摘要：目前，世界上优秀的工业制造企业逐渐开始引进先进的焊接技术，以用于增强企业综合实力的提升。然而，一般情况下，诸多的大型机械装备单独进行焊接的难度是较大的。同时，在质量方面和效率方面也很难保障。于是大部分机械制造企业在选择焊接方式时，焊接组合夹具不失为一种更好的选择。加之现阶段，离散性、中小批量、多品种订制化生产为主流模式，对焊接工装夹具的柔性也提出了较高的要求。因此文章就焊接夹具及其柔性化在工业制造中的应用进行略述。
关键词：焊接夹具；柔性化；工业制造；应用
新时期，焊接技术获得了较大的发展，焊接工艺中的工装不仅影响焊接工艺的质量，还能够影响生产的效率。也就是说，正确使用焊接工装夹具是机械制造过程中安装和焊接零部件的重要基础和先决条件。
一、焊接工装夹具相关理论介绍
焊接工装夹具依据不同的类别，可分为不同的种类。从使用柔性类别来说，其可分为通用夹具和专用夹具两种。其中，专用夹具在机械装备制造中应用最为广泛，尤其是在制造复杂且精密的具有高价值的零部件时。而通用家具中，其最主要的类型就是模块化组合夹具，其是近年来应用较广的一种。总之，随着时代的发展以及技术的进步，焊接工装夹具在机械制造装备中的应用也日益广泛。总体来说，主要是由于其相比于传统的切削工装夹具，具有以下几个方面的优势：①焊接工艺产品的对象主要是以零部件组成的装配体。因此，从本质上来说，焊接工装夹具是一种装配工艺夹具。②从控制精度这一角度来说，其相比于传统的工装夹具，其具有更高的精度。③从受力这一角度来说，焊接工装夹具在焊接过程中，其受力更低。然而，尽管在焊接过程中，其具有很大的优势，但其也具有一定的局限，即在焊接过程中需要考虑诸多因素的影响，如热变形、热应力等等。
二、先进焊接工装夹具在机械装备制造中的重要性
（一）有利于保障焊接的质量
焊接工装夹具是机械装备制造中的重要的且基础性的工艺元素。一般来说，焊接工装夹具与机械制造的相关成本占整个制造装备生产系统的10%至20%。近年来，随着焊接工艺技术的发展，焊接工装夹具也获得了迅速的发展，且在机械制造装备中获得广泛的应用。其中，最主要的原因是由于先进的焊接工装夹具能够保障焊接的质量。目前，随着相关领域对各类机械装备需求量的增加，在传统切削工装夹具无法满足条件的情况下，先进焊接工装夹具能够进一步保障焊接的质量。这主要是由于其能够兼顾质量和效率的双重目标，还能够同时兼顾准确性和完整度。因此，将先进焊接工装夹具应用于机械装备制造中是十分重要的。
（二）有利于优化现有的资源
目前，在焊接技术限制的情况下，焊接工艺在具体的落实过程中，其主要由准备环节以及焊接等环节构成。一般来说，焊接结构件定位等工序仅仅是机械装备制造中的小部分，其占比很小。因此，在这一过程中，对于人力资源的消耗也较小。然而，其在准备以及善后等工作方面，对于劳动力的消耗则很大，进而消耗大量的资源。与此同时，先进焊接工装夹具还能够简化固定工作、每次定位等，进而将压缩焊接流程，实现优化和重组，进而形成新的格局。因此，先进焊接工装夹具能够优化现有的资源。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
三、柔性焊装夹具在工业制造中的应用
（一）柔性焊装夹具在创新方向中的应用
