摩托车车架机器人焊接夹具设计

机器人焊接夹具的设计要点分析刘继乐摘要：当前，我国正在大力发展焊接机器人，最为典型的代表就是富士康集团，其已经采用了大量的焊接机器人，从而大大提高了生产效率。

由此可见，焊接机器人在当今制造行业当中具有十分重要的作用，而当前焊接夹具则是通过标准化、柔性化以及快捷化的基础上，然后再降低成本，从而使得焊接夹具越来越普及，在柔性焊接机器人当中得到了广泛使用。

随着计算机、通信技术、网络技术的发展，使得焊接机器人的发展突飞猛进，当前正在朝着高效率、高速度、高精度方向发展。

关键词：工业机器人；焊接夹具；柔性化设计随着经济的不断发展，机械工业也发生了较大变化，产品的生命周期越来越短，新产品层出不穷的发展，人们需要各种各样的产品，新产品的更换速度越来越快，这就要求生产制造行业要尽可能的在较短的时间内完成生产，同时新产品的数量往往不高。

从这个角度上来说，柔性焊接机器人将成为未来的一种发展趋势，因此对于焊接夹具来说，也要求较高，这就要求我们不断提高焊接夹具的精度、稳定性才能够通过柔性焊接机器人来满足用户的需求，才能够提高制造企业的竞争力。

1焊接夹具的介绍焊接夹具是机械加工当中必不可少的基础工具。

我们在设计焊接工装的时候，就要正确按章和固定每一个零部件，这也是采用焊接机器人的重要条件。

一个工件的焊接精度高低，一个重要因素就是焊接工装的合理性、安装方式等，这些都是直接决定焊接工艺的质量，对于焊接的成本有着十分重要的影响，通常来说，焊接工装的成本对于整个生产系统来说，约占1/10-1/5左右焊接机器人除了焊接主体之外，还必须要用到焊接工装夹具，因为它可以将焊件精准的定位，方便焊接的进行利保证精度，有助于提高产品质量，同时还可以减轻工人的劳动量作为焊接机器人的工装夹具，自然不像其他设备那么简单，必须要符合一定的设计要求才能予以应用。

焊接机器人的工装夹具除了具有上述特性之外，在自动化、机械化等方面都起着非常重要的作用，是焊接工作能实现高速、高效、精密、复合、智能、环保等目标的关键所在。

机器人焊接在三轮摩托车车架上的应用摘要：介绍了三轮摩托车车架的结构特点，机器人在三轮摩托车车架上的焊接应用，制订了合理的焊接工艺，并对工装夹具的设计进行改进，应用该机器人焊接工艺，通过在实际生产中的焊接实施，焊接接头力学性能良好，焊接变形可控制到最小范围，产品质量大幅提升，生产效率提高10%。

关键词：三轮摩托车车架；机器人焊接工艺；工装夹具。

1、三轮摩托车车架的结构特点三轮摩托车各零部件都直接或间接的装配在车架上，车架是承受载荷的主体，既承受摩托车的静载荷，又承受摩托车运行中的动载荷，因此车架是影响三轮摩托车使用寿命的关键部件之一。

目前，国内载货三轮摩托车一般使用管梁材料焊接车架，诸城车辆厂作为国内三轮摩托车行业的领先者，现以其主导产品山地摩托车来介绍其车架的特点：该车架主要由矩管和圆管焊合成的纵梁焊合、前竖梁焊合、上横梁焊合、左右支梁焊合焊接成整体构架，车架上平面的平面度误差小于2mm/□1000mm，板簧支架对角线最大偏差不超过2mm，车架上的发动机支架、板簧支架、副簧支架等零件焊接在相应的位置，焊接接头合计有几百处，且不完全对称分布，每一条焊缝的焊接质量直接影响着整个车架的强度和刚度，且车架前半部完全外露，焊缝外观质量要求较高。

