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        焊接夾具在焊接機(jī)器人當(dāng)中的應(yīng)用

        2017-10-16 15:54:05汪吉東
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年29期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械

        汪吉東

        摘 要:介紹了焊接夾具以及焊接機(jī)器人的相關(guān)技術(shù),通過兩者說明焊接夾具的重要性,同時(shí)說明焊接機(jī)器人與焊接夾具相結(jié)合,這將是未來焊接生產(chǎn)和柔性生產(chǎn)的重要工具,它代表了技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),是未來的主要焊接方式。

        關(guān)鍵詞:機(jī)械;焊接夾具;機(jī)器人焊接

        中圖分類號(hào):TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)29-0160-02

        引言

        當(dāng)前,世界制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到21世紀(jì)當(dāng)中,各種先進(jìn)制造技術(shù)層出不窮,如3D打印、多軸數(shù)控加工等等,但是這些加工方式都無法取代焊接技術(shù)。通過焊接的方式,能夠高速、高校、精確的完成機(jī)械加工。根據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)制造業(yè)的當(dāng)中,焊接工藝成為其中最重要的工藝技術(shù),2017年7月23日正式服役的福特號(hào)航空母艦,其采用了大量的焊接工藝,是美國(guó)焊接工藝的進(jìn)一步說明。當(dāng)前的機(jī)械行業(yè)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的批量生產(chǎn),而是逐漸被小批量加工所取代,而且現(xiàn)在機(jī)械加工往往隨需要不同的工件需求,焊接夾具已經(jīng)成為開發(fā)新產(chǎn)品的最有效的手段,目前焊接機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)器人。從焊接機(jī)器人主要應(yīng)用在柔性化生產(chǎn)方面,焊接夾具對(duì)于焊接機(jī)器人來說非常重要,它是機(jī)械加工當(dāng)中不可或缺的部件,通過焊接夾具有效降低焊接難度,提高焊接速度、穩(wěn)定性以及精度。

        本文就是通過介紹焊接夾具與焊接機(jī)器人之間的關(guān)系,從而能夠了解焊接夾具在焊接機(jī)器人工作當(dāng)中的重要應(yīng)用。

        1 焊接夾具的介紹

        焊接夾具是機(jī)械加工當(dāng)中必不可少的基礎(chǔ)工具。我們?cè)谠O(shè)計(jì)焊接工裝的時(shí)候,就要正確按章和固定每一個(gè)零部件,這也是采用焊接機(jī)器人的重要條件。一個(gè)工件的焊接精度高低,一個(gè)重要因素就是焊接工裝的合理性、安裝方式等,這些都是直接決定焊接工藝的質(zhì)量,對(duì)于焊接的成本有著十分重要的影響,通常來說,焊接工裝的成本對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)來說,約占1/10-1/5左右。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,才使得人們對(duì)于焊接夾具的需求越來越多,從我國(guó)制造業(yè)來說,通過焊接夾具的方式來提高工件的精度、穩(wěn)定性等已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)企業(yè)的首選。

        2 焊接夾具的構(gòu)成

        對(duì)于焊接夾具來說,常常是通過一個(gè)組合的方式來構(gòu)成,我們可以根據(jù)其功能構(gòu)成,往往是由基礎(chǔ)件、支撐件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、專用件以及組合件。大多數(shù)焊接夾具都是有上述幾個(gè)部分構(gòu)成。

        在這里我們簡(jiǎn)單介紹一下焊接夾具的幾個(gè)部分,基礎(chǔ)件,也就是焊接夾具的固定底座,也是整個(gè)焊接夾具的基礎(chǔ),而定位件和導(dǎo)向件,主要是用來固定焊接夾具在一個(gè)確定的尺寸當(dāng)中,防止焊接過程中,焊接夾具發(fā)生移動(dòng),從而影響焊接精度。專用件就是根據(jù)被焊接件的形狀、焊接要求而專門制作的部件,將上述零部件組合起來,就構(gòu)成了焊接夾具,從而滿足焊接機(jī)器人的需求。

        我們根據(jù)焊接夾具的使用,又可以將其分成兩類,一類是專用夾具,另外一類是通用夾具。通用夾具,就是我們前面介紹的基礎(chǔ)件、緊固件等,而專用夾具則是有用工裝夾具在制造業(yè)中有著非常重要的應(yīng)用,特別在一些非常復(fù)雜并且是很精密的高價(jià)值零部件生產(chǎn)或者是一些機(jī)械裝備產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)中。因?yàn)閷S脢A具的設(shè)計(jì)初衷就是為某種零部件的生產(chǎn)過程特別定制的,所以能夠在夾具設(shè)計(jì)中充分考慮各種因素,比如除了包括定位精度、穩(wěn)定性、系統(tǒng)性、剛性等,我們還要考慮到的焊接過程中的拆裝問題,對(duì)于一些簡(jiǎn)單的焊接夾具來說,我們并不需要過多的考慮加緊、拆裝問題,但是對(duì)于批量進(jìn)行焊接的工件來說,而且這類焊接夾具往往較為復(fù)雜,因此在焊接的時(shí)候,就要充分考慮到焊接夾具的拆裝問題等。

        3 焊接夾具的主要特點(diǎn)

