1、 第三章第三章 机械装置机械装置3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 焊接机器人焊接机器人3.3 3.3 变位机变位机3.4 3.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 1 3.1 3.1 概述概述一、概念及作用一、概念及作用1.1.机械装置概念机械装置概念 机械装置是用来实现工件某种运动的机构，完成工件装夹、焊接加工自动化运行轨迹实施和变换的焊接设备。2.2.机械装置的主要作用机械装置的主要作用1）采用焊接工装夹具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，保证装配精度，加快装配作业进程，减轻工人的体力劳动，提高生产效率；2）能控制或消除焊接变形；3）提高焊件的互换性能，缩短焊件的
2、生产周期；4）缩短装配和施焊过程中焊件翻转变位的时间，减少辅助工时，提高了焊剂利用率和焊接生产率；2 3.1 3.1 概述概述一、概念及作用一、概念及作用2.2.机械装置的主要作用机械装置的主要作用5）可使焊件处于最有利的施焊位置；6）可扩大焊机的焊接范围；7）可使手工操作变位机械操作，减少了人为因素对焊接质量的影响；8）可使装配和焊接集中在一个工位上完成，可减少工序数量，节约车间使用面积；9）能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业；10）使焊接工序本身实现机械化和自动化，使焊接生产过程实现综合机械化、自动化。3三、机械装置的结构组成三、机械装置的结构组成 1.机架(机座
3、)；2.焊接机头（简称焊头）及其移动机构；3.焊件移动或变位机构；4.焊件夹紧机构；5.焊头导向或跟踪机构；6.辅助装置，如送气系统、循环水冷系统、焊丝支架等。63.23.2 焊接机器人焊接机器人一、焊接机器人简介一、焊接机器人简介1.1.定义定义 具有三个或三个以上可自由编程的轴，并能将焊接工具按要求送到预定空间位置，按要求轨迹及速度移动焊接工具的机器。焊接机器人是从事焊接的工业机器人，包括弧焊机器人、激光焊接机器人、点焊机器人等。73.23.2 焊接机器人焊接机器人一、焊接机器人简介一、焊接机器人简介 2.2.优点优点 （1）稳定和提高焊接质量；（2）提高劳动生产率；（3）改善工人劳动强度
4、，可在有害环境下工作；（4）降低了对工人操作技术的要求；（5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。8 2.2.工业机器人和焊接机器人的发展工业机器人和焊接机器人的发展9机器人一词的由来机器人一词的由来 捷克文中的捷克文中的robota（劳役或苦工之意）（劳役或苦工之意）机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器 1920年捷克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说罗萨母万能机器人制造公司首次提到机器人一词。人造人=机器人 Robot机器人的性质机器人的性质 RT轴：腰（回转）RW軸：手臂（旋转）FA轴：肩（前伸）UA轴：躯体（上举）BW轴：手腕（弯曲）T
5、W轴：手腕（扭转）机器人与人的比较机器人与人的比较机器人：6个自由度 人：7个自由度自1959年世界上第一台工业机器人Unimate发明以来，工业机器人经历了五十余载的发展:两轴六轴驱动方式：液压驱动电机驱动；控制方法：磁鼓记录控制指令的方式计算机控制独立控制系统对机器人进行控制的方式；同时也发展出关节型、直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、球面坐标型等多种机器人结构。工业机器人的应用领域：从最初的汽车行业汽车、电子、化工、医疗等在内的多个行业胜任的作业类型，也从简单的上料/卸料焊接、喷涂、组装、检测等各个工种，其新增功能和应用领域还在不断地增加。焊接机器人是工业机器人的重要分支，自1969年第
