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【摘 要】在我国科技发展的推动之下，机械焊接对与之相关的实用科学技术应用变得逐渐广泛，而焊接夹具的应用对焊接自动化的发展有着重要的意义，基于此，本文在探讨焊接夹优势的基础之上，论述了焊接夹具其在焊接自动化之中的应用。
【关键词】焊接夹具；焊接自动化；应用
引言
近年来，由于机器人技术的进步成熟，在焊接加工领域，越来越多的企业使用工业机器人代替人工进行焊接。在焊接生产过程中，由于真正用于焊接的时间比较少，而超过2/3的时间主要用于备料、装配等工作，进而在一定程度上影响了焊接的生产速度，进而难以适应焊接机器人的生产节奏。为此，需要对机械化、自动化程度较高的焊接夹具装备等加大推广使用的力度。焊接夹具是保证焊接质量的主要因素之一，是焊接工艺的重要组成部分，它可以确保焊接零件形状、尺寸、精度符合产品图样技术要求。可以说，焊接夹具是构成自动化焊接的“核心”。因此，为满足焊接零件的自动化焊接要求，用最快最简单的方法设计最优质的焊接夹具势在必行。
1、自动焊接的优点
在实际的生产中，通过一定的技术手段对整个焊接过程不断进行机械化以及自动化的工作过程就是焊接工作中的自动焊接。对于自动化的焊接工作来说，其主要是在实际工作中应用电子技术在以上的动作中，对其工作完成进一步的机械化。主要表现在在实际工作中由相关的气动尾顶滑台机构、转动的转台和机构以及导轨床体来完成相关动作的前后左右转动，同时再由工件夹紧以及托料机构来完成在实际工作中对相关加工工件的固定工作，用相关的焊枪夹持以及焊枪气动调节等机构来完成实际工作中的焊接装置，最后再由工作中相关的气动尾顶以及专机电控系统来实现动作指令的发送输出。其有很多的优点，主要表现在以下几个方面。
1.1、生产效率高：由于自动焊接设备是由整个机械组组成，而执行程序由数字电子系统控制，因此自动焊接设备可以使用较大的电流，大电流所产生的电弧的穿透能力也很强，热量也很集中，焊接的速度就加快了许多。自动焊接设备的生产效率要比普通的手动焊接的加工效率提高10倍左右。
1.2、质量高且相对质量水准稳定：由于自动焊接设备的焊接指令统一由数字中心发出，焊接的速度，焊接的范围都可以进行控制，因此可以保持相对的一直，使得所加工的工件的焊接质量水平可以恒定，加工过程中如果出现问题产生了变化也可以进行自动调节，保持相对的稳定。自动焊接设备的焊剂保护效果都很好，熔池金属很少受到空气的污染腐蚀，加上较大的电流，这样的条件会使熔池金属充分的与渣进行反应，生成的焊液成分均匀，加工的焊缝金属质量较高，性能也稳定，外表也相对美观。
1.4、能源消耗低并节省原材料：有些自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧，这样所产生的热量就不容易散失掉，所消耗的电能也相对少很多，在这样的自动焊接中，进行薄板焊接加工时可以不用开坡口，加工时就没有金属飞溅，也没有焊头，这样就会节省了焊条或焊丝金属的消耗，进而节约了加工原材料。
2、焊接夹具原理及结构
2.1、夹具设计原理：由于焊接的材料为0.1mm以下的金属材料，如不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，本身具有一定的硬度。因此焊接夹具设计思路为采用刚性固定方法，即采用两个厚铜板将薄板材料夹住，并且用螺钉加以固定，抵抗焊接后产生的应力，从而限制焊接过程及焊接之后产生的变形。
2.2、设计结构及实物夹具结构原理图：如图1所示，1为承接板，起到承接作用；2为压块盖板，将焊接样件与1夹紧；3为固定螺栓，将上层压块盖板和下层承接板固定夹紧，防止焊接样件受热而产生形变。
图1
