設(shè)計焊接工裝夾具的流程與步驟一文搞定

1序言在“中國制造2025”的時代背景下，中國制造向自動化、智能化邁進(jìn)，機(jī)器人裝備作為自動化生產(chǎn)的主力軍，在改革的大潮中得到了長足的發(fā)展。本文針對機(jī)器人焊接的焊裝夾具設(shè)計過程進(jìn)行研究，焊裝夾具作為機(jī)器人自動化焊接的重要輔助設(shè)備，即保證了焊接工作的高效安全，也保證了焊接產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。2焊裝夾具的應(yīng)用領(lǐng)域及主要作用焊裝夾具是汽車生產(chǎn)線上的重要工藝設(shè)備，事關(guān)整個汽車的產(chǎn)品質(zhì)量，在焊接生產(chǎn)中，焊裝夾具即能完成本工序的零件組裝、定位焊接，同時還能夠檢驗和校正上一道工序的焊接質(zhì)量；焊裝夾具依靠準(zhǔn)確、可靠的定位和夾緊系統(tǒng)，有效地防止和減輕焊接變形，減小制品的尺寸偏差，以自動化設(shè)備代替手工勞動，大大改善了工人的作業(yè)條件，實現(xiàn)機(jī)械化及自動化焊接生產(chǎn)過程。本文針對某項目焊裝夾具設(shè)計過程進(jìn)行分析，夾具布置如圖1所示，簡述焊裝夾具的設(shè)計流程及基本原則。3焊裝夾具設(shè)計流程3.1焊裝夾具設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù)是以客戶提供的產(chǎn)品三維模型、產(chǎn)品圖樣、產(chǎn)品技術(shù)要求和有關(guān)技術(shù)要求等輸入信息，在設(shè)計焊裝夾具之前，應(yīng)了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征、工藝需要等信息，并結(jié)合企業(yè)自身的加工制作水平進(jìn)行設(shè)計。認(rèn)真分析用戶提供的產(chǎn)品圖樣，將各零部件的基準(zhǔn)定位信息記錄并標(biāo)記，如圖2所示，方便在后續(xù)設(shè)計中查閱。3.2設(shè)計前準(zhǔn)備工作在正式開始焊裝夾具設(shè)計之前，應(yīng)根據(jù)之前分析圖樣得到的信息，在產(chǎn)品三維模型上，將產(chǎn)品需要焊接的位置標(biāo)記焊縫位置分布，如圖3所示，以免在設(shè)計過程中丟漏焊縫，造成設(shè)計時間延誤。根據(jù)產(chǎn)品圖樣的定位信息，確定產(chǎn)品在焊裝夾具底板上的擺放位置，在滿足支撐定位的前提下，盡量使產(chǎn)品里夾具底板近一些，方便產(chǎn)品靠近夾具底板一側(cè)焊縫在變位機(jī)旋轉(zhuǎn)180°時，機(jī)器人可以更好的焊接姿態(tài)進(jìn)行焊接；同時確定焊接所采用的焊槍型號，并要求提供焊槍的完整數(shù)模，將焊槍以合理的角度擺放至產(chǎn)品焊縫上，直觀的反應(yīng)焊接過程，一般每條焊縫放置兩把焊槍，位于焊縫兩端，焊槍布置應(yīng)與產(chǎn)品對接面有45°夾角，如圖4所示，與焊縫走向有75°夾角，如圖5所示。3.3產(chǎn)品的定位系統(tǒng)產(chǎn)品的定位分為定位銷及定位面，其中，定位銷分為圓形定位銷和菱形定位銷，圓形定位銷作為主要定位基準(zhǔn)，菱形定位銷為防轉(zhuǎn)定位銷；定位面一般為支撐面，支撐面應(yīng)有對應(yīng)的壓緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊，實現(xiàn)產(chǎn)品焊裝作業(yè)中一直保持在確定的位置上。在產(chǎn)品定位過程中，應(yīng)注意以下常見問題，以免浪費(fèi)設(shè)計時間。1）在零件與焊接總成基準(zhǔn)不一致時，通常按焊接總成基準(zhǔn)定位。2）在零件單件基準(zhǔn)無法使用時，可以選擇總成中此件的功能性位置進(jìn)行定位。3）支撐面一般選擇在零件的基準(zhǔn)面上，以保證不同批次產(chǎn)品定位基準(zhǔn)相同，產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩(wěn)定。4）壓緊位置應(yīng)選擇在距離焊縫近且底部有支撐的位置，原則上無支撐不壓緊，在底部無支撐的情況下仍需要壓緊來固定零件，則可以采用彈簧壓頭和增加壓緊限位擋塊，以免壓緊導(dǎo)致零件變形，影響產(chǎn)品焊接質(zhì)量。