CN103978333A - 平面自由定位自找正焊用工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面自由定位自找正焊用工装，包括上端面为水平面的定位块装配座（2）和安装在定位块装配座（2）上方的两个定位块找正头（1），所述的定位块找正头（1）包括开合找正碰挡（101）、找正碰挡导套（102）和开合平衡弹簧（104），所述的定位块装配座（2）上设置有一条基准线（5），所述的基准线（5）在两个定位块找正头（1）的对称面上。本发明的有益效果是：本装置用于代替现有技术中下料钢板焊接时所采用的定位块，首先是免去了需要每次焊接的缺陷，然后是免去了不同下料钢板，需要重新人工定位的缺陷，可对下料钢板进行自动对中定位，节省了大量的劳动力，而且提高了生产效率。

Description

平面自由定位自找正焊用工装

技术领域

本发明涉及钢结构制造安装领域，具体是一种平面自由定位自找正焊用工装。 

背景技术

在钢结构制造工程中，其构件一般为钢制的梁和柱件，而这些梁和柱大多在生产中，首先将钢板用火焰切割，加工成各种形状的下料钢板，再按设计中线（604）和位置要求，对下料钢板进行平面组合拼对、定位、固定、焊口焊接，制成平面基本构件。后再用平面基本构件组合焊接成空间的立体钢结构件。由于一般钢结构的尺寸及重量都较大，动则上米或几十米，并且其形状变化无穷，因此不可能去设计制造比钢结构件更为大的生产用模具或工装。即或可以制作出来，其成本和效益也是问题。因而在现有的钢结构生产制造中，对平面基本构件，或是整体钢结构件，一般采用测量工具或仪器，并辅以起重机械，进行人工组合、定位、固定、焊接。显得效率低下、操作原始，现以下料钢板拼对制成基本构件为例加以说明。 

如图2所示，下料钢板A（601）和下料钢板B（602）之间的焊接，焊接时，下料钢板B（602）固定好后，画好设计中线（604），将下料钢板A（601）的中线与设计中线（604）对正安好，并根据下料钢板A（601）焊好定位块（603），然后进行下料钢板A（601）和下料钢板B（602）的焊接，当进行下一组下料钢板焊接时，每组下料钢板A（601）和下料钢板B（602）都会有误差，那固定下料钢板A（601）和下料钢板B（602）的定位块（603）可能都需要拆掉重新定位焊接，现以下料钢板B（602）A（601）举例，即如图1中，为一按公称尺寸宽度x加工成形的下料钢板A（601），由于各种因素，其实际加工大小比公称尺寸x小，成-Δ公差值，可以放入标准公称尺寸的定位工装（组对模具）中，如图2，但是下料钢板A（601）的实际中线（605）、与基本构件的设计中线（604）产生了1/2Δ的偏移，并超出了中线偏差值的要求。我们要求加工可按公差，但组合拼对时、下料钢板A（601）的实际中线（605）要与基本构件设计中线（604）对正重合。由于工装定位块（603）与实际下料钢板A（601）出现了Δ间隙，不能准确将下料钢板A（601）实际中线（605）与设计中线（604）对正重合（找正）和固定。因此必须将工装的定位块（603）拆掉，重新对下料钢板A（601）进行人工找正后，将定位块（603）靠紧钢板、重新固定和与工装平台焊牢。接下来是对下料钢板A（601）和下料钢板B（602）拼对好的基本构件进行焊口的焊接或点焊牢；同理，如按图1公称尺寸宽度x加工成形的下料钢板A（601），其实际大小可能比公称尺寸x大，成+Δ公差值，其也不能放入图2标准公称尺寸的定位工装（中线或宽度定位块）中，于是又得将定位块（603）拆掉，再对下料钢板（601）进行找正、定位、固定，后进行焊口焊接。可见，每件下料钢板（601）由于客观存在加工公差或不同误差，基本上每件都要重新进行上述定位块（603）拆掉、工件下料钢板A（601）的找正、定位、固定工作，显得操作非常原始、效率低下。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种平面自由定位自找正焊用工装，解决现有下料钢板之间焊接中，因为各个工件生产时有误差，导致大量配组焊接时，定位装置不能重复使用，需要拆卸掉定位块重新定位，导致工作效率低下的缺陷。 

本发明的目的通过下述技术方案实现：平面自由定位自找正焊用工装，包括上端面为水平面的定位块装配座和安装在定位块装配座上方的两个完全一致的定位块找正头，所述的定位块找正头包括开合找正碰挡、找正碰挡导套和找正碰挡导杆，所述的找正碰挡导套为一个中空圆柱体，且一端开口，所述找正碰挡导杆设置于找正碰挡导套内，找正碰挡导杆延伸方向与找正碰挡导套一致，找正碰挡导杆一端为稳固端，另一端为弹性调节端，所述的稳固端的直径与找正碰挡导套的内径匹配，弹性调节端的直径小于稳固端，弹性调节端上套有一个外径小于稳固端的开合平衡弹簧，弹性调节端从找正碰挡导套的封闭端穿出并与外端的弹簧力调节帽螺纹连接，使得开合平衡弹簧夹在稳固端和找正碰挡导套封闭端之间，稳固端从找正碰挡导套开口端延伸出固定连接外端的开合找正碰挡，两个定位块找正头的找正碰挡导套开口正对设置，所述的定位块装配座上设置有一条基准线，所述的基准线位于两个定位块找正头的对称面上。本装置使用时，将基准线与设计中线重合，然后固定好本装置，将下料钢板A放置在定位块装配座上，且位于两个定位块找正头之间，两个开合找正碰挡之间的距离应该小于下料钢板A的最小宽度，两个开合平衡弹簧应该有一样的弹性系数，且弹簧的预压反力调节为一样，这样下料钢板A在两个定位块找正头之间时，静止后，其实际中线即与设计中线对正重合,弹簧预压调节即通过弹簧力调节帽来实现，当旋转弹簧力调节帽，向内扭紧时，弹簧即被压缩，向外松动时，弹簧即伸展，装置使用时，先有一个有中线的下料钢板A，旋转调节帽来校准，之后再使用即提高了精度。 

