一種斷路器裝配焊接工裝的設計研究

朱家洲 衛俊俊 趙昌富 杭恩照

（南京埃斯頓機器人工程有限公司，南京 210000）

1 斷路器裝配焊接的結構和工作原理

斷路器是由底板、彎板、左右側板、左右支撐件、固定連接件和隔板上連接件裝配焊接而成，要求工件整體性要好，工件各板、支撐件和連接件之間均通過焊接固定。斷路器工裝對各零件加工尺寸、零件間的裝配位置關系要求較高，不容易實現自動裝配焊接。為了使零件在每一次操作過程中都可以按照準確位置進行安裝，必須通過工裝夾進行輔助操作[1]。本設計提供一種斷路器裝配焊接工裝，如圖1所示。各組成部件相互配合實現工件的定位，配合上料機器人和焊接機器人，完成斷路器的自動裝配焊接。

圖1 斷路器裝配焊接工裝

2 斷路器裝配焊接工裝工作流程

為了配合裝配機器人和焊接機器人，斷路器裝配焊接工裝需要按照一定的工作流程完成焊接工作，根據現場優化后的工作流程如下。

2.1 工料準備階段

上料機器人將工件底板放置于工裝組件工件墊板上，通過底板銷孔與工件定位銷進行定位，工件前擋塊和工件后擋塊輔助限位，放置完成后，底板電磁吸盤通電，通過磁力吸住底板。

2.2 大、小板組件焊接

首先上料機器人通過抓手將小板組件放置于底板上對應方孔內，左側工裝下滑臺和右側工裝下滑臺相向移動，小板芯軸左、右頂針頂住小板組件芯軸進行定位，然后焊接機器人開始焊接。焊接完成后，左側工裝下滑臺和右側工裝工裝下滑臺背向移動，小板芯軸左、右頂針與小板組件芯軸脫開，上料機器人通過抓手將大板組件放置于底板上對應方孔內，重復上述定位操作，然后進行大板組件焊接操作。

2.3 左、右側板焊接

接下來是左、右側板焊接工作，前側工裝組件的水平氣缸和后側工裝組件的工裝氣缸進行配合，前側工裝水平滑臺和后側工裝滑臺相向移動，上料機器人通過抓手抓取左側板，并通過側板前、后導向裝置將之安裝至底板上，然后左側工裝組件下滑臺往側板方向移動，移動到位后，左側工裝下滑臺電磁吸盤通電，吸住左側板，焊接機器人開始焊接，將左側板焊接在底板上。接下來上料機器人通過抓手抓取右側板，并通過側板前、后導向裝置將之安裝至底板上，右側工裝下滑臺氣缸驅動使右側工裝下滑臺往側板方向移動，移動到位后，右側工裝下滑臺電磁吸盤通電，吸住右側板，焊接機器人開始焊接，將右側板焊接在底板上。

2.4 彎板焊接

上料機器人抓取后彎板，并放置于左側板、右側板和底板上，在水平移動氣缸驅動下，龍門水平滑臺往前移動，而龍門豎直氣缸驅動龍門豎直滑臺下移，使后彎板上、下壓板壓于后彎板上。接下來，左、右側工裝上滑臺相向移動，到達指定位置后，左、右側工裝下滑臺電磁吸盤通電，分別吸住左側板和右側板，并通過后彎板左前和右前壓頭壓住后彎板，消除后彎板與側板間的間隙，然后機器人開始焊接工作，將后彎板、側板和底板進行焊接固定。

2.5 中板組件焊接

左、右兩側工裝上滑臺背向移動復位，前側工裝組件豎直氣缸和前側工裝水平氣缸復位。上料機器人抓取中板組件，在前側工裝水平氣缸驅動下，前側工裝水平滑臺向工件方向移動，前側工裝豎直氣缸驅動前側工裝豎直滑臺上移，將中板組件頂升到位。接下來，左、右兩側工裝上滑臺相向移動，中板芯軸左、右頂針頂住中板組件芯軸，然后機器人開始焊接，將中板組件焊接在后彎板上，工件裝配焊接完成。

根據現場操作數據顯示，本文所提供的斷路器裝配焊接工裝，可以與機器人配合使用，完成自動裝配焊接任務，大大地提高了生產效率，降低了勞動強度。

3 斷路器裝備焊接工裝關鍵技術

本文設計研究的斷路器裝配焊接工裝，配合上料機器人和焊接機器人，可以實現斷路器自動裝配焊接目標，在此過程中，需要注意幾點以下關鍵技術。

3.1 消除大板、中板和小板的平行度偏差

斷路器裝配焊接工裝對大板、中板和小板的平行度要求較高，因此本工裝通過機器加工和安裝，保證左、右側工裝組件的小板芯軸左頂針、大板芯軸左頂針以及中板芯軸左頂針相對位置正確，并且依靠頂針定位的方式來保證大板、中板和小板的平行度，降低了廢品率。

3.2 保證大板、中板和小板安裝孔同軸度

大板、中板和小板安裝孔的同軸度由高精度安裝軸定位，安裝軸利用中頂尖孔進行定位，方便加工，保證了焊接工裝具有穩固的夾緊力[2]。依靠該技術，本研究的斷路器裝配焊接工裝三軸裝配精度較高，滿足使用要求。

3.3 多點壓實，受力均勻

本設計采用6點下壓法對后彎板進行壓實，即后彎板左前壓頭、后彎板右前壓頭各1點；后彎板上壓板、后彎板下壓板各2點。該方法的優點是能夠解決后彎板形狀復雜、加工精度不高的問題，并且消除后彎板與側板、底板間的間隙，保證裝配質量。

3.4 工件焊接的一致性

本文設計的斷路器裝備焊接工作，采用機器人配合焊接方式，保證了工件焊接的一致性，降低了焊縫形位偏差。

4 結論

針對傳統廠家人工裝配效率低下，且無法保證裝配精度的問題，本文設計了一種與機器人配合使用的斷路器裝配焊接工裝，不僅有效地解決了上述問題，而且具備安裝拆卸方便、工件本體不受損壞、生產效率高和生產成本低等優點。