因此，采用合理的机器人焊接工艺，对车架的焊接质量会有质的改善和提高。

2、焊接工艺性分析（1）车架结构材料均采用Q235A低碳钢，焊接性好，材料的厚度差异小，在适合的焊接工艺条件下，一般不容易产生气孔和裂纹，不需要再对焊接总成件作特殊处理。

（2）车架是整车的基础载体，其焊缝主要承受车辆行驶过程中的动载作用，车架刚性大，焊后接头存在较大的收缩力，因此必须选用正确的焊接方法及工艺参数，控制焊接变形量。

（3）因整个车架总成是由多条焊缝交织在一起的组合体，焊缝短且分布不规则，焊接加热不均匀且又因补焊时重复加热，焊接接头易产生过热收缩变形而降低接头处的承载能力，因此处理好接头处焊缝的起弧、收弧和衔接，尽量避免补焊，减少重复加热，保证接头的承载强度。

文章编号:1007-6042(2005)06-0007-03用于焊接机器人的侧架支撑座夹具程会凯(黑龙江省运建集团　黑龙江齐齐哈尔　161002)摘　要:论述了用于焊接机器人的侧架支撑座夹具的结构和设计特点。

关键词:焊接机器人;侧架支撑座;夹具;设计中图分类号:U270.6 文献标识码:B1　概述当前,为了满足铁路货车提速的要求,各机车车辆工厂生产制造了提速转向架。

为了提高该类转向架的制造质量,齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司(以下简称齐车公司)从奥地利引进了2台用于侧架支撑座焊接的机器人。

根据中奥双方技术分工,侧架支撑座焊接夹具等配套装备由中方负责设计及制造。

为此,齐车公司设计制造出了用于焊接机器人的侧架支撑座焊接专用夹具(以下简称夹具)。

2　主要结构及特点该工艺装备主要包括夹具体、夹紧机构和风动控制系统,见图1所示。

图1　用于机器人的侧架组成焊接夹具——72.1　夹具体夹具体是1个钢结构部件,主要由底座、端板、立柱和横梁组成,用于安装定位和夹紧装置实现侧架的装夹,以适应机器人焊接作业。

根据焊接机器人变位器负载的要求,该套夹具连同工件在内的总质量不能超过1t,而侧架自身质量为380kg,所以该套装备的1项重要指标是控制自质量,重点是夹具体的钢结构的质量,即夹具体自质量要轻,还要有足够的强度和刚度。

具体结构是采用压型件代替槽钢组焊后作为基本骨架,附着5mm厚的钢板组焊为框架结构,并且根据三维制图和力学计算分析,在适当的位置开设减重孔。

夹具体设计的另一个重要方面就是整体可加工性,因为夹具体不但和引进的变位器之间具有较精密的配合连接,而且还要安装各种定位座和夹紧气缸等零部件,所以夹具体与之相关的部位都要进行加工,这样在设计夹具体结构时要保证足够的强度和刚度,用于承受机械加工的切削力和力矩,而且各加工部位都要留给加工机具足够的操作空间。

为使夹具外观实现美观化和商品化,组成夹具体的各钢板和型钢事先都要抛丸处理,组装前夹具体进行喷塑。

机器人焊接夹具的设计要点分析作者：任冬艳刘凤丽王振涛陶冶来源：《科技风》2017年第23期摘要：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。

X架焊接机器人焊接系统设备名称：x架焊接机器人焊接系统数量：壹套一.应用范围：该机器人系统主要用于SY425X架焊接工件名称：SY425X架工件外形最大尺寸：2700X3050X877mm孔中心大小尺寸：①800工件最大重量：4100kg工件材质：碳钢、低合金钢等焊接方式：双丝脉冲MAG保护气体：83%Ar+17%CO2气体保护焊效率：工作站采用单工位两班作业，每班平均作业时间10小时，平均焊接外焊缝时间5〜6小时/件，紧固时间要求不超过10分钟（不含吊运时间）。

