机器人焊接技术在汽车行业的应用

1、随着汽车制造业对焊接精度和速度等指标提出的要求越来越高，以及用户个性化需求的日益加强，为了满足多车型、多批次的市场需求，提高车身车间生产能力力的柔性性和弹性性，工业业机器人人在车身身焊接中中得到了了广泛应应用。本本文结合合实例介介绍了点点焊机器器人和弧弧焊机器器人系统统在车身身焊接中中的应用用。OFweek机器人网网讯：随随着汽车车制造业业对焊接接精度和和速度等等指标提提出的要要求越来来越高，以及用用户个性性化需求求的日益益加强，为了满满足多车车型、多多批次的的市场需需求，提高高车身车车间生产产能力的的柔性和和弹性，工业机机器人在在车身焊焊接中得得到了广广泛应用用。本文文结合实实例介绍绍了点焊

2、焊机器人人和弧焊焊机器人人系统在在车身焊焊接中的应用。轿车车车身的结结构和工工艺在很很大程度度上决定定了乘车车的安全全系数。车身本本体是由由十几个个大总成成和数百百个薄板板冲压件件，经点点焊、弧弧焊、激激光焊、钎焊、铆接、机械连连接以及及胶接等等工艺连连接成的的复杂薄薄板结构构件。由由于白车车身所涉涉及的零零件多、工艺复复杂且设设备类型型繁多，因此车车身规划划对焊接接工艺、装焊夹具、质质量控制制以及维维护保养养等都有有较高的的要求。本文结结合实例例重点介介绍了点点焊机器器人系统统和弧焊焊机器人人系统在在车身焊焊接中的的应用。【点焊机器器人系统统】车身点焊焊的质量量直接影影响着汽汽车车身身强度和

3、和使用安安全性。点焊设设备因易易于机械械化、成成本较低低廉、技技术成熟熟且配套套设施完完善，在在汽车车车身的生生产中应应用得最为广广泛。现现在，点点焊焊接接过程完完全自动动化已成成为趋势势，机器器人点焊焊系统已已得到广广泛应用用，正逐逐步取代代手工点点焊。1气动点点焊机器器人系统统气动点点焊机器人系系统包括括机器人人本体、机器人人控制器器、点焊焊控制器器、自动动电极修修磨机、气动点点焊钳和和水气供供应的水水气控制制单元等等，如图图1所示。图图1气动点焊焊机器人系统统气动焊焊钳作为为点焊机机器人的的执行机机构，目目前普遍遍采用了了一体化化焊钳，就是焊焊接变压压器装在在焊钳后后面，减减少了二二次电

4、缆缆的损失失，提高高焊接质质量。由于采用用一体化化焊钳，变压器器必须尽尽量小型型化，提提高机器器人有效效负载。对于容容量较大大的变压压器，已已开始采采用中频频逆变技技术：把把50Hz工频交流流变为6001000Hz交流再整整流，使使变压器器体积减减少、减减轻。气气动焊钳钳电极组组件形式式上与手手工焊接接焊钳基基本相似似，完成成与工件件接触及及通电焊焊接作用用，为降低维护护改造成成本，焊焊钳组件件有模块块化的趋趋势。点点焊机器器人动作作稳定可可靠，重重复精度度高，可可代替人人的繁重重体力劳劳动，并并且提高高了焊接接质量，提高了了生产线柔性。2009年，上汽汽乘用车车公司南南京基地地新建10万辆荣

5、威威350系列轿车车AP11焊接生产产线。该该线从日日本FANUC公司引进进49台六轴气气动点焊机机器人，应用在在工艺要要求较高高的车身身下车体体总成焊焊接工位位、侧围围总成及及车身本本体的装装配焊接接上。在在成功新新建AP11主线后，上汽乘乘用车公公司南京基地于于2011年在AP11基础上建建设MG5车型生产产线时，再次引引进引进进日本FANUC公司的10台点焊机机器人，用于6万辆生产产能力的的AP12主线上，应用在在工艺质质量要求求较高的的车身下下车体总总成焊接接工位、侧围部部件、侧侧围总成成及车身身本体的的装配焊焊接上。与原AP11主线不同同的是，建设投产的AP12主焊线与与AP11线实

6、现设设备全部部共用，充分满满足了柔柔性混线线生产的的需求，实现了了短时切切换或无无需切换换的全柔柔性生产产模式。为节省省建设成本及场场地，我我们将生生产线多多数工位位上的一一台机器器人改造造为可带带两把以以上焊钳钳或抓手手工具，通过采采用自动动工具交交换装置置可快速速进行焊焊钳间的的切换。2伺服点焊焊机器人人系统为为实现更更高的焊焊接质量量并满足足性能要要求，AP12线还引进进采用了了新型中中频点焊焊伺服焊焊枪控制制技术。此系统统可满足足高强/超高强度度钢板和多多层板材材的焊接接，以适适应汽车车轻量化化与车身身防撞安安全不断断提高的的要求。伺服点点焊机器器人系统统包括机机器人本本体、机机器人控