6、一批点焊机器人在通用汽车位于美国Lordstown的组装工厂安装运行以来，已发展出分别用于电阻点焊、电弧焊、激光焊、电子柬焊、搅拌摩擦焊等多种焊接方法的不同型号焊接机器人，其控制形式也由最初的单一机器人的控制发展到多机器人多轴同步控制，以适应焊接生产的需求。二、机器人的分类二、机器人的分类1.按机器人自动化技术发展程度分类（按机器人自动化技术发展程度分类（3类）第一类为示教再现型机器人，属于第一代工业机器人，由操作者将完成某项作业所需的运动轨迹、运动速度、触发条件、作业顺序等信息通过直接或间接的方式对机器人进行示教，由记忆单元将示教过程进行记录，再在一定的精度范围内，重复再现被示教的内容，目前
7、在工业中得到大量应用的焊接机器人多属此类;第二类为具有一定智能、能够通过传感手段(触觉、力觉、视觉等)对环境进行一定程度的感知，并根据感知到的信息对机器人作业内容进行适当的反馈控制，对焊枪对中情况、运动速度、焊枪姿态、焊接是否开始或终止等进行修正，属于工业机器人在其自动化技术发展过程中的第二代，采用接触式传感、结构光视觉等方法实现焊缝自动寻位与自动跟踪的焊接机器人就属于这一类;第三类除了具有一定的感知能力外，还具有一定的决策和规划能力，例如能够利用计算机处理传感结果并对焊接任务进行规划，或根据焊接过程中的多信息传感进行智能决策等，该类焊接机器人仍处于研究阶段，尚未见实际应用。12二、机器人的分
8、类二、机器人的分类2.按性能指标分类按性能指标分类13分类分类负载能力负载能力P作业空间作业空间V超大型机器人Pl07NV大型机器人106NPl07NV中型机器人104NPl06NV1 小型机器人1NPl04NV超小型机器人PlNV二、机器人的分类二、机器人的分类3.3.按所采用的焊接工艺方法分类按所采用的焊接工艺方法分类 点焊机器人点焊机器人具有有效载荷大、工作空间大的特点，配备有专用的点焊枪，并能实现灵活准确的运动，以适应点焊作业的要求，其最典型的应用是用于汽车车身的自动装配生产线。弧焊机器人弧焊机器人因弧焊的连续作业要求，需实现连续轨迹控制，也可利用插补功能根据示教点生成连续焊接轨迹。搅
9、拌摩擦焊机器人搅拌摩擦焊机器人因其焊接过程中产生的振动、对焊缝施加的压力、搅拌主轴尺寸、垂向和侧向的轨迹偏转等原因对机器人提供的正压力、扭矩，以及机器人的力觉传感能力、轨迹控制能力等都提出了较高的要求。激光焊机器人激光焊机器人除了较高的精度要求外，还常通过与线性轴、旋转台或其他机器人协作的方式，以实现复杂曲线焊缝或大型焊件的灵活焊接。14二、机器人的分类二、机器人的分类4.4.按产业模式分类按产业模式分类（1）日本模式以产业链的分工发展、掌握核心技术为特点，由机器人制造商以开发新型机器人和批量生产为主要目标，并由其子公司或其他工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统。（2）欧洲模式以完成
10、一揽子交钥匙工程为特点，由机器人制造厂商完成机器人的生产，同时也承担用户所需要的系统设计制造。（3）美国模式重视集成应用，采取采购与成套设计相结合的方式，美国国内基本不制造普通的工业机器人，企业通常先通过工程公司进口，再自行设计和制造配套的外围设备，进行系统集成，最终将完整的机器人系统提供给客户。15三、焊接机器人系统特征三、焊接机器人系统特征 1.1.工业机器人的一般结构工业机器人的一般结构 工业机器人通常由三大部分和六个子系统组成：三大部分是:机械本体、传感器部分和控制部分;六个子系统是:驱动系统、机械结构系统、感知系统、机器人环境交五系统、人机交互系统以及控制系统。机械本体部分根据机构类
11、型的不同可分为直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、垂直关节型、水平关节型等多种形式。出于对焊接作业灵活性、高效性等要求的考虑，焊接机器人多为关节型机器人，在关节处安装作为执行器的直流(伺服)电动机，驱动机器人各关节的转动。工业机器人通常采用的传感器主要包括非接触式的视觉传感器与接触式的触觉传感器和力传感器。此外，用于焊接过程传感的电弧传感器、声信号传感器、光谱传感器等也受到焊接机器人研发人员的关注。16第二节第二节17 工业机器人的重要技术指标及其表征内容见表3-2所示。表3-2工业机器人重要技术指标及其表征内容编号技术指标表征内容1 轴数（关节数）指机器人具有的独立运动关节的个数2 自由度通常