工件组对要求：焊缝位置偏差WIOnim焊缝间隙W2mm二.项目描述:1.系统描述：采用单工位结构形式，焊接机器人倒装于三轴滑轨龙门架上，配以L形双轴变位机，全系统为11轴联控。

布局如图所示:X架焊接机器人焊接系统主要由机器人系统、三轴滑轨龙门架、L型双轴变位机、双丝焊接系统、防碰撞传感器、清枪剪丝器、电气控制系统等组成，系统具有技术先进、功能完善、适应性强、可靠性高的特点，能有效地提高焊接质量和一致性，减轻操作者的劳动强度，提高生产效率。

系统设备配置表:2.操作描述：2.1.工件装夹:操作工使用行车将点定好的工件装夹到变位机上，利用变位机上焊接夹具对工件进行定位及夹紧（保证孔中心与变位机回转中心的同心度），操作工离开机器人工作区域，按下操作台“启动”按钮，控制系统通过夹具上的传感器进行确认。

2.2.机器人焊接：机器人在三轴滑轨龙门架上行走至焊接位置，机器人使用焊缝自动寻位功能对焊缝进行起始点的寻找，自动进行单层单道（或多层多道）焊接，在焊接过程中，机器人使用电弧跟踪实现对接焊缝（带坡口）和角焊缝的跟踪，保证焊枪对中，纠正由于工件装配或焊接变形产生的偏差，同时变位机按预设程序变位（翻转或旋转）、机器人按预设程序升降或进退或移动，使各焊缝处于最佳焊接位置, 保证焊接质量。

2.3.工件卸装：焊接结束后，机器人退回到安全位置，操作工再次进入机器人工作区域，松开工装，操作人员用行车卸下工件。

焊接机器人侧架支撑座夹具1.招标编号：18-GG-722.设备名称：焊接机器人侧架支撑座夹具3.数量：1套4.交货日期：合同生效后15天5.报价方式：交钥匙工程6.交货地点：中车太原机车车辆有限公司台车车间7-基本概况1）使用地点：车太原机车车辆有限公司(室内)2）工作制度：全年工作300天、2班制3）环境温度：0～40℃。

相对湿度：小于等于80%。

4）能源环境：4.1）电力：供电电压380V±10%/220V±10%，供电频率50Hz±2%。

4.2）给水：厂区自来水4.3）压缩空气：厂区空压机自产压缩空气，0.6 MPa5）该项目供货方式为交钥匙方式——卖方工厂成套性交货，包括设计、制造、运输和验收等。

8.基本要求1)要求供方必须在近三年内为国内外厂家提供过同类型设备。

投标文件中必须附有与本招标设备相同或相似技术规格、型号的设备的市场销售业绩清单及最新样本；并必须有加工需方类似工件的销售业绩（提供不少于5份合同）。

2)供方所供的设备，必须符合中国最新版的法律、法规和相关标准、规范的要求。

3)供方所供设备涉及的专利权技术以及知识产权保护其它技术等，应保证需方不因此受到第三方侵权指控以及实际损失。

4)供方应满足需方提出的各项技术要求，并为全新设备。

5)本技术要求，仅对功能、设计、结构、性能、安装和试验等方面，提出了最低和一般性的技术要求；并未对一切技术细节做出规定，未充分引述有关标准和规范的条文。

供方应保证提供的货物（或生产线）是符合本技术标书和国家最新的有关标准、规范的优质产品。

若有异议，不管是多么微小，都应在投标文件“技术偏离”中予以详细说明。

6)本技术要求所使用的标准、规范等，如与供方所执行的标准、规范不一致时，应按高于本技术要求所列的标准、规范执行，并在投标文件“技术偏离”中予以说明。

7)供方认为所供货物必需由需方配备、解决或提供的其它要求，如设备基础隔振和减振设施、软化水、洁净气源等，均应在投标文件“技术偏离”中予以充分说明。

机器人焊接系统技术协议底盘架前支撑焊接2014-041.设计依据1.1.焊接工件说明1.2.工艺分析1.工艺要求：焊接工件应无油、无锈且满足工件图纸尺寸公差要求。