进一步，上述的定位块装配座的下端正对于两个定位块找正头的位置分别都设置有一个开关磁座，所述的开关磁座包括开关磁座磁靴以及设置于开关磁座磁靴内的可转永磁体，所述的可转永磁体通过位于开关磁座磁靴外的开关磁座旋钮带动旋转，可转永磁体的上、下方各设置有一个阻磁体。磁座磁靴一般都是包括两个导磁体，分别位于可转永磁体的左右两侧，当永磁体的S与N极转动至水平位置时，其磁力线则通地过磁靴左右两部分的导磁体与钢工作平台形成闭合回路，发生吸合并固定，当永磁体的S与N极转动至垂直位置时，其磁力线受永磁体上、下方的阻磁体所阻挡与钢工作平台无法形成磁回路，而脱出吸合。 

进一步，上述的开关磁座设置在定位块装配座中的开关槽内，开关槽的槽口朝下，开关磁座在开关槽的槽口处露出，所述的开关磁座通过浮动支撑胶圈安装在开关槽内，即开关磁座磁靴上设置有绕其一周的嵌沟，嵌槽的宽度与浮动支撑胶圈配合，开关槽内壁对应于嵌沟的位置设置有配合的槽沟，槽沟的宽度与浮动支撑胶圈配合，所述的浮动支撑胶圈的内圈则卡进嵌沟，其外圈则卡进槽沟。这样开关磁座磁靴与定位块装配座为绝缘连接，这保证了工件的焊接电流不通过定位块装配座到工装钢平台，避免因电流损坏定位块的各机构件及磁靴与平台间的吸合面，因此工作中必须工件接地，使之成为适用于焊接的工装。所述开关磁座磁靴下端露出定位块装配座很小一段距离，可保证任何情况下装配座不与工作平台接触而导磁导电，并使磁座磁靴能独自与工作平台形成柔性贴合，并且磁座磁靴底面开有八字槽，上述设计均有减小定位块装配座与工作平台的接触面，有利于排除装配座下面的平台锈尘，而八字槽的磁靴底吸合面更有利于增强与工作平台的磁通密度及吸合力。 

进一步，上述的开关磁座磁靴有两个相对的侧面还分别通过一个磁靴定位销与定位块装配座连接，磁靴定位销为绝缘绝磁非金属，其一端与定位块装配座固定连接，另一端插入开关磁座磁靴侧面的定位孔内，定位孔呈条圆状，其宽度与磁靴定位销匹配，其长度大于磁靴定位销的直径。该销只允许磁靴作上下运动和一定转动，并阻止定位块装配座的左右运动，可严格保证经固定后的定位块装配座及其找正头，在工作时对设计中线的精确定位，如采用全柔性橡胶圈将无法满足定位块装配座对设计中线的定位要求。 

进一步，上述的开关磁座磁靴与开关槽的顶部之间设置有阻挡橡胶圈。防止开关磁座磁靴的顶端与定位块装配座有接触，并对装配座起主要支承作用，所述磁座磁靴顶部阻挡橡胶圈和下部槽口内浮动支撑胶圈，及磁靴定位销及条圆孔，除共同起绝缘绝磁作用外，还使磁座磁靴具有三自由度有限浮动作用，在保证对设计中线的定位精度前提下，可使磁靴与钢板平台自动吻合，以适应平台表面的微观不平整度，从而提高磁靴与平台表面的密合性，尽量减小磁路气隙从而增大磁吸力，使定位块装配座具有可靠的固定性。 

进一步，上述的定位块装配座的上端，且位于两个定位块找正头之间，基准线的两侧各设置有一个滚滑动球支承，所述的滚滑动球支承安装在定位块装配座上的通孔内，其包括支承安装套、球支承安装座、滚球硬承台、滚球和滚球保持器，支撑安装套呈管状，其固定在通孔内，支撑安装套上端与定位块装配座的上水平面齐平，球支撑安装座为一个上端开口的空心圆柱体，其开口端与支撑安装套的下端螺纹连接，滚球硬承台位于球支撑安装座内，且固定在球支撑安装座的底部中心位置，支撑安装套的上端口处设置一个上端盖，上端盖呈环状，其周截面呈倒L状，即上端盖的外缘边的下方设置一圈挡板，所述的滚球保持器位于上端盖的下方，滚球保持器呈环形，其外环径小于上端盖的外环径，但大于上端盖的内环经，滚球保持器的水平移动受上端盖的挡板限制，只能在上端盖外环范围内移动，且滚球保持器的内环圆因为移动形成一个大圆，该圆的直径小于上端盖内环圆的直径，滚球保持器的下方设置有径向螺旋弹簧，径向螺旋弹簧一端连接滚球保持器，另一端连接球支撑安装座的底部，所述的滚球位于滚球硬承台上，滚球的上端依次经滚球保持器、上端盖的环孔露出，并超出定位块装配座的上水平面。该支撑滚球在小于中线定位工差范围内为纯滚动，用其支撑下料钢板A，极大减少了下料钢板A与定位块装配座之间的摩擦力，使得下料钢板A的实际中线在找正工作中，能够基本上完全与设计中线重合，不会因为摩擦力，而导致中线偏移，滚球滚动会使螺旋弹簧上端面发生径向偏移，工作结束后，弹簧的变形反力将带动滚球回中心位置，可进行新一轮工作，该支撑滚球在大于中线定位工差范时不能滚动，下料钢板只能在其光洁面上作滑动。 

