机器人焊接夹具的设计要点分析

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。

随着焊接技术的不断发展，才使得人们对
于焊接夹具的需求越来越多，从我国制造业来说，通过焊接夹具的方式来提高工
件的精度、稳定性等已经成为当前工业企业的首选。

2焊接夹具的构成
对于焊接夹具来说，常常是通过一个组合的方式来构成，我们可以根据其功
能构成，往往是由基础件、支撑件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、专用件
以及组合件。

大多数焊接夹具都是有上述几个部分构成。

在这里我们简单介绍一
下焊接夹具的几个部分，基础件，也就是焊接夹具的固定底座，也是整个焊接夹
具的基础，而定位件和导向件，主要是用来固定焊接夹具在一个确定的尺寸当中，防止焊接过程中，焊接夹具发生移动，从而影响焊接精度。

专用件就是根据被焊
接件的形状、焊接要求而专门制作的部件，将上述零部件组合起来，就构成了焊
接夹具，从而满足焊接机器人的需求。

我们根据焊接夹具的使用，又可以将其分
成两类，一类是专用夹具，另外一类是通用夹具。

通用夹具，就是我们前面介绍
的基础件、紧固件等，而专用夹具则是有用工装夹具在制造业中有着非常重要的
应用，特别在一些非常复杂并且是很精密的高价值零部件生产或者是一些机械装
备产品的大规模生产中。

因为专用夹具的设计初衷就是为某种零部件的生产过程
特别定制的，所以能够在夹具设计中充分考虑各种因素，比如除了包括定位精度、稳定性、系统性、刚性等，我们还要考虑到的焊接过程中的拆装问题，对于一些
简单的焊接夹具来说，我们并不需要过多的考虑加紧、拆装问题，但是对于批量
进行焊接的工件来说，而且这类焊接夹具往往较为复杂，因此在焊接的时候，就
要充分考虑到焊接夹具的拆装问题等。

3焊接夹具的主要特点
通过焊接构成的装配体，由于限于加工工艺或者加工空间等影响而采取的焊
接工艺，从另外一个角度来说，焊接本身就是装配工艺的一个部分。

从实际情况
来看，焊接工艺由于受到温度等影响，因此会发生应力变形，所以通常来说，无
论采用的焊接工艺如何以及焊接工装夹具等，其精度一般都要低于采用纯机械加
工的方式，但是由于成本等限制，并不能每一个工件都采用五轴数控加工，采用
焊接工艺能够大幅度降低机械加工成本。

由于焊接过程中，由于受热、夹具，使
得被焊接件在短时间内加热到数百度，使得应力发生变形，所以我们在设计工装
的时候，就要充分考虑到热变形以及热应力的影响。

4焊接夹具的实例
世界著名重型机械设备生产商，卡特彼勒公司拥有世界上最为先进的生产线，其主要零部件的焊接部分大都采用焊接机器人来完成，通常情况下采用焊接机器
人来进行自动焊接，由于焊接机器人旅游高度的可重复性，因此，在大规模机械
加工过程中往往采用焊接机器人来完成相关焊接工作，通过这种方式，大幅度降
低了人工成本，但是对于机器人的投入非常大。

一般的中小企业很少采用焊接机
器人，同时在产品的样品阶段，试制阶段也很少采用焊接机器人，主要是当前焊
接机器人刚性过强，所以尽管使用焊接工装，仍然不能够像人一样进行灵巧的焊接。

从目前主要机械制造业企业来看，对于一些复杂的焊接工艺，则是采用了人
工焊接，而对于一些较为简单的焊接，则是采用了焊接机器人来进行焊接。

5焊接机器人的相关介绍
焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。

根据国际标准化
组织工业机器人术语标准的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自
动控制操作，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。

5.1焊接机器人的组成
对于焊接机器人来说，主要有两个部分构成，一个部分是机器人，另外一个
部分是焊接设备，对于机器人来说，通常是由控制柜以及机器人自身，而焊接设
备则是包括了焊接电源、送丝机、焊枪等。

5.2弧焊机器人的特点
对于弧焊机器人来说，这也是当前使用较多的工业机器人，在进行焊接的过
程中，就要将运动轨迹、焊枪姿态以及焊接参数都要围绕着被焊接件的焊缝来进行，为了能够达到较高的精度，因此我们通常要选用8轴机器人。

单个的焊接机
器人意义并不大，需要与周边设备形成一个焊接机器人系统，这样才能高效率的
进行工作。

从国外来看，焊接机器人的形式主要有焊接机器人工作站以及焊接机
器人生产线，作为企业就可以根据实际情况选择合适的焊接机器人形式。

一般来说，柔性机器人往往是用于订单数量较少的时候，这种机器人焊接在使用的时候，就能够体现出焊接夹具的重要性。

6结语
在金属结构装配与焊接制造中，尤其是在一定规模的流水线生产中，焊接工
装夹具始终是产品制造装备中极为重要的组成部分。

它不仅提高了构件的装配速度，而且还能保证装配质量和控制焊接变形。

随着现代焊接工艺的快速发展和广
泛应用，对焊接工装夹具提出了更高的要求。

具有方便快捷、标准化、适用性强、成本低等优势的模块化组合夹具在生产实践中得到了很好的发展和应用。

焊接工
装夹具正向着高效率、高精度、高自动化程度的方向发展。

在焊接夹具计算机辅
助设计系统的帮助下，提高了夹具的设计效率，降低了设计成本，为焊接工装夹
具提供了广阔的应用前景。

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