简析装焊夹具与焊接机器人的成套途径

(武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050)

简析装焊夹具与焊接机器人的成套途径

许小平

(武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050)

焊接夹具是构成自动化焊接的重要组成部分，对提高产品装配精度及减小焊接变形，缩短加工时间，提高生产率，降低成本，减轻操作者的劳动强度等方面起着非常重要的作用。本文重点介绍了汽车制造中焊接夹具与焊接机器人的配合应用形式。

焊接夹具； 焊接机器人； 装配精度

在金属结构装配与焊接制造中，尤其是在一定规模的流水线生产中，焊接工装夹具始终是产品制造装备中极为重要的组成部分。它不仅提高了构件的装配速度，而且还能保证装配质量和控制焊接变形。据统计，在大量机械人焊接的汽车白车身制造中，实际用于焊接操作的工作量仅占1/3，而2/3的时间为备料与装夹和其他辅助工作[1],为了提高生产率，对汽车制造中装焊类夹具的研究尤为重要。

1 常见装焊夹具与焊接机器人的成套形式

1.1 翻转型装焊夹具机构

翻转型装焊夹具机构的结构特点是：具有一个可围绕水平轴旋转的翻转台，被焊工件可在翻转台上进行定位、装夹。翻转台3600旋转，控制装置可将工件被焊焊缝旋转到最佳(水平、船形)位置进行施焊。翻转型装焊夹具机构用于机器人对工件上正反两面焊缝进行焊接，见图1、图2。

图1 翻转支架与焊弧机器人组成焊接工位

图2 翻转架上车身部件的机器人焊接

1.2 旋转型装焊夹具机构

旋转型装焊夹具结构特点是:被焊工件固定在一个类似车床可旋转的卡盘上，见图3。被焊工件装夹在卡盘上，焊接机器人可对工件上的环焊缝进行施焊，见图4。旋转型装焊夹具机构系统可对卡盘旋转速度加以控制。

1.3 井式支撑装焊夹具机构

井式支撑装焊夹具的结构特点见图5。设备由多个钢制L板构成井字结构L板固定在夹具地板上，顶端安装有电磁吸头或气动夹头、定位销和定位档块。 被装焊的零部件水平放置在多个L板支撑形成的定位面上(三点定位)。为防止垂直方向可能出现的位移，气动夹头夹紧机构或磁吸头吸紧机构给以垂直力固定。因为大部分汽车白车身零部件都要在水平位置上进行安装、定位、夹紧和焊接，由于此类夹具结构开敞性好，便于使用电阻焊，所以是汽车车身焊装线上应用较多的夹具装置，见图6。

图3 旋转卡盘环焊缝机器人焊接

图4 传动轴旋转型焊装夹具

图5 L板支撑装夹型装焊夹具

图6 车身零部件电阻焊装焊夹具

一个汽车车身部装件，往往需要多台套的焊装夹具才能完成，见图7，一是出于白车身部装件生产节拍的考虑，二是把焊装夹具的工作任务化解为最简，才能充分简化一个工位上焊接机器人的类型，三是考虑一个工位上能安排焊接机器人的空间有限。图8所示的焊装夹具只是为点焊四个焊点而设计。

图7 汽车车身侧围部件的焊装线(FORD)

图8 汽车车身零部件点焊装夹具

1.4 框架式多点定位装焊夹具

框架式多点定位焊装夹具为一钢结构立体框架，见图9、图10。根据生产设计要求，框架上各定位(支撑)点用于加强车身的薄弱处，防止车身合拢时焊接所造成的焊接变形。框架式多点定位焊装夹具用于车身装配合拢的定位焊。为了降低框架式多点定位装焊夹具设计风险，一般由焊接经验丰富的专业工程技术人员进行3D软件模拟设计，论证通过后才进行夹具实体制作，见图10。

图9 框架式多点装焊夹具用于车身总成拼焊

图10 用3D软件设计的立体框架焊装夹具

1.5 焊接变位机

焊接变位机通过工作台的拖动、升降、回转、翻转，使工件处于最佳焊接或装配位置，常作为机器人配套设备并与之联合控制，实现焊接自动化。俗称转胎、转台、翻转架、变位器、变位机等。它可以将施焊困难的焊缝位置变成易焊的位置，对环缝，可持续高效地进行焊接，除此之外，焊接变位机、工作台回转速度控制精确，可保证环形焊缝对焊接速度的高精度控制要求，见图11。

图11 变位机+弧焊机器人的焊接工位

2 机器人焊接装焊夹具与普通焊接夹具比较

1)机器人装焊夹具对零件的定位精确度及焊缝位置精度要求更高，应≤1 mm。

2)机器人焊接时，由于焊件由多个简单零件按顺序在焊接装焊夹具上依次装配定位组焊而成，与普通焊接不同。

3)机器人焊接装焊夹具前后工序的定位须一致。

4)机器人焊接变位机尽量使用机械自锁装置。

5)机器人焊接时装焊夹具应该尽量采用带磁开关的汽缸压紧，方便将压紧信号传递给焊接机器人。

6)机器人焊接装焊夹具可以对产品零件正面、侧面以及反面进行施焊，并能无限延伸。

3 焊接装焊夹具计算机辅助设计系统

焊接装焊夹具计算机辅助设计的出现更是加速了夹具模块化设计的发展进程，为焊接夹具设计奠定了基础。目前，夹具的计算机辅助设计软件较多，其功能也极其强大，如Windows、CAXA_CAD 等。通过3D辅助设计软件能够快速选择最为合理的夹具设计方案，同时还可以采用VR技术(Virtual Reality)进行加工制造过程的三维模拟仿真，并进一步对其进行优化。因此，采用三维辅助设计软件能够有效缩短焊装工装夹具的设计周期，提高设计的时效性；通过对设计的模拟修改能够确保一次设计成功，提高了设计的可靠性，见图12、图13。

图12 对汽车白车身侧围点焊工位的模拟

图13 对汽车车身总成点定焊工位的模拟

4 结 语

随着现代焊接工艺的快速发展和广泛应用，对焊接工装夹具提出了更高的要求。具有方便快捷、标准化、适用性强、成本低等优势的模块化组

合夹具在生产实践中得到了很好的发展和应用。焊接工装夹具正向着高效率、高精度、高自动化程度的方向发展。在焊接夹具计算机辅助设计系统的帮助下，提高了夹具的设计效率，降低了设计成本，为焊接工装夹具提供了广阔的应用前景[2]。

1 边明军.浅谈汽车焊接夹具的结构设计研究与发展趋势[J].汽车与车辆,2015(6) .

2 樊启永.焊接工装夹具在生产中的应用与设计实践[J].信息系统工程,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

许小平，男，教授，主要从事焊接技术与自动化专业的教学及科研工作。

(责任编辑：谭银元)