进一步，两个所述的开合找正碰挡相对面为竖直平面，而开合找正碰挡的上端面为倾斜面，且上端面靠近基准线的一端低于远离基准线的一端。上端面斜面设置，即可以轻易地将下料钢板A放到两个开合找正碰挡之间 

进一步，上述的找正碰挡导套的开口端端口处设置有导槽，导槽延伸方向与找正碰挡导套一致，开合找正碰挡上设置有一个卡键，卡键卡进导槽，使得开合找正碰挡只能沿导槽方向运动，开合找正碰挡如发生转动会影响弹簧弹性，使得两个弹簧弹性不一致。

进一步，上述的定位块装配座包括两个半装配座，该两个半装配座的连接缝即构成基准线，这样在一个半装配座上的零件出现损坏时，即换上另一个半装配座，即可投入使用，坏掉了即拿去维修，这样不仅可以最大化发挥本装置的效能，也方便了维修，并且，可根据不同工件尺寸，在两个半座之间加入不同的加长座模块，提高定位块的适用性。 

本发明的有益效果是： 

1、本装置用于代替现有技术中下料钢板焊接时所采用的定位块，首先是免去了需要焊接的缺陷，然后是免去了不同下料钢板，需要重新定位的缺陷，节省了大量的劳动力，而且提高了生产效率；

2、采用开关磁座，即通过磁力吸附在工作台上，而且是可以取消和开启磁力，即可在工作平台上任意位置进行固定定位，方便了使用；

3、定位块装配座上设置滚球，使下料钢板在定位块装配座上的对中找正运动为纯滚动，避免平面滑动摩擦力使下料钢板停留某处而不能回复至预定中线，从而使得定位更加准确。

附图说明

图1 为现有技术中下料钢板A的结构示意图； 

图2 为现有技术中下料钢板之间安装焊接示意图；

图3 为实施例1的结构示意图；

图4 为图3的俯视图；

图5 为实施例1中定位块找正头的结构示意图；

图6 为实施例1定位块找正头中开合找正碰挡的拆分示意图；

图7 为实施例2的结构示意图；

图8 为滚滑动球支承的结构示意图；

图9 为滚滑动球支撑工作示意图；

图10 为开合找正碰挡安装示意图；

图11 为较大尺寸的工件放入开合找正碰挡间的示意图；

图12 为较小尺寸的工件放入开合找正碰挡间，或者工件放偏的示意图；

图13 为工件放置过程中，开合找正碰挡上力示意图；

图14 为两个相同开合平衡弹簧对顶示意图；

图15 为开合平衡弹簧受外力后状态示意图；

图16 为两个开合平衡弹簧之间放入工件后示意图；

图17 为实施例3的结构示意图；

图18 为开关磁座的结构示意图；

图19 为图18中的A-A向剖视图；

图20 为图19中B向放大示意图；

图21 为开关磁座吸附开启时永磁体的状态示意图；

图22 为开关磁座吸附关闭时永磁体的状态示意图；

图中，1-定位块找正头，2-定位块装配座，3-滚滑动球支承，4-开关磁座，5-基准线，101-开合找正碰挡，102-找正碰挡导套，103-碰挡开合导杆，104-开合平衡弹簧，105-弹簧力调节帽，106-基面，107-倾斜面，108-稳固端，109-弹性调节端，110-导槽，111-卡键，201-开关槽，202-支承安装套，203-半装配座，204-螺钉，301-支承滚球，302-滚球承台，303-上端盖，304-滚球保持器，305-支承安装座，306-径向螺旋弹簧，401-开关磁座磁靴，402-可转永磁体，403-开关磁座旋钮，404-磁靴定位销，405-浮动支撑胶圈，406-嵌沟，407-槽沟，408-阻挡橡胶圈，409-定位孔，410-阻磁体，601-下料钢板A，602-下料钢板B，603-定位块，604-设计中线，605-实际中线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明： 