12、轴数相同3 工作范围指机器人手臂末端或手腕中心运动时所能达到的有效集合点，即不安装末端执行器时可以到达的区域4运动学数模描述了组成机器人的各刚体和关节的运动状态5最大工作数度指机器人主要关节上最大的恒定速度与手臂末端最大的合成速度6最大工作加速度 指机器人关节运动的最大加速度7负载能力也成有效负荷，指机器人在工作时臂端可搬运的物体质量或所能承受的里的最大值8定位精度描述了机器人达到指令位置的能力，指在某一指令下机器人末端执行器实际到达的位置与目标位置之间的偏差9重负定位精度指在同一环境、同一条件、同一目标动作或同一条指令下，机器人连续运动若干次重复定位到同一目标的能力。根据ISO 9283的规
13、定重复定位精度用多次返回试教点的空间位置标准差来表征10运动控制模式分为点位型和连续轨迹型11动力类型电动机驱动和液压驱动12传动形式轴直接与电动机相连，或通过齿轮传动13柔度指当机器人在力或力矩的作用下，机器人某一轴产生形变造成的角度或位置的变化第二节第二节18 2.2.焊接机器人系统及结构组成焊接机器人系统及结构组成图3-3 焊接机器人系统组成1-电气控制系统；2-机器人控制柜；3-试教器；4-气体流量计；5-焊接电源；6-送丝机构；7-机器人本体；8-机器人底座；9-焊枪防碰撞器；10-焊枪；11-变位机；12-工装夹具；13-清枪剪丝器；14-机器人电缆O P气管(12)（11）机器人
14、焊接系统机器人焊接系统 机器人本体机器人本体 机器人控制柜机器人控制柜 机器人示教器机器人示教器 全数字焊接电源和接口电路全数字焊接电源和接口电路 焊枪焊枪 送丝机构送丝机构 电缆单元电缆单元 焊丝盘架（焊接量较大时多选用桶装焊丝焊丝盘架（焊接量较大时多选用桶装焊丝“OP”）气体流量计）气体流量计 变压器变压器(380V/110V)(11)焊枪防碰撞传感器焊枪防碰撞传感器 (12)控制电缆控制电缆第二节第二节20运动执行机构 轴3 轴2 轴6 轴5 轴4 轴1 控制系统 机器人运动路径 记忆单元 中央处理控制单元 伺服控制单元 路径指令 坐标变换结果 传感器 信息 末端执行器根据控制目标进行运
15、动 焊接机器人控制系统的工作原理第二节第二节21 我们通常所说的焊接机器人，主要由机器人本体、控制柜、示教器、机器人底座及相关线缆组成。图3-4焊接机器人结构组成1-机器人本体；2-控制柜；3-机器人底座；4-示教器第二节第二节22（1）机器人本体：又称操作机，是机器人系统的执行机构，它由驱动电动机(伺服电机)、高精度减速机(RV或谐波减速机)、传动机构(同步带、锥齿轮等)、机器人臂、关节以及内部传感器(编码盘)等组成。它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动，其运动受控于控制柜。（2）控制柜：是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路(伺服驱动等)构成
16、，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学及动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。控制柜负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。（3）示教盒器：是控制系统与操作者的人机界面，具备机器人操作、轨迹示教、编程、控制、显示等功能。（4）底座：是机器人本体固定安装、承重的载体。3.焊接机器人应用环境及适应性要求焊接机器人应用环境及适应性要求 焊接机器人应用环境带来的影响主要指施焊过程中的强弧光、高温、复杂电磁环境、烟尘、飞溅、加工或装配误差、焊接热变形、焊件表面状态、电网稳定性、特殊焊接作业所处的极限工况环境等因素。焊接机器人在适应性上面临的挑战首先是物理环
17、境对各组件(包括运动机构、传感系统与控制单元)功能正常运转的影响 以Motoman MH6机器人为例，其机器人本体的正常运行需要保证o-45t:范围内的工作温度及不高于90的环境相对湿度，并提供(240/480/575)V、(50/60)Hz的稳定三相交流电；再以KUKAKR150机器人为例，其必须在10-55t:的工作温度范围内运行，防尘防水等级规定为IP65。焊接机器人对应用环境的适应性，还体现在通过传感系统的反馈对焊接轨迹、焊枪姿态、焊接参数进行实时调整方面。23四、国内外机器人品牌四、国内外机器人品牌 目前，国内外使用量较多的机器人品牌主要有:瑞典ABB、德国KUKA(库卡)、日本YA
