點焊機(jī)器人系統(tǒng)

車身點焊的質(zhì)量直接影響著汽車車身強(qiáng)度和使用安全性。點焊設(shè)備因易于機(jī)械化、成本較低廉、技術(shù)成熟且配套設(shè)施完善，在汽車車身的生產(chǎn)中應(yīng)用得最為廣泛。現(xiàn)在，點焊焊接過程完全自動化已成為趨勢，機(jī)器人點焊系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，正逐步取代手工點焊。
 

氣動點焊機(jī)器人系統(tǒng)

氣動點焊機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、點焊控制器、自動電極修磨機(jī)、氣動點焊鉗和水氣供應(yīng)的水氣控制單元等。
 

氣動焊鉗作為點焊機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，目前普遍采用了一體化焊鉗，就是焊接變壓器裝在焊鉗后面，減少了二次電纜的損失，提高焊接質(zhì)量。由于采用一體化焊鉗，變壓器必須盡量小型化，提高機(jī)器人有效負(fù)載。對于容量較大的變壓器，已開始采用中頻逆變技術(shù)：把50 Hz 工頻交流變?yōu)?00 ～ 1 000 Hz 交流再整流，使變壓器體積減少、減輕。

氣動焊鉗電極組件形式上與手工焊接焊鉗基本相似，完成與工件接觸及通電焊接作用，為降低維護(hù)改造成本，焊鉗組件有模塊化的趨勢。點焊機(jī)器人動作穩(wěn)定可靠，重復(fù)精度高，可代替人的繁重體力勞動，并且提高了焊接質(zhì)量，提高了生產(chǎn)線柔性。

2009 年，上汽乘用車公司南京基地新建10 萬輛榮威350系列轎車AP11 焊接生產(chǎn)線。該線從日本FANUC 公司引進(jìn)49臺六軸氣動點焊機(jī)器人，應(yīng)用在工藝要求較高的車身下車體總成焊接工位、側(cè)圍總成及車身本體的裝配焊接上。

在成功新建AP11主線后，上汽乘用車公司南京基地于2011年在AP11 基礎(chǔ)上建設(shè)MG5 車型生產(chǎn)線時，再次引進(jìn)引進(jìn)日本FANUC 公司的10臺點焊機(jī)器人，用于6萬輛生產(chǎn)能力的AP12 主線上，應(yīng)用在工藝質(zhì)量要求較高的車身下車體總成焊接工位、側(cè)圍部件、側(cè)圍總成及車身本體的裝配焊接上。

與原AP11 主線不同的是，建設(shè)投產(chǎn)的AP12主焊線與AP11線實現(xiàn)設(shè)備全部共用，充分滿足了柔性混線生產(chǎn)的需求，實現(xiàn)了短時切換或無需切換的全柔性生產(chǎn)模式。為節(jié)省建設(shè)成本及場地，我們將生產(chǎn)線多數(shù)工位上的一臺機(jī)器人改造為可帶兩把以上焊鉗或抓手工具，通過采用自動工具交換裝置可快速進(jìn)行焊鉗間的切換。
 

伺服點焊機(jī)器人系統(tǒng)

為實現(xiàn)更高的焊接質(zhì)量并滿足性能要求，AP12 線還引進(jìn)采用了新型中頻點焊伺服焊槍控制技術(shù)。此系統(tǒng)可滿足高強(qiáng)/ 超高強(qiáng)度鋼板和多層板材的焊接，以適應(yīng)汽車輕量化與車身防撞安全不斷提高的要求。

伺服點焊機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、中頻點焊控制器、自動電極修磨機(jī)和伺服點焊鉗等。

伺服焊槍的優(yōu)點是傳統(tǒng)氣動焊機(jī)無法比擬的，其最大的特點是以伺服裝置代替氣動裝置，按照預(yù)先編制的程序，由伺服控制器發(fā)出指令，控制伺服電動機(jī)按照既定速度、位移進(jìn)給，形成對電極位移與速度的精確控制，脈沖數(shù)目與頻率決定電極位移與速度，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩決定電極壓力。

伺服焊槍具有增強(qiáng)診斷及監(jiān)控、簡化焊鉗設(shè)計、提高柔性、降低維修率、提高運行時間及減少生產(chǎn)成本（耗氣/ 備件/ 省電）等特點，將是未來汽車裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用的主要設(shè)備。

