设计焊接工装夹具的流程与步骤，一文搞定

本文对焊接工装（以下简称焊装）夹具设计过程中易发生设计延误及设计错误的阶段进行归纳总结，分析焊装夹具设计的共性问题及常规流程，总结出适合大部分焊装夹具设计的设计流程，供焊装夹具设计人员参考和借鉴，实现焊装夹具设计工作的高效化、标准化。

1 序言

在“中国制造2025”的时代背景下，中国制造向自动化、智能化迈进，机器人装备作为自动化生产的主力军，在改革的大潮中得到了长足的发展。本文针对机器人焊接的焊装夹具设计过程进行研究，焊装夹具作为机器人自动化焊接的重要辅助设备，即保证了焊接工作的高效安全，也保证了焊接产品的质量稳定性。

2 焊装夹具的应用领域及主要作用

焊装夹具是汽车生产线上的重要工艺设备，事关整个汽车的产品质量，在焊接生产中，焊装夹具即能完成本工序的零件组装、定位焊接，同时还能够检验和校正上一道工序的焊接质量；焊装夹具依靠准确、可靠的定位和夹紧系统，有效地防止和减轻焊接变形，减小制品的尺寸偏差，以自动化设备代替手工劳动，大大改善了工人的作业条件，实现机械化及自动化焊接生产过程。本文针对某项目焊装夹具设计过程进行分析，夹具布置如图1所示，简述焊装夹具的设计流程及基本原则。

3 焊装夹具设计流程

3.1 焊装夹具设计依据

设计依据是以客户提供的产品三维模型、产品图样、产品技术要求和有关技术要求等输入信息，在设计焊装夹具之前，应了解产品结构特征、工艺需要等信息，并结合企业自身的加工制作水平进行设计。认真分析用户提供的产品图样，将各零部件的基准定位信息记录并标记，如图2所示，方便在后续设计中查阅。

3.2 设计前准备工作

在正式开始焊装夹具设计之前，应根据之前分析图样得到的信息，在产品三维模型上，将产品需要焊接的位置标记焊缝位置分布，如图3所示，以免在设计过程中丢漏焊缝，造成设计时间延误。

根据产品图样的定位信息，确定产品在焊装夹具底板上的摆放位置，在满足支撑定位的前提下，尽量使产品离夹具底板近一些，方便产品靠近夹具底板一侧焊缝在变位机旋转180°时，机器人可以更好的焊接姿态进行焊接；同时确定焊接所采用的焊枪型号，并要求提供焊枪的完整数模，将焊枪以合理的角度摆放至产品焊缝上，直观的反应焊接过程，一般每条焊缝放置两把焊枪，位于焊缝两端，焊枪布置应与产品对接面有45°夹角，如图4所示，与焊缝走向有75°夹角，如图5所示。

3.3 产品的定位系统

产品的定位分为定位销及定位面，其中，定位销分为圆形定位销和菱形定位销，圆形定位销作为主要定位基准，菱形定位销为防转定位销；定位面一般为支撑面，支撑面应有对应的压紧机构进行压紧，实现产品焊装作业中一直保持在确定的位置上。在产品定位过程中，应注意以下常见问题，以免浪费设计时间。

1）在零件与焊接总成基准不一致时，通常按焊接总成基准定位。

2）在零件单件基准无法使用时，可以选择总成中此件的功能性位置进行定位。

3）支撑面一般选择在零件的基准面上，以保证不同批次产品定位基准相同，产品焊接质量稳定。

4）压紧位置应选择在距离焊缝近且底部有支撑的位置，原则上无支撑不压紧，在底部无支撑的情况下仍需要压紧来固定零件，则可以采用弹簧压头和增加压紧限位挡块，以免压紧导致零件变形，影响产品焊接质量。

5）压紧机构一般采用压臂缸进行压紧，压臂的打开角度是由装件时夹具平台的角度决定的，例如，夹具平台人工装件的角度为15°，则远离人侧的压臂缸打开角度需>105°，以免压臂在装件过程中落下，影响装件效率。

3.4 典型的定位机构

在焊装夹具的设计过程中，应尽量选择已经通用化、标准化的电网夹紧机构以及标准的零部件，提高夹具的通用化、系列化程度，以提高焊接生产线的可维护性。以下介绍几种此项目使用的典型机构。

1）抽销机构，如图6所示。当产品孔的轴线方向与取件方向（一般为竖直方向）的夹角>5°时，定位销应设计成活动销，在装件之前由阀片控制气缸带动定位销伸出，装件后完成焊接，在取件前有阀片控制气缸实现定位销的缩回，完成销定位工作。此机构可以根据产品孔的形式，对伸出销进行修改，广泛应用于焊装夹具的销孔定位机构。

2）浮动压紧机构，如图7所示。在要求多点同时压紧或曲面压紧时，为了让所有压点都能有效压紧，可选择浮动压紧机构，根据实际情况，可以改变摆臂的形状，通常摆臂回转处间隙不能超过0.5mm，以保证良好的浮动压紧效果。