18、SKAWA(安川)、日本Fanuc(发那科)、日本OTC、日本Panasonic(松下)、德国CLOOS、奥地利IGM、日本Nachi(不二越)、日本ARC MAN(神户制钢)、日本Kawasaki(川崎)、韩国Hyundai(现代)、瑞士Staubli(史陶比尔)和意大利Cornau(柯马)等。其中ABB，KUKA、YASKAWA(机器人名称:Moto-man)、Fanuc属于机器人公司的四大家族，不论是销售数量、机器人种类和技术水平皆处于领先地位，除了提供点焊机器人和弧焊机器人之外，同时还可提供搬运、装配、加工、涂胶、涂装、铸造、冲压等类型机器人。24五、机器人典型应用五、机器人典型应用1
19、.汽车白车身制造汽车白车身制造 图3-5，某品牌汽车采用了KUKA机器人组成车身焊接生产线，提高生产效率25%，焊接接头强度提高30%。该生产线包括30个工作站，由机器人完成车身上的4000多个焊缝的焊接任务，具有高精度、快速、一致性好、抗冲击强度高的特点，这不仅对于工厂生产效率而且对于最终产品的安全性和质量都至关重要。比传统手工操作在每次焊接操作上提高效率25%，抗冲击强度比普通焊提高30%。完成整车的焊接作业周期为86s(包括在工作站之间的传送时间)。图3-6，某汽车品牌车身车间，290台机器人替代了人力，约50秒完成一辆车身焊接，实现了自动化率100%，整个焊接过程无飞溅。25第二节第二
20、节26图3-5 机器人焊接生产线图3-6白车身机器人焊接生产线五、机器人典型应用五、机器人典型应用2.2.汽车零部件汽车零部件 某汽车品牌全铝电动车工厂共160多台机器人。其中，铝底板和铝翼子板生产线上采用机器人配套CMT弧焊和Delt Spot电阻点焊工艺，实现焊接生产线无飞溅生产。27图3-7机器人无飞溅焊接生产线（左-铝底板；右-铝翼子板）五、机器人典型应用五、机器人典型应用3.工程机机械工程机机械某工程机械制造公司采用IGM机器人完成挖掘机大型结构件的焊接。焊接机器人安装在能够实现三维移动的框架上，采用先进、高效Fronius的双丝焊工艺。机器人通过编程能够实现对十几种部件焊接要求的适
21、应。如图3-8所示。某工程机械制造公司装载机车架机器人工作站，采用神钢机器人，悬挂式安装，灵活移动，协调变位机配合动作。可对工件多方位分布的焊缝根据偏程程序一次性不停机完成焊接作业。如下图3-9所示。28图3-8挖掘机大型部件机器人焊接图3-9装载机车架机器人焊接五、机器人典型应用五、机器人典型应用4.能源设备制造能源设备制造 某公司采用Motoman机器人用于油田设备弧焊作业。如图3-10所示，实现对多部件表面堆焊特种材料焊接作业编程，适用于不同型号的产品。并配备激光传感器实现焊缝跟踪。29图3-10油田设备零部件机器人焊接五、机器人典型应用五、机器人典型应用5.五金行业五金行业某公司铝自行
22、车架配件机器人焊接工作站。采用松下机器人，配置福尼斯MIG/MAG焊机，采用三工位布局。如下图3-11所示。某公司拼板机器人焊接工作站。采用OTC机器人系统，悬挂式运行方式，可实现在同一工作台上对多个工件进行拼板焊接，并大范围跨工位进行焊接作业。如下图3-12所示。30图3-12 拼板机器人焊接图3-11铝自行车配件机器人焊接3.3 变位机变位机 一、概述一、概述 1.变位机定义变位机定义又有称“转胎、转台、翻转架、变位器”等。变位机焊接变位机（positioner）是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。31图3-13 焊接变位机就是说，把工件装夹在一个设备上，进行
23、施焊作业。焊件待焊焊缝的初始位置，可能处于空间任一方位。通过回转变位运动后，使任一方位的待焊焊缝，变为船角焊、平焊或平角焊施焊作业。完成这个功能的设备称焊接变位机。3.3 变位机变位机 一、概述一、概述 2.变位机作用变位机作用 它主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。焊接变位机在生产中具有重要作用。它改变了可能需要立焊、仰焊等难以保证焊接质量的施焊操作。从而，保证了焊接质量，提高了焊接生产率和生产过程的安全性。32二、变位机的分类及构成二、变位机的分类及构成1.1.变位机的变位机的分类分类（1 1）伸臂式焊接变位机）伸臂式焊接变位机 特点：特
