三維焊接工裝平台在機械製造中的應用

來自專欄儀器儀錶技術交流

隨著科技的發展，先進焊接技術也發生了巨大變化，推動了焊接工藝在先進位造企業的零部件生產中的使用。這也為三維焊接工裝平台、三維焊接平台工裝夾具的使用提供了發展的空間。

　　　　一、三維焊接工裝平台工藝的工裝夾具系統

　　（一）三維焊接平台工裝夾具的概念

　　工裝夾具是機械裝備製造業中不可缺少的基礎工藝元素。使用工裝夾具合理、正確地安裝和固定各個零部件，是進行零部件焊接的先決條件。夾具對零部件焊接工藝的質量、焊接的生產率和成本有著直接的關鍵的影響。一般地，柔性焊接平台工裝夾具設計和製造的相關成本占整個生產系統的10%一20%。

　　（二）三維焊接工裝平台夾具的特點

　　焊接工藝及焊接工裝夾具控制的精度一般都要比切削加工工藝能控制的精度低一些。

　　焊接過程中零部件和夾具的受力遠比切削加工的低很多，但是零部件焊接過程的安裝夾緊常常需要考慮焊接的熱變形或者熱應力的影響。

　　通常，根據工裝夾具的使用柔性，夾具可以被分類為專用夾具和通用夾具（最主要類型就是模塊化的組合夾具)。專用三維柔性焊接平台工裝組合夾具在製造業中有著非常重要的應用，特別在一些非常複雜並且是很精密的高價值零部件生產或者是一些機械裝備產品的大規模生產中。因為專用夾具的設計初衷就是為某種零部件的生產過程特別定製的，所以能夠在夾具設計中充分考慮各種因素，比如除了包括定位精度、穩定性、系統剛性等因素的基本夾緊定位要求外，也能考慮到儘可能方便零部件裝載/夾緊/拆卸等因素，以提高生產過程的效率。

　　　　二、機械製造中的三維焊接工裝平台組合夾具的應用

在世界上一些知名的工程裝備製造企業，現代化的焊接技術和工藝在產品及零部件的製造中己經有很廣泛的應用。工程機械裝備中的很多大型部件單獨製造是異常困難的，常常由幾個零件焊接起來，而焊接技術和工藝的進步使得焊接起來的零部件依然有著很好的物理機械性能，這就推動了先進焊接工藝和技術在工程裝備製造業中的廣泛應用。模塊化的組合三維焊接工裝平台夾具、鑄鐵柔性焊接平台工裝、在這些工程裝備製造企業中的應用同樣非常廣泛。

　　三、計算機輔助技術在三維焊接工裝平台夾具設計中的應用

　　典型的組合夾具系統中，每套夾具都是由夾具基體、定位、支承和夾緊等元件組成。夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件或功能部件，簡化設計和快速製造，或組裝成各種夾具，己成為夾具產品開發的基點，體現在各種先進夾具系統的創新之中。模塊化、組合化的設計能夠擴大夾具元件的使用功能和應用範圍，獲得事半功倍的效果，是實現夾具製造「短、平、快、廉」的重要手段。

　　（一）計算機輔助柔性工裝焊接夾具設計系統

　　夾具模塊化設計為先進的計算機輔助夾具設計工作打下基礎，通過基於三維CAD系統的先進夾具設計系統能夠實現快速的組合夾具方案設計和裝配，可以優化設計、模擬模擬機械工具的加工製造過程，能為用戶提供正確、合理的配套夾具。因而，模塊、組合化設計對夾具行業利用現代信息技術、提升產品開發和技術服務能力具有十分重要的意義。

　　（二）計算機輔助三維鑄鐵平台焊接夾具的技術發展

　　近三十年來在國際國內的製造業領域，相對於先進的計算機輔助設計技術在各個方而的飛速發展和應用，夾具設計還是一片待開發窪地。這其中的一個重要原因就在於夾具設計從技術傳統上來說主要還是一個基於經驗的工作過程，例如設計加工製造工藝較複雜的零部件的裝夾方案常常要求工程師有許多年的業內工作經驗。因此，對企業生產工藝知識的積累和運用就成為先進計算機輔助夾具設計技術發展和應用的一個重要熱點問題，特別是工裝夾具設計知識和經驗的建模與利用。

　　儘管基於有限元技術的零部件工裝夾具工藝方案數值分析和模擬技術發展迅速，但是目前的研究還大多集中在結構應變的研究上。實際上，對三維焊接工裝平台夾具工藝方案有較大影響的因素還包括了加工過程中的熱因素（特別是薄壁焊接工藝中)。另一項比較重要的技術就是通過對加工工藝和過程的數值模擬與模擬，模擬在完整的裝夾環境下，刀具、機器人焊槍等工具的操作和運動過程，從而對零部件的工裝夾具設計方案在加工過程中進行全局模擬分析，並進行優化。