Modulaarinen kiinnitintekniikka alumiiniveneiden robottihitsauksessa

Tällä hetkellä hitsauksen automatisointiaste on hyvin pieni alumiinivenevalmistuksessa. Automatisointiasteen kasvattaminen on ensiarvoisen tärkeää kilpailukyvyn säilyttämiseksi, sekä edelleen nostamiseksi. Automatisointiasteen kasvattamisen esteenä ei ole teknologian puute, vaan suunnitellut tuotteet soveltuvat huonosti robotisoituun hitsaukseen. Lisäksi liitettävien osien tarkkuus on monissa tapauksissa puutteellinen, joten robottihitsaus on monessa tapauksessa mahdotonta. Robottihitsauksessa vaaditaan osien hyvää paikoittamista ja siihen tarvitaan kiinnittimiä. Kuitenkin alumiinivenevalmistuksessa valmistusmäärät ovat sen verran pieniä, että tuotekohtaisia kiinnittimiä ei kannata hankkia tai valmistaa. Siksi kiinnittimiltä vaaditaan joustavuutta ja modulaarisuutta, jotta samalla kiinnittimellä voi hitsata useita vastaavia piirteitä omaavia tuotteita. Tässä työssä tutkittiin modulaarisia kiinnittimiä, edistyneitä kiinnitinsuunnitteluprosesseja, osavalmistustarkkuuksia, tuotemoduloinnin hyödyntämistä ja alumiinin robottihitsauksen erityispiirteitä. Työssä suunniteltiin ja simuloitiin modulaarinen hitsauskiinnitin, jota käytetään tietyn alumiinivenemallin erillisenä osakokoonpanona valmistettavan jäykisterakennekonseptin hitsaamiseen. Suunnittelu ja simulointi tehtiin Delmia V5R20 -ohjelmistolla. Jäykisterakenne on modulaarinen tuoterakenne, jossa käytetään itsepaikoittavia liitoksia helpottamaan osien asettelua ja yksinkertaistamaan kiinnitintä. Kiinnitin soveltuu joustavasti erikokoisten jäykisterakenneosakokoonpanojen valmistukseen. Lisäksi suunniteltua kiinnitintä verrattiin kaupalliseen modulaariseen Demmeler -kiinnitinjärjestelmään. Jäykisterakenteen osakokoonpanon hitsaaminen robotilla lyhentää valmistusaikaa verrattuna nykytilaan, kun osat voidaan asettaa kiinnittimeen nopeasti ja luotettavasti. Samalla jäykisterakenteen tekeminen erillisenä osakokoonpanona lyhentää veneen rungon loppukokoonpanoaikaa ja mahdollistaa hitsausrobotin käytön myös veneen muiden hitsien hitsaamisessa. Modulaarisilla hitsauskiinnittimillä saavutetaan alumiiniveneiden nykyisillä valmistusmäärillä skaalaetuja, joita tuotekohtaisella kiinnittimellä ei voi saavuttaa.

A level of automation in welding is very low in aluminum boatbuilding. It is a primary target to raise that level to maintain competitive strength and improve it furthermore. A lack of technology is not an obstacle but mostly product design and components to join together are not suitable for robotic welding. Accurate positioning is a prerequisite for robotic welding and therefore welding fixtures are needed. However, production quantity of certain aluminum boat model is quite low, so there is no reason to make fixture to each boat model. Therefore, there is a demand for flexibility and modularization to make possible to weld different products with similarities by the same fixture. In this Master’s thesis modular fixtures, advanced fixture design methods, component manufacturing accuracy and special characteristics of robotic welding of aluminum are studied. In experimental part a modular welding fixture was designed for a subassembly concept of a certain aluminum boat stiffening frame. Robotic welding of the subassembly was also simulated with Delmia V5R20 -program. The subassembly of stiffening frame is modular. Similar frame with slightly variation can be used in different boat models as well. The subassembly utilizes self locating joints that made the design of the welding fixture simpler. The designed welding fixture can be used in welding of different stiffening subassemblies. The designed welding fixture was also compared to commercial Demmeler modular fixturing system. Robotic welding of the stiffening subassembly shortens production time when compared to current situation. The difference appears on loading and setup time. By making the stiffening frame as subassembly, it shortens the final assembly time of the boat. It also enables the robotic welding of base frame of aluminum boat. At current production quantity of aluminum boats, modular welding fixtures achieve economical scale advantage which cannot be achieved by single product fixtures.