焊接夾具在焊接機(jī)器人當(dāng)中的應(yīng)用

汪吉東

摘 要：介紹了焊接夾具以及焊接機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)，通過兩者說明焊接夾具的重要性，同時(shí)說明焊接機(jī)器人與焊接夾具相結(jié)合，這將是未來焊接生產(chǎn)和柔性生產(chǎn)的重要工具，它代表了技術(shù)的發(fā)展趨勢，是未來的主要焊接方式。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；焊接夾具；機(jī)器人焊接

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0160-02

引言

當(dāng)前，世界制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到21世紀(jì)當(dāng)中，各種先進(jìn)制造技術(shù)層出不窮，如3D打印、多軸數(shù)控加工等等，但是這些加工方式都無法取代焊接技術(shù)。通過焊接的方式，能夠高速、高校、精確的完成機(jī)械加工。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國制造業(yè)的當(dāng)中，焊接工藝成為其中最重要的工藝技術(shù)，2017年7月23日正式服役的福特號航空母艦，其采用了大量的焊接工藝，是美國焊接工藝的進(jìn)一步說明。當(dāng)前的機(jī)械行業(yè)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)，而是逐漸被小批量加工所取代，而且現(xiàn)在機(jī)械加工往往隨需要不同的工件需求，焊接夾具已經(jīng)成為開發(fā)新產(chǎn)品的最有效的手段，目前焊接機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)器人。從焊接機(jī)器人主要應(yīng)用在柔性化生產(chǎn)方面，焊接夾具對于焊接機(jī)器人來說非常重要，它是機(jī)械加工當(dāng)中不可或缺的部件，通過焊接夾具有效降低焊接難度，提高焊接速度、穩(wěn)定性以及精度。

本文就是通過介紹焊接夾具與焊接機(jī)器人之間的關(guān)系，從而能夠了解焊接夾具在焊接機(jī)器人工作當(dāng)中的重要應(yīng)用。

1 焊接夾具的介紹

焊接夾具是機(jī)械加工當(dāng)中必不可少的基礎(chǔ)工具。我們在設(shè)計(jì)焊接工裝的時(shí)候，就要正確按章和固定每一個(gè)零部件，這也是采用焊接機(jī)器人的重要條件。一個(gè)工件的焊接精度高低，一個(gè)重要因素就是焊接工裝的合理性、安裝方式等，這些都是直接決定焊接工藝的質(zhì)量，對于焊接的成本有著十分重要的影響，通常來說，焊接工裝的成本對于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)來說，約占1/10-1/5左右。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，才使得人們對于焊接夾具的需求越來越多，從我國制造業(yè)來說，通過焊接夾具的方式來提高工件的精度、穩(wěn)定性等已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)企業(yè)的首選。

2 焊接夾具的構(gòu)成

對于焊接夾具來說，常常是通過一個(gè)組合的方式來構(gòu)成，我們可以根據(jù)其功能構(gòu)成，往往是由基礎(chǔ)件、支撐件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、專用件以及組合件。大多數(shù)焊接夾具都是有上述幾個(gè)部分構(gòu)成。

在這里我們簡單介紹一下焊接夾具的幾個(gè)部分，基礎(chǔ)件，也就是焊接夾具的固定底座，也是整個(gè)焊接夾具的基礎(chǔ)，而定位件和導(dǎo)向件，主要是用來固定焊接夾具在一個(gè)確定的尺寸當(dāng)中，防止焊接過程中，焊接夾具發(fā)生移動，從而影響焊接精度。專用件就是根據(jù)被焊接件的形狀、焊接要求而專門制作的部件，將上述零部件組合起來，就構(gòu)成了焊接夾具，從而滿足焊接機(jī)器人的需求。

我們根據(jù)焊接夾具的使用，又可以將其分成兩類，一類是專用夾具，另外一類是通用夾具。通用夾具，就是我們前面介紹的基礎(chǔ)件、緊固件等，而專用夾具則是有用工裝夾具在制造業(yè)中有著非常重要的應(yīng)用，特別在一些非常復(fù)雜并且是很精密的高價(jià)值零部件生產(chǎn)或者是一些機(jī)械裝備產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)中。因?yàn)閷Ｓ脢A具的設(shè)計(jì)初衷就是為某種零部件的生產(chǎn)過程特別定制的，所以能夠在夾具設(shè)計(jì)中充分考慮各種因素，比如除了包括定位精度、穩(wěn)定性、系統(tǒng)性、剛性等，我們還要考慮到的焊接過程中的拆裝問題，對于一些簡單的焊接夾具來說，我們并不需要過多的考慮加緊、拆裝問題，但是對于批量進(jìn)行焊接的工件來說，而且這類焊接夾具往往較為復(fù)雜，因此在焊接的時(shí)候，就要充分考慮到焊接夾具的拆裝問題等。

3 焊接夾具的主要特點(diǎn)