24、点：回转工作台安装在伸臂一端，伸臂一般相对于某倾斜轴成角度回转，而此倾斜轴的位置多是固定的，但有的也可做小于100的范围内上下倾斜。变位范围大，作业适应性好，但整体稳定性差。应用：应用：其适用范围为1t以下中小工件的翻转变位。在手工焊中应用较多。多为电动机驱动，承载能力在0.5t以下，适用于小型罕见的翻转变位。也有液压驱动的，承载能力多，适用于结构尺寸不大，但自重较大的焊件。33二、变位机的分类及构成二、变位机的分类及构成 特点：特点：座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度。可以将工作翻转到理想的焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。稳定性好，一般不用固定在地地基上，搬移方便。
25、应用：应用：该种变位机已经系列化生产，主要用于一些管，盘的焊接。其适用范围为1至50t工件的翻转变位，是目前应用最广泛的结构形常与伸缩臂式焊接操作机配合使用，应用于各种轴类、盘类、筒体等回转体工件的焊接。341.变位机的分类变位机的分类（2）座式焊接变位机）座式焊接变位机二、变位机的分类及构成二、变位机的分类及构成特点：特点：双座式焊接变位机是集翻转和回转功能于一身的变位机械。翻转和回转分别由两根轴驱动，夹持工件的工作台除能绕自身轴线回转外，还能绕另一根轴做倾斜或翻转，它可以将焊件上各种位置的焊缝调整到水平的或“船型”的易焊位置施焊。应用：应用：双座式焊接变位机适用于50t以上大尺寸焊件的翻转
26、变位，在焊接作业中，适用于框架型，箱型，盘型和其他非长型工件的焊接，多与大型门式焊接操作机或伸缩臂式焊接操作机配合使用。351.变位机的分类变位机的分类（3）双座式焊接变位机）双座式焊接变位机2.变位机的变位机的构成构成 （1）机械系统：三大类 1）焊件变位机械，包括焊接变位机（positioner）：将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。它主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。焊接滚轮架（turning rolls）：借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。它主要用于筒形工件的装配与焊接，是锅炉
27、容器生产中的常用工艺装备。焊接回转台（welding turntable）：一种简化的变位机，它将工件绕垂直轴回转或者固定某一角度倾斜回转，主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。焊接翻转机（welding tilter）：将工件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机。它主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。362.变位机的变位机的构成构成 （1）机械系统 2）焊机变位机械：包括焊接操作机和焊接立架 焊接操作机（manipulator）的作用是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。焊接操作机与变位机、滚轮架等配合使用，可完成纵缝、环缝、
28、螺旋缝的焊接，还可以用于自动堆焊、切割、探伤、打磨、喷漆等作业。372.变位机的变位机的构成构成 （1）机械系统 3）焊工变位机械：包括焊工升降机等。焊接变位机工作台的回转运动，多采用直流电动机驱动，无级变速工作台的倾斜运动有两种驱动方式：一种是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜或通过螺旋副使工作台倾斜；另一种是采用液压缸直接推动工作台倾斜。在小型变位机上以电动机驱动为多。在驱动系统的控制回路中，应有行程保护、过载保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。工作台的回转运动应具有较宽的调速范围，工作台回转时，速度应平稳均匀另外，工作台倾斜时，特别是向上倾斜时，运动应自如，即使在最大载
