用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計

姚才陽 陳鶴瓏 呂偉

摘要：汽車生產線上的機器人是汽車生產過程中的關鍵環節，已經得到了汽車行業的廣泛關注。本文將圍繞用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計原則進行闡述，詳細的分析具體的設計要點，堅持實事求是基本原則，旨在為日后焊接夾具研究工作的順利進行奠定基礎。

關鍵詞：汽車生產線;機器人;焊接夾具

前言

在對汽車生產線上的機器人焊接夾具的設計進行研究的過程中，主要以汽車工藝、機器人以及安全三個方面為出發點，以此掌握機器人焊接夾具的設計要點，注重加強機器人焊接夾具的設計工作，有助于規范汽車生產線，使之適應當前企業行業發展的實際需要。

1. 用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計原則

在對用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計原則進行分析的過程中，主要從汽車工藝、機器人以及安全三個方面進行考慮。第一，汽車工藝。在企業焊接作業的過程中，注重將組件整合在一起，實現焊接總成，在此環節中需要保證各組合環節的有效銜接，汽車的整體焊接精度與組件的焊接精度有關，要對組件以及總成夾具綜合分析，保證焊接夾具設計的統一性。第二，機器人。機器人焊接效率較高，為了保證機器人焊接作業有效進行，在焊接夾套設計的過程中要為機器人焊接留有充足的空間，以此要保證焊接夾具設計的可靠性。第三，安全。機器人焊接夾具的有效應用能夠減少人力資源的消耗，要將人體工程應用其中，確保零部件裝配的準確性，要在提升生產效率的同時實現設備的安全，因此要保證焊接夾套設計的安全性。

2. 用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計要點

2.1夾具體設計

夾具體功能廣泛，對定位結構的準確性造成影響，能夠實現三坐標的檢測以及校槍。要在夾具體設計的過程中對工作面的平面度以及粗糙度進行充分的了解，在設置夾具體強度環節中要結合裝配的實際情況，保證夾具體的空間與測量的標準保持一致。同時，為了提升夾具體設計的精度，要對夾具體的自重進行合理的設計，以減輕夾具體的自重為設計的重點，在設計夾具體外形尺寸時要堅持最小化的原則。例如：在夾具體設計的過程中，為了有效降低夾具體的自重，可以將單梁式結構應用其中，在節約了材料的同時也包保證了氣管與電信號之間的有效連接。采用單梁結構有助于給機器人焊接作業營造良好的焊接環境，以此保證焊接作業的有效進行。

2.2定位裝置設計

在定位裝置設計的過程中主要從定位件的材料與強度、定位裝置的可調性以及工件的可拆卸性角度進行分析。第一，定位件的材料以及強度。由于汽車生產線處于長時間運轉的狀態，其中機器人焊接夾具的使用頻率隨之上升，這在一定程度上給定位件的強度提出了更高的要求，要注重提升定位件的耐磨性，為了保證定位件使用的精確性，可以發揮45號鋼的優勢，并通過預加熱的方式提升定位件的硬度，關注定位件與焊縫之間的距離，當二者距離較近時可以選擇銅材質的定位件，以此防止定位件與工件產生焊接的現象。

第二， 定位裝置的可調節性。為了實現對汽車組件的調整，在定位結構設計的過程中，要將其設計成組合可調式的，當不符合車型時可以對其進行自由的更換與調節。汽車零件表面形狀較為復雜且不規則，為了防止出現變形的問題，在定位裝置形式的選擇上可以選擇三個圓柱銷支撐定位來實現，保證了定位面準確性的同時也實現了定位裝置的可調節性。

第三， 工件的可拆卸性。汽車零部件在焊接的過程中，由于焊接后會出現形變的現象，增加了拆卸的難度，而此時將脹銷機構應用其中可以有效的緩解由于焊接縫較長而引起的拆卸難度大的問題[1]。

2.3夾緊裝置設計

在加緊裝置設計的過程中要充分掌握夾緊力的作用點、夾緊力的大小、加緊裝置的可調節性以及拆卸的靈活性等。第一，從夾緊力的作用點角度進行分析，主要在薄板沖壓件中的支承點上發揮作用，這是由于薄板沖壓件的剛性較好，避免出現夾緊力彎曲的問題。第二，從夾緊力的大小角度進行分析，關注工件裝配與定位支承之間的位置關系，最佳的夾緊力能夠使二者處于貼合的狀態，防止發生彈性形變。例如：在夾緊力設計的過程中，要結合鋼板的厚度以及貼合間隙，當前者為1.2mm，后者在≤0.8mm時，此時的夾緊力的大小需要在300-750N之間。第三，從夾緊裝置的可調性角度進行分析，為了符合工件表面的實際情況，可以設計橋形多點夾緊結構，保證與工件充分貼合。第四，從方便拆卸角度進行分析，借助氣缸帶動的形式，關注滑動導軌的運行情況，并將夾緊裝置安裝其中，此時焊接完成之后將壓緊裝置自動打開，使之與裝卸工位保持一致[2]。

2.4夾具的柔性設計

夾具的柔性設計主要包括夾具和梁整體快速更換設計、夾具和梁部分快速更換設計兩個方面。第一，夾具和梁整體快速更換設計。主要在產品部件差距較大的情況下發揮作用，關注板的狀態，并將夾具梁準確的安裝在板的側面，為了保證焊接的有效進行，則需要將定位銷安裝其中，并將其準確的安裝在定位器的兩端。該設計方式的定位重復性較好，在連接的過程中要堅持從上到下的安裝順序，使之夾具與夾具梁處于整體的狀態。第二，夾具和梁部分快速更換設計。主要在特性相似的產品中發揮優勢，在實際設計的過程中可以參照夾具和梁整體快速更換設計，還可以對夾具梁的標準進行設定，保證處于統一標準，尤其是在固定梁定位銷的分布上要堅持科學性的基本原則，與標準尺寸進行比較。在該設計的過程中需要對底板進行引腳的定位，以此保證符合梁標準尺寸。

結論

用于汽車生產線上的機器人焊接夾具設計的要點較多，在實際設計的過程中將夾具體、定位裝置以及夾緊裝置有效的結合在一起，科學的選擇定位件的材料以及強度，并對定位裝置的可調性與可拆卸性進行分析，以此促進汽車行業的可持續健康運行。

參考文獻：

[1]樊志家，高超.關于焊接工裝夾具設計過程的研究[J].金屬加工（熱加工），2020（01）：43-45.

[2]劉志武.基于CATIA汽車前橫梁焊裝線夾具設計及分析模擬[J].自動化與儀器儀表，2018（06）：90-93.