汽車生產線上的機器人焊接夾具設計要點及達成效果

前 言

據統計，焊接生產線的60%-70%的工作量落在了裝夾和輔助兩項環節上，而所有的裝夾都需在夾具上完成，因此夾具對整個汽車焊接占有不可估量的地位。今天為大家分享一篇文章，分析汽車生產線上機器人焊接夾具的設計要點以及采用此設計方案所達到的效果。

一焊接夾具設計要點

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，每個組合過程之間相互獨立，互不干擾，但又具有承前啟后的順序關系。這種關系的存在保證了汽車焊接工藝的精確度，每一個組合過程都會影響總成焊接精度。因此車身每一個焊接總成夾具須建立統一、連續的定位基準。

1.2 機器人

在汽車設計與制造領域，為減輕勞動量，提升工作效率，機器人被廣泛應用。事實證明機器人因缺乏靈活性，焊接質量難以得到保障。為解決因缺乏靈活性和判斷能力所帶來的困擾，設計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，為機器人提供舒適的焊接姿態；另外還要提升夾具的精度，確保機器人執行既定程序，減小焊接誤差。

▲ 圖1 焊接機器人

1.3 安全性

從勞動者的角度來看，焊接夾具設計的目的是在保障人身與設備安全的基礎上減輕勞動量。故焊接夾具設計在滿足人機工程的同時，方便工人在安全環境下裝配和取出零部件總成。

二焊接夾具的構成

2.1 夾具體

夾具體是由定位和夾緊兩項裝置組成，它作為夾具基礎單元起到吊裝、三坐標檢測及校驗作用。檢查工作面平整度，保證加工夾具體時，提升其精度來影響定位機構的準確度。夾具體設計時，要以實際裝配和測量為最終目的，確保夾具體的設計強度和空間高度契合，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，以及為機器人提供足夠焊接空間為目的，選擇單梁或框架結構。

▲ 圖2 機器人焊接工裝

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，既有按照焊件實際形狀來確認的定位塊，也有如V形塊、檔鐵、插銷以及固定銷等定位件。

對于夾具體，定位件必須選擇孔定位或外形定位以保證定位精準，從定位件選擇角度來看，夾具定位設計需注意以下幾點：

（1）選擇合適的材料及強度。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。通常定位件應選擇45號鋼，且為增大定位件的耐磨性需對其熱處理； 65Mn可用于制作脹銷；而銅亦可充當定位件材料。

（2）選擇合適定位結構。定位件設計成具有可調性的定位結構，是為了應對零部件的復雜結構。可調性定位結構在設計時，定位件通常與支撐件分體設計。如圖3所示，可利用墊片實現三個方向上的自由調整。

▲ 圖3 可調式定位件

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

▲ 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，即脹銷結構定位件。

▲ 圖5 脹銷結構定位件

2.3 夾緊裝置

夾緊裝置的設計需注意以下幾點：

（1）夾緊力作用點：針對薄板沖壓件而言，夾緊力在支承點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彎曲，甚至脫離定位基準；

（2）夾緊力大小：夾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應，以此來貼合導電電極或定位支承。針對1.5-2.5mm 沖壓件，夾緊力為500-3000N，貼合間隙≤1.5mm；針對≤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性：如圖6所示，這種橋形夾緊裝置，采用多點夾緊的形式，特別適用于形狀復雜、高度不一的工件，即可確保工件與壓緊點完全接觸，還可滿足復雜表面工件的加工要求。

▲ 圖6 橋形夾緊裝置

結 語

在整個汽車制造中，汽車焊接生產線是一項核心環節，其中機器人焊接夾具屬于重中之重。充分考慮焊接夾具設計要點，努力創新設計理念，以確保設計出的夾具能切實符合汽車生產要求，并推動現代化工業發展。