5）壓緊機(jī)構(gòu)一般采用壓臂缸進(jìn)行壓緊，壓臂的打開角度是由裝件時夾具平臺的角度決定的，例如，夾具平臺人工裝件的角度為15°，則遠(yuǎn)離人側(cè)的壓臂缸打開角度需>105°，以免壓臂在裝件過程中落下，影響裝件效率。3.4典型的定位機(jī)構(gòu)在焊裝夾具的設(shè)計過程中，應(yīng)盡量選擇已經(jīng)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)夾緊機(jī)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)的零部件，提高夾具的通用化、系列化程度，以提高焊接生產(chǎn)線的可維護(hù)性。以下介紹幾種此項目使用的典型機(jī)構(gòu)。1）抽銷機(jī)構(gòu)，如圖6所示。當(dāng)產(chǎn)品孔的軸線方向與取件方向（一般為豎直方向）的夾角>5°時，定位銷應(yīng)設(shè)計成活動銷，在裝件之前由閥片控制氣缸帶動定位銷伸出，裝件后完成焊接，在取件前有閥片控制氣缸實現(xiàn)定位銷的縮回，完成銷定位工作。此機(jī)構(gòu)可以根據(jù)產(chǎn)品孔的形式，對伸出銷進(jìn)行修改，廣泛應(yīng)用于焊裝夾具的銷孔定位機(jī)構(gòu)。2）浮動壓緊機(jī)構(gòu)，如圖7所示。在要求多點(diǎn)同時壓緊或曲面壓緊時，為了讓所有壓點(diǎn)都能有效壓緊，可選擇浮動壓緊機(jī)構(gòu)，根據(jù)實際情況，可以改變擺臂的形狀，通常擺臂回轉(zhuǎn)處間隙不能超過0.5mm，以保證良好的浮動壓緊效果。3）圓管支撐壓緊機(jī)構(gòu)，如圖8所示。在焊裝夾具的設(shè)計中，經(jīng)常有圓柱類零件需要支撐壓緊，此機(jī)構(gòu)是底部V形塊+可調(diào)節(jié)支撐銷來進(jìn)行支撐，夾緊與之對應(yīng)，可調(diào)節(jié)性良好，提高圓柱類零件的定位準(zhǔn)確性。4）U形支撐+彈簧壓緊機(jī)構(gòu)，如圖9所示。此機(jī)構(gòu)常用于方管的定位支撐，U形塊單側(cè)與方管一面接觸，方管另一面依靠彈簧壓緊機(jī)構(gòu)來定位，U形塊另一側(cè)起初導(dǎo)向作用，產(chǎn)品取出時需克服彈簧壓緊機(jī)構(gòu)與方管的摩擦力。常規(guī)的U形支撐兩側(cè)面都與方管表面接觸，發(fā)生焊接變形時，易導(dǎo)致工件無法取出，影響焊接生產(chǎn)。采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)能大大地提高設(shè)計人員的設(shè)計效率，節(jié)省設(shè)計時間。3.5夾具框架及氣路布置等相關(guān)附件1）夾具框架是整個夾具的基石，它的強(qiáng)度及穩(wěn)定性影響著整個產(chǎn)品的定位準(zhǔn)確性和焊接質(zhì)量，夾具框架一般由矩形管焊接而成，夾具框架上焊接夾具底板，所有的夾具定位組立都連接在此板上，夾具底板在滿足強(qiáng)度的前提下應(yīng)盡可能增大開口率，以達(dá)到減輕整體重量，使夾具在回轉(zhuǎn)過程中受到的慣性矩變小，延長變位機(jī)等回轉(zhuǎn)元件的壽命。夾具底板的固定通常由4釘2銷定位固定，4釘四角分布，2銷對角線布置，在一些比較大型的夾具上，應(yīng)增加聯(lián)接螺釘數(shù)量，并在定位銷孔處增加耐磨套，以保證夾具底板的定位可靠性。2）氣路管線布置依據(jù)各氣動元件的工作位置及工作順序進(jìn)行分組，并分配電控閥進(jìn)行控制，通常一個電磁閥最多同時控制4個氣缸（40mm缸徑，行程<50mm），使氣缸的動作穩(wěn)定并快速響應(yīng)。3）為了滿足焊裝夾具的安裝調(diào)試及安裝等要求，夾具底板上需增加用于夾具吊裝的吊裝孔，要求吊裝時，夾具整體趨于水平狀態(tài)；同時還有用于夾具定位調(diào)整的坐標(biāo)檢測孔，坐標(biāo)檢測孔一般采用3個基準(zhǔn)坐標(biāo)孔，為了操作方便，有時也布置4個基準(zhǔn)坐標(biāo)孔；布置傳感器接線端子箱及氣管走向，應(yīng)盡量避開焊縫區(qū)域，無法避開焊縫的管線應(yīng)做防燙、防飛濺處理，以免管線損壞。4）完成工程圖樣、機(jī)電交流文件、氣路原理