        通過焊接構(gòu)成的裝配體,由于限于加工工藝或者加工空間等影響而采取的焊接工藝,從另外一個(gè)角度來說,焊接本身就是裝配工藝的一個(gè)部分。從實(shí)際情況來看,焊接工藝由于受到溫度等影響,因此會(huì)發(fā)生應(yīng)力變形,所以通常來說,無論采用的焊接工藝如何以及焊接工裝夾具等,其精度一般都要低于采用純機(jī)械加工的方式,但是由于成本等限制,并不能每一個(gè)工件都采用五軸數(shù)控加工,采用焊接工藝能夠大幅度降低機(jī)械加工成本。由于焊接過程中,由于受熱、夾具,使得被焊接件在短時(shí)間內(nèi)加熱到數(shù)百度,使得應(yīng)力發(fā)生變形,所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)工裝的時(shí)候,就要充分考慮到熱變形以及熱應(yīng)力的影響。

        4 焊接夾具的實(shí)例

        世界著名重型機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)商,卡特彼勒公司擁有世界上最為先進(jìn)的生產(chǎn)線,其主要零部件的焊接部分大都采用焊接機(jī)器人來完成,通常情況下采用焊接機(jī)器人來進(jìn)行自動(dòng)焊接,由于焊接機(jī)器人旅游高度的可重復(fù)性,因此,在大規(guī)模機(jī)械加工過程中往往采用焊接機(jī)器人來完成相關(guān)焊接工作,通過這種方式,大幅度降低了人工成本,但是對(duì)于機(jī)器人的投入非常大。一般的中小企業(yè)很少采用焊接機(jī)器人,同時(shí)在產(chǎn)品的樣品階段,試制階段也很少采用焊接機(jī)器人,主要是當(dāng)前焊接機(jī)器人剛性過強(qiáng),所以盡管使用焊接工裝,仍然不能夠像人一樣進(jìn)行靈巧的焊接。

        從目前主要機(jī)械制造業(yè)企業(yè)來看,對(duì)于一些復(fù)雜的焊接工藝,則是采用了人工焊接,而對(duì)于一些較為簡(jiǎn)單的焊接,則是采用了焊接機(jī)器人來進(jìn)行焊接。

        5 焊接機(jī)器人的相關(guān)介紹

        焊接機(jī)器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織工業(yè)機(jī)器人術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的定義,工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作,具有三個(gè)或更多可編程的軸,用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

        5.1 焊接機(jī)器人的組成

        對(duì)于焊接機(jī)器人來說,主要有兩個(gè)部分構(gòu)成,一個(gè)部分是機(jī)器人,另外一個(gè)部分是焊接設(shè)備,對(duì)于機(jī)器人來說,通常是由控制柜以及機(jī)器人自身,而焊接設(shè)備則是包括了焊接電源、送絲機(jī)、焊槍等,圖1是一臺(tái)新型的焊接機(jī)器人。

        圖1 一種新型的焊接機(jī)器人

        5.2 弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)

        對(duì)于弧焊機(jī)器人來說,這也是當(dāng)前使用較多的工業(yè)機(jī)器人,在進(jìn)行焊接的過程中,就要將運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)以及焊接參數(shù)都要圍繞著被焊接件的焊縫來進(jìn)行,為了能夠達(dá)到較高的精度,因此我們通常要選用8軸機(jī)器人。單個(gè)的焊接機(jī)器人意義并不大,需要與周邊設(shè)備形成一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng),這樣才能高效率的進(jìn)行工作。從國(guó)外來看,焊接機(jī)器人的形式主要有焊接機(jī)器人工作站以及焊接機(jī)器人生產(chǎn)線,作為企業(yè)就可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的焊接機(jī)器人形式。一般來說,柔性機(jī)器人往往是用于訂單數(shù)量較少的時(shí)候,這種機(jī)器人焊接在使用的時(shí)候,就能夠體現(xiàn)出焊接夾具的重要性。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        當(dāng)前,我國(guó)正在大力發(fā)展焊接機(jī)器人,最為典型的代表就是富士康集團(tuán),其已經(jīng)采用了大量的焊接機(jī)器人,從而大大提高了生產(chǎn)效率。由此可見,焊接機(jī)器人在當(dāng)今制造行業(yè)當(dāng)中具有十分重要的作用,而當(dāng)前焊接夾具則是通過標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化以及快捷化的基礎(chǔ)上,然后再降低成本,從而使得焊接夾具越來越普及,在柔性焊接機(jī)器人當(dāng)中得到了廣泛使用。隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使得焊接機(jī)器人的發(fā)展突飛猛進(jìn),當(dāng)前正在朝著高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。

        隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,機(jī)械工業(yè)也發(fā)生了較大變化,產(chǎn)品的生命周期越來越短,新產(chǎn)品層出不窮的發(fā)展,人們需要各種各樣的產(chǎn)品,新產(chǎn)品的更換速度越來越快,這就要求生產(chǎn)制造行業(yè)要盡可能的在較短的時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn),同時(shí)新產(chǎn)品的數(shù)量往往不高。從這個(gè)角度上來說,柔性焊接機(jī)器人將成為未來的一種發(fā)展趨勢(shì),因此對(duì)于焊接夾具來說,也要求較高,這就要求我們不斷提高焊接夾具的精度、穩(wěn)定性才能夠通過柔性焊接機(jī)器人來滿足用戶的需求,才能夠提高制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]霍厚志,張?zhí)?,杜啟恒,?我國(guó)焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].焊管,2017(02):36-42+45.

        [2]欒佳繪.焊接機(jī)器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].南京理工大學(xué),2017.

        [3]蘭春良.焊接機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)及其精度分析[D].燕山大學(xué),2013.

        [4]張炯,陳韶飛.焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(18):88.

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