試論焊接機(jī)器人在汽車(chē)焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

摘 要：隨著汽車(chē)制造工業(yè)的蓬勃發(fā)展，其對(duì)工作效率與工作質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展催生了新的汽車(chē)焊裝模式，就是運(yùn)用焊接機(jī)器人來(lái)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行焊裝，可以有效地減少工作失誤，提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。文章首先對(duì)德國(guó)制造的庫(kù)卡機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述與分析，并對(duì)庫(kù)卡機(jī)器人在汽車(chē)焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探討與研究。通過(guò)庫(kù)卡機(jī)器人在GA焊裝線(xiàn)中的布局與工作原理來(lái)展示了應(yīng)用焊接機(jī)器人對(duì)提升汽車(chē)焊裝效率的作用。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；汽車(chē)焊裝；應(yīng)用情況

引言

我國(guó)的焊裝工藝水平與機(jī)械自動(dòng)化程度跟國(guó)外相比，還是存在較大的差距。在汽車(chē)焊裝領(lǐng)域中，大部分為人工焊裝，在焊裝物流的輸送上面也主要以人工推送方式為主。當(dāng)前我國(guó)的大部分汽車(chē)生產(chǎn)廠家在焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上均采用人工焊接模式，進(jìn)而產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題。這些問(wèn)題主要集中在以下三個(gè)方面：首先是導(dǎo)致了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，不利于工人的身心健康。在進(jìn)行汽車(chē)焊裝時(shí)，工人需要鉆進(jìn)車(chē)身內(nèi)部進(jìn)行焊接側(cè)圍總成跟地板總成搭接與頂蓋橫梁焊點(diǎn)的工作。期間的工作強(qiáng)度較大，不利于工人的身體健康，而且在此期間雖然采用了較為先進(jìn)的防護(hù)措施，但工人的危險(xiǎn)系數(shù)還是比較高。其次就是當(dāng)前的汽車(chē)焊裝生產(chǎn)節(jié)拍較低，進(jìn)行人工焊接、搬運(yùn)與輸送的節(jié)拍效率僅為十六分鐘每臺(tái)。最后就是質(zhì)量問(wèn)題，由于所有的汽車(chē)焊裝程序都是經(jīng)由人工進(jìn)行操作完成的，因此，在實(shí)際工作過(guò)程中，就不可避免地會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的失誤。進(jìn)而影響了焊接的一致性與穩(wěn)定性，造成了產(chǎn)品種類(lèi)單一。影響了汽車(chē)焊裝的質(zhì)量，而且還滿(mǎn)足不了大批量生產(chǎn)的實(shí)際需求。

1 庫(kù)卡機(jī)器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

德國(guó)發(fā)明的庫(kù)卡機(jī)器人系統(tǒng)主要包括了兩個(gè)部分，分別是機(jī)器人與焊接設(shè)備。其中的庫(kù)卡機(jī)器人主要是由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及庫(kù)卡手持操作器所構(gòu)成。下面主要是對(duì)庫(kù)卡機(jī)器人的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述與分析。

1.1 庫(kù)卡機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)

庫(kù)卡機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)與機(jī)械手是由許多共同活動(dòng)、相互連接在一起的軸承所構(gòu)成的，我們通常將它稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈。現(xiàn)在主要是以六軸機(jī)器人為例，介紹它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。首先是六軸從下往上，分別存在一到六個(gè)軸，每個(gè)軸都可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)及前進(jìn)[1]。并且能夠被焊接設(shè)備的馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)，都帶有抱閘。這種組成結(jié)構(gòu)方式可以避免因?yàn)闄C(jī)器人突然斷電，從而導(dǎo)致機(jī)器人由于失去阻力，發(fā)生碰撞的現(xiàn)象。庫(kù)卡機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)零部件的主要組成材料是鑄鋼與鑄鋁，在一些特殊情況下也還可以使用碳纖維材料的零部件。減速器與機(jī)械手的各個(gè)部件將伺服電機(jī)連接在了一起。

1.2 庫(kù)卡機(jī)器人的控制系統(tǒng)

當(dāng)前的機(jī)器人控制系統(tǒng)主要是由伺服電機(jī)來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)的，但伺服電機(jī)又被（V）KRC4控制系統(tǒng)所控制。（V）KRC4控制系統(tǒng)最多可以控制六個(gè)機(jī)器人軸跟兩個(gè)附加的外部軸，就像是附加坦克鏈的第七軸跟電極帽自動(dòng)修磨器。

1.3 庫(kù)卡機(jī)器人手持操作器

庫(kù)卡機(jī)器人的主要操作都要通過(guò)手持操作器來(lái)完成，而且汽車(chē)焊裝中所有的焊接與試教都要經(jīng)過(guò)庫(kù)卡手持操作器來(lái)進(jìn)行。

2 庫(kù)卡機(jī)器人在GA焊裝線(xiàn)中的布局與工作原理

一般的汽車(chē)生產(chǎn)廠家的GA轎車(chē)焊裝庫(kù)卡機(jī)器人的工藝布局為：主焊線(xiàn)總共由九個(gè)工位組成，主要采用輥床、滑撬自動(dòng)輸送，以及滑撬前進(jìn)和后退往返運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生工藝。在總拼工位中，總共設(shè)有五臺(tái)六軸高精度的庫(kù)卡焊接機(jī)器人、五個(gè)機(jī)器人焊鉗電極帽自動(dòng)修磨器等其它一些附屬設(shè)備[2]。在進(jìn)行總拼前，需要對(duì)左右側(cè)圍總成、地板總成、后橫梁預(yù)裝及頂蓋前進(jìn)行安裝完成后，才能按下完成按鈕，從而將電氣信號(hào)傳輸給輥床。待輥床在上升到合適的位置以后，再將電氣信號(hào)傳輸給滑撬電機(jī)?；藥?dòng)車(chē)身輸送到總拼工位，輸送到位后，再將信號(hào)回傳到輥床上并下降。