实施例1：

如图3、图4，平面自由定位自找正焊用工装，包括上端面为水平面的定位块装配座2和安装在定位块装配座2上方的两个完全一致的定位块找正头1，所述的定位块找正头1包括开合找正碰挡101、找正碰挡导套102和找正碰挡导杆103，所述的找正碰挡导套102为一个中空圆柱体，且一端开口，所述找正碰挡导杆103设置于找正碰挡导套102内，找正碰挡导杆103延伸方向与找正碰挡导套102一致，找正碰挡导杆103一端为稳固端108，另一端为弹性调节端109，所述的稳固端108的直径与找正碰挡导套102的内径匹配，弹性调节端109的直径小于稳固端108，弹性调节端109上套有一个外径小于稳固端108的开合平衡弹簧104，弹性调节端109从找正碰挡导套102的封闭端穿出并与外端的弹簧力调节帽105螺纹连接，使得开合平衡弹簧104夹在稳固端108和找正碰挡导套102封闭端之间，稳固端108从找正碰挡导套102开口端延伸出固定连接外端的开合找正碰挡101，两个定位块找正头1的找正碰挡导套102开口正对设置，所述的定位块装配座2上设置有一条基准线5，所述的基准线5位于两个定位块找正头1的对称面上。本装置使用时，将基准线5与设计中线604重合，然后固定好本装置，将下料钢板A601放置在定位块装配座2上，且位于两个定位块找正头1之间，两个开合找正碰挡101之间的距离应该等于或小于下料钢板A601的最小宽度，两个开合平衡弹簧104应该有一样的弹性系数，这样下料钢板A601在两个定位块找正头1之间时，静止后，其实际中线605即与设计中线604对正重合。当开合找正碰挡101被下料钢板A601推动时，找正碰挡导杆103的弹性调节端109是贯穿找正碰挡导套102的，即可以向外移动，从而压缩弹簧，两个弹簧相互挤压，然后找到平衡点即停止动作，如果开始时，两弹簧的弹力均衡点在基准线5处的话，那位于两弹簧之间的物体的中线肯定会被停留在基准线5即是设计中线604处，所以弹簧的预压一定要弄好，弹簧预压调节即通过弹簧力调节帽105来实现，当旋转弹簧力调节帽105，向内扭紧时，弹簧即被压缩，向外松动时，弹簧即伸展，装置使用时，先有一个有中线的下料钢板A601，旋转调节帽来校准，之后再使用即提高了精度。本装置中，还因为找正碰挡导杆103的固定端108与找正碰挡导套102的内径配合，使得弹簧除了轴向上可以形变，其他方向不会出现形变，保证了弹簧的合理使用。

本实施例中两个所述的开合找正碰挡101相对面为竖直平面，称为基面106，而开合找正碰挡101的上端面为倾斜面，称为倾斜面107，且倾斜面107靠近基准线5的一端低于远离基准线5的一端。倾斜面107斜面设置，即可以轻易地将下料钢板A放到两个开合找正碰挡之间。 

本实施例的找正碰挡导套102的开口端端口处设置有导槽110，导槽110延伸方向与找正碰挡导套102一致，开合找正碰挡101上设置有一个卡键111，卡键111卡进导槽110，使得开合找正碰挡101只能沿导槽110方向运动，开合找正碰挡如发生转动会影响弹簧弹性，使得两个弹簧弹性不一致。本装置中导槽110不会阻挡找正碰挡导杆103的运动 

本实施例的定位块装配座2包括两个半装配座203，该两个半装配座203的连接缝即构成基准线5，这样在一个半装配座203上的零件出现损坏时，即换上另一个半装配座203，即可投入使用，坏掉了即拿去维修，这样不仅可以最大化发挥本装置的效能，也方便了维修。

本实施例的结构与实施例3基本一致，不同之处在于定位块装配座2包括两个装配半装配座203，该两个半装配座203的连接缝即构成基准线5。这样在一个半装配座201上的零件出现损坏时，即换上另一个半装配座203，即可投入使用，坏掉了即拿去维修，这样不仅可以最大化发挥本装置的效能，也方便了维修。并且，在两个半装配座之间可机动加入模数化定位块加长座或调整垫片，以适应不同下料钢板601的不同宽度。本实施例中两个半装配座203之间主要通过螺钉204连接固定。 

实施例2： 

如图5、图6，本实施例的结构与实施例1基本一致，不同之处进一步，上述的定位块装配座2的上端，且位于两个定位块找正头1之间，基准线5的两侧各设置有一个滚滑动球支承3，所述的滚滑动球支承3安装在定位块装配座2上的通孔203内，其包括支承安装套202、球支承安装座305、滚球硬承台302、滚球301和滚球保持器304，支撑安装套202呈管状，其固定在通孔203内，支撑安装套202上端与定位块装配座2的上水平面齐平，球支撑安装座305为一个上端开口的空心圆柱体，其开口端与支撑安装套202的下端螺纹连接，滚球硬承台302位于球支撑安装座305内，且固定在球支撑安装座305的底部中心位置，支撑安装套202的上端口处设置一个上端盖303，上端盖303呈环状，其周截面呈倒L状，即上端盖303的外缘边的下方设置一圈挡板，所述的滚球保持器304位于上端盖303的下方，滚球保持器304呈环形，其外环径小于上端盖303的外环径，但大于上端盖303的内环经，滚球保持器304的水平移动受上端盖303的挡板限制，只能在上端盖303外环范围内移动，且滚球保持器304的内环圆因为移动形成一个大圆，该圆的直径小于上端盖303内环圆的直径，滚球保持器304的下方设置有径向螺旋弹簧306，径向螺旋弹簧306一端连接滚球保持器304，另一端连接球支撑安装座305的底部，所述的滚球301位于滚球硬承台302上，滚球301的上端依次经滚球保持器304、上端盖303的环孔露出，并超出定位块装配座2的上水平面。该支撑滚球304在小于中线定位工差范围内为纯滚动，用其支撑下料钢板A601，极大减少了下料钢板A601与定位块装配座2之间的摩擦力，使得下料钢板A601的实际中线能够在找正中，基本上完全与基准线5重合，不会因为摩擦力，而导致中线偏移，该支撑滚球304在大于中线定位工差范围时不能滚动，下料钢板A601只能在其光洁面上作滑动。本装置的球支撑安装座305通过螺纹连接在支撑安装套202上，所以可以旋动球支撑安装座305调节滚球硬承台302的高度，即滚球301的高度，保证两个滚球301在同一高度。

