车身车间焊接机器人的运用 毕业论文.doc

武汉软件工程职业学院1. 毕业论文题 目 车身车间焊接机器人的运用汽车运用工程系汽车制造与装配技术专业12级01班学 号 1297812010288 姓 名 指导老师 成 绩 完成日期 2014 年 12 月目 录摘 要.3一、机器人焊接的优点.3二、汽车车身焊接生产线综述.3三、机器人应用中存在的问题措施.5 四、焊接机器人应用中的焦点问题.6五、汽车车身焊接的发展趋势.7六、结束语.9八、参考文献.9 浅析汽车车身焊接机器人的运用 赵宇明(武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430205)摘 要：机器人焊接装配线是汽车车身焊接装配车间的一个非常重要的组成部分，是一个汽车制造厂车身焊接工艺水平的体现，在一定程度上也是一个国家汽车制造技术的标志。机器人焊装线的应用，降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，改善了产品质量，并且大大提高了车身制造水平，是国内汽车行业发展的必然趋势。关键词：机器人；焊接；车身；制造；汽车 现代汽车制造发展要求设备的自动化,产品的批量化,人机结合的合理化,生产效率的最大化以及劳动强度的消减化,使得焊接机器人的应用得到大力推广,不仅提升了生产规模和产品品质,而且有效提高生产节拍。 机器人焊接的优点 焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段。但是，焊接烟尘、金属飞溅的存在，致使焊接的工作环境非常恶劣。同时，在车身装焊车间，点焊人工焊钳的应用，为工人操作带来不便，加大了工人的劳动强度。因此，在车身焊装车间广泛采用机器人焊接，不仅可使工人远离焊接烟尘和飞溅，而且可以使工人不用再搬运笨重的手工焊钳，让工人从高强度的体力劳动中解脱出来。工业机器人是借助伺服技术控制机器人的关节，通过对机器人进行动作示教使其实现动作的记录和再现，即所谓的示教再现机器人，现有的工业机器人差不多都采用这种控制方式。常用机器人为独立多关节型，具备六个基本轴数，可以通过外部附加轴来实现更大范围的作业。机器人不仅能进行复杂的工艺操作、适应恶劣的工作环境，取代笨重、单调、重复的人工体力劳动，保证产品质量，提高工效、节约能源、安全生产，易于实现自动化大规模生产，还能通过机器人程序调整及更换机械手等更改迅速组成柔性生产系统，特别适宜于多车型和多品种共线生产需要，产品换型上马快、周期短、应变能力强。 汽车车身焊接生产线综述汽车车身焊接生产线是指通过焊装工艺完成完整产品的综合生产线，通常包括辅助设备、传输设备、焊接设备等。具体包括以下部分：一、车身焊装夹具 焊装夹具主要对焊接薄板冲压件进行可靠定位与夹紧，保证车身各部分有正确的相互位置及几何形状、保证车身装配焊接工艺的正常进行。汽车车身焊装夹具是随汽车的大规模生产而发展起来的，是汽车焊装的必须装备。随着汽车性能和生产自动化水平的提高，对汽车车身焊装夹具的要求也越来越高。车身焊装夹具根据自动化程度和使用的要求，主要有手动夹具和气动夹具两种，根据控制方式的不同，气动夹具又可分为气控、电控两种形式。一般情况下，焊装夹具由定位元件、夹紧元件及支撑机构等部分组成。二、传输装置 传输装置在车身生产线中负责各组合部件的对接，是实现大规模生产的必不可少的设备。传输装置的种类很多，根据车间情况可以采取不同的方式。大致可以分为：空中运输式如连续式悬挂链、用于间歇生产的自行葫芦悬挂线等；地面运输式如地面链、板式链等；机器手等。由于传输装置在生产中的重要作用，它的工作效率直接影响着整个生产线。因此，传输装置自动化程度将直接代表着整个焊装线的自动化程度。3、 焊接设备焊接设备主要负责对整个车身覆盖件进行分块连接的作用。目前，汽车生产过程中所使用的焊接设备主要包括点焊焊枪，凸焊设备，缝焊设备等。就整个汽车车身焊装线而言，它大体包括车身侧围总成线、车身门盖总成线、底板总成线、车身焊装主线等。其中每部分又有相应的主线、子线、左右对称线和独立岛。根据生产节拍、自动化程度及生产方式等的不同，每条线又分为若干个工位；各工位间通过传输装置连为一体，每工位负责完成一部分工作。其中，电阻焊是国内车身焊接所采用的主要的焊接方式。电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。在车身焊接生产中大量采用了电阻点焊，焊点数多达数千个。电阻焊主要有以下几类：a悬挂式点焊机。目前车身焊装生产线上的主要设备。