柔性工装与焊接制造

朱春桃

（南京汉瑞交通技术有限公司，江苏 南京 211312）

工艺装备（以下简称工装）是产品制造过程中的保证，它对产品的质量，成本以及效率等起到了非常重要的作用，所谓柔性化即单一工装设备能够完成多型号和不同结构组对的功能，与产品的模块化设计相类似，能够实现不同功能的组合，依托成组技术和标准化技术，将整体工装细分为多个可重组、可扩展的不同系列的规格化模块单元，实现当产品结构发生变化时，对应的模块快速调整适应变化的结构来完成工装制造和产品的焊接组对。

1 焊接工装在施工过程中需要注意的一些事项

焊接工装的特点是装配焊接工艺和焊接结构和焊接顺序决定的，其主要有以下一些注意事项：

（1）在焊接过程中，当零件因焊接加热而伸长或因冷却而收缩，为了减少焊接变形和焊接应力，允许某些零件在某些制定的方向上是自由的，有些零件利用定位装置定位即可，不需要全部刚性固定。

（2）在焊接进行装配时需要根据一定的顺序逐步进行，其定位和夹紧也是根据相关的要求和加工工艺进行。

（3）焊接产品出于施焊方便或更好的控制变形的原因，装配和焊接两道工序可能是先装完再焊接，也可能是边装边焊接，装配焊接完成产品成为了一个大的整体，结构更加复杂。

所以作为焊接施工所需要使用的工装需要满足实用性、经济性、可靠性、艺术性的原则，明确产品加工的相关要求，根据要求拟定相关柔性工装的方案，进行必要的分析。

2 工装柔性化组合的模式

通过长期的应用和实践，将工装单元划分为主体，支撑模块，夹紧装置，定位模块，导向模块等几大类，各种工装总体上均为规格化不同系列的上述单元组合而成，一般主体为工作台，工作台承载能力高，刚性稳定，它的五个面上有各种均匀化的安装孔和T型槽等；支撑模块为组合式工装的结构单元，在工装中起上下连接的作用，如各种角铁、方箱、角尺等；夹紧装置用于保证组对各零部件之间的相对位置在焊接过程中不发生变化，如快速夹具等；定位模块用于组对各零部件之间位置尺寸的定位，导向模块用于夹具元件相对位置发生变化时变位导向作用。

3 柔性焊接工装的特点

柔性组合式焊接工作有如下几个特点：

（1）模块化和柔性化，所有模块，进行了标准化和系列化的设计，且他们之间相互匹配，可以根据不同的需求进行不同的组合，几乎可以达到任何专用夹具同样的定位和夹紧能力。

（2）精度高，工作台面和各种功能模块按照特定的尺寸精度加工配套，任意孔的孔间距按照特定的尺寸要求和精度要求加工，这种精度要求将会反应在所需加工产品的精度要求的基础上。

（3）广泛性，经过多年的发展，各种功能的模块能够直接采购或者通过专业的生产厂家结合公司内部生产产品的特点定制各功能模块，且很多模块都是有专利设计，如快速夹具等。

（4）立体三维，模块中的各种方箱、角铁、角尺、拉杆、顶杆、连杆等可用于三维空间的拼接，便于生产各种类型的立体结构。

（5）多样性，各类工装夹具模块的设计可以根据加工产品的类别进行专业定制，如加工铝合金产品，因为要求铝合金要和铁隔离开，所以工装各模块在设计过程中可以采用铝合金或不锈钢材质。

4 柔性焊接工装的要求及作用

对于焊接工装夹具，就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于工件进行装配和焊接，能够保证焊件结构精度方面要求的工艺装备，柔性焊接工装的作用可以简单概括如下：

（1）准确可靠的定位和夹紧。

（2）有效防止变形。

（3）工件处于最佳的施焊部位。

（4）可以配合其他结构使用（如翻转机构等）。

其设计要求如下：

（1）工装夹具具备足够的强度和刚度；夹具在生产中投入使用时要承受焊接带来的多种力的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。

（2）夹紧装置要适用和可靠；夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求，既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。

（3）组合后焊接操作要灵活可靠；使用夹具生产应保证足够的操作空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态。

（4）便于焊后的拆卸和重新组装；操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。

（5）便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换。

5 柔性焊接工装使用状况和行业的发展

中国工业正朝着“工业4.0”的目标发展，焊接工艺装备在装备制造业中使用越来越广泛，经过这几年的发展焊接工装夹具技术正朝着高精度、高效率、模块化、通用化和经济性的方向发展，精密组合焊接工装系统凭借其在技术和生产应用方面的优异特点成为未来重点发展趋势，相信他们将会和中国的整体工业水平一样朝着自动化、智能化和信息化的方向发展。

结语

通过实施工装柔性化的应用，有效的解决了工装重复利用率低下、转产工装准备工作量大、周期长、费用高等问题，为制造企业应对市场的敏捷、变化、高效、低成本提供了强有力的技术和质量支持，随着市场需求的不同以及多品种、小批量产品的越来越多，工装柔性化将在加工制造企业发挥越来越重要的作用。

[1]American Welding Society and Edison Welding Institute.Economic and Productivity of Welding[R].Heavy Manufacturing Industries Report.

[2]徐杜，等.柔性制造系统原理与实践[M].北京：机械工业出版社，2001.