下面通过为适应不同公差或误差工件的要求，上述定位块找正头1的开合找正碰挡101，必须随下料钢板A601的宽度差异沿碰挡导向套102而伸缩变化，对其工作情况及受力加以说明。 

其中图10，为未放入下料钢板A601时有关作用件的安装图，各作用件均处在自由的标准初始安装状态，其两侧开合找正碰挡101的定位边106为工件的最小极限宽度250-Δ，并与定位块标记中线对称。 

其中图11为放入下料钢板A601，其宽度≥最小极限宽度250 -Δ,或工件向右放偏时的情况。 

工件将碰撞开合找正碰挡101的斜边107，产生向右的水平分力，推动碰挡向右并压缩其开合平衡弹簧104。工件推开碰挡后将落入两基线106间槽内，并平放在装配座上的滚滑动支承3上，由于滚滑动支承具有很小的摩擦力，右侧被压缩弹簧将推动工件向左运动，直到两侧弹簧推力达相等平衡为止，也即达预先调好的定位块中线位置。以此将工件找正到组对的设计中线604位置上。 

其中图12为放入下料钢板A601的宽度＝最小极限宽度250-Δ,或工件向左放偏时的情况。工件可自由落下或向左推开碰挡而落下。同理，工件向左压缩其开合平衡弹簧，后将被弹簧反推至两侧弹簧平衡的定位块中线位置，将工件找正到组对的设计中线604位置上。 

对于下料钢板A601推动碰挡的水平分力F应作进一步说明，由图13可见：推力F是因钢板工件的自重W所引起，由于对工件中线2点找正所用定位块为2付，共有4只开合找正碰挡，其在各种情况下对工件的支承受力最小为1/4 W，该支承受力作用在碰挡的斜边107上，斜边与支重力方向成α夹角，α也称工件导入角，由此可得推动碰挡的水平分力 

        2—1

其中：α越大、推力F越大，这是所希望的。

但α越大，工件下落对斜边的正压力即摩擦力也越大，因此又希望α较小。而单侧开合碰挡对于宽度x+Δ～x-Δ工件的最大开合量、或压缩量为 

［+Δ--Δ］÷2 =Δ         2—2

而单侧弹簧无预压时、相对开合压缩量可按下式计算

Δ=        2—3

其中k弹为单只弹簧的总刚度

为使工件下落导入易于观察、操作方便，碰挡导入角开口宽度应取s≥2Δ。

定位块对工件的找正，实利了用弹簧平衡对中原理，如图14所示：在左、右固定位置m、n端共装有2只构造参数完全相同的螺旋弹簧，其内侧装有相同尺寸的开合碰挡。两弹簧初始自由长度均为L0，当弹簧装入固定时，由于两固定端间距m n小于2只弹簧及碰挡的总尺寸，弹簧自身都将受到压缩，压量缩量L0－L1，在使左、右弹簧在碰挡接触点q产生对顶力时。由于作用力等于反作用力规律，对顶点的压力相等，使左、右两弹簧所受压力完全相同，即 P2= P1。又因两弹簧及碰挡构造完全相同、刚度一至，在所受压力相等时，两弹簧压缩后的长度L2=L1，以及含碰挡的总长度也相等，因而距离mq=nq。由此可见，此两相同的对压弹簧含碰挡的对顶受力与位置点，始终平衡在其左右两端的中线c上。此P2或 P1 也可称为弹簧的预压力。 

当上述两弹簧对顶受力点平衡在其左右两端中线位置时，如在其对顶点上施以向左或向右的外加力，必然压缩左侧或右侧弹簧，如图15所示：左侧弹簧受压后，由原长L2= L1压缩为L2′，压力由原的P2= P1增加至P2′。右侧弹簧由原长L1舒张为L1′，其压力也由P1减缓为P1′，造成对顶点q偏离平衡时位置中线c的情况。改变了两弹簧原有平衡压力，形成P2′＞P1′。当外加力取消时，两弹簧接触点将产生回复，如回复过程无能量或阻力消耗，其接触点将准确回复到原平衡时的中线位置上。 

上述两弹簧的复位找正原理、同样适合于在其两对顶点间加入工件a的情况。如图16所示：如保持图15外力使对顶点偏中的受力状态，从对顶点将两弹簧分开并外移一最小工件尺寸设计可放最小工件的位置，当放入工件及取消外力后，其左侧弹簧所受较大的压力P2′得到释放。此时如工件无其他外力影响，仅为一传力构件，其将使左侧弹簧力P2′传递到右侧弹簧，仍旧形成左、右弹簧对顶点受压，P2′＞P1′情况；但此时由于工件具有自重W，必然对其下面的滚滑动球支承3形成压力，产生滚动摩擦力f，由于该摩擦力对左侧弹簧压力P2′有抵消作用，两弹簧的对顶点将无法再回复到原来的平衡位置中线c上，在水平受力P方向上，形成新的受力平衡，即 

Σ P=0：   P2′－P1′－f＝0           3—1

对于摩擦力－f、在此有以下几点说明：

（1）摩擦力－f即是使工件实际中线c′605无法回到原设计中线c 604的力。现参考图16，另假设成外加力取消后，工件中线c′已经回复了一段不完整距离，在左侧弹簧压力P2′作用下，因摩擦力－f作用，使中线c′平衡在现图中位置上，离设计中线c 604还差-δ距离（反方向为+δ）。