7、控制器、中频点点焊控制制器、自动电极极修磨机机和伺服服点焊钳钳等。伺伺服焊枪枪的优点点是传统统气动焊焊机无法法比拟的的，其最最大的特特点是以以伺服装装置代替替气动装装置，按按照预先先编制的的程序，由伺服控制器器发出指指令，控控制伺服服电动机机按照既既定速度度、位移移进给，形成对对电极位位移与速速度的精精确控制制，脉冲冲数目与与频率决决定电极极位移与与速度，电动机机转矩决定电极极压力。伺服焊焊枪具有有增强诊诊断及监监控、简简化焊钳钳设计、提高柔柔性、降降低维修修率、提提高运行行时间及及减少生生产成本本（耗气气/备件/省电）等等特点，将是未来来汽车装装配生产产线上应应用的主主要设备备。其中中频点焊

8、焊的质量量和效率率均远高高于工频频焊接，主要表表现在以以下几方方面：（1）减少生生产节拍拍机器人人与焊钳钳同步协调调运动，大大提提高了生生产节拍拍，使焊焊点间及及障碍物物的跳转转路径最最小化；可随意意缩短电电极开口口减小关关闭焊钳钳时间；焊接开开始信号号发出后后可更快快、更好地控制制加压；更快地地更改焊焊接压力力，其压压力调节节速度可可达200kgf/cycle（98N/ms）；能够够很好地地避免和和抑制飞飞溅，有有效保证证和提高焊接质质量；焊焊接完成成信号发发出后可可更快打打开焊钳钳；减少少电极更更换及修修磨时间间；换枪枪、电极极修磨及及更换后后快速标标定。（2）提高焊焊接质量量软接触触可实

9、现现极少的产产品冲击击，还可可以减小小噪声；高精确确度的可可重复性性加压；焊接中中精确恒恒压控制制；焊接接过程中中压力可可实现调调整；更更稳定的的电极管管理及控控制等。相对气动焊枪枪，伺服服焊枪的的渐进和和预压过过程是影影响焊接接效率的的两个关关键阶段段。可编编程电极极行程和和速度可可以缩短短同一工工位上多多个焊点点的渐进进时间，也可以以提高焊接生产产率。以以预压为为例进行行分析，图2所示为气气动焊枪枪和伺服服焊枪在在焊接过过程中电电极力的的变化，假定达达到设定定预压力力，电极极力将保保持恒定定。如表表所示，伺服焊焊枪焊接接的一个个焊点可可节省0.44s，以一台台轿车约约35005000个焊点

10、为为例，将将节省2637min的焊接时时间，生生产率得得到极大大提高，车车身焊装装线的生生产能力力大大提提升。图图2气动焊枪枪和伺服服焊枪在在焊接过过程中电电极力的的变化气气动焊机机和伺服服焊枪的的预压时时间对比比弧焊机机器人系系统汽车车车身结构构的特点点决定了了车身制制造离不不开弧焊焊技术。传统手手工弧焊焊焊接时时的火花花及烟雾雾对人体体造成危危害较大大，工作作环境恶恶劣，且且对工人人技能要要求更高高，焊缝质量一一致性差差，波动动也较大大。特别别是汽车车的重要要结构安安全件，其焊接接质量对对汽车的的安全性性起着决决定性的的作用，因此整整车厂有有逐步采采用自动动化弧焊焊机器人替代手手工方式式的

11、趋势势。图3弧焊机器器人系统统对车身身弧焊机机器人工工作站的的设计规规划应首首先考虑虑是否满满足生产产纲领、工作站站的柔性性和焊接接质量，以及机机器人及焊枪枪的选型型及电控控设计。具体内内容包括括：机器器人系统统设计参参数包括括有效载载荷、轴轴数、各各轴的自自由度范范围及控控制系统统等。机机器人工工作范围围及姿态态，充分考虑车车身形式式和弧焊焊点位置置、夹具具形式。通过3D设计模型型仿真模模拟干涉涉危险点点的焊接接，对焊焊枪及夹夹具的形形状、机机器人操操作位置置等进行行反复修修改，确确定方案再再进行可可行性论论证及设设计修正正。确定定机器人人的高度度及与前前后左右右距离，确保所所有弧焊焊点机器

12、器人焊枪枪可达。进行优优化设计计最可靠靠的方法法是通过过机器人仿真软软件模拟拟实际的的焊接工工作，具具体方法法是加入入工位夹夹具、工工件及焊焊枪的3D模型，在在虚拟环环境进行行工作站站的装配配和调试试，路径径模拟，发现是是否干涉涉，以此调调整各部部分的相相对尺寸寸达到最最佳。工工艺时序序设计，控制流流程图设设计。弧弧焊机器器人工作作站的设设备构成成包括弧弧焊机器器人、机机器人控控制器、焊机、清枪系统、输输送系统统、焊接接夹具、排烟除除尘设备备、安全全防护网网、弧光光遮挡帘帘和水电电气单元元等。上上汽乘用用车公司司南京基基地荣威威350/MG5车型生产产线采用用了4台日本FANUC公司的弧弧焊机器器人及奥奥地利Fronius公司先进进的CMT焊机系统统（具备备“冷”金属过过渡焊接接技术）。CMT焊接技术术系统的特点是是：作为为完全的的“冷”技术，近乎无无电流状状态下的的熔滴过过渡，低低热输入入量；能能够进行行薄板/超薄板焊焊接；确确保无飞飞溅过渡渡，减少少了焊后后清理工工作；引弧可可靠，良良好的搭搭桥能力力使得焊焊接过程程操作容容易；焊焊接过程程送丝稳稳定，焊焊接工艺艺专家数数据库化化，简化化缩短工工艺调试试过程等等。结