Hitsauskiinnittimen suunnittelu robottihitsausasemaan

Abstract

Opinnäytetyön aiheena oli suunnitella modulaarinen hitsauskiinnitin robottihitsausaseman pää- ja vastapääkäsittelypöytään Multimek Oy:lle. Työn tarkoituksena oli luoda vaatimusten mukainen hitsauskiinnitin, joka mahdollistaa moninaisten suurten hitsauskokoonpanojen tehokkaan tuotannon. Suunnittelussa hyödynnettiin CAD- ja FEM-ohjelmistoa, ja työn tuloksena tuotettiin valmistuspiirustukset toimeksiantajalle.

Opinnäytetyössä kartoitettiin hitsauskiinnittimelle asetetut vaatimukset, suunniteltiin kiinnittimen runko ja tukivarret, luotiin 3D-malli sekä suoritettiin tarvittavat lujuuslaskennat. Työssä vertailtiin kehikko- ja kalanruotomallin soveltuvuutta työn tilaajan tarpeisiin. Vertailussa kalanruotomalli todetaan paremmaksi vaihtoehdoksi sen tarjoaman joustavuuden, päivitettävyyden ja hitsauspolttimen paremman esteettömän pääsyn vuoksi.

FEM-analyysin avulla todetaan, että suunniteltu kiinnitin kestää sille asetetun 10000 kg:n kuorman ja oman painonsa aiheuttaman rasituksen siten, että suurin siirtymä on 8,04 mm. Tämä alittaa asetetun 10 mm:n raja-arvon, mikä varmistaa osaltaan hitsaustyön mittatarkkuuden ja laadun.

Koska kiinnittimen toimintaa ei ollut mahdollista kokeilla käytännössä opinnäytetyötä tehdessä, jatkotutkimuksena voisi selvittää sen käytännön toimivuutta robottihitsausasemassa ja verrata tässä työssä laskettuja teoreettisia siirtymiä todellisiin mittaustuloksiin. Samalla voitaisiin tunnistaa yleisiä parannus- ja kehityskohteita käytännön kokemusten perusteella.

The aim of this thesis was to design a modular welding fixture for the head and tailstock welding positioner of a robotic welding station on behalf of Multimek Oy. The purpose was to create a welding fixture that enables the efficient production of diverse large, welded assemblies. CAD and FEM software were utilised in the design process, and manufacturing drawings were produced for the client as an outcome of the work.

In this thesis, the requirements for the welding fixture were mapped. The suitability of frame and fishbone models were compared to the client's needs. In the comparison, the fishbone model was found to be a better option due to its flexibility, upgradeability, and improved unrestricted access for the welding torch. The frame and support arms of the selected model were designed, a 3D model was created, and necessary strength calculations were performed.

With the help of FEM analysis, it was verified that the designed fixture withstands the specified load of 10000 kg and the stress caused by its own weight. The maximum displacement was found to be 8,04 mm. This is below the set limit of 10 mm, which ensures the dimensional accuracy and quality of welding.

As it was not possible to test the fixture's functionality in practice during the thesis, future research could investigate its performance in the robotic welding station. This would allow for a comparison of the theoretical displacements calculated in this work with actual measurement results. Additionally, general areas for improvement and development could be identified based on practical experience.