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汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

2018-08-13 10:12:00
陆启蒙
原创
3887

前 言

据统计,焊接生产线的60%-70%的工作量落在了装夹和辅助两项环节上,而所有的装夹都需在夹具上完成,因此夹具对整个 汽车焊接 占有不可估量的地位。今天为大家分享一篇文章,分析 汽车生产线 机器人焊接 夹具的设计要点以及采用此设计方案所达到的效果。

一焊接夹具设计要点

1.1 汽车 焊接工艺

汽车焊接工艺是由零件到总成的组合过程,每个组合过程之间相互独立,互不干扰,但又具有承前启后的顺序关系。这种关系的存在保证了汽车焊接工艺的精确度,每一个组合过程都会影响总成焊接精度。因此车身每一个焊接总成夹具须建立统一、连续的定位基准。

1.2 机器人

在汽车设计与制造领域,为减轻劳动量,提升工作效率,机器人被广泛应用。事实证明机器人因缺乏灵活性,焊接质量难以得到保障。为解决因缺乏灵活性和判断能力所带来的困扰,设计人员不但要确保夹具可靠性,而且还须留有足够空间和路径供 焊枪使用,为机器人提供舒适的焊接姿态;另外还要提升夹具的精度,确保机器人执行既定程序,减小焊接误差。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图1 焊接机器人

1.3 安全性

从劳动者的角度来看,焊接夹具设计的目的是在保障人身与设备安全的基础上减轻劳动量。故焊接夹具设计在满足人机工程的同时,方便工人在安全环境下装配和取出零部件总成。

二焊接夹具的构成

2.1 夹具体

夹具体是由定位和夹紧两项装置组成,它作为夹具基础单元起到吊装、三坐标检测及校验作用。检查工作面平整度,保证加工夹具体时,提升其精度来影响定位机构的准确度。夹具体设计时,要以实际装配和测量为最终目的,确保夹具体的设计强度和空间高度契合,最大限度减小夹具体自重。比如按照工件的外形,遵守焊接原则,以减少夹具自重、便于管路连接,以及为机器人提供足够焊接空间为目的,选择单梁或框架结构。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图2 机器人焊接工装

2.2 定位装置

定位装置中的核心部件为定位件,定位件种类多样,既有按照焊件实际形状来确认的定位块,也有如V形块、档铁、插销以及固定销等定位件。

对于夹具体,定位件必须选择孔定位或外形定位以保证定位精准,从定位件选择角度来看,夹具定位设计需注意以下几点:

(1)选择合适的材料及强度。定位件只有满足焊接所需的刚性与硬度才可确保定位件使用精度、减缓定位件磨损。通常定位件应选择45号钢,且为增大定位件的耐磨性需对其热处理; 65Mn可用于制作胀销;而铜亦可充当定位件材料。

(2)选择合适定位结构。定位件设计成具有可调性的定位结构,是为了应对零部件的复杂结构。可调性定位结构在设计时,定位件通常与支撑件分体设计。如图3所示,可利用垫片实现三个方向上的自由调整。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图3 可调式定位件

(3)低碳钢板材是机器人焊接中应用最多的一类材料,其表面呈不规则形态。若选择如图4 所示的三圆柱销支撑式定位件,不但节材省料,而且加工成本也将大大降低,定位准确性将大大提高。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图4 三圆柱销支撑式定位件

(4)选择可拆工件。由于汽车零部件定位精度要求高,焊缝长,焊后易变形,工件难以拆卸,建议选择图5所示定位件,即胀销结构定位件。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图5 胀销结构定位件

2.3 夹紧装置

夹紧装置的设计需注意以下几点:

(1)夹紧力作用点:针对薄板冲压件而言,夹紧力在支承点上作用需保证工件刚性良好,以防止工件受夹紧力影响而出现弯曲,甚至脱离定位基准;

(2)夹紧力大小:夹紧力一方面为防止工件变形,另一方面维持工件装配位置相对应,以此来贴合导电电极或定位支承。针对1.5-2.5mm 冲压件,夹紧力为500-3000N,贴合间隙≤1.5mm;针对≤1.2mm 冲压件,夹紧力为300-750N之间,贴合间隙≤0.8mm。

(3)夹紧装置需具有可调性:如图6所示,这种桥形夹紧装置,采用多点夹紧的形式,特别适用于形状复杂、高度不一的工件,即可确保工件与压紧点完全接触,还可满足复杂表面工件的加工要求。

汽车生产线上的机器人焊接夹具设计要点及达成效果

▲ 图6 桥形夹紧装置

结 语

在整个 汽车制造中,汽车焊接生产线是一项核心环节,其中机器人焊接夹具属于重中之重。充分考虑焊接夹具设计要点,努力创新设计理念,以确保设计出的夹具能切实符合汽车生产要求,并推动现代化工业发展。






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