通過焊接構(gòu)成的裝配體，由于限于加工工藝或者加工空間等影響而采取的焊接工藝，從另外一個(gè)角度來說，焊接本身就是裝配工藝的一個(gè)部分。從實(shí)際情況來看，焊接工藝由于受到溫度等影響，因此會發(fā)生應(yīng)力變形，所以通常來說，無論采用的焊接工藝如何以及焊接工裝夾具等，其精度一般都要低于采用純機(jī)械加工的方式，但是由于成本等限制，并不能每一個(gè)工件都采用五軸數(shù)控加工，采用焊接工藝能夠大幅度降低機(jī)械加工成本。由于焊接過程中，由于受熱、夾具，使得被焊接件在短時(shí)間內(nèi)加熱到數(shù)百度，使得應(yīng)力發(fā)生變形，所以我們在設(shè)計(jì)工裝的時(shí)候，就要充分考慮到熱變形以及熱應(yīng)力的影響。

4 焊接夾具的實(shí)例

世界著名重型機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)商，卡特彼勒公司擁有世界上最為先進(jìn)的生產(chǎn)線，其主要零部件的焊接部分大都采用焊接機(jī)器人來完成，通常情況下采用焊接機(jī)器人來進(jìn)行自動焊接，由于焊接機(jī)器人旅游高度的可重復(fù)性，因此，在大規(guī)模機(jī)械加工過程中往往采用焊接機(jī)器人來完成相關(guān)焊接工作，通過這種方式，大幅度降低了人工成本，但是對于機(jī)器人的投入非常大。一般的中小企業(yè)很少采用焊接機(jī)器人，同時(shí)在產(chǎn)品的樣品階段，試制階段也很少采用焊接機(jī)器人，主要是當(dāng)前焊接機(jī)器人剛性過強(qiáng)，所以盡管使用焊接工裝，仍然不能夠像人一樣進(jìn)行靈巧的焊接。

從目前主要機(jī)械制造業(yè)企業(yè)來看，對于一些復(fù)雜的焊接工藝，則是采用了人工焊接，而對于一些較為簡單的焊接，則是采用了焊接機(jī)器人來進(jìn)行焊接。

5 焊接機(jī)器人的相關(guān)介紹

焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織工業(yè)機(jī)器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作，具有三個(gè)或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。

5.1 焊接機(jī)器人的組成

對于焊接機(jī)器人來說，主要有兩個(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)部分是機(jī)器人，另外一個(gè)部分是焊接設(shè)備，對于機(jī)器人來說，通常是由控制柜以及機(jī)器人自身，而焊接設(shè)備則是包括了焊接電源、送絲機(jī)、焊槍等，圖1是一臺新型的焊接機(jī)器人。

圖1 一種新型的焊接機(jī)器人

5.2 弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)

對于弧焊機(jī)器人來說，這也是當(dāng)前使用較多的工業(yè)機(jī)器人，在進(jìn)行焊接的過程中，就要將運(yùn)動軌跡、焊槍姿態(tài)以及焊接參數(shù)都要圍繞著被焊接件的焊縫來進(jìn)行，為了能夠達(dá)到較高的精度，因此我們通常要選用8軸機(jī)器人。單個(gè)的焊接機(jī)器人意義并不大，需要與周邊設(shè)備形成一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)，這樣才能高效率的進(jìn)行工作。從國外來看，焊接機(jī)器人的形式主要有焊接機(jī)器人工作站以及焊接機(jī)器人生產(chǎn)線，作為企業(yè)就可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的焊接機(jī)器人形式。一般來說，柔性機(jī)器人往往是用于訂單數(shù)量較少的時(shí)候，這種機(jī)器人焊接在使用的時(shí)候，就能夠體現(xiàn)出焊接夾具的重要性。

6 結(jié)束語

當(dāng)前，我國正在大力發(fā)展焊接機(jī)器人，最為典型的代表就是富士康集團(tuán)，其已經(jīng)采用了大量的焊接機(jī)器人，從而大大提高了生產(chǎn)效率。由此可見，焊接機(jī)器人在當(dāng)今制造行業(yè)當(dāng)中具有十分重要的作用，而當(dāng)前焊接夾具則是通過標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化以及快捷化的基礎(chǔ)上，然后再降低成本，從而使得焊接夾具越來越普及，在柔性焊接機(jī)器人當(dāng)中得到了廣泛使用。隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得焊接機(jī)器人的發(fā)展突飛猛進(jìn)，當(dāng)前正在朝著高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)械工業(yè)也發(fā)生了較大變化，產(chǎn)品的生命周期越來越短，新產(chǎn)品層出不窮的發(fā)展，人們需要各種各樣的產(chǎn)品，新產(chǎn)品的更換速度越來越快，這就要求生產(chǎn)制造行業(yè)要盡可能的在較短的時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)，同時(shí)新產(chǎn)品的數(shù)量往往不高。從這個(gè)角度上來說，柔性焊接機(jī)器人將成為未來的一種發(fā)展趨勢，因此對于焊接夾具來說，也要求較高，這就要求我們不斷提高焊接夾具的精度、穩(wěn)定性才能夠通過柔性焊接機(jī)器人來滿足用戶的需求，才能夠提高制造企業(yè)的競爭力。

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