汽車生產(chǎn)線上的機(jī)器人焊接夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)及達(dá)成效果

前 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，焊接生產(chǎn)線的60%-70%的工作量落在了裝夾和輔助兩項(xiàng)環(huán)節(jié)上，而所有的裝夾都需在夾具上完成，因此夾具對(duì)整個(gè)汽車焊接占有不可估量的地位。今天為大家分享一篇文章，分析汽車生產(chǎn)線上機(jī)器人焊接夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及采用此設(shè)計(jì)方案所達(dá)到的效果。

一焊接夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 汽車焊接工藝

汽車焊接工藝是由零件到總成的組合過程，每個(gè)組合過程之間相互獨(dú)立，互不干擾，但又具有承前啟后的順序關(guān)系。這種關(guān)系的存在保證了汽車焊接工藝的精確度，每一個(gè)組合過程都會(huì)影響總成焊接精度。因此車身每一個(gè)焊接總成夾具須建立統(tǒng)一、連續(xù)的定位基準(zhǔn)。

1.2 機(jī)器人

在汽車設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，為減輕勞動(dòng)量，提升工作效率，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用。事實(shí)證明機(jī)器人因缺乏靈活性，焊接質(zhì)量難以得到保障。為解決因缺乏靈活性和判斷能力所帶來的困擾，設(shè)計(jì)人員不但要確保夾具可靠性，而且還須留有足夠空間和路徑供焊槍使用，為機(jī)器人提供舒適的焊接姿態(tài)；另外還要提升夾具的精度，確保機(jī)器人執(zhí)行既定程序，減小焊接誤差。

▲ 圖1 焊接機(jī)器人

1.3 安全性

從勞動(dòng)者的角度來看，焊接夾具設(shè)計(jì)的目的是在保障人身與設(shè)備安全的基礎(chǔ)上減輕勞動(dòng)量。故焊接夾具設(shè)計(jì)在滿足人機(jī)工程的同時(shí)，方便工人在安全環(huán)境下裝配和取出零部件總成。

二焊接夾具的構(gòu)成

2.1 夾具體

夾具體是由定位和夾緊兩項(xiàng)裝置組成，它作為夾具基礎(chǔ)單元起到吊裝、三坐標(biāo)檢測(cè)及校驗(yàn)作用。檢查工作面平整度，保證加工夾具體時(shí)，提升其精度來影響定位機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確度。夾具體設(shè)計(jì)時(shí)，要以實(shí)際裝配和測(cè)量為最終目的，確保夾具體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和空間高度契合，最大限度減小夾具體自重。比如按照工件的外形，遵守焊接原則，以減少夾具自重、便于管路連接，以及為機(jī)器人提供足夠焊接空間為目的，選擇單梁或框架結(jié)構(gòu)。

▲ 圖2 機(jī)器人焊接工裝

2.2 定位裝置

定位裝置中的核心部件為定位件，定位件種類多樣，既有按照焊件實(shí)際形狀來確認(rèn)的定位塊，也有如V形塊、檔鐵、插銷以及固定銷等定位件。

對(duì)于夾具體，定位件必須選擇孔定位或外形定位以保證定位精準(zhǔn)，從定位件選擇角度來看，夾具定位設(shè)計(jì)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）選擇合適的材料及強(qiáng)度。定位件只有滿足焊接所需的剛性與硬度才可確保定位件使用精度、減緩定位件磨損。通常定位件應(yīng)選擇45號(hào)鋼，且為增大定位件的耐磨性需對(duì)其熱處理； 65Mn可用于制作脹銷；而銅亦可充當(dāng)定位件材料。

（2）選擇合適定位結(jié)構(gòu)。定位件設(shè)計(jì)成具有可調(diào)性的定位結(jié)構(gòu)，是為了應(yīng)對(duì)零部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?？烧{(diào)性定位結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，定位件通常與支撐件分體設(shè)計(jì)。如圖3所示，可利用墊片實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向上的自由調(diào)整。

▲ 圖3 可調(diào)式定位件

（3）低碳鋼板材是機(jī)器人焊接中應(yīng)用最多的一類材料，其表面呈不規(guī)則形態(tài)。若選擇如圖4 所示的三圓柱銷支撐式定位件，不但節(jié)材省料，而且加工成本也將大大降低，定位準(zhǔn)確性將大大提高。

▲ 圖4 三圓柱銷支撐式定位件

（4）選擇可拆工件。由于汽車零部件定位精度要求高，焊縫長，焊后易變形，工件難以拆卸，建議選擇圖5所示定位件，即脹銷結(jié)構(gòu)定位件。

▲ 圖5 脹銷結(jié)構(gòu)定位件

2.3 夾緊裝置

夾緊裝置的設(shè)計(jì)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）夾緊力作用點(diǎn)：針對(duì)薄板沖壓件而言，夾緊力在支承點(diǎn)上作用需保證工件剛性良好，以防止工件受夾緊力影響而出現(xiàn)彎曲，甚至脫離定位基準(zhǔn)；

（2）夾緊力大?。簥A緊力一方面為防止工件變形，另一方面維持工件裝配位置相對(duì)應(yīng)，以此來貼合導(dǎo)電電極或定位支承。針對(duì)1.5-2.5mm 沖壓件，夾緊力為500-3000N，貼合間隙≤1.5mm；針對(duì)≤1.2mm 沖壓件，夾緊力為300-750N之間，貼合間隙≤0.8mm。

（3）夾緊裝置需具有可調(diào)性：如圖6所示，這種橋形夾緊裝置，采用多點(diǎn)夾緊的形式，特別適用于形狀復(fù)雜、高度不一的工件，即可確保工件與壓緊點(diǎn)完全接觸，還可滿足復(fù)雜表面工件的加工要求。

▲ 圖6 橋形夾緊裝置

結(jié) 語

在整個(gè)汽車制造中，汽車焊接生產(chǎn)線是一項(xiàng)核心環(huán)節(jié)，其中機(jī)器人焊接夾具屬于重中之重。充分考慮焊接夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)，努力創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，以確保設(shè)計(jì)出的夾具能切實(shí)符合汽車生產(chǎn)要求，并推動(dòng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展。