（山西矿山建设股份有限公司 030003）
摘要：随着科技的发展，先进焊接技术也发生了巨大变化，推动了焊接工艺在先进制造企业的零部件生产中的使用。这些都为焊接工装夹具的使用提供了发展的空间。
关键词：焊接工装；夹具；机械
一、焊接工艺的工装夹具系统
（一）工装夹具的概念
工装夹具是机械装备制造业中不可缺少的基础工艺元素。使用工装夹具合理、正确地安装和固定各个零部件，是进行零部件焊接的先决条件。夹具对零部件焊接工艺的质量、焊接的生产率和成本有着直接的关键的影响。一般地，工装夹具设计和制造的相关成本占整个生产系统的10%一20%。
（二）焊接工装夹具的特点
焊接工艺及焊接工装夹具控制的精度一般都要比切削加工工艺能控制的精度低一些。
焊接过程中零部件和夹具的受力远比切削加工的低很多，但是零部件焊接过程的安装夹紧常常需要考虑焊接的热变形或者热应力的影响。
通常，根据工装夹具的使用柔性，夹具可以被分类为专用夹具和通用夹具（最主要类型就是模块化的组合夹具)。专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、系统刚性等因素的基本夹紧定位要求外，也能考虑到尽可能方便零部件装载/夹紧/拆卸等因素，以提高生产过程的效率。
近些年来，在制造业各个领域中，模块化组合工装夹具的应用日益广泛，这其中有一些重要原因。比如，柔性中小批量生产模式越来越得到普及，这就要求工装夹具系统也尽可能具备一定的柔性，从而能够在保证质量的条件下方便快速地适应产品和生产工艺的调整。另外，近年来生产加工技术和设备的改进，比如大量的生产加工中心的应用和大量的焊装机器人的应用，以及模块化组合工装夹具的技术改进（诸如安装使用的效率改进、零部件精度的大幅提高等等)，也都促进了组合夹具的应用和普及。相对而言，模块化组合夹具通过使用标准化的装夹元件而具备了较大的柔性，这就有助于减少中小批量多类型产品的生产制造时间和成本。
二、机械制造中的焊接组合夹具的应用
在世界上一些知名的工程装备制造企业，现代化的焊接技术和工艺在产品及零部件的制造中己经有很广泛的应用。工程机械装备中的很多大型部件单独制造是异常困难的，常常由几个零件焊接起来，而焊接技术和工艺的进步使得焊接起来的零部件依然有着很好的物理机械性能，这就推动了先进焊接工艺和技术在工程装备制造业中的广泛应用。模块化的组合焊接工装夹具在这些工程装备制造企业中的应用同样非常广泛。工程机械装备的生产相对于汽车生产那种百万十万级的生产规模，只是中小型的批量，不宜采用高刚性的专用生产线系统。因此，组合夹具的优点在工程机械装备的生产中可以较好地发挥出来。以世界知名的工程机械装备生产商卡特彼勒公司为例，其众多工程机械装备生产工厂大量采用了Bluco的组合焊接夹具系统来完成大型零部件的焊接工作。
三、计算机辅助技术在焊接夹具设计中的应用
典型的组合夹具系统中，每套夹具都是由夹具基体、定位、支承和夹紧等元件组成。夹具元件模块化是实现组合化的基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件或功能部件，简化设计和快速制造，或组装成各种夹具，己成为夹具产品开发的基点，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化、组合化的设计能够扩大夹具元件的使用功能和应用范围，获得事半功倍的效果，是实现夹具制造“短、平、快、廉”的重要手段。
（一）计算机辅助焊接夹具设计系统
夹具模块化设计为先进的计算机辅助夹具设计工作打下基础，通过基于三维CAD系统的先进夹具设计系统能够实现快速的组合夹具方案设计和装配，可以优化设计、模拟仿真机械工具的加工制造过程，能为用户提供正确、合理的配套夹具。因而，模块、组合化设计对夹具行业利用现代信息技术、提升产品开发和技术服务能力具有十分重要的意义。
（二）计算机辅助焊接夹具的技术发展
近三十年来在国际国内的制造业领域，相对于先进的计算机辅助设计技术在各个方而的飞速发展和应用，夹具设计还是一片待开发洼地。这其中的一个重要原因就在于夹具设计从技术传统上来说主要还是一个基于经验的工作过程，例如设计加工制造工艺较复杂的零部件的装夹方案常常要求工程师有许多年的业内工作经验。因此，对企业生产工艺知识的积累和运用就成为先进计算机辅助夹具设计技术发展和应用的一个重要热点问题，特别是工装夹具设计知识和经验的建模与利用。
当前计算机辅助装夹工艺设计领域的另一个热点问题就是对设计的分析和优化。例如近年来快速发展的基于有限元技术的“工件一夹具系统”结构与应力的仿真与数值分析研究工作在薄壁件加工制造的工装夹具设计中的应用。精密薄壁零部件制造的工装夹具设计是一个相当复杂的工作，容易受到加工过程中的力、热等因素的影响。而反复物理实验的方法成本太高，可行性低。通过结构、力、热等多因素藕合的仿真分析能够对铝合金薄壁零部件在设定的工装夹具方案下的应力、变形、精度进行研究，从而对工艺方案作出评估。HURTADO等基于对加工过程工件公差和变形的分析，提出了一个夹具系统刚度优化方法圈。在该方法中，假设工件一夹具系统是刚性连接的，通过分析工件的加工精度要求，能够得到一个优化的工装夹具布局方案。
SATYANARAYANA使用有限元方法分析了工件弹性变形和作用力对切削表而加工精度的影响。基于实例分析，他们给出了工件一夹具系统精度和变形分析的一些指南。由于目前的研究中对工件一夹具系统的连接模型进行了过多的假定，SIEBENALER等研究了不同类型的连接模型对零件一夹具系统精度、变形的影响。尽管基于有限元技术的零部件工装夹具工艺方案数值分析和仿真技术发展迅速，但是目前的研究还大多集中在结构应变的研究上。实际上，对工装夹具工艺方案有较大影响的因素还包括了加工过程中的热因素（特别是薄壁焊接工艺中)。另一项比较重要的技术就是通过对加工工艺和过程的数值模拟与仿真，模拟在完整的装夹环境下，刀具、机器人焊枪等工具的操作和运动过程，从而对零部件的工装夹具设计方案在加工过程中进行全局仿真分析，并进行优化。
参考文献：
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[4]韩义，李清潮. 焊接工装夹具的应用与研究[J]. 科技创新与应用，2015，20：124.
论文作者:张琴
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/11/2
标签：夹具论文; 工装论文; 组合论文; 零部件论文; 系统论文; 工件论文; 精度论文; 《电力设备》2015年3期供稿论文;