(武漢船舶職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430050)

簡析裝焊夾具與焊接機器人的成套途徑

許小平

(武漢船舶職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430050)

焊接夾具是構成自動化焊接的重要組成部分，對提高產品裝配精度及減小焊接變形，縮短加工時間，提高生產率，降低成本，減輕操作者的勞動強度等方面起著非常重要的作用。本文重點介紹了汽車制造中焊接夾具與焊接機器人的配合應用形式。

焊接夾具； 焊接機器人； 裝配精度

在金屬結構裝配與焊接制造中，尤其是在一定規(guī)模的流水線生產中，焊接工裝夾具始終是產品制造裝備中極為重要的組成部分。它不僅提高了構件的裝配速度，而且還能保證裝配質量和控制焊接變形。據統(tǒng)計，在大量機械人焊接的汽車白車身制造中，實際用于焊接操作的工作量僅占1/3，而2/3的時間為備料與裝夾和其他輔助工作[1],為了提高生產率，對汽車制造中裝焊類夾具的研究尤為重要。

1 常見裝焊夾具與焊接機器人的成套形式

1.1 翻轉型裝焊夾具機構

翻轉型裝焊夾具機構的結構特點是：具有一個可圍繞水平軸旋轉的翻轉臺，被焊工件可在翻轉臺上進行定位、裝夾。翻轉臺3600旋轉，控制裝置可將工件被焊焊縫旋轉到最佳(水平、船形)位置進行施焊。翻轉型裝焊夾具機構用于機器人對工件上正反兩面焊縫進行焊接，見圖1、圖2。

圖1 翻轉支架與焊弧機器人組成焊接工位

圖2 翻轉架上車身部件的機器人焊接

1.2 旋轉型裝焊夾具機構

旋轉型裝焊夾具結構特點是:被焊工件固定在一個類似車床可旋轉的卡盤上，見圖3。被焊工件裝夾在卡盤上，焊接機器人可對工件上的環(huán)焊縫進行施焊，見圖4。旋轉型裝焊夾具機構系統(tǒng)可對卡盤旋轉速度加以控制。

1.3 井式支撐裝焊夾具機構

井式支撐裝焊夾具的結構特點見圖5。設備由多個鋼制L板構成井字結構L板固定在夾具地板上，頂端安裝有電磁吸頭或氣動夾頭、定位銷和定位檔塊。 被裝焊的零部件水平放置在多個L板支撐形成的定位面上(三點定位)。為防止垂直方向可能出現(xiàn)的位移，氣動夾頭夾緊機構或磁吸頭吸緊機構給以垂直力固定。因為大部分汽車白車身零部件都要在水平位置上進行安裝、定位、夾緊和焊接，由于此類夾具結構開敞性好，便于使用電阻焊，所以是汽車車身焊裝線上應用較多的夾具裝置，見圖6。

圖3 旋轉卡盤環(huán)焊縫機器人焊接

圖4 傳動軸旋轉型焊裝夾具

圖5 L板支撐裝夾型裝焊夾具

圖6 車身零部件電阻焊裝焊夾具

一個汽車車身部裝件，往往需要多臺套的焊裝夾具才能完成，見圖7，一是出于白車身部裝件生產節(jié)拍的考慮，二是把焊裝夾具的工作任務化解為最簡，才能充分簡化一個工位上焊接機器人的類型，三是考慮一個工位上能安排焊接機器人的空間有限。圖8所示的焊裝夾具只是為點焊四個焊點而設計。

圖7 汽車車身側圍部件的焊裝線(FORD)

圖8 汽車車身零部件點焊裝夾具

1.4 框架式多點定位裝焊夾具

框架式多點定位焊裝夾具為一鋼結構立體框架，見圖9、圖10。根據生產設計要求，框架上各定位(支撐)點用于加強車身的薄弱處，防止車身合攏時焊接所造成的焊接變形?？蚣苁蕉帱c定位焊裝夾具用于車身裝配合攏的定位焊。為了降低框架式多點定位裝焊夾具設計風險，一般由焊接經驗豐富的專業(yè)工程技術人員進行3D軟件模擬設計，論證通過后才進行夾具實體制作，見圖10。