一个车身焊装车间一般有200-300台悬挂式点焊机，用于车身的各个部位的装配点焊，特别焊接位置复杂多变的部件。 b点焊机器人。为了适应现代汽车产品多样化生产的需要，提高车身焊装生产线的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高工作效率，保证焊接质量，在现代化的车身焊接生产线上，采用点焊机器人代替笨重的悬挂式点焊机，以解放人的单调、重复、长时间的强体力劳动。比如法国雷诺汽车公司与日本日产汽车公司都采用了全机器人的驾驶室焊装线。驾驶室的装配、涂胶、点焊全部由机器人完成。c多点焊机。其目的是为了提高生产效率，减小焊接变形。在车身焊装生产线上，车身底板的点焊装配多采用多点焊机，例如德国的奥迪BMW的车身底板自动化焊装线。点焊机器人和多点焊机在白车身生产线上所占的比例体现了该生产线的自动化程度。例如，上海大众“帕萨特车身焊装线上，共采用294台悬挂式点焊机，6l台点焊机器人；而德国大众“帕萨特车身焊装线上，在总共有3594个电阻焊焊点中，仅有40点是通过手工焊接的，其余都是通过机器人或多点焊机焊接的。d现代点焊机器人。通常由机器人本体操作机、点焊钳、控制器等几部分组成。现代点焊机器人采用逆变一体式点焊钳，大大降低了机器人体积和质量，具有控制精度高、响应速度快、节能、焊接工艺性能好等显著优点。近年来出现了伺服式点焊钳(枪)，采用新型电极驭动机构作伺服马达进行位置反馈。当机器人运行时，机器人控制伺服钳作为其辅助轴之一，实现电极加压软接触和电极压力实时调节，在与焊接电流最佳配合后，消除飞溅，显著提高了点焊质量。这种MOTOMAN点焊机器人已在日本、美国和欧洲获得应用。而柔性化机器人或柔性化机器人焊接系统采用多种焊钳的自动快速更换技术，以适应焊装线的少批量多品种生产。为集中管理和控制焊接质量，设计了自动化的焊接质量和产量控制系统，如机器人二维激光视觉系统、数字摄像控制系统、射线质量检测系统等。而借助于CAE，CAM获取焊件构造、焊接条件和机器人机构等信息的新型离线示教机器人取代原再现式点焊机器人系统，来选定焊钳、配置机器人进行离线示教，示教时间短，焊接质量更稳定。点焊机器人在国外汽车生产中的应用相当广泛，如美国通用汽车公司车身底部、侧部、车顶及车架龙门系统的焊接，同本三菱汽车公司底板、侧围及车身总成的焊接，德国福特汽车公司底板、侧围、车门及翼板的焊接，机器人焊点占焊点总数的80-90。近年来，国外许多汽车生产企业已将中频点焊机器人和伺服点焊机器人应用于轿车白车身装焊线。焊接机器人应用中存在的问题和解决措施 一、焊接缺陷分析及处理 机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊，焊接过程中出现的焊接缺陷一般有焊偏、咬边、气孔等几种，具体分析如下： (1)出现焊偏可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下 (2)出现咬边可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调整焊枪的姿态以及焊枪与工件的相对位置。 (3)出现气孔可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。 (4)飞溅过多可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。 (5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑，编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。 二、机器人故障分析与处理 在焊接过程中机器人系统遇到一些故障，常见的有以下几种：(1) 发生撞枪。可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。(2) 出现电弧故障，不能引弧。可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。 (3) 保护气监控报警。冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。焊接机器人应用中的焦点问题虽说焊接机器人在汽车制造生产中得到了广泛应用，不仅汽车焊接质量得到了极大改善，而且有效提高了企业的劳动生产效率。但目前焊接机器人在汽车制造生产中的应用仍有诸多问题有待解决，以下就几个方面的问题做一讨论。