29、荷下，也不应产生抖动。382.变位机的变位机的构成构成 （2）驱动系统 1）回转驱动 回转驱动应实现无级调速，并可逆转。在回转速度范围内，承受最大载荷时转速波动不超过5%。2）倾斜驱动 倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷Q超过25kg的，应具有动力驱动功能。应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。392.变位机的变位机的构成构成 （2）驱动系统4)具备性能 焊接变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。在传动链中，应具有一级反行程自锁传
30、动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度(点位控制)和运行轨迹精度(轮廓控制)应控制在0.12mm之间，最高精度应可达0.01mm。回程速度要快，但应避免产生冲击和振动,工作台面上应刻有安装基线，装各种定位工件和夹紧机构。402.变位机的变位机的构成构成 （2）驱动系统4)具备性能 有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。整个结构要有良好的密闭性以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等物应易被清除。焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。兼作装配用
31、的焊件变位机械抗冲击性能。并设有安装槽孔，能方便地按其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。412.变位机的变位机的构成构成 （2）驱动系统5）选型 根据焊接结构件的结构特点选择合适的焊接变位机。根据手工焊接作业的情况，所选的焊接变位机能把被焊工件的任意一条焊缝转到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保证焊接质量。选择开敞性好，容易操作，结构紧凑占地面积小的焊接变位机，工人操作高度尽量低，安全可靠。工装设计要考虑工件装卡简单方便。工程机械大型的焊接结构件变位机的焊接操作高度很高，工人可通过垫高的方式进行焊接
32、。焊接登高梯的选取直接影响焊接变位机的使用，视高度情况可用小型固定式登高梯、三维或两维机械电控自动移动式焊接升降台。423.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 一、焊接夹持装置的分类与作用一、焊接夹持装置的分类与作用 焊接工装夹具和焊件移动机械统称焊接夹持装置。1.焊接夹持装置的作用焊接夹持装置的作用 采用焊接工装夹具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，保证装配精度，加快装配作业进程，减轻工人的体力劳动，提高生产效率；能控制或消除焊接变形；提高焊件的互换性能，缩短焊件的生产周期；缩短装配和施焊过程中焊件翻转变位的时间，减少辅助工时，提高了焊剂利用率和焊接生产率；可使焊件处于
33、最有利的施焊位置；433.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 一、焊接夹持装置的分类与作用一、焊接夹持装置的分类与作用 1.焊接夹持装置的作用焊接夹持装置的作用 可扩大焊机的焊接范围；可使手工操作变位机械操作，减少了人为因素对焊接质量的影响；可使装配和焊接集中在一个工位上完成，可减少工序数量，节约车间使用面积；能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业；使焊接工序本身实现机械化和自动化，使焊接生产过程实现综合机械化、自动化。443.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 一、焊接夹持装置的分类与作用一、焊接夹持装置的分类与作用 1.焊接夹持装置的作用焊接夹持装置的作用 夹持装置在自动化焊接应