3）圆管支撑压紧机构，如图8所示。在焊装夹具的设计中，经常有圆柱类零件需要支撑压紧，此机构是底部V形块+可调节支撑销来进行支撑，夹紧与之对应，可调节性良好，提高圆柱类零件的定位准确性。

4）U形支撑+弹簧压紧机构，如图9所示。此机构常用于方管的定位支撑，U形块单侧与方管一面接触，方管另一面依靠弹簧压紧机构来定位，U形块另一侧起初导向作用，产品取出时需克服弹簧压紧机构与方管的摩擦力。常规的U形支撑两侧面都与方管表面接触，发生焊接变形时，易导致工件无法取出，影响焊接生产。

采用通用化、标准化机构能大大地提高设计人员的设计效率，节省设计时间。

3.5 夹具框架及气路布置等相关附件

1）夹具框架是整个夹具的基石，它的强度及稳定性影响着整个产品的定位准确性和焊接质量，夹具框架一般由矩形管焊接而成，夹具框架上焊接夹具底板，所有的夹具定位组立都连接在此板上，夹具底板在满足强度的前提下应尽可能增大开口率，以达到减轻整体重量，使夹具在回转过程中受到的惯性矩变小，延长变位机等回转元件的寿命。夹具底板的固定通常由4钉2销定位固定，4钉四角分布，2销对角线布置，在一些比较大型的夹具上，应增加联接螺钉数量，并在定位销孔处增加耐磨套，以保证夹具底板的定位可靠性。

2）气路管线布置依据各气动元件的工作位置及工作顺序进行分组，并分配电控阀进行控制，通常一个电磁阀最多同时控制4个气缸（40mm缸径，行程<50mm），使气缸的动作稳定并快速响应。

3）为了满足焊装夹具的安装调试及安装等要求，夹具底板上需增加用于夹具吊装的吊装孔，要求吊装时，夹具整体趋于水平状态；同时还有用于夹具定位调整的坐标检测孔，坐标检测孔一般采用3个基准坐标孔，为了操作方便，有时也布置4个基准坐标孔；布置传感器接线端子箱及气管走向，应尽量避开焊缝区域，无法避开焊缝的管线应做防烫、防飞溅处理，以免管线损坏。

4）完成工程图样、机电交流文件、气路原理图等相关文件的编写和绘制，完成设计工作。

4 结束语

本文从项目输入着手，按照常规的设计工作流程，完成焊装夹具的设计，通用化、标准化的焊装夹具设计流程，能快速、高效、高质量的完成夹具设计任务，减少不必要的冗余时间，对之后项目的焊装夹具设计工作有借鉴和指导意义。

本文发表于《金属加工（热加工）》2020年第1期43-45页，作者： 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 樊志家、高超 ，原标题：《设计焊接工装夹具的五大步骤》。