（2）+δ/-δ值的大小代表了工件的定位找正精度，而摩擦力f越大、定位块的找正精度越差，这也是对工件采用具有小摩擦系数的滚球支承的原故。 

（3）此处的摩擦力大小按下式计算 

                       3—2

其中、k滚为滚动摩擦系数；1/2 W为工件对一付定位块的正压力，因找正中线的2点需用定位块2付，每付承受工件一半重量。并且无论其支承是几点，产生的摩擦力是一样大。 

（4）摩擦阻力－f，产生工件不能回位的距离－δ，与右侧弹簧工作图比较，弹簧也未回到对应原始中线的位置点P1，也有一相等未回位距离δ。可见摩擦力f与弹簧未回位距离δ密切相关、一一对应，即 

f＝δ×k弹                    3—3

 k弹为单只弹簧的总刚度

（5）在摩擦力f相对不变，当外工件偏离中线重新平衡时，由上述平衡方程

由式3—1可得          

 f＝P2′－P1′

也即     f＝P2′－P1′＝P2＋δ×k弹 －（P1－δ×k弹）      3—4

其中   P2= P1为两侧弹簧的原预压力。＋δ×k弹为改变平衡位置后左侧弹簧的增加力，－δ×k弹为右侧弹簧的减少力，于是有

f＝2δ×k弹 

则    δ＝f / 2 k弹           3—5

由此可见，要提高定位找正精度，即减小δ的距离值，可用增大单只弹簧的刚度k弹的办法来解决。

（6）为了克服摩擦f等阻力，可靠保证工件的找正回位运动，在已知摩擦力f大小和不改变k弹的情况下，在设计上可将摩擦力预设更大些，如为cf（c ＞1），c为增大系数，因此可将弹簧的预压力P1相应调整为P1= P2=cδ×k弹。这种调整主要靠弹簧力调整帽105来实现的，并且这种预压力被调整帽固定后不可随意释放。并且由此可见，当找正头101的设计安装位置正好放得下最小工件时，此不产生对其超大2Δ压缩量，因而找正头定位基面106与工件仅为接触，无压力或微压力。这样当工件放偏时，只发生单侧的找正头受压和压缩，可产生较前述更为大的回位力。并且在发生单侧找正头弹簧压缩时，另一侧弹簧不会释放和跟进、及形成式（3—4）中预压力P2、P1互相抵消的情况，可保有较强的克服摩擦及其他阻力的能力。 

（7）由工件运动摩擦力转换成的弹簧压缩量δ，由式（3—5）求得。δ与由工件尺寸公差造成的弹簧开合量Δ有一定的区别，Δ压缩量仍可从图16中弹簧工作图观察到，Δ的相对压缩量比δ压缩量要大得多，Δ的终点压力PΔ为 

PΔ＝k弹（δ＋Δ） 

在预设c倍摩擦力后弹簧开合终点压力最终应为

PΔ＝k弹（cδ＋Δ）           3—6

工件在定位块上的找正过程产生的摩擦力，在无润滑情况下，钢-钢的滑动摩擦系数约0.2，而其滚动摩擦系数约0.005，两者摩擦力相差几十倍。为减小定位块体积及降低找正头弹簧的工作力及尺寸，因而设计出一种对工件支承的定位块滚/滑动球支承。

在工件带动下，滚球301可在其硬承台302顶面上偏向任一方向滚动，直到滚球保持器304碰触上端盖303边界时，方停止其滚动。此时还可用人工等对工件进行大距离的推动，如对工件进行长方向一端定位而推动另一端的情况，此刻所受的是滑动摩擦力。滚球的滚动距离须适应工件的公差变动，其滚距应≥Δ。当定位工作完成，工件离开定位块时，滚球下部的螺旋弹簧306因上端面的径向位移反力使其返回自由状态，并基本恢复到正中位置，为下一要找正的工件作准备。 

此处的螺旋弹簧306，并不承受通常的轴向压力或拉力，其一端固定，另一端承受任一方向的径向推动力。当其一端被推动偏移时，将产生倾斜变形反力p,该力很小，但不能完全忽略，应从增加工件运动阻力或摩擦力方面予以考虑。 

找正头开合平衡弹簧及碰挡为关键构件，必须进行重点设计和计算： 

根据钢板工件的已知条件及有关数据：工件自重 W ＝60～100 kgf，工件宽度公差 Δ＝+3/-3 mm，工件组合拼对的中线允许偏差 δ＝+0.5/-0.5 mm。综合考虑滚滑动支承的滚球及其保持器弹簧的偏移反力p、参见图9，及锈尘等阻力因素，取加大滚动摩擦系数 k滚 ＝0.005的3.5倍，为保证弹簧克服阻碍的回弹力，加大倍数越大越好，但其又局限于弹簧尺寸及安装空间，综合取其为3.5倍后、即k滚 ＝0.018。现计算决定找正头弹簧的各种参数及碰挡关键数据：

（1）弹簧的外径Φ

由设计定位块的最小宽度及定位头直径，估取Φ＝ 22 mm

（2）弹簧的丝径d

此在上述外径Φ下的系列产品中，试取最大丝径 d ＝ 2.5 mm

（3）弹簧单圈刚度k弹′

由弹簧的外径Φ，丝径d，在其参数表中查取该单圈刚度，k弹′＝5.28 kgf/mm

（4）弹簧节距t

由弹簧的外径Φ，丝径d，在其参数表中查取该弹簧节距t＝ 6.65 mm

（5）工件运动摩擦力f

由式3—2

＝＝0.9(kgf) 