国外 Chan 和 Lin设计了三组夹手的可调整夹持系统，其中两组保证定位，剩下一组保证夹紧，且每组夹手上装了四个伸缩杆；德国戴美乐公司设计研发了一种组合式三维模块化的焊接夹具系统，其突出优点有模块化、高精度和较好的柔性，但辅助模块较多并需要专门定做，系统繁琐且自动化程度不够；美国伍斯特理工学院 Rong针对磁流变材料夹具做了实验和研究；美国 EI（Electro Imapct）公司为空客公司生产了柔性高速的钻铆系统壁板工装，空客公司使用该工装装配各种型号的飞机机翼壁；Keyvani Ali等人的“将夹具设计与工艺规划相结合的虚拟制造方法”，介绍了如何将现有的模块化夹具设计与工艺规划和仿真工具相结合，研究了使用过程的规划和仿真工具的可行性，并成功执行了夹具设计任务；Heidar等人提出了一种基于案例推理的方法，能提高装夹夹具关键问题设计系统索引和检索效率，以降低加工时间和成本，提高产品质量。国内工业制造对柔性夹具的应用起步较晚，从 1985 年后，孔系组合夹具的使用逐渐超过槽系组合夹具；2000年，北京工商大学刘漩为了解决在加工过程中碳钢阀片由于局部应力导致变形的问题，把磁流变材料铺于电磁工作台上，矫正了阀片磨削的平面度问题，但对磁流变材料作为工装夹具的夹具性能并未深入研究；南京电子技术研究所针对波导旋转关节研发出一种可调整夹具，其以自定心的卡盘为基础对工件定位加紧，解决了工装结构笨重和精度问题，但造成了工件的深槽孔加工难度；重庆交通大学向琴研发了一种自适应夹具，其结构与手指相似，提高了夹具整体自由度，实现了一次装夹多面加工，但对柔性夹具整个执行机构的联合仿真还需进一步研究，且液压洗头清洁度问题也没有得到解决；2016 年，石河子大学的李西洋、成斌等人针对 2MBJ 系列的 4 种不同型号播种机机架边梁焊接装配，设计了焊装一体化机器人柔性工作站，解决了不同型号播种机机架在焊装生产作业中焊装线的频繁转换，缩短了焊装总周期，提高了设备利用率，但柔性焊接站中各个焊件定位加紧还需人工操作，不能达到自动化。
（二）柔性工装在汽车焊装线上的应用
目前，在汽车制造中，模块化程序控制夹具、可调整夹具和组合夹具具应用较多。焊装夹具是整个焊装生产线的核心。据初步统计，仅设计制造夹具所占的费用是整个汽车制造成本的10%～20%。焊装夹具的柔性化程度对汽车生产线柔性有着直接影响，这使得改善夹具柔性化具有必要的意义。美国 Y.Koren 教授首次提出的可重构制造系统（RMS），利用孔系定位和组合式模块设计夹具可以提高夹具柔性；由于伺服控制技术和在线检测技术逐步成熟，在焊装生产过程中开始大量应用可编程柔性变位机和多轴操作机械手，通用汽车公司为使焊装线能够快速适应多种车型，采用了工业机械手和组合模块搭建车身焊装生产线；日本丰田公司综合运用现场总线技术、传感控制技术以及逻辑控制技术，设计了高精度的柔性焊装线，使得投资降低 50%，年产量增长 46%，极大程度改善了汽车生产制造的质量和效率。德国大众汽车在设计出 3 条平行混流的柔性焊装线，其利用多工位柔性焊装夹具配合多机器人点焊作业，极大程度提高了生产率，达到日产量 2400辆。2016 年同济大学的汤达、刘海江等人设计与研究了柔性化车顶激光钎焊夹具，解决了工位节拍不高、工位柔性度差的问题，简化了现有胎膜的夹具系统，为多车型混线生产奠定了基础。
总之，现代焊装夹具逐步向柔性化、精密化、标准化及智能化发展。近年来，夹具的柔性化研究和应用在国内外发展迅速，在焊接工艺中的应用也愈加广泛。目前，在国内一些专业化生产线中，焊装夹具已发展到多功能数控状态，组装定位由数控装置完成，加紧固定由液压操作系统完成，焊装精度相对较高。当然了，焊接夹具柔性化还应该进一步优化，以便于早日实现智能化水平。
参考文献：
[1]赵鹃，赖小川，耿昌，郭翼翔.焊接工装夹具在制造生产中的作用探讨[J].科技资讯，2018，16（02）
[2]王大伟，程春磊.焊接工装夹具在制造生产中的作用[J].工程技术研究，2017（12）
[3]刘毅.汽车柔性焊接工装的结构优化设计[D].南京航空航天大学，2016
论文作者:张鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：夹具论文; 工装论文; 柔性论文; 组合论文; 过程中论文; 系统论文; 柔性化论文; 《基层建设》2018年第26期论文;