-End-

☞来源：金属加工

贝瑞克径向铆接机PLC控制说明书

径向程控铆接机

技术说明书2

武汉贝瑞克机械制造有限公司径向程控铆接机技术说明书 1.　概 要 　　本设备由武汉贝瑞克机械有限公司开发主要用于汽车座椅主梁管件零件翻边铆接。设备分两种设计方案，一种是双头布置，每次铆接一个管件的两头，然后设备进给一个距离，自动铆接另外一根管件2头。另一种是布置4个机头，同时铆接两组管件的两头，一次完成。2.　装置的構成 1)径向铆接机机头数量:1组2个相对布置，或2组4个机头相对布置铆接设备型号为JM16径向液压铆接机，主要用途为提供铆接动力使铆钉变形，从而铆接工件。径向铆接机是使用最新的11瓣梅花轨迹技术制造的设备，其优点主要是铆接表面质量好，同时径向机器铆头每一个摆动周期都要有一个过中心的垂直状态，而其他铆接机都是不具备垂直状态，所以铆接过程稳定。铆接机主要参数：铆接铆钉直径范围 Φ16最大铆接压力 34KN铆头最大工作行程 30mm铆头到工作台最大距离 260mm机头左右移动距离 70mm铆头伸出长度 标准62mm功耗 1.1KW工艺流程图：工艺流程：以上零件工装，需考虑错装、漏装、多装的防错，2) PLC电控系统数量:1套西门子控制模块、液晶触摸屏的人机界面。控制方式︰脚踏开关（或双手开关） +觸摸屏界面控制（WENVIEW品牌，5.6寸彩色液晶）电控系统图片： 带压力实时显示（安装有压力变送器，压力变送器安装于铆接工装的下部，可以测量铆接时实际压力值）；铆接时间控制方式与顯示：a、铆头下降到一定时间后返回；b、铆头到达设定位置延时返回；行程控制与显示：铆头上升及下降行程均可设置、控制并显示（光栅尺），控制精度为0.05mm；整个过程由PLC控制并由触摸屏输入/出数据。铆压时间：可设定时间控制状态下的铆压时间，即铆接头此开始下降到返回的时间。持续时间：在位置控制状态下，当铆接头到达设定位置后继续铆压的时间，如将其设定为零，则到达设定位置后铆接头立即返回。当前位置：显示铆接头目前所在的位置。工作状态信息：显示设备目前的工作状态，设备有以下几种状态；1，手动。2，自动：自动有时控和位控两种状态。时控/位控：时间控制和位置控制状态转换按钮。高度清零，计数清零：可分别对当前位置和产品数量清零。主轴启动、主轴停止：控分别控制主轴电机的启动和停止。左移、右移：可分别控制定位气缸带动定位档块左右移动。前移、后移：可分别控制送料夹具前后移动。手动/自动转换旋钮：可转换设备的工作状态。注意：设备工作前必须先接通电源与气源，检查【当前位置】是否为零，如不是则需进行【高度清零】以保证铆接头位移量的准确。3) 安全：1、设备需有急停和复位开关。须双手启动。在设备运行过程中，员工手无法进入设备，需有安全光栅保护。2、复位开关功能描述：复位开关为绿色，蘑菇型复位开关。按下复位开关后，马达停转，执行元件（包含增力缸，汽缸，油缸）依次复位（滑台部分除外），其他元气件停止工作，以上复位完成后，滑台复位，马达组件复位。全部复位完成后，方可再次进入自动模式。3、急停开关功能描述：急停开关为红色，蘑菇型置位开关。此开关为最高优先级，按下时，设备气源需切断， 其它一切动作需停止。急停开关复位后，按下复位开关，对设备进行复位。注意：涉及到在空间内运动，有可能与其他元器件相撞或气源恢复时容易发生意外的，需考虑安全性。(光栅或防护门保护)6.装置設計规格 2. 机器铆接步骤运行周期时间要求小于8 S。（不含装配等辅助时间）3. 更換工装時間≤5分钟4. 設備採用自動控制系統,可顯示和調節相關參數（例如：壓力，鉚壓時間，行程等）便於調試生產5 外形尺寸︰设备使用全钢工作桌，设备工作范围外围使用有机玻璃围罩，出入方向安装安全光幕。6. 安全对策：安装安全光幕。7. 控制规格：机器可实现手动和自动转换在触摸面板上进行各运转的切换。指示灯显示设备的运转情况。设备异常时有报警。8.提供适用指导9. 故障处理设备重大故障来厂维修等待时间≤487.　 Utility条件 電源： AC380V／50Hz上速消耗品不在责任范围。以上为产品规格书11. 工程设计图和实物图 实物图如下：

相关问答

电控夹具磁化了能消磁吗?

电控夹具磁化后可以通过一些方法进行消磁。一种常见的方法是使用消磁器将夹具放置在消磁器中进行消磁处理,这样可以有效消除夹具的磁化。另外,可以使用强磁场...

夹治具是什么意思?

夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受施工或检测的装置,又称卡具。从广义上说,在工艺过程中的任何工序,用来迅速、方便、安全地...

老表们，我想咨询 治具是用来做什么的？

[回答]治具是一个木工、铁工、钳工、机械、电控以及其他一些手工艺品的大类工具,主要是作为帮助掌控方位或动作(或两者)的一种工具。主要用途:在工业...

工装夹具，求车床工装?

[回答]1、利用压缩空气能,液压,电气一体化的工装夹具能代替人的工作,自动完成各种工序的工装;2、具体参考:http://www.5ilog.com/cgi-bin/sys/link/bbstag...

电控箱接线规范?

线芯上不得有油污、残渣等。35.剥除导线绝缘应采用专用剥线工具,不得损伤线芯,也不得损伤未剥除的绝缘,切口应平整。36.压板或其他专用夹具,应与导线...

制造业公司的研发工程师，是如何开发新产品的?

汽车行业走的IATF16949的APQP流程,也就是经典的五个步骤。来个英文版的。实际上每个公司的具体实践均有所不同,每个阶段的叫法也不同,只是精神实质符合这五...

朋友们跪求回复工装夹具，求车床工装?

[回答]工装夹具的用途工装夹具通常由定位元件、夹紧装置、对刀引导元件、分度装置、连接元件以及夹详细(夹具底座)等组成。设计工装夹具主要是要紧扣产品...

绕边机的使用方法?

1.准备工作:将需要绕制的线圈和线材准备好,根据需要选择合适的绕线机和适当的夹具和绕线头。2.设置参数:根据绕制要求,设置绕线机的参数,例如绕线圈数、线...

数控专业学习什么?

数控从事的工作有很多,机械零件大多都是数控机床加工出来的,从事的工作大多都是技术工人,技术工人也分好几种,有专门编程的,有专门加工的,等等。希望对你...你...

麻烦各位童鞋可以推荐一下，请问是治具还是冶具？

[回答]“治具”这个词是由日文的汉字直接翻过来随着日本商家大量进入大陆,“治具”也就登入到大陆,所以治具是个典型的外来词,其实大陆叫夹具,举例来说明:...