（6）弹簧总刚度k弹

由式3—5

δ＝f / 2 k弹

则     k弹＝f / 2δ＝0.9/ 2δ＝0.9(kgf/mm)

其中 δ＝0.5

（7）弹簧的工作总圈数n

由弹簧总刚度与单圈刚度及总圈数关系公式

k弹/ k弹′＝1/n

则     n＝k弹′/ k弹      n＝5.28/ 0.9 ＝6(圈)

（8）弹簧自由高度H

由弹簧公式计算

H＝nt＋1.5 d ＝6 ×6.65 ＋1.5 ×2.5＝43.7(mm)

（9）弹簧开合压缩终点压力

由式3—6

PΔ＝k弹（cδ＋Δ）          

则    PΔ＝0.9（3×0.5＋3）＝ 4.1(kgf)

其中弹簧预压量取1.5 mm，则 c＝3；并且、此处非Δ的单独相对压缩量，为双弹簧工作互相影响，因此不按式2—3进行计算

（10）找正头碰挡的工件导入角α

由式2—1

在此，弹簧开合压缩终点压力PΔ弹簧反力，是由工件落入时的分力F工件作用力所产生，两者实为一至，于是有方程

PΔ＝F

即

k弹（cδ＋Δ）＝        

则    α＝＝＝15°

这里应作说明：由于相同公称宽度的工件，存在长度不同，有重量的变化，其重量W＝60～100 kgf，因此在计算工件运动摩擦等阻力时取最重100 kgf，在计算工件最轻能下落时取最轻60 kgf,此实际上也可用角度来谐调弹簧的受力。

实施例3： 

如图17-19，本实施例的结构与实施例2基本一致，进一步，上述的定位块装配座2的下端正对于两个定位块找正头1的位置分别都设置有一个开关磁座4，所述的开关磁座4包括开关磁座磁靴401以及设置于开关磁座磁靴401内的可转永磁体402和阻磁体410，所述的可转永磁体402通过位于开关磁座磁靴401外的开关磁座旋钮403带动旋转，阻磁体410位于可转永磁体402的上、下方。整个装置放在一个钢工作平台上，当可转永磁体转动至两极位于同一水平位置，磁力线即可通过磁靴两侧的导磁体与钢工作平台形成闭合回路，发生吸合并固定，或转至垂直方向上时，磁力线受磁靴上、下方阻磁体所阻隔与钢工作平台无法形成磁回路，而脱出吸合。

进一步，上述的开关磁座4设置在定位块装配座2中的开关槽201内，开关槽201的槽口朝下，开关磁座4在开关槽201的槽口处露出，所述的开关磁座4通过浮动支撑胶圈405安装在开关槽201内，即开关磁座磁靴401上设置有绕其一周的嵌沟406，嵌槽406的宽度与浮动支撑胶圈405配合，开关槽201内壁对应于嵌沟406的位置设置有配合的槽沟407，槽沟407的宽度与浮动支撑胶圈405配合，所述的浮动支撑胶圈405的内圈则卡进嵌沟406，其外圈则卡进槽沟407。这样开关磁座磁靴401与定位块装配座2为绝缘连接，这保证了工件的焊接电流不通过定位块装配座2到工装钢平台，避免因电流损坏定位块的各机构件及磁靴与平台间的吸合面，因此工作中必须工件接地，使之成为适用于焊接的工装。所述开关磁座磁靴401下端露出定位块装配座2很小一段距离，可保证任何情况下装配座不与工作平台接触而导磁导电，并使磁座磁靴能独自与工作平台形成柔性贴合，并且磁座磁靴底面开有八字槽，上述设计均有减小定位块装配座2与工作平台的接触面，有利于排除装配座下面的平台锈尘，而八字槽的磁靴底吸合面更有利于增强与工作平台的磁通密度及吸合力。 

进一步，上述的开关磁座磁靴401有两个相对的侧面还分别通过一个磁靴定位销404与定位块装配座2连接，磁靴定位销404为绝缘绝磁非金属，其一端与定位块装配座2固定连接，另一端插入开关磁座磁靴401侧面的定位孔409内，定位孔409呈条圆状，其宽度与磁靴定位销404匹配，其长度大于磁靴定位销404的直径。该销只允许磁靴作上下运动和一定转动，并阻止定位块装配座2的左右运动，可严格保证经固定后的定位块装配座2及其找正头，在工作时对设计中线的精确定位，如采用全柔性橡胶圈将无法满足定位块装配座2对设计中线的定位要求。 

进一步，上述的开关磁座磁靴401与开关槽201的顶部之间设置有阻挡橡胶圈408。防止开关磁座磁靴401的顶端与定位块装配座2有接触，并对装配座起主要支承作用，所述磁座磁靴顶部阻挡橡胶圈和下部槽口内浮动支撑胶圈，及磁靴定位销及条圆孔，除共同起绝缘绝磁作用外，还使磁座磁靴具有三自由度有限浮动作用，在保证对设计中线的定位精度前提下，可使磁靴与钢板平台自动吻合，以适应平台表面的微观不平整度，从而提高磁靴与平台表面的密合性，尽量减小磁路气隙从而增大磁吸力，使定位块装配座2具有可靠的固定性。 

Claims (9)