其中頻點焊的質(zhì)量和效率均遠(yuǎn)高于工頻焊接，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）減少生產(chǎn)節(jié)拍機(jī)器人與焊鉗同步協(xié)調(diào)運動，大大提高了生產(chǎn)節(jié)拍，使焊點間及障礙物的跳轉(zhuǎn)路徑最小化；可隨意縮短電極開口減小關(guān)閉焊鉗時間；焊接開始信號發(fā)出后可更快、更好地控制加壓；更快地更改焊接壓力，其壓力調(diào)節(jié)速度可達(dá)200 kgf/cycle（98 N/ms）；能夠很好地避免和抑制飛濺，有效保證和提高焊接質(zhì)量；焊接完成信號發(fā)出后可更快打開焊鉗；減少電極更換及修磨時間；換槍、電極修磨及更換后快速標(biāo)定。

（2）提高焊接質(zhì)量軟接觸可實現(xiàn)極少的產(chǎn)品沖擊， 還可以減小噪聲；高精確度的可重復(fù)性加壓；焊接中精確恒壓控制；焊接過程中壓力可實現(xiàn)調(diào)整；更穩(wěn)定的電極管理及控制等。

相對氣動焊槍， 伺服焊槍的漸進(jìn)和預(yù)壓過程是影響焊接效率的兩個關(guān)鍵階段�？删幊屉姌O行程和速度可以縮短同一工位上多個焊點的漸進(jìn)時間，也可以提高焊接生產(chǎn)率。以預(yù)壓為例進(jìn)行分析，圖2 所示為氣動焊槍和伺服焊槍在焊接過程中電極力的變化，假定達(dá)到設(shè)定預(yù)壓力，電極力將保持恒定。

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)

汽車車身結(jié)構(gòu)的特點決定了車身制造離不開弧焊技術(shù)。傳統(tǒng)手工弧焊焊接時的火花及煙霧對人體造成危害較大，工作環(huán)境惡劣，且對工人技能要求更高，焊縫質(zhì)量一致性差，波動也較大。特別是汽車的重要結(jié)構(gòu)安全件，其焊接質(zhì)量對汽車的安全性起著決定性的作用，因此整車廠有逐步采用自動化弧焊機(jī)器人替代手工方式的趨勢。

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)

對車身弧焊機(jī)器人工作站的設(shè)計規(guī)劃應(yīng)首先考慮是否滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)、工作站的柔性和焊接質(zhì)量，以及機(jī)器人及焊槍的選型及電控設(shè)計。具體內(nèi)容包括：

機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)包括有效載荷、軸數(shù)、各軸的自由度范圍及控制系統(tǒng)等。

機(jī)器人工作范圍及姿態(tài)，充分考慮車身形式和弧焊點位置、夾具形式。通過3D 設(shè)計模型仿真模擬干涉危險點的焊接，對焊槍及夾具的形狀、機(jī)器人操作位置等進(jìn)行反復(fù)修改，確定方案再進(jìn)行可行性論證及設(shè)計修正。

確定機(jī)器人的高度及與前后左右距離，確保所有弧焊點機(jī)器人焊槍可達(dá)。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計最可靠的方法是通過機(jī)器人仿真軟件模擬實際的焊接工作，具體方法是加入工位夾具、工件及焊槍的3D模型，在虛擬環(huán)境進(jìn)行工作站的裝配和調(diào)試，路徑模擬，發(fā)現(xiàn)是否干涉，以此調(diào)整各部分的相對尺寸達(dá)到最佳。

工藝時序設(shè)計，控制流程圖設(shè)計�；『笝C(jī)器人工作站的設(shè)備構(gòu)成包括弧焊機(jī)器人、機(jī)器人控制器、焊機(jī)、清槍系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、焊接夾具、排煙除塵設(shè)備、安全防護(hù)網(wǎng)、弧光遮擋簾和水電氣單元等。

CMT 焊接技術(shù)系統(tǒng)的特點是：作為完全的“冷”技術(shù)，近乎無電流狀態(tài)下的熔滴過渡，低熱輸入量；能夠進(jìn)行薄板/ 超薄板焊接；確保無飛濺過渡，減少了焊后清理工作；引弧可靠，良好的搭橋能力使得焊接過程操作容易；焊接過程送絲穩(wěn)定，焊接工藝專家數(shù)據(jù)庫化，簡化縮短工藝調(diào)試過程等。


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