焊接夾具在焊接機器人當中的應用

汪吉東

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

關鍵詞：機械；焊接夾具；機器人焊接

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

引言

當前，世界制造業(yè)已經進入到21世紀當中，各種先進制造技術層出不窮，如3D打印、多軸數控加工等等，但是這些加工方式都無法取代焊接技術。通過焊接的方式，能夠高速、高校、精確的完成機械加工。根據統(tǒng)計，美國制造業(yè)的當中，焊接工藝成為其中最重要的工藝技術，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一步說明。當前的機械行業(yè)已經不再是傳統(tǒng)的批量生產，而是逐漸被小批量加工所取代，而且現在機械加工往往隨需要不同的工件需求，焊接夾具已經成為開發(fā)新產品的最有效的手段，目前焊接機器人成為工業(yè)機器人當中應用最為廣泛的一種機器人。從焊接機器人主要應用在柔性化生產方面，焊接夾具對于焊接機器人來說非常重要，它是機械加工當中不可或缺的部件，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器人之間的關系，從而能夠了解焊接夾具在焊接機器人工作當中的重要應用。

1 焊接夾具的介紹

焊接夾具是機械加工當中必不可少的基礎工具。我們在設計焊接工裝的時候，就要正確按章和固定每一個零部件，這也是采用焊接機器人的重要條件。一個工件的焊接精度高低，一個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生產系統(tǒng)來說，約占1/10-1/5左右。隨著焊接技術的不斷發(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)定性等已經成為當前工業(yè)企業(yè)的首選。

2 焊接夾具的構成

對于焊接夾具來說，常常是通過一個組合的方式來構成，我們可以根據其功能構成，往往是由基礎件、支撐件、定位件、導向件、壓緊件、緊固件、專用件以及組合件。大多數焊接夾具都是有上述幾個部分構成。

在這里我們簡單介紹一下焊接夾具的幾個部分，基礎件，也就是焊接夾具的固定底座，也是整個焊接夾具的基礎，而定位件和導向件，主要是用來固定焊接夾具在一個確定的尺寸當中，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，就構成了焊接夾具，從而滿足焊接機器人的需求。

我們根據焊接夾具的使用，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用，特別在一些非常復雜并且是很精密的高價值零部件生產或者是一些機械裝備產品的大規(guī)模生產中。因為專用夾具的設計初衷就是為某種零部件的生產過程特別定制的，所以能夠在夾具設計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，但是對于批量進行焊接的工件來說，而且這類焊接夾具往往較為復雜，因此在焊接的時候，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

通過焊接構成的裝配體，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，從另外一個角度來說，焊接本身就是裝配工藝的一個部分。從實際情況來看，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械加工的方式，但是由于成本等限制，并不能每一個工件都采用五軸數控加工，采用焊接工藝能夠大幅度降低機械加工成本。由于焊接過程中，由于受熱、夾具，使得被焊接件在短時間內加熱到數百度，使得應力發(fā)生變形，所以我們在設計工裝的時候，就要充分考慮到熱變形以及熱應力的影響。

4 焊接夾具的實例

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

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

5 焊接機器人的相關介紹

焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。根據國際標準化組織工業(yè)機器人術語標準的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作，具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領域。

5.1 焊接機器人的組成

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

圖1 一種新型的焊接機器人

5.2 弧焊機器人的特點

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

6 結束語

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

隨著經濟的不斷發(fā)展，機械工業(yè)也發(fā)生了較大變化，產品的生命周期越來越短，新產品層出不窮的發(fā)展，人們需要各種各樣的產品，新產品的更換速度越來越快，這就要求生產制造行業(yè)要盡可能的在較短的時間內完成生產，同時新產品的數量往往不高。從這個角度上來說，柔性焊接機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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