有的滑槽與頂部Y方向導軌(23)相配；豎直Z方向位移調節機構滑塊螺母(21) — 側開有的螺紋孔(36)與豎直Z方向位移調整機構絲桿(28)相配，相對側面上設有的滑槽 (31)與豎直Z方向位移調整機構絲桿(28)相配；頂部X方向位移調節機構滑塊(13)上設 有的齒輪與頂部X方向位移調整機構導軌(27)下底面上設有的齒條相配；頂部X方向位移 調節機構滑塊(13)上設置第一動力源(33)和第二動力源(34);頂部Y方向位移調整機構 絲桿(29)—端固定連接頂部X方向位移調節機構滑塊(13)并連接第一動力源(33)，頂部X 方向位移調節機構滑塊(13)設置的齒輪與頂部X方向位移調整機構導軌(27)下底面上設 有的齒條相配；豎直Z方向位移調整機構絲桿(28)底部連接有第三動力源(35)。
2.根據權利要求1所述的一種管件焊接柔性夾具，其特征是所述夾緊機構(2)鉸接定 位機構(3 )，定位機構(3 )上部連接有單叉接頭(5 )，單叉接頭(5 ) 一側連接有角度調整轉臺 (4)，單叉接頭(5)上部依次連接有夾頭萬向基座(6)、連接座(9)，連接塊(19)、豎直Z方向 位移調節機構(11)的下端。
3.根據權利要求1所述的一種管件焊接柔性夾具，其特征是所述法蘭Y方向位移調 節機構(18)具有法蘭Y方向位移調節機構滑塊螺母(25)、頂部Y方向導軌(23)和頂部Y方 向位移調整機構絲桿(29)，頂部Y方向位移調整機構絲桿(29)穿過法蘭Y方向位移調節機 構滑塊螺母(25)上相配的螺孔，設有角度調整機構的連接座(24)上端固定連接法蘭Y方向 位移調節機構滑塊螺母(25)、下端連接有連接塊(17);連接塊(17)下端連接豎直Z方向位 移調節機構(16)，豎直Z方向位移調節機構(16)上設有的齒條與半幅扇形齒輪嚙合轉動調 整機構(15)移動支架上設有的齒輪相配，半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構(15)連接有末 端法蘭等分滑槽旋轉機構(32)。
4.一種管件焊接柔性夾具的調整方法，其特征是包括如下步驟A、以夾緊機構(2)夾住管件，調整夾頭萬向基座(6)、角度調整轉臺(4)和設有角度調 整機構連接座(9)，從而調整定位機構(3)繞X、Y、Z三個方向旋轉角度；B、操作第二動力源(34)，頂部X方向位移調節機構滑塊(13)通過齒輪齒條帶動頂部X 方向位移調節機構(12)左右移動，從而帶動定位機構(3)實現沿X方向位移調整；C、操作第一動力源(33)，頂部Y方向位移調整機構絲桿(29)與頂部Y方向位移調節機 構滑塊螺母(22)相對運動帶動頂部Y方向位移調節機構(10)前后移動，從而帶動定位機構(3)實現沿Y方向位移調整；D、操作第三動力源(35)，豎直Z方向位移調整機構絲桿(28)和豎直Z方向位移調節機 構滑塊螺母(21)相對運動帶動豎直Z方向位移調節機構(11)上下移動，從而帶動定位機構 (3)實現沿Z方向位移調整；E、調整等分滑槽法蘭盤旋轉機構(14)、半幅扇形齒輪嚙合轉動調整機構(15)及設有 角度調整機構的連接座(24)，從而調整焊件法蘭盤繞X、Y、Z三個方向的旋轉角度。
5.根據權利要求4所述的一種管件焊接柔性夾具的調整方法，其特征是若管件的段 數等于2，采用2個由頂部Y方向位移調節機構(10)、豎直Z方向位移調節機構(11)和頂部 X方向位移調節機構(12)組成的定位夾緊調整機構；若管件段數大于等于3，采用3個所述 定位夾緊調整機構，當管件段數大于3時，將管件分組調整，每組各2段管件或每組是3段 或1段管件。
全文摘要
本發明公開一種用于多段管件間及管件與法蘭間的管件焊接柔性夾具及其調整方法，基座支架底部是固定端法蘭繞Z軸角度調整機構和連接有等分滑槽法蘭盤旋轉機構的固定端法蘭繞Y軸角度調整機構，基座支架上部設有調節管件的頂部Y方向位移調節機構、豎直Z方向位移調節機構和頂部X方向位移調節機構以及調節法蘭的法蘭Y方向位移調節機構，調整各所述機構使定位機構繞X、Y、Z三個方向旋轉角度。本發明可根據不同管件的多樣化空間走勢，快速精確地調整定位來夾持管件，實現一套夾具能適應一系列不同規格管件段的焊接。
文檔編號B23K37/053GK102000935SQ20101054550
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者張勝文, 朱成順, 李欽奉, 李霞 申請人:江蘇科技大學