圖9 框架式多點裝焊夾具用于車身總成拼焊

圖10 用3D軟件設計的立體框架焊裝夾具

1.5 焊接變位機

焊接變位機通過工作臺的拖動、升降、回轉、翻轉，使工件處于最佳焊接或裝配位置，常作為機器人配套設備并與之聯(lián)合控制，實現(xiàn)焊接自動化。俗稱轉胎、轉臺、翻轉架、變位器、變位機等。它可以將施焊困難的焊縫位置變成易焊的位置，對環(huán)縫，可持續(xù)高效地進行焊接，除此之外，焊接變位機、工作臺回轉速度控制精確，可保證環(huán)形焊縫對焊接速度的高精度控制要求，見圖11。

圖11 變位機+弧焊機器人的焊接工位

2 機器人焊接裝焊夾具與普通焊接夾具比較

1)機器人裝焊夾具對零件的定位精確度及焊縫位置精度要求更高，應≤1 mm。

2)機器人焊接時，由于焊件由多個簡單零件按順序在焊接裝焊夾具上依次裝配定位組焊而成，與普通焊接不同。

3)機器人焊接裝焊夾具前后工序的定位須一致。

4)機器人焊接變位機盡量使用機械自鎖裝置。

5)機器人焊接時裝焊夾具應該盡量采用帶磁開關的汽缸壓緊，方便將壓緊信號傳遞給焊接機器人。

6)機器人焊接裝焊夾具可以對產品零件正面、側面以及反面進行施焊，并能無限延伸。

3 焊接裝焊夾具計算機輔助設計系統(tǒng)

焊接裝焊夾具計算機輔助設計的出現(xiàn)更是加速了夾具模塊化設計的發(fā)展進程，為焊接夾具設計奠定了基礎。目前，夾具的計算機輔助設計軟件較多，其功能也極其強大，如Windows、CAXA_CAD 等。通過3D輔助設計軟件能夠快速選擇最為合理的夾具設計方案，同時還可以采用VR技術(Virtual Reality)進行加工制造過程的三維模擬仿真，并進一步對其進行優(yōu)化。因此，采用三維輔助設計軟件能夠有效縮短焊裝工裝夾具的設計周期，提高設計的時效性；通過對設計的模擬修改能夠確保一次設計成功，提高了設計的可靠性，見圖12、圖13。

圖12 對汽車白車身側圍點焊工位的模擬

圖13 對汽車車身總成點定焊工位的模擬

4 結 語

隨著現(xiàn)代焊接工藝的快速發(fā)展和廣泛應用，對焊接工裝夾具提出了更高的要求。具有方便快捷、標準化、適用性強、成本低等優(yōu)勢的模塊化組

合夾具在生產實踐中得到了很好的發(fā)展和應用。焊接工裝夾具正向著高效率、高精度、高自動化程度的方向發(fā)展。在焊接夾具計算機輔助設計系統(tǒng)的幫助下，提高了夾具的設計效率，降低了設計成本，為焊接工裝夾具提供了廣闊的應用前景[2]。

1 邊明軍.淺談汽車焊接夾具的結構設計研究與發(fā)展趨勢[J].汽車與車輛,2015(6) .

2 樊啟永.焊接工裝夾具在生產中的應用與設計實踐[J].信息系統(tǒng)工程,2017(3).

DiscussiononCombinedApplicationofWeldingJigandWeldingRobot

XUXIAO-ping

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050,China)

The welding jig is an important part of automatic welding, and it plays an important role in improving product assembly accuracy and reducing the welding deformation, shortening processing time, increasing productivity, reducing cost and the labor intensity of operators. This paper mainly introduces the combined application of welding fixture and welding robot in automobile manufacturing.

welding jig; welding robot; assembly precision

TG48

A

1671-8100(2017)04-0032-04

2017-05-13

許小平，男，教授，主要從事焊接技術與自動化專業(yè)的教學及科研工作。

(責任編輯：譚銀元)