机器人焊接夹具的设计要点分析

任冬艳 刘凤丽 王振涛 陶冶

摘 要：随着科技的快速发展，汽车行业也有了质的飞跃，车辆车型更新换代的速度非常快，但是现代化的汽车生产行业更注重车辆产品的质量，和制造车辆的速度以及制造成本，对于一体化的生产线机器人的作用尤为重要，有着不可替代的作用，越来越高的生产强度对工业

机器人的质量和柔性都有很大的要求，因为这关系到机器人高效率和车辆质量，本文主要介绍了车辆生产过程中机器人的作用以及机器人焊接夹具的零件选择，也对机器人焊接夹具的设计要点进行了浅析，对车辆生产过程有一定的帮助。

关键词：工业机器人；焊接夹具；柔性化设计

如今在科技快速发展的时代，机器人又经过很多年的快速发展，如今已经用在了工业生产的很多地方，涉及面很广，对企业降低成本和保证生产质量有很大的作用，在生产车间中已经有很多机器人用在生产一线中，尤其是车辆的零部件制造中，随着车辆的个性化，性能特点和品牌更新，焊接夹具的柔韧性和高效性，显得尤为重要，这已经成为核心问题而被广泛关注，

一、排气系统在轿车中具有的特性以及构成

车辆中的排气系统是处理发动机尾气的重要组成部分，分为热端和冷端，热端离发动机较远，冷端离发动机较近，热端主要是与发动机的排气口相连接，其中包括歧管，二级净化器，催化净化器，法兰和螺母还有传感器等，而冷端则是一部分连接热管，还有一部分包括，后消，尾管，中消，排气管，挂钩及法兰等零件。在排气系统的设计时，夹具应该满足其组成零部件的特性和功能，应该对这些都有充分的了解，热端部件的重要功能之一是净化，对焊接的密度要求甚高，热端的部件由于发动机的硬件设施连接很多，所以在耐热性和精度上都有严格的要求。冷端的功能主要是减低噪音，其对焊接的精度要求没有热端的高，允许焊接接缝处二次起弧，但是起弧点有所要求，因为冷端的部件有些处在冷凝液体的侵蚀下，所以这些位置，要通过钩和其他软连接固定，尺寸控制和精度控制可以适当放松。

二、关于焊接夹具的研究要点

（一）热端夹具

热锻夹具相对于汽车其他部位的焊接工艺而言相对复杂，通常需三至四次才能完成焊接，主要由于部件复杂，致使夹具比其他零件的焊接复杂，一般的过程是 ：一，进气法兰+歧管焊接夹具，二，歧管组件+催化转换器+波纹管+氧传感器螺母焊接夹具，三，组件+钩+支架焊接夹具。

1.进气法兰和歧管焊接夹具

进口法兰法兰歧管焊接更多焊接，因为歧管焊接分布不散，所以工件完成后变形焊接问题非常严重，而入口法兰与发动机连接的重要部件，平直度 要求相对较高，因此固定装置中的抗变形设计在参考孔和安装表面上的法兰选择，带有死锁的压缩机或大型气缸的选择中非常重要，如果考虑到 客户的维护也可以采用液压压缩，如果采用液压压缩法，应调整法兰焊接顺序，以降低入口法兰焊缝的变形浓度。面对这些空间的焊缝分布比较复杂，一道工序中由于焊枪的位置与焊缝的位置有差异所以不能一次性完成，这时就需要设当的增加工序，将复杂的散点通过夹具固定成型，最后用一只固定架对准工件，使自动焊接夹具完成所有焊缝。 为了使歧管和进气法兰焊接后的焊接形状，在歧管焊接夹具前后的工艺定位基准必须一致，另外为了确保工件每次可以安装到位， 良好的焊接后，必须将管插入入口法兰。

2.歧管组件加催化转化器加波纹管氧传感器螺母焊接夹具

歧管子组件定位可参考歧管组件焊接夹具，注意保持一致的定位基准。 净化器可以使用圆柱轮廓定位和压制。 波纹管是一个灵活的部分，也称为柔性部分，定位需要考虑其长度方向的大小。 由于波纹管的外层较薄，容易受到飞溅的影响。 因此，波纹管部分的夹具需要考虑护罩结构。 出口法兰定位，定位法兰在孔和法兰安装面上，然后可以通过气缸压紧。

（二）焊接冷端夹具

冷端的零部件相对于热端的较少，主要分为中消和后消，焊接消音器两届的部件有管件挂钩和法兰以及支架等，由于冷端的零件少，所以余留下的空间也相对较大，对于焊枪的使用空间也大了，工序一般是先完成各法兰、管件和消声器之间的环缝连接性焊接，然后进行焊接挂钩等小尺寸焊缝。但是中，后消，距离热端比较近，所以应该防止热端流出的冷凝水的腐蚀，所以对中，后消的焊接点一定要有充分的了解，所以在夹具前期设计时应该对夹具的设计图纸有充分的认识和了解，定点处的零件选择要慎重，应该根据零件的特性进行选择。

三、夹具的柔性设计

随着多种多样汽车的出现，不仅仅是对排气系统的焊接机器人提出了高的要求，更是对高质量夹具设计的挑战，这些主要在夹具的柔性设计中，柔性的设计主要体现在两点：第一点是快速更换夹具和梁整体，经常适用于产品部件的较大差异产品部件，另一种设计是夹具梁 电磁阀端子共用。也就是快换夹具，这种设计适合特性相同的产品，

（一）夹具和梁整体快速更换设计

夹具梁和变位机之间的快速更换可以成分体现出其快换设计，夹具梁安装在板的每一侧，每个板都配有一个定位销，定位器的两端也安装。 安装定位销的L板侧，定位方法的关键槽槽的另一侧，从上到下安装的连接，夹具和夹具梁整体，这种快速更换结构简单可靠， 定位重复性好，已成为机器人公司常见的快速变更结构标准。

（二）夹具和梁部分快速更换设计

这种设计也有两种，第一种与整体快换相类似。第二种类型是更多的产品类型，更相似，互换性要求高，夹具梁分为同一标准模块，固定梁上的定位销根据标准尺寸分布，夹具可按照要求 夹具梁标准尺寸的地板，底板做标准销与引脚定位。

四、结语

本文主要介紹了轿车排气系统的构成和机器人焊接夹具的柔性化设计及其优化。通过采取可靠的工艺措施，焊接被加入到工艺中，焊缝没有看到，焊缝焊接非常困难，焊接比较容易焊接焊缝更好的可见度。 这是成功焊接的关键措施。 汽车生产和未来的品种将会快速增加，机器人焊接夹具的灵活性将越来越广泛的应用。但机器人焊接夹具的设计还有待提高，只有进一步提高排气系统焊接夹具的设计水平，才能汽车行业的发展同步前进。

参考文献：

[1]白恩远，王俊元，孙爱国.机器人焊接夹具的设计技术与要点浅析.北京：国防工业出版社，2012.

[2]马忠梅，马广云，徐英慧，等.机器人焊接夹具的设计与研究[M].北京：北京航空航天太学出版社，2014：68.

[3]纪莉，张盼.论用于汽车生产线上的机器人焊接夹具设计[J].武汉大学学报（人文科学版），2012（3）.