用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计

姚才阳 陈鹤珑 吕伟

摘要：汽车生产线上的机器人是汽车生产过程中的关键环节，已经得到了汽车行业的广泛关注。本文将围绕用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计原则进行阐述，详细的分析具体的设计要点，坚持实事求是基本原则，旨在为日后焊接夹具研究工作的顺利进行奠定基础。

关键词：汽车生产线;机器人;焊接夹具

前言

在对汽车生产线上的机器人焊接夹具的设计进行研究的过程中，主要以汽车工艺、机器人以及安全三个方面为出发点，以此掌握机器人焊接夹具的设计要点，注重加强机器人焊接夹具的设计工作，有助于规范汽车生产线，使之适应当前企业行业发展的实际需要。

1. 用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计原则

在对用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计原则进行分析的过程中，主要从汽车工艺、机器人以及安全三个方面进行考虑。第一，汽车工艺。在企业焊接作业的过程中，注重将组件整合在一起，实现焊接总成，在此环节中需要保证各组合环节的有效衔接，汽车的整体焊接精度与组件的焊接精度有关，要对组件以及总成夹具综合分析，保证焊接夹具设计的统一性。第二，机器人。机器人焊接效率较高，为了保证机器人焊接作业有效进行，在焊接夹套设计的过程中要为机器人焊接留有充足的空间，以此要保证焊接夹具设计的可靠性。第三，安全。机器人焊接夹具的有效应用能够减少人力资源的消耗，要将人体工程应用其中，确保零部件装配的准确性，要在提升生产效率的同时实现设备的安全，因此要保证焊接夹套设计的安全性。

2. 用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点

2.1夹具体设计

夹具体功能广泛，对定位结构的准确性造成影响，能够实现三坐标的检测以及校枪。要在夹具体设计的过程中对工作面的平面度以及粗糙度进行充分的了解，在设置夹具体强度环节中要结合装配的实际情况，保证夹具体的空间与测量的标准保持一致。同时，为了提升夹具体设计的精度，要对夹具体的自重进行合理的设计，以减轻夹具体的自重为设计的重点，在设计夹具体外形尺寸时要坚持最小化的原则。例如：在夹具体设计的过程中，为了有效降低夹具体的自重，可以将单梁式结构应用其中，在节约了材料的同时也包保证了气管与电信号之间的有效连接。采用单梁结构有助于给机器人焊接作业营造良好的焊接环境，以此保证焊接作业的有效进行。

2.2定位装置设计

在定位装置设计的过程中主要从定位件的材料与强度、定位装置的可调性以及工件的可拆卸性角度进行分析。第一，定位件的材料以及强度。由于汽车生产线处于长时间运转的状态，其中机器人焊接夹具的使用频率随之上升，这在一定程度上给定位件的强度提出了更高的要求，要注重提升定位件的耐磨性，为了保证定位件使用的精确性，可以发挥45号钢的优势，并通过预加热的方式提升定位件的硬度，关注定位件与焊缝之间的距离，当二者距离较近时可以选择铜材质的定位件，以此防止定位件与工件产生焊接的现象。

第二， 定位装置的可调节性。为了实现对汽车组件的调整，在定位结构设计的过程中，要将其设计成组合可调式的，当不符合车型时可以对其进行自由的更换与调节。汽车零件表面形状较为复杂且不规则，为了防止出现变形的问题，在定位装置形式的选择上可以选择三个圆柱销支撑定位来实现，保证了定位面准确性的同时也实现了定位装置的可调节性。

第三， 工件的可拆卸性。汽车零部件在焊接的过程中，由于焊接后会出现形变的现象，增加了拆卸的难度，而此时将胀销机构应用其中可以有效的缓解由于焊接缝较长而引起的拆卸难度大的问题[1]。

2.3夹紧装置设计

在加紧装置設计的过程中要充分掌握夹紧力的作用点、夹紧力的大小、加紧装置的可调节性以及拆卸的灵活性等。第一，从夹紧力的作用点角度进行分析，主要在薄板冲压件中的支承点上发挥作用，这是由于薄板冲压件的刚性较好，避免出现夹紧力弯曲的问题。第二，从夹紧力的大小角度进行分析，关注工件装配与定位支承之间的位置关系，最佳的夹紧力能够使二者处于贴合的状态，防止发生弹性形变。例如：在夹紧力设计的过程中，要结合钢板的厚度以及贴合间隙，当前者为1.2mm，后者在≤0.8mm时，此时的夹紧力的大小需要在300-750N之间。第三，从夹紧装置的可调性角度进行分析，为了符合工件表面的实际情况，可以设计桥形多点夹紧结构，保证与工件充分贴合。第四，从方便拆卸角度进行分析，借助气缸带动的形式，关注滑动导轨的运行情况，并将夹紧装置安装其中，此时焊接完成之后将压紧装置自动打开，使之与装卸工位保持一致[2]。

2.4夹具的柔性设计

夹具的柔性设计主要包括夹具和梁整体快速更换设计、夹具和梁部分快速更换设计两个方面。第一，夹具和梁整体快速更换设计。主要在产品部件差距较大的情况下发挥作用，关注板的状态，并将夹具梁准确的安装在板的侧面，为了保证焊接的有效进行，则需要将定位销安装其中，并将其准确的安装在定位器的两端。该设计方式的定位重复性较好，在连接的过程中要坚持从上到下的安装顺序，使之夹具与夹具梁处于整体的状态。第二，夹具和梁部分快速更换设计。主要在特性相似的产品中发挥优势，在实际设计的过程中可以参照夹具和梁整体快速更换设计，还可以对夹具梁的标准进行设定，保证处于统一标准，尤其是在固定梁定位销的分布上要坚持科学性的基本原则，与标准尺寸进行比较。在该设计的过程中需要对底板进行引脚的定位，以此保证符合梁标准尺寸。

结论

用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计的要点较多，在实际设计的过程中将夹具体、定位装置以及夹紧装置有效的结合在一起，科学的选择定位件的材料以及强度，并对定位装置的可调性与可拆卸性进行分析，以此促进汽车行业的可持续健康运行。

参考文献：

[1]樊志家，高超.关于焊接工装夹具设计过程的研究[J].金属加工（热加工），2020（01）：43-45.

[2]刘志武.基于CATIA汽车前横梁焊装线夹具设计及分析模拟[J].自动化与仪器仪表，2018（06）：90-93.