34、用中，应处理好以下的问题：设计焊接机械设备时，应使整个设备具有较好的密闭性；设法使二次回路的一端从离焊件最近的地方引出；在焊接机械装备的传动系统中，应具有反行程自锁性能；装备本身应具有较好的传热性能；焊接装备应具有良好的通风条件；焊接装备的结构形式应有利于将积聚在其上杂物方便的清除；保证焊接机头具有良好的焊接可达性；夹紧机构不能由于焊接变形产生的阻力使夹紧机构松夹时不能复位；焊厚大件时，注意在焊缝始末端分别设置引弧板和引出板；设计焊接机械装备的控制系统时，应处理好焊件启动、停止与焊机起弧、收弧的顺序。453.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 一、焊接夹持装置的分类与作用一、焊接夹持装置的分类与作用
35、 2.焊接夹持装置焊接夹持装置的分类的分类 （1）按照用途分：焊接工装夹具、焊接变位机械、焊接过程组合机械，焊接辅助装置等四类。用来装配定位工件的夹具称为工装夹具；用来焊接工件的夹具称为焊接夹具，既用来装配又用来焊接的夹具，则称之为装配焊接夹具。它们统称焊接夹具。按动力源焊接工装夹具分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，真空夹具，电动夹具等六类。（2）从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。46 3.焊接夹持装置的特点焊接夹持装置的特点 （1）夹持装置与备料加工的关系 焊接结构零件加工具有工序多与工作量大的特点。（2）夹持装置与装配工艺的关系 定位基准和定位点的选择与零件的
36、装配顺序、零件尺寸精度和表面粗糙度有关。（3）夹持装置与焊接工艺的关系 不同的焊接方法对焊接工艺装备的结构和性能要求也不尽相同。（4）夹持装置与生产规模的关系 单件生产时，一般选用通用的工装夹具，这类夹具无需调整或稍加调整就能适于不同焊接结构的装配或焊接工作。成批量生产某种产品时，通常是选用较为专用的工装夹具，也可以利用通用的、标准的夹具的零件或组件，使用时只需将这些零件或组件加以不同的组合即可。47 4.焊接夹持装置的设计原则和应注意的问题焊接夹持装置的设计原则和应注意的问题 首先必须使焊接工艺装备满足工作职能的要求，在这个前提下还应满足操作、安全、外观、经济上的要求。483.4 焊接夹持装
37、置焊接夹持装置 二、焊接工装夹具二、焊接工装夹具 1.焊接工装夹具的分类与组成焊接工装夹具的分类与组成 分类：分类：焊接工装夹具按动力源可分为手动、气动、液压、磁力、真空、电动、混合式等七类。组成：组成：一个完整的夹具是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。2.对焊接工装夹具的要求对焊接工装夹具的要求492.对焊接工装夹具的要求对焊接工装夹具的要求 （1）焊接工装夹具应动作迅速，操作方便。（2）夹紧可靠，刚性适当。（3）焊接工装夹具工作时主要承受焊接应力和夹紧反力和焊件的重力，夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料时，应限制夹紧力或加大压头接触面积。（4）焊接工装夹具应有足够的装配
38、、焊接空间，不能硬性焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。（5）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。（6）夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。502.对焊接工装夹具的要求对焊接工装夹具的要求 （7）接近焊接部位的夹具，应考虑操作手巴的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。（8）用于大型板焊接结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度对结构的形状精度、尺寸精度影响较
