浅谈钣金件机器人焊接工装夹具设计

摘要：对于钣金件机器人焊接工装夹具设计而言焊接件定位（即工件复位的一致性）与夹紧是其中两大关键，如果设计不合理将会出现尺寸错误、尺寸超差、焊缝偏焊、机器人撞枪等各种不良问题造成许多不必要的损失。本篇笔者将根据平时工作生活积累的经验以及从各类手册、书刊中学到的知识就钣金件机器人焊接工装夹具的设计谈一下个人见解。

关键词：定位、夹紧、快速换型

随着生产工业改革与创新生产车间涌现一大批新型生产装备，焊接工装夹具在焊接车间崭露头角、大显身手，在各个焊接工位展现出它独有的魅力与实力。

1.焊接工装夹具定义

将预先制作好的结构零件装配定位并夹紧，使每个焊件之间具有符合技术标准的相对准确位置和几个尺寸，并采取焊接工艺最终将其连接的工艺装备称为焊接工装夹具。

2.焊接工装夹具工装夹具的设计步骤

（1） 校对、分析客户图纸。分辨出关键尺寸项；核对产品三维图与二维图纸尺寸的一致性、准确性。（特别是一些公差比较小的尺寸，相对比较重要，要仔细核对。）

（2）整理焊接图中焊缝。仔细找出焊接图中焊 缝位置及焊接要求，并用水彩笔标记特殊焊缝标识及要求。（如对面焊接符号标识、焊接预留、分段焊接等问题。）

（3）根据产品重要尺寸及产品结构特点确定工装夹具的最终形态。①是否需要与翻转机构配合使用。②是否需要制作部件工装夹具、辅助焊接模板。 ③方便定位及上、下工件最佳放置方式。④工装夹具的防错方式、位置。

（4）设计工装夹具方案（需要定位的零件的6 个自由度着重考虑）。

（5）评审工装夹具的性能及可实施性。

（6）细化方案，出工程图。

3. 焊接工装夹具的设计方法

3.1   焊接工装夹具定位基准、检测基准

设计工装夹具时，定位基准、检测基准尽量保持与零件图纸上的基准一致。方便后期的工装夹具的定位调整及工装夹具检测。

3.2   焊接工装夹具可操作性

设计工装夹具时，要多参考人机工程学各项功能参数。考虑工装夹具的可操作性，尽可能简单方便。忌操作繁琐、结构复杂、不利于加工。

3.3   焊接子零件定位基准选择及定位形式

焊接子零件定位基准的选择，优先考虑精度要求较高的位置作为定位基准，如孔、槽、非折弯面及非折弯边等。各类定位形式种类繁多。

3.3.1零件端面定位

定位零件端面结构可以选择用定位块与调整垫片组合的形式，做成几种通用模块降低加工成本;也可以考虑用螺栓与螺母、螺纹孔配合的定位形式。方便后期工装夹具的反变形调整及不合格尺寸调整。

3.3.2  零件孔定位.

定位零件孔时可以选用方圆销、扁圆销、菱形销、定位法兰、液压卡盘等结构形式来实现定位。

3.3.3  折弯件定位

定位折弯件的面时， 定位折弯件的面与定位板之间可以考虑适当留有一定间隙，防止产品按照极限公差成型后导致不好装配（间隙根据折弯件生产图上的成型公差来定）。留有间隙 对于焊后取件也有一定帮助。需要定位折弯件上的孔时，为了避免折弯成型后的尺寸公差造成的不一致定位困难，可以根据图纸标注公差定位板上的定位孔做成长圆孔与定位销配合使用（注意长圆孔方向，根据折弯成型公差确定长圆孔距离）。

3.4   焊接工装夹具防错

焊接工装夹具防错是指防止工人误操作造成工件放错位置导致零件焊接错误的装置或者机构。造成零件放置错误的原因有许多如零件相似度高，注意力不集中操作失误，对产品及工装使用不熟悉等都会导致零件错放，从而产生许多不良后果如零件报废，机器人撞枪等。工装夹具防错可以考虑以下方法：根据零件外形，在工装夹具上比较容易放错的位置焊接小板防止放错；可以根据零件外形在工装夹具上多开几组孔之类的外形特征；小螺柱之类的零件可以在需要焊接地方焊接一个正确的零件方便施工人员比对减少错误发生达到防错的效果；一些带孔零件可以用销轴定位也能达到防错的效果，等等。工装夹具防错的应用大大提高了产品质量和生产效率，工装夹具防错的应用值得大力推广。