1—承接板；2—压块盖板；3—固定螺栓：圖1夹具结构原理图：夹具三维设计图如图2所示。1为承接板，对工件起到固定压紧的作用，采用黄铜材质，可以在焊接过程中快速导热，避免焊接热对夹具的损坏。2为压块盖板，共计2块，在对接方向开50度的坡口，以免阻挡激光，而且两个压块的间距为4mm，保证对工件的焊缝处压紧，此压块由4个螺钉（编号5）拧紧。待焊工件至于承接板上，承接板由一整块板材经过铣、打磨后形成平整的平面，铣的作用是为了留出气槽3，气槽是为了对焊缝背面进行气体保护，气槽直径为8mm。6和9为拧紧螺钉，6主要起到防止工件在焊接过程中向两边移动，9为防止工件中间部分在焊接过程中翘起。4为工字行组件，由螺孔7与承接板连接固定。工字行组件下板开4个螺纹孔8，用以将整个夹具固定在运动工作台上。
图2夹具三维设计图 图3夹具实物图
夹具实物图如图3所示。整个体积小巧简易，便于操作。
夹具使用方法首先将待焊的一块样件置于夹块（图2a中的1）下方，固定左边或者右边的夹块，然后将另一块样件置于夹块1的下方，手动顶紧在原先的样件边上，使得焊缝对齐，用螺钉将另外的夹块锁紧。拧紧螺钉是通过压块连接到承接板上，压块连接和承接板之间焊接薄板上必须开孔才能夹紧，破坏焊接薄板整体形状，必须增加解决措施，并计算螺钉预紧力。
3、焊接气动工装夹具设计及结构特点
3.1、工装夹具整体设计思想：根据地板横梁总成图纸焊接要求，通过对结构的合理性、工艺性、经济性、标准化，以及夹具的优缺点等进行综合考虑，在焊接过程中需要翻转零件以便焊接各连接零件，这就要求夹具能够旋转，同时对定位的精确度进行考虑，在装配时，要求定位器与夹紧器的销孔相互配合。
3.2、夹具的设计：对夹具进行整体设计时，一方面需要把夹具的各种元件、机构、装置等连接成整体，另一方面考虑工件装卸的方便性。因此，夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及焊接焊枪有没有关涉的条件等，在一定程度上决定着夹具体的形状和尺寸。根据上述要求，该零件的工装设计分析如下：在装配过程中把待装零件、部件的相互位置确定下来的过程叫做定位。定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。地板横梁是直径为φ42×2.5的钢管，根据其形状定位可以用双U形块定位。在夹具上被定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法维持它的即定位置，即始终使工件的定位基准与定位元件紧密接触。这样就必须有夹紧装置来完成这份工作，在夹紧时要使夹紧所需要的力应能克服操作过程中产生的各种力，如工件的重力、惯性、因控制焊接变形而产生的拘束力等，考虑到减轻劳动强度，采用气缸自动夹紧。
离合拉索支架需与地板横梁相焊接起来，中间有孔，其定位可以用销进行定位。离合拉索支架形状为U，可以利用地板横梁夹紧，不需要额外加夹紧装置。组合通管支架焊合件和水管安装支架焊合件中有孔，可以利用此孔进行定位夹紧。由于水管安装支架焊合件不用利用地板横梁夹紧，需加夹紧气缸。地板横梁支架焊合件壁厚1.8mm，为薄壁件，焊接时容易变形，在焊接的时候进行多点夹紧防止变形。位置的定位可以利用地板横梁支架焊合件上的孔来定位。工件有焊缝在底部，焊接时候焊枪不方便伸进去，且熔焊金属流动造成焊缝不均匀，因此采用一个旋转工作台，把焊缝调整到水平面上。
3.3、完成夹具设计
根据前面的分析，编制设计方案书，根据设计方案书的要求对夹具进行各个零部件的设计，在设计中尽可能的使用标准件（国家标准及公司标准），这样能加快设计速度及制造速度，节约开发成本和制造成本。
4、结语
经过生产实践可看出，采用焊接夹具与合理焊接工艺相结合，对于提高装配精度、减少焊接变形量、提高生产效率、改善劳动条件、降低成本都有显著的效果。所以，在产品的生产过程中应扩大焊接夹具的应用，并提高其水平。特别是组合焊接夹具，对批量生产和缩短新产品开发周期有重要的意义。
参考文献：
[1]杨旭东.信息技术在焊接自动化中的应用[J].电焊机，2013，05：37-41.
[2]余建军，任治军，王辉.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].机床与液压，2011，12：115-121.
[3]文广南.浅议汽车焊接夹具的设计制作[J].焊接技术，1996，04：42-43.