39、大，设计时要留有较大的余量。（9）在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。（10）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。（11）尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构一级标准的零部件来制作焊接工装夹具。（12）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。513.焊接工装夹具设计方案的确定焊接工装夹具设计方案的确定 （1）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。（2）装焊工艺对夹具的要求。（3）装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。（4）焊件的产量。524.焊件的定位及定位器焊件的定位及定
40、位器 （1）定位原理 焊件的定位原理即遵守3-2-1定位法则。3-2-1定位法则：定位法则：1）3个面(S)控制零件在1条轴线2个旋转方向的自由度；2）主定位销（H）或面（Ee）控制零件2条轴线运动的4个自由度；3）次定位销（h）或面(E)控制零件1条轴线2个旋转方向的自由度。53第四节第四节54图3-14 3-2-1定位法则图示X-前和后；Y-内和外；Z-上和下4.焊件的定位及定位器焊件的定位及定位器 （2）定位基准的选择 选择定位基准时需着重考虑以下几点：1）定位基准应尽可能与焊件起始基准重合，以便消除由于基准不重合而产生的误差 2）应选用零件上平整、光洁的表面作为定位基准 3）定位基准夹
41、紧力的作用应尽量靠近焊缝区 4）可根据焊接结构的布置、装配顺序等综合因素来考虑 5）应尽可能使夹具的定位基准统一554.焊件的定位及定位器焊件的定位及定位器（3）定位器及其应用 根据工件的结构形式和定位要求进行选择，大致分类如下：1）平面定位用定位器 2）支承钉和支承板主要用于平面定位。支承钉的形式有多种。固定式支承钉，又分三种类型：平头支承钉、球头支承钉、带花纹头的支承钉 固定式支承钉可采用通过衬套与夹具骨架配合的结构形式，当支承钉磨损时，可更换衬套，避免因更换支承钉而损坏夹具。可调式支承钉，这是对于零件表面未经加工或表面精度相差较大，而又需以此平面做定位基准时选用。3）圆孔定位用定位器 4
42、）阶梯外圆柱表面和轴线交叉圆柱表面的定位，可采用V形块和其它定位器组合应用的方式解决。56 5.零件的夹紧机构零件的夹紧机构 （1）夹紧机构的特点 1）夹紧力方向的确定 2）夹紧力作用点的确定 3）夹紧力大小的确定 57 6.组合夹具组合夹具 优点：优点：组合夹具适用于品种多、批量小、变化快、周期短的生产场合，特别是在新产品试制过程中，更为适用。缺点：缺点：它与专用夹具相比，体积庞大、质量较大。另外，夹具各元件之间都是用键、销、螺栓等零件连接起来的，连接环节多，手工作业量大，也不能承受锤击等过大的冲击载荷。组合夹具按元件的连接形式不同，分为两大系统：一为槽系，即元件之间主要靠槽来定位和紧固；二
43、为孔系，即元件之间主要靠孔来定位和紧固。每个系统又按需要分为大、中、小三个类别。组合夹具的元件分为基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合成件、辅助件等8个类别。583.4 焊接夹持装置焊接夹持装置 三、焊接变位机三、焊接变位机（见3.3）四、夹持装置实例四、夹持装置实例 1.车门焊接工装夹具车门焊接工装夹具 59图3-15汽车车门焊接工装夹具1-焊件；2-焊件工装夹具；3-夹具基座；4-变位机械；5-变位机械气缸；6-夹持装置基座；7-变位机械控制盒；8-工件传输带；9-夹持装置PLC控制系统；10-焊接工装该套焊接工装夹具整机控制采用PLC可编程控制器作为主控单元，工件压紧、工件旋转、焊枪下降、焊枪旋转、工件焊接、焊枪上升等动作可分别进行控制。第四节第四节60图3-16汽车仪表架焊接变位机械1-焊件；2-焊件工装夹具；3-变位机；4-机器人2.2.仪表架焊接工装夹具仪表架焊接工装夹具 如图3-16所示，为汽车仪表架焊接变位机械。该仪表架工作站夹具用于焊接汽车仪表架总成，采用双工位机械设计，上下料不占用机器人焊接时间，单个仪表架总成共有40条焊缝，焊缝总长度约为1700mm，生产能力超出450件/日产量要求。