2.焊接工艺：采用MAG单层单道焊，保护气为混合气体（80%Ar+20%CO2），焊丝为φ1.2实芯焊丝（满足盘装焊丝和桶装焊丝互换）。

采用脉冲直流逆变焊接电源。

1.3.现场车间环境信息使用温度: -10℃至+45℃，相对湿度＜80%；压缩空气源: 0.4～0.6Mpa；电源电压: 三相五线制，电压380±15%伏、频率50Hz±1% HZ；房屋、地坪：房梁高度≥5m，地坪承载5T/m2；行车：＞5T；工作制：每日两班制，每班8 小时，全年工作300天。

2.系统构成概述2.1.系统布局图2.1.1、1.7机刹底盘前支架机器人焊接系统，预估尺寸长×宽×高(mm)：3200×2800（仅供参考，已实际设计尺寸为准）；2.1.2、1.8油刹底盘前支架机器人焊接系统，预估尺寸长×宽×高(mm)：3200×2800（仅供参考，已实际设计尺寸为准）；2.1.3、1.9油刹三速底盘前支架机器人焊接系统，预估尺寸长×宽×高(mm)：3200×2800（仅供参考，已实际设计尺寸为准）；2.2.系统配置及供货范围2.3.耗材及备品配件清单（数量可满足约一年内使用）专用工具专用工具明细（单台套）2.4.系统概述2.4.1.机器人6个轴均带有智能防碰撞功能，不仅仅撞枪时能起到防护作用，任意物体非正常接触到机器人或焊枪电缆等缠绕到机器人，机器人皆能启动此功能，极大的保证了操作者的人身安全，并且对焊枪等能起到极好的保护作用；2.4.2.焊接机器人系统可满足每日三班制（每班8小时）的正常工作；2.4.3.使用数字脉冲逆变焊机，采用脉冲过渡方式焊接，使焊接过程中热输入量大大减少，减小了焊后工件变形，焊缝质量好、成型美观、不泄露；2.4.4.设备设有保护气流量检测装置，保证焊接的可靠性；2.4.5.变位机具有足够的强度，保证设备移动位置后，机构不变形；2.4.6.系统所有电缆(除送丝电缆外)均不外露,走电缆线槽，布线美观；2.4.7.机器人本体各轴、外部轴、变位机各轴均配有刹车装置和安全监测装置；2.4.8.工位的外围安装急停按钮，在发生危险时，操作人员在工件附近任何位置能够迅速停止设备工作；2.4.9.系统安全围栏为方管（圆管）加钢丝网格结构，高度不低于1.5m，正面为敞开式，便于上下工件，并不影响操作人员和周围工作人员正常工作；2.4.10.系统外观颜色按甲方提供的色卡进行涂装；若甲方无明确颜色要求，则按供方颜色，经需方同意后，进行涂装；2.4.11.系统中结构件包括机器人抬高座、变位机结构件等采用两遍腻子+底漆+面漆涂装工艺，漆膜总厚度≥100μm；2.4.12.系统采用焊丝或喷嘴作为传感器的测量工具，保证测量精度，可达性及柔性不受限制；2.4.13.系统安全围栏为 1.8m方管骨架防护栏，上半部分采用红色防弧光屏，高度800mm，下半部份采用φ3钢丝网，高度1000 mm；四面防护，一侧留有3000mm门洞，便于上下工件。