[4]张龙华.焊接机器人在现代工业生产中的应用[J].电焊机，2009，04：21-26.
【关键词】焊接夹具；焊接自动化；应用
引言
近年来，由于机器人技术的进步成熟，在焊接加工领域，越来越多的企业使用工业机器人代替人工进行焊接。在焊接生产过程中，由于真正用于焊接的时间比较少，而超过2/3的时间主要用于备料、装配等工作，进而在一定程度上影响了焊接的生产速度，进而难以适应焊接机器人的生产节奏。为此，需要对机械化、自动化程度较高的焊接夹具装备等加大推广使用的力度。焊接夹具是保证焊接质量的主要因素之一，是焊接工艺的重要组成部分，它可以确保焊接零件形状、尺寸、精度符合产品图样技术要求。可以说，焊接夹具是构成自动化焊接的“核心”。因此，为满足焊接零件的自动化焊接要求，用最快最简单的方法设计最优质的焊接夹具势在必行。
1、自动焊接的优点
在实际的生产中，通过一定的技术手段对整个焊接过程不断进行机械化以及自动化的工作过程就是焊接工作中的自动焊接。对于自动化的焊接工作来说，其主要是在实际工作中应用电子技术在以上的动作中，对其工作完成进一步的机械化。主要表现在在实际工作中由相关的气动尾顶滑台机构、转动的转台和机构以及导轨床体来完成相关动作的前后左右转动，同时再由工件夹紧以及托料机构来完成在实际工作中对相关加工工件的固定工作，用相关的焊枪夹持以及焊枪气动调节等机构来完成实际工作中的焊接装置，最后再由工作中相关的气动尾顶以及专机电控系统来实现动作指令的发送输出。其有很多的优点，主要表现在以下几个方面。
1.1、生产效率高：由于自动焊接设备是由整个机械组组成，而执行程序由数字电子系统控制，因此自动焊接设备可以使用较大的电流，大电流所产生的电弧的穿透能力也很强，热量也很集中，焊接的速度就加快了许多。自动焊接设备的生产效率要比普通的手动焊接的加工效率提高10倍左右。
1.2、质量高且相对质量水准稳定：由于自动焊接设备的焊接指令统一由数字中心发出，焊接的速度，焊接的范围都可以进行控制，因此可以保持相对的一直，使得所加工的工件的焊接质量水平可以恒定，加工过程中如果出现问题产生了变化也可以进行自动调节，保持相对的稳定。自动焊接设备的焊剂保护效果都很好，熔池金属很少受到空气的污染腐蚀，加上较大的电流，这样的条件会使熔池金属充分的与渣进行反应，生成的焊液成分均匀，加工的焊缝金属质量较高，性能也稳定，外表也相对美观。
1.4、能源消耗低并节省原材料：有些自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧，这样所产生的热量就不容易散失掉，所消耗的电能也相对少很多，在这样的自动焊接中，进行薄板焊接加工时可以不用开坡口，加工时就没有金属飞溅，也没有焊头，这样就会节省了焊条或焊丝金属的消耗，进而节约了加工原材料。
2、焊接夹具原理及结构
2.1、夹具设计原理：由于焊接的材料为0.1mm以下的金属材料，如不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，本身具有一定的硬度。因此焊接夹具设计思路为采用刚性固定方法，即采用两个厚铜板将薄板材料夹住，并且用螺钉加以固定，抵抗焊接后产生的应力，从而限制焊接过程及焊接之后产生的变形。
2.2、设计结构及实物夹具结构原理图：如图1所示，1为承接板，起到承接作用；2为压块盖板，将焊接样件与1夹紧；3为固定螺栓，将上层压块盖板和下层承接板固定夹紧，防止焊接样件受热而产生形变。
图1
1—承接板；2—压块盖板；3—固定螺栓：圖1夹具结构原理图：夹具三维设计图如图2所示。1为承接板，对工件起到固定压紧的作用，采用黄铜材质，可以在焊接过程中快速导热，避免焊接热对夹具的损坏。2为压块盖板，共计2块，在对接方向开50度的坡口，以免阻挡激光，而且两个压块的间距为4mm，保证对工件的焊缝处压紧，此压块由4个螺钉（编号5）拧紧。待焊工件至于承接板上，承接板由一整块板材经过铣、打磨后形成平整的平面，铣的作用是为了留出气槽3，气槽是为了对焊缝背面进行气体保护，气槽直径为8mm。6和9为拧紧螺钉，6主要起到防止工件在焊接过程中向两边移动，9为防止工件中间部分在焊接过程中翘起。4为工字行组件，由螺孔7与承接板连接固定。工字行组件下板开4个螺纹孔8，用以将整个夹具固定在运动工作台上。