一、焊接机器人在线示教问题对于示教再现型焊接机器人而言，如果在焊接时发生焊接位置偏移，必须停止机器人乃至整个生产线的工作，进行机器人在线示教后再现运行，这个工作现在需要占用大量的生产时间。这类问题还需进一步研究解决。 二、焊接机器人焊缝跟踪问题 目前，生产中所用的示教再现型弧焊机器人在进行弧焊时，大多数情况是不能对焊缝进行实时动态的跟踪反馈，而实际焊缝与示教所用样本焊缝必然存在着细微的差异，这样焊缝质量就难以得到保证。这类问题还需进一步研究解决。 三、焊接机器人失位校正问题 目前市场上所应用的多数机器人产品，其轴的失位校正过程均需耗费比较长的时间，对于流水化的自动生产线来说，其停机所造成的经济损失是巨大的。这类问题还需进一步研究解决。 四、焊接机器人电器故障 焊接机器人本体的机械可靠性相当高，本体出现机械故障的概率极小。相比之下，机器人的电器控制系统的电器故障率却非常高，最容易出现故障的部分是驱动器的电路及元器件，此外接插件的故障频率也相当高。目前国际上的机器人控制电路集成化程度越来越高，控制技术的不断进步已使控制部分故障率大为降低。但对于汽车制造中的环境恶劣、作业强度极大、电压波动较大的焊接作业来说，还需进一步研究解决。 五、焊接机器人安全使用 汽车车身焊装生产线上的焊接机器人数量很大，有时在一个焊装工位上就有多个焊接机器人，为了节省时间提高效率，同一工位上的多个机器人并行工作同时运行。因信号交换失误而出现的机器人与机器人碰撞、机器人与其它设备或障碍物碰撞的事故时有发生。经分析，发现目前机器人控制系统在处理信号交换时，都采用外部I/O信号来交换彼此的工作状态，信号检测还只是以一个“点”的方式测量，即在某一运动程序行中，确认某一个交换信号是否存在来决定机器人是否继续下面的工作，而不是在一个运动区域中持续检测其它障碍物或机器人状态，这样，一旦检测过程结束而机器人的运动轨迹发生错误或信号交换不正常时，碰撞就发生了。这类问题还需进一步研究解决。 六、电路组态 目前所有知名汽车厂家的汽车车身焊装生产线上都大量应用了焊接机器人及其他自动化设备，并通过离线编程以实现自动化与柔性化的车身焊装生产。但带来的问题是，在生产现场，软管、电缆掉落的到处都是，很容易被进入现场的工作人员或器械钩住，以致发生故障或事故。从集成观点看，这是因为没能很好的进行电路组态和建模。目前比较可行的解决方法是为机器人配备集成外罩，避免零部件线路外露随处掉落的问题。但若要从根本上解决问题，还需在设计之初就做好组态和建模工作，这是一项复杂的工作。汽车车身焊接的发展趋势 目前，焊接结构生产正从传统的单一焊接工序自动化向产品设计、工艺设计、焊接过程、检测、传输、管理等全系统自动化发展，从单台稳定焊接参数控制向多台焊接质量闭环控制和带有智能的系统自动控制发展。其关键技术为： （1）带有传感器的自动控制技术：高速、高响应度，高精度的焊丝送给技术；接触和非接触式的焊缝自动跟踪技术；熔透和焊接质量控制技术；高适应性、高能量、高精度焊接电源控制技术；能适应各种焊接接头盒各焊接空间位置的焊接参数自适应控制技术；各类焊缝的在线和焊后自动检测技术。 （2）系统技术：CAD/CAM系统技术，能实现计算机设计产品、焊接工艺并能进行机器人离线示教和自动示教；焊接过程和焊接生产的仿真技术；焊接生产的集成技术；计算机生产过程的分析和管理技术。（3） 采用新工艺新技术。近年来，为了适应汽车生产发展的需要，不断对焊接新技术、新工艺进行研究，以提高焊接自动化、机械化的水平，在接触焊方面，除了继续扩大接触焊的应用范围外，大力发展多电焊（包括凸焊）和机器人点焊，保证了焊点质量，可方便的更换“焊接模胎”，解决了多点焊机的通用性并增加了“柔性”，通过提高了气源压力（如用1.2MPa的压缩空气），可完全取代液压动力源，减少环境污染，并采用数字控制气缸，通过数控气缸组合来得到焊枪的移动，使之对焊接零件进行多点焊接；在电弧焊方面，大力发展CO2半自动和全自动焊。同时还研究成功了激光焊、微弧等离子焊等特种焊，并在汽车生产中初步得到了应用。纵观整个汽车车身的焊接现状为减轻车身重量，提高车身抗冲击强度，汽车生产中大量应用高强度钢。高强度钢的使用，给车身件冲压成形和焊接都带来了新课题。高强度钢板无论是机械性能，还是化学成分或是显微结构都与普通钢板差别很大，给焊接工艺提出了新的挑战。通常通过改进优化传统点焊工艺，采用脉冲点焊、中频点焊等专有技术，增加焊接压力、控制焊接过程，以获得性能良好的焊点质量。 不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生