典型结构件机器人焊接工装夹具结构典型结构件机器人焊接工装夹具结构的研究与发展随着工业自动化的不断推进，机器人焊接技术日益成为制造领域的关键技术之一。

其中，典型结构件机器人焊接工装夹具结构的设计与应用成为了行业内关注的焦点。

本文旨在探讨典型结构件机器人焊接工装夹具结构的组成、设计原则、夹具设计以及工装设计，并展望未来的发展趋势。

一、典型结构件机器人焊接工装夹具结构的组成典型结构件机器人焊接工装夹具结构主要由机器人手臂、工装夹具、控制系统和焊接设备等部分组成。

其中，工装夹具是实现固定和定位待焊接结构件的关键部件，直接影响焊接质量和生产效率。

二、典型结构件机器人焊接工装夹具结构的功能特点典型结构件机器人焊接工装夹具结构的主要功能包括：固定和定位待焊接结构件，保证焊接位置的精度和稳定性；提供适宜的焊接姿态，保证焊接质量；具有一定的夹紧力，防止焊接过程中结构件发生位移。

三、典型结构件机器人焊接工装夹具结构设计原则1、满足生产需求：根据实际生产需求，设计适合不同结构件尺寸、形状和材料属性的工装夹具。

2、保证定位精度：通过优化设计，确保工装夹具的定位精度和稳定性，以保证焊接质量。

3、提高生产效率：工装夹具的设计应便于快速安装和拆卸，以缩短生产周期，提高生产效率。

4、考虑结构件的可达性：在设计工装夹具时，应充分考虑焊接机器人的可达性，确保焊接操作顺利完成。

5、保证安全性：工装夹具设计应符合人机工程学原理，确保操作过程中的安全性和舒适性。

四、典型结构件机器人焊接工装夹具结构设计流程及注意事项1、了解待焊接结构件的特性：包括结构件的材料、尺寸、形状等，以便确定工装夹具的设计要求。

2、分析现有工装夹具的优缺点：了解现有工装夹具的不足之处，为新设计提供改进方向。

3、设计工装夹具的总体方案：根据实际生产需求和结构件特性，确定工装夹具的总体设计方案。

4、详细设计各个部件：对工装夹具的各个部件进行详细设计，包括定位元件、夹紧机构、导向装置等。

摩托车车架机器人焊接夹具的设计进入21 世纪以来，随着我国改革步伐的加快和国民经济的高速发展，一些企业也相应地以“更新装备，加强技术改造，适应市场需求，生产有竞争力的产品，稳定提高企业效益”作为企业求生存、图发展的关键措施之一。

在此背景下，在机械制造业中使用焊接机器人的数量也急剧增加。

目前，国内各大摩托车生产企业都在上自动化生产线，如何更好的实现摩托车车架焊接生产自动化，自动化生产线能否正常运转，除工艺流程是否合理、零件精度是否满足要求外，焊接夹具设计的合理性最为重要。

一、机器人焊接工装夹具的特点机器人焊接工装夹具与普通焊接夹具比较有如下特点：⑴对零件的定位精度要求更高，焊缝相对位置精度要求较高，应w 1mm⑵由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。

⑶机器人焊接工装夹具前后工序的定位须一致。

⑷由于变位机的变位角度较大，机器人焊接工装夹具尽量避免使用活动手动插销。

⑸机器人焊接工装夹具应尽量采用气缸压紧，且需配置带磁性开关的气缸。

以便将压紧信号传递给机器人控制系统。

⑹与普通焊接夹具不同，机器人焊接工装夹具除正面可以施焊外，其反面也能够对工件进行焊接。

以上六点是机器人焊接工装夹具与普通焊接夹具的主要不同之处，设计机器人焊接工装夹具时要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具，能满足使用要求。

二、对机器人焊接工装夹具的设计要求⑴机器人焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最易操作的部位。

当夹具处于夹紧状态时，应能自锁⑵夹具应有足够的装配、焊接空间，所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离。

⑶夹紧可靠，刚性适当。

夹紧时不破坏焊接的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而生产较大的应力。

⑷夹紧时不应破坏焊件的表面质量，夹紧薄件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬套等措施。