工程机械结构件自定位设计

工程机械结构件材料以低合金高强度钢为主，多采用薄板、中板，以厚度为4~50ｍｍ的板材采用最多。其主要包括冲压件、折弯件、机加工件、铸钢件、锻造件以及各种型钢等用于焊接的钢铁材料。自定位设计是工艺性设计的一个特例，它是相连接零部件依靠自身的边、角、槽口、突台作定位基准，与另一具有相反要素的零部件相连接的结构设计。本文从工程机械结构件的生产制造工艺角度，讨论结构件在焊接与装配过程中的自定位问题。

1.焊接自定位

焊接自定位多采用卯榫结构定位。采用卯榫结构能避免一些结构件的内部焊接，使内部结构通过卯榫结构转变为外部焊接，便于大批量的自动化生产与制造。其主要包括一般卯榫结构、折弯处的卯榫结构、板件与螺座的卯榫结构、防误卯榫结构、折弯处的留平面结构等5种。

（1）一般卯榫结构

一般卯榫结构是在钣金零件上加工出卯眼与榫头，以便结构件组焊时能找正对齐。采用这种卯榫结构，找正与对齐不需划线定位，能有效避免人为组装时造成的误差。一般卯榫结构有3类，分别是角卯榫、正卯榫和板-管定位，如图1所示。

（2）折弯处的卯榫结构

当折弯板上需要增加一个顶丝螺座时，若在板件上平面焊接螺座，则会提高螺钉位置高度；若在外侧面焊接螺座，则可能受尺寸限制。遇到上述情况，可在折弯板折弯前预开孔或槽进行定位，如图2a所示。此结构可省去螺栓座定位尺寸的找平和对齐，且连接强度也容易保证。

为了便于折弯角钢与圆管焊接前的定位，以使圆管圆柱贴合角钢内侧立面，圆管端面贴合角钢内侧水平面贴合，可在角钢折弯处开出异形孔，以抵消圆管的圆角，如图2b所示。

（3）板件与螺座的卯榫结构

板件与螺座的卯榫结构如图3所示。将开有圆孔的面板与开有方槽的立板组焊之后，即刻确定圆柱体螺座的位置。

（4）防误卯榫结构

为方便组装时分辨位置，避免误装，可以对结构相似的零件作出相应的三角形卯榫与梯形卯榫，如图4所示。

（5）折弯处留平面结构

折弯件折弯处榫头一般只能与折弯件外侧面平齐，再长就会被折弯破坏，起不到榫头作用。当然，分段折弯可以解决长榫头问题，但折弯工艺相对复杂。折弯处留平面结构如图5所示。

2.装配自定位

（1）长圆孔定位

使用螺栓连接两个组件时，若两个组件相应孔难以保证同心，其中1个组件（或两个组件）可采用长圆孔，如图6所示。若是多个组件连接，则可将中间组件的孔适当加大，以保证顺利连接。

（2）焊接螺母定位

在螺栓连接装配有困难时，不妨尝试组焊时预先焊接1个螺母，如图7所示。采用焊接螺母作定位工艺简单、拆装便捷，可减少连接件数量，不受空间限制，特别适用于封闭或狭小空间。

六角焊接螺母（GB/T13681）是一种带圆柱台阶的螺母，只需在板件上预留一个大于圆柱台的相应圆孔，即可作为焊接螺母定位孔。焊接螺母规格为M4～M16，焊接时焊缝可以为2段或3段。焊接螺母适应于不足以加工有效螺纹的板材，通常板材厚度在10mm以下。采用焊接螺母须注意一点：焊接螺母是低碳材质，不适用于高强度螺栓连接。

（3）特殊紧固件定位

半圆头方颈螺栓俗称马车螺栓，它依靠螺栓四方柱面与机件上的四方孔定位，再用螺母紧定。采用半圆头方颈螺栓，能起到快速高效连接的作用。此外，连接箱柜结构的零部件时，可采用簧片螺母（也叫U形簧片、夹片螺母、夹板螺母）、卡式螺母（也叫浮动螺母、笼式螺母）进行定位，如图8a、8b所示。

（4） 卡榫定位

卡榫在传统的竹木结构中普遍使用，在现代的塑料制品中使用也较多，将它应用到工程机械金属结构件中，可减少连接螺栓数量，且拆装方便。卡榫定位一般有腰卡榫与挂钩榫2种，如图9所示。

传统的工程机械结构件制造过程中，焊接工装与装配工装以及夹具费用较高，设计制作周期较长。采用自定位工艺设计不需工装，量具、夹具使用少，且定位快捷、方便，质量可靠。但自定位工艺设计属于非公差的配合设计，仅适用于定位精度要求不太高的零部件定位。

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