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设计焊接工装夹具的流程与步骤,一文搞定!

作者:admin    来源:互联网    发布时间:2020-07-01 11:25

本文对焊接工装(以下简称焊装)夹具设计过程中易发生设计延误及设计错误的阶段进行归纳总结,分析焊装夹具设计的共性问题及常规流程,总结出适合大部分焊装夹具设计的设计流程,供焊装夹具设计人员参考和借鉴,实现焊装夹具设计工作的高效化、标准化。

在“中国制造2025”的时代背景下,中国制造向自动化、智能化迈进,机器人装备作为自动化生产的主力军,在改革的大潮中得到了长足的发展。本文针对机器人焊接的焊装夹具设计过程进行研究,焊装夹具作为机器人自动化焊接的重要辅助设备,即保证了焊接工作的高效安全,也保证了焊接产品的质量稳定性。

焊装夹具是汽车生产线上的重要工艺设备,事关整个汽车的产品质量,在焊接生产中,焊装夹具即能完成本工序的零件组装、定位焊接,同时还能够检验和校正上一道工序的焊接质量;焊装夹具依靠准确、可靠的定位和夹紧系统,有效地防止和减轻焊接变形,减小制品的尺寸偏差,以自动化设备代替手工劳动,大大改善了工人的作业条件,实现机械化及自动化焊接生产过程。本文针对某项目焊装夹具设计过程进行分析,夹具布置如图1所示,简述焊装夹具的设计流程及基本原则。

设计依据是以客户提供的产品三维模型、产品图样、产品技术要求和有关技术要求等输入信息,在设计焊装夹具之前,应了解产品结构特征、工艺需要等信息,并结合企业自身的加工制作水平进行设计。认真分析用户提供的产品图样,将各零部件的基准定位信息记录并标记,如图2所示,方便在后续设计中查阅。

在正式开始焊装夹具设计之前,应根据之前分析图样得到的信息,在产品三维模型上,将产品需要焊接的位置标记焊缝位置分布,如图3所示,以免在设计过程中丢漏焊缝,造成设计时间延误。

根据产品图样的定位信息,确定产品在焊装夹具底板上的摆放位置,在满足支撑定位的前提下,尽量使产品离夹具底板近一些,方便产品靠近夹具底板一侧焊缝在变位机旋转180°时,机器人可以更好的焊接姿态进行焊接;同时确定焊接所采用的焊枪型号,并要求提供焊枪的完整数模,将焊枪以合理的角度摆放至产品焊缝上,直观的反应焊接过程,一般每条焊缝放置两把焊枪,位于焊缝两端,焊枪布置应与产品对接面有45°夹角,如图4所示,与焊缝走向有75°夹角,如图5所示。

产品的定位分为定位销及定位面,其中,定位销分为圆形定位销和菱形定位销,圆形定位销作为主要定位基准,菱形定位销为防转定位销;定位面一般为支撑面,支撑面应有对应的压紧机构进行压紧,实现产品焊装作业中一直保持在确定的位置上。在产品定位过程中,应注意以下常见问题,以免浪费设计时间。

3)支撑面一般选择在零件的基准面上,以保证不同批次产品定位基准相同,产品焊接质量稳定。

4)压紧位置应选择在距离焊缝近且底部有支撑的位置,原则上无支撑不压紧,在底部无支撑的情况下仍需要压紧来固定零件,则可以采用弹簧压头和增加压紧限位挡块,以免压紧导致零件变形,影响产品焊接质量。

5)压紧机构一般采用压臂缸进行压紧,压臂的打开角度是由装件时夹具平台的角度决定的,例如,夹具平台人工装件的角度为15°,则远离人侧的压臂缸打开角度需105°,以免压臂在装件过程中落下,影响装件效率。

在焊装夹具的设计过程中,应尽量选择已经通用化、标准化的电网夹紧机构以及标准的零部件,提高夹具的通用化、系列化程度,以提高焊接生产线的可维护性。以下介绍几种此项目使用的典型机构。

1)抽销机构,如图6所示。当产品孔的轴线方向与取件方向(一般为竖直方向)的夹角5°时,定位销应设计成活动销,在装件之前由阀片控制气缸带动定位销伸出,装件后完成焊接,在取件前有阀片控制气缸实现定位销的缩回,完成销定位工作。此机构可以根据产品孔的形式,对伸出销进行修改,广泛应用于焊装夹具的销孔定位机构。

2)浮动压紧机构,如图7所示。在要求多点同时压紧或曲面压紧时,为了让所有压点都能有效压紧,可选择浮动压紧机构,根据实际情况,可以改变摆臂的形状,通常摆臂回转处间隙不能超过0.5mm,以保证良好的浮动压紧效果。

3)圆管支撑压紧机构,如图8所示。在焊装夹具的设计中,经常有圆柱类零件需要支撑压紧,此机构是底部V形块+可调节支撑销来进行支撑,夹紧与之对应,可调节性良好,提高圆柱类零件的定位准确性。

4)U形支撑+弹簧压紧机构,如图9所示。此机构常用于方管的定位支撑,U形块单侧与方管一面接触,方管另一面依靠弹簧压紧机构来定位,U形块另一侧起初导向作用,产品取出时需克服弹簧压紧机构与方管的摩擦力。常规的U形支撑两侧面都与方管表面接触,发生焊接变形时,易导致工件无法取出,影响焊接生产。

1)夹具框架是整个夹具的基石,它的强度及稳定性影响着整个产品的定位准确性和焊接质量,夹具框架一般由矩形管焊接而成,夹具框架上焊接夹具底板,所有的夹具定位组立都连接在此板上,夹具底板在满足强度的前提下应尽可能增大开口率,以达到减轻整体重量,使夹具在回转过程中受到的惯性矩变小,延长变位机等回转元件的寿命。夹具底板的固定通常由4钉2销定位固定,4钉四角分布,2销对角线布置,在一些比较大型的夹具上,应增加联接螺钉数量,并在定位销孔处增加耐磨套,以保证夹具底板的定位可靠性。

2)气路管线布置依据各气动元件的工作位置及工作顺序进行分组,并分配电控阀进行控制,通常一个电磁阀最多同时控制4个气缸(40mm缸径,行程50mm),使气缸的动作稳定并快速响应。

3)为了满足焊装夹具的安装调试及安装等要求,夹具底板上需增加用于夹具吊装的吊装孔,要求吊装时,夹具整体趋于水平状态;同时还有用于夹具定位调整的坐标检测孔,坐标检测孔一般采用3个基准坐标孔,为了操作方便,有时也布置4个基准坐标孔;布置传感器接线端子箱及气管走向,应尽量避开焊缝区域,无法避开焊缝的管线应做防烫、防飞溅处理,以免管线损坏。

本文从项目输入着手,按照常规的设计工作流程,完成焊装夹具的设计,通用化、标准化的焊装夹具设计流程,能快速、高效、高质量的完成夹具设计任务,减少不必要的冗余时间,对之后项目的焊装夹具设计工作有借鉴和指导意义。

本文发表于《金属加工(热加工)》2020年第1期43-45页,作者: 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 樊志家、高超 ,原标题:《设计焊接工装夹具的五大步骤》。

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