3.5  焊接工装夹具定位销

设计工装夹具定位销时，可以选用方圆销、扁圆销、菱形销、三角或四角法兰盘等结构形式，减小接触面减小阻力方便装配、取出（公差的范围也需要重点考虑）。

3.6   焊接工装夹具上配套使用的定位销存放

⑴定位销附近或者工装夹具空闲部分开孔放置方便取用存放；⑵焊接小方盒方便存放定位销，防止丢失；⑶用锚链和工装夹具连接；等等。以上存放方式根据使用情况自行决定，仅供参考。

3.7   复杂零件的焊接工装夹具

设计复杂零件的焊接工装夹具时。⑴对于内部结构不好定位的可以考虑在外周做成翻转机构的形式，翻转到焊接件内部来定位面或者孔等其他位置。⑵设计成与变位机等翻转机构配合使用的形式，对于底部有焊缝的零部件也能很好的解决焊接问题。⑶利用焊接辅助模板配合零件本身来完成内部不好定位的部件。⑷把复杂的焊接件拆分开，多设计一个至两个部件焊接工装夹具，然后配合总拼焊接工装夹具使用。

3.8   焊接工装夹具的快速换型

⑴采取定位L型直角边形式。工装夹具的两条直角边上的定位块与工作台定位块重合配合F钳或者螺栓固定。⑵采取轴销配合形式。在工装夹具上开换型定位孔，用定位销保证工装夹具换型定位孔与工作台上的定位孔重合，来完成工装夹具的快速换型;在工装夹具下方设计焊接换型的定位锥销与工作台上的定位孔或者轴套配合完成工装快速换型（优点：中小型工装无需要锁紧）。工装夹具的快速换型亦可根据公司自身生产条件自行决定，条件不限。

机器人焊接工装夹具的快速换型节省了大量的调机时间，提高生产率，降低了生产成本。快速换型理念值得推广实施。

3.9 焊接工装夹具的夹紧方式

对于钣金件而言，夹紧形式多种多样，钣金件板材薄，质量轻，焊缝小变形量所以所需的夹紧力相对中厚板而已就小许多。常用的夹紧方式有：丝杆螺纹配合形式；肘节式快速夹紧装置（如嘉钢、嘉手、好手等品牌）；弹簧与销轴配合夹紧装置；强力弹簧A字夹等诸多夹紧方式可以供选择。

3.10 有效利用公司可利用的资源条件

结合公司本身条件尽可能利用公司资源，多利用通用件和标准件来作为工装夹具定位、夹紧或者其他机构部件降低工装夹具的生产加工成本。激割板拼焊而成工装可以适当考虑，但要注意选材保证工装强度。（激割板拼焊而成工装夹具成本相对较低、工艺简单方便，可以考虑。适当多增加几处定位，后期试焊择优留用。过定位应着重考虑处置。）

3.11 设计工装夹具忌闭门造车

方案设计期间应多去焊接现场咨询了解相关的焊接信息、机器人各类相关参数及试焊时出现的诸多问题，设计时着重考虑。如操作方式方法、焊接变形、机器人焊接范围及更多的注意事项，要做到多交流多请教，在保证安全的情况下尽可能亲自操作演练。

4.结束语

在工装夹具设计环节，如果不能很好解决焊接件定位（即工件复位的一致性）与夹紧问题，就会对产品质量造成很大的影响，甚至在生产过程中对公司财产造成巨大的损失。一份完美的设计作品不仅仅需要巧妙合理的机械结构，夹具定位的选择与加紧方式方法问题也极其重要。

参考文献

［1］朱耀祥，浦林祥主编，现代夹具设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2009.10（2018.1重印）：84-90、944。

［2］成大先主编，机械设计手册第1卷-6版［M］.北京：化学工业出版社，2016.3：1-703至1-727。