图2夹具三维设计图 图3夹具实物图
夹具实物图如图3所示。整个体积小巧简易，便于操作。
夹具使用方法首先将待焊的一块样件置于夹块（图2a中的1）下方，固定左边或者右边的夹块，然后将另一块样件置于夹块1的下方，手动顶紧在原先的样件边上，使得焊缝对齐，用螺钉将另外的夹块锁紧。拧紧螺钉是通过压块连接到承接板上，压块连接和承接板之间焊接薄板上必须开孔才能夹紧，破坏焊接薄板整体形状，必须增加解决措施，并计算螺钉预紧力。
3、焊接气动工装夹具设计及结构特点
3.1、工装夹具整体设计思想：根据地板横梁总成图纸焊接要求，通过对结构的合理性、工艺性、经济性、标准化，以及夹具的优缺点等进行综合考虑，在焊接过程中需要翻转零件以便焊接各连接零件，这就要求夹具能够旋转，同时对定位的精确度进行考虑，在装配时，要求定位器与夹紧器的销孔相互配合。
3.2、夹具的设计：对夹具进行整体设计时，一方面需要把夹具的各种元件、机构、装置等连接成整体，另一方面考虑工件装卸的方便性。因此，夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及焊接焊枪有没有关涉的条件等，在一定程度上决定着夹具体的形状和尺寸。根据上述要求，该零件的工装设计分析如下：在装配过程中把待装零件、部件的相互位置确定下来的过程叫做定位。定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。地板横梁是直径为φ42×2.5的钢管，根据其形状定位可以用双U形块定位。在夹具上被定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法维持它的即定位置，即始终使工件的定位基准与定位元件紧密接触。这样就必须有夹紧装置来完成这份工作，在夹紧时要使夹紧所需要的力应能克服操作过程中产生的各种力，如工件的重力、惯性、因控制焊接变形而产生的拘束力等，考虑到减轻劳动强度，采用气缸自动夹紧。
离合拉索支架需与地板横梁相焊接起来，中间有孔，其定位可以用销进行定位。离合拉索支架形状为U，可以利用地板横梁夹紧，不需要额外加夹紧装置。组合通管支架焊合件和水管安装支架焊合件中有孔，可以利用此孔进行定位夹紧。由于水管安装支架焊合件不用利用地板横梁夹紧，需加夹紧气缸。地板横梁支架焊合件壁厚1.8mm，为薄壁件，焊接时容易变形，在焊接的时候进行多点夹紧防止变形。位置的定位可以利用地板横梁支架焊合件上的孔来定位。工件有焊缝在底部，焊接时候焊枪不方便伸进去，且熔焊金属流动造成焊缝不均匀，因此采用一个旋转工作台，把焊缝调整到水平面上。
3.3、完成夹具设计
根据前面的分析，编制设计方案书，根据设计方案书的要求对夹具进行各个零部件的设计，在设计中尽可能的使用标准件（国家标准及公司标准），这样能加快设计速度及制造速度，节约开发成本和制造成本。
4、结语
经过生产实践可看出，采用焊接夹具与合理焊接工艺相结合，对于提高装配精度、减少焊接变形量、提高生产效率、改善劳动条件、降低成本都有显著的效果。所以，在产品的生产过程中应扩大焊接夹具的应用，并提高其水平。特别是组合焊接夹具，对批量生产和缩短新产品开发周期有重要的意义。
参考文献：
[1]杨旭东.信息技术在焊接自动化中的应用[J].电焊机，2013，05：37-41.
[2]余建军，任治军，王辉.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].机床与液压，2011，12：115-121.
[3]文广南.浅议汽车焊接夹具的设计制作[J].焊接技术，1996，04：42-43.
[4]张龙华.焊接机器人在现代工业生产中的应用[J].电焊机，2009，04：21-26.