1.平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于，包括上端面为水平面的定位块装配座（2）和安装在定位块装配座（2）上方的两个完全一致的定位块找正头（1），所述的定位块找正头（1）包括开合找正碰挡（101）、找正碰挡导套（102）和找正碰挡导杆（103），所述的找正碰挡导套（102）为一个中空圆柱体，且一端开口，所述找正碰挡导杆（103）设置于找正碰挡导套（102）内，找正碰挡导杆（103）延伸方向与找正碰挡导套（102）一致，找正碰挡导杆（103）一端为稳固端（108），另一端为弹性调节端（109），所述的稳固端（108）的直径与找正碰挡导套（102）的内径匹配，弹性调节端（109）的直径小于稳固端（108），弹性调节端（109）上套有一个外径小于稳固端（108）的开合平衡弹簧（104），弹性调节端（109）从找正碰挡导套（102）的封闭端穿出并与外端的弹簧力调节帽（105）螺纹连接，使得开合平衡弹簧（104）夹在稳固端（108）和找正碰挡导套（102）封闭端之间，稳固端（108）从找正碰挡导套（102）开口端延伸出固定连接外端的开合找正碰挡（101），两个定位块找正头（1）的找正碰挡导套（102）开口正对设置，所述的定位块装配座（2）上设置有一条基准线（5），所述的基准线（5）位于两个定位块找正头（1）的对称面上。

2.根据权利要求1所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的定位块装配座（2）的下端正对于两个定位块找正头（1）的位置分别都设置有一个开关磁座（4），所述的开关磁座（4）包括开关磁座磁靴（401）以及设置于开关磁座磁靴（401）内的可转永磁体（402），所述的可转永磁体（402）通过位于开关磁座磁靴（401）外的开关磁座旋钮（403）带动旋转，可转永磁体（402）的上、下方各设置一个阻磁体（410）。

3.根据权利要求2所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的开关磁座（4）设置在定位块装配座（2）中的开关槽（201）内，开关槽（201）的槽口朝下，开关磁座（4）在开关槽（201）的槽口处露出，所述的开关磁座（4）通过浮动支撑胶圈（405）安装在开关槽（201）内，即开关磁座磁靴（401）上设置有绕其一周的嵌沟（406），嵌槽（406）的宽度与浮动支撑胶圈（405）配合，开关槽（201）内壁对应于嵌沟（406）的位置设置有配合的槽沟（407），槽沟（407）的宽度与浮动支撑胶圈（405）配合，所述的浮动支撑胶圈（405）的内圈则卡进嵌沟（406），其外圈则卡进槽沟（407）。

4.根据权利要求3所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的开关磁座磁靴（401）有两个相对的侧面还分别通过一个磁靴定位销（404）与定位块装配座（2）连接，磁靴定位销（404）为绝缘绝磁非金属，其一端与定位块装配座（2）固定连接，另一端插入开关磁座磁靴（401）侧面的定位孔（409）内，定位孔（409）呈条圆状，其宽度与磁靴定位销（404）匹配，其长度大于磁靴定位销（404）的直径。

5.根据权利要求3所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的开关磁座磁靴（401）与开关槽（201）的顶部之间设置有阻挡橡胶圈（408）。

6.根据权利要求1所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的定位块装配座（2）的上端，且位于两个定位块找正头（1）之间，基准线（5）的两侧各设置有一个滚滑动球支承（3），所述的滚滑动球支承（3）安装在定位块装配座（2）上的通孔（203）内，其包括支承安装套（202）、球支承安装座（305）、滚球硬承台（302）、滚球（301）和滚球保持器（304），支撑安装套（202）呈管状，其固定在通孔（203）内，支撑安装套（202）上端与定位块装配座（2）的上水平面齐平，球支撑安装座（305）为一个上端开口的空心圆柱体，其开口端与支撑安装套（202）的下端螺纹连接，滚球硬承台（302）位于球支撑安装座（305）内，且固定在球支撑安装座（305）的底部中心位置，支撑安装套（202）的上端口处设置一个上端盖（303），上端盖（303）呈环状，其周截面呈倒L状，即上端盖（303）的外缘边的下方设置一圈挡板，所述的滚球保持器（304）位于上端盖（303）的下方，滚球保持器（304）呈环形，其外环径小于上端盖（303）的外环径，但大于上端盖（303）的内环经，滚球保持器（304）的水平移动受上端盖（303）的挡板限制，只能在上端盖（303）外环范围内移动，且滚球保持器（304）的内环圆因为移动形成一个大圆，该圆的直径小于上端盖（303）内环圆的直径，滚球保持器（304）的下方设置有径向螺旋弹簧（306），径向螺旋弹簧（306）一端连接滚球保持器（304），另一端连接球支撑安装座（305）的底部，所述的滚球（301）位于滚球硬承台（302）上，滚球（301）的上端依次经滚球保持器（304）、上端盖（303）的环孔露出，并超出定位块装配座（2）的上水平面。

7.根据权利要求1所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：两个所述的开合找正碰挡（101）相对面为竖直平面，而开合找正碰挡（101）的上端面为倾斜面，且上端面靠近基准线（5）的一端低于远离基准线（5）的一端。

8.根据权利要求1所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的找正碰挡导套（102）的开口端端口处设置有导槽（110），导槽（110）延伸方向与找正碰挡导套（102）一致，开合找正碰挡（101）上设置有一个卡键（111），卡键（111）卡进导槽（110），使得开合找正碰挡（101）只能沿导槽（110）方向运动。

9.根据权利要求1所述的平面自由定位自找正焊用工装，其特征在于：所述的定位块装配座（2）包括两个半装配座（203），该两个半装配座（203）的连接缝即构成基准线（5）。