广东省机械研究所 广东广州 510635
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。
1 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。
2 轿车排气系统焊接夹具设计要点
2.1 热端焊接夹具
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+歧管焊接夹具
此工序的焊缝较多，歧管的焊缝空间分布比较复杂，焊接完成后工件变形问题较为严重。同时，进气法兰是与发动机安装面连接的重要基准面，平面度要求高，所以该夹具中法兰的夹紧反变形设计很关键。进气法兰的定位根据工件图纸基准要求，选用法兰上基准孔及安装面，压紧一般选用带死点的压紧机构或选择力大的气缸带铰链机构（见图1），考虑到用户维护条件的情况，也可以采用液压压紧。同时适当调整法兰焊缝的焊接顺序，减轻因进气法兰焊缝集中而产生的焊接变形。
图 1 带歧管焊接夹具
对于焊缝空间分布复杂的工件，由于焊枪姿态和焊缝位置干涉问题，一道工序中完成所有焊缝较 为困难。此时需要增加拼点工序，先通过结构相对复杂的拼点夹具将散件点固成型，再用只定位夹紧工件主基准的简单自动焊夹具实现所有焊缝满焊。
歧管焊接夹具的前后工序定位基准必须一致。为了使歧管和进气法兰焊接后几个环焊缝的焊接 质量一致性和焊缝成形好，这几个环焊缝分布尽量靠近变位机回转中心，并最好选用双轴变位机。另外，为了保证工件每次都能装到位，焊后一致性好，必须限制管插入到进气法兰的插入量。
（2）歧管分总成+催化净化器+波纹管+氧传感器
螺母焊接夹具歧管分总成的定位可参考歧管分总成焊接夹具，注意定位基准一致。净化器可使用筒体外型面定位并压紧。波纹管是柔性件，又称挠性节，定位时需要考虑限制其长度方向尺寸。由于波纹管外层钢丝较细，容易被飞溅烫坏影响外观，所以波纹管部分的夹具需要考虑全护罩结构。出气法兰定位，定位法兰上的孔及法兰安装面，再气缸压紧即可。
（3）总成+挂钩+支架焊接夹具
在保持前法兰定位基准一致的前提下，首要考虑装件的操作性，以此来确定此套夹具的工件空间位置。根据图纸对挂钩的要求选择主定位基准。为、了保证焊接质量，挂钩定位必须设计成可调整的，方便调整挂钩位置，如图 2所示。
图 2 挂钩、支架焊接夹具
热端工件结构比较复杂，夹具设计不但要考虑夹具的结构，而且要考虑装卸工件是否方便。
2.2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。
3 夹具的柔性化设计
汽车品种迅速增加，这不仅对汽车排气系统的机器人焊接系统提出了更高要求，而且对夹具的设计也提出了高要求。这种要求主要体现在焊接夹具的柔性化设计上。柔性化设计具体体现为：一是夹 具和梁整体快换，这种形式适合产品差异比较大的零件；另一种是夹具梁和电磁阀端子等共用，只快换夹具，这种形式适合有共同之处的产品，一般为同一车型的不同排量工件夹具之间的快换。有时一套夹具可兼顾两三种甚至四五种类似产品的焊接。
3.1 夹具和夹具梁整体快换设计
夹具和夹具梁的整体快换设计主要体现在夹具梁和变位机之间的快换上，夹具梁两端各安装一个L板，每个L板上安装有定位销，变位机两端也安装有L板。安 装L板一侧采用定位销套，另一侧采用键槽的定位方式。连接时，夹具和夹具梁整体从上向下安装，先是夹具两侧的定位销依靠重力插入销套和键槽中定位，再是连接板两侧的螺钉翻转压紧连接板。这种快换结构简便可靠，定位重复性效果好，已经成为安川首钢机器人有
论文作者:唐亮
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月中
论文发表时间:2018/9/14
标签：夹具论文; 法兰论文; 歧管论文; 工件论文; 机器人论文; 基准论文; 车辆论文; 《建筑细部》2018年2月中论文;