3 應(yīng)用焊接機(jī)器人對(duì)汽車(chē)進(jìn)行焊裝的作用

3.1 有效緩解工作強(qiáng)度過(guò)大的問(wèn)題

應(yīng)用焊接機(jī)器人對(duì)汽車(chē)進(jìn)行焊裝可以有效緩解工人工作強(qiáng)度過(guò)大的問(wèn)題。在對(duì)側(cè)圍總成進(jìn)行輪罩處跟地板總成搭接焊點(diǎn)時(shí)，如果使用人工焊接方式的話(huà)，就需要兩個(gè)工人來(lái)共同操作一把人工焊鉗，并且由于空間問(wèn)題，在進(jìn)行焊接時(shí)操作姿勢(shì)會(huì)比較困難[3]。由于側(cè)圍總成跟地板總成的搭接點(diǎn)在汽車(chē)的車(chē)身內(nèi)，因此，工人需要鉆進(jìn)車(chē)身里面來(lái)進(jìn)行車(chē)身焊接工作。但由于車(chē)身空間有限，因此，操作過(guò)程困難，而且容易引發(fā)安全事故，威脅到員工的生命健康。但如果采用焊接機(jī)器人來(lái)進(jìn)行汽車(chē)焊裝的話(huà)，就可以完全避免這種情況的發(fā)生。在降低工人工作強(qiáng)度的與事故發(fā)生率的同時(shí)，還能提高生產(chǎn)商的實(shí)際生產(chǎn)效率。

3.2 提高機(jī)器人的實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍

總拼工位一直是節(jié)拍提升的瓶頸工位，使用人工焊接的話(huà)，生產(chǎn)節(jié)拍效率較低。但如果采用機(jī)器人焊接對(duì)汽車(chē)進(jìn)行焊裝的話(huà)，就可以有效地提升節(jié)拍效率。這主要是由于機(jī)器人的操作比較靈活，因此，針對(duì)一些在人工焊接時(shí)很難實(shí)現(xiàn)的姿勢(shì)，焊接機(jī)器人可以輕而易舉地完成[4]。一臺(tái)機(jī)器人總共可以應(yīng)用兩到四把的焊鉗焊接，更能滿(mǎn)足在實(shí)際焊接過(guò)程中，對(duì)焊接位置的操作需求。與此同時(shí)，焊接機(jī)器人在經(jīng)過(guò)調(diào)整以后，可以使焊接優(yōu)勢(shì)達(dá)到最大化。進(jìn)而達(dá)到四分鐘每臺(tái)的生產(chǎn)節(jié)拍，而人工焊接的生產(chǎn)節(jié)拍則需要十六分鐘每臺(tái)。

3.3 提升焊接質(zhì)量

由于焊接機(jī)器人是應(yīng)用電腦進(jìn)行控制的，因此，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡非常精準(zhǔn)，可以使電極帽跟鈑件間良好地接觸。不會(huì)像人工焊接那樣，因?yàn)槿斯げ僮骷哟罅耸д`，從而使得在焊接過(guò)程中出現(xiàn)焊接分流、馬蹄點(diǎn)等焊接缺陷。根據(jù)焊接位置的不同，機(jī)器人在焊接參數(shù)的選取上面及電極帽的磨損頻率上面也大不相同。這時(shí)，就可以通過(guò)PLC程序來(lái)精準(zhǔn)地計(jì)算出所需的焊點(diǎn)數(shù)量。在完成焊點(diǎn)數(shù)量的設(shè)定以后，PLC會(huì)將相應(yīng)的信息反饋給機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)程序所設(shè)定的程序路徑來(lái)進(jìn)行修磨處理，更能保證焊接質(zhì)量。

3.4 實(shí)現(xiàn)總拼工位多車(chē)型共線(xiàn)生產(chǎn)

人工操作對(duì)汽車(chē)進(jìn)行焊裝會(huì)因?yàn)榭偲垂の桓鱾€(gè)車(chē)型的焊接方法不同，對(duì)焊接設(shè)備以及焊接參數(shù)的要求也不盡相同。因此，在同一工位的空間有限時(shí)，會(huì)對(duì)焊接設(shè)備的選型與引入發(fā)生爭(zhēng)議。應(yīng)用機(jī)器人焊接工藝可以充分發(fā)揮機(jī)器人的靈活性與柔性化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)總拼工位上可以進(jìn)行多個(gè)車(chē)型的生產(chǎn)焊裝[5]。當(dāng)前的汽車(chē)生產(chǎn)商正通過(guò)增設(shè)四面體工位來(lái)將自行小車(chē)?yán)瓌?dòng)四面體上的側(cè)圍總成夾具來(lái)輸送到總工位上的方法，實(shí)現(xiàn)可以生產(chǎn)四款不同的車(chē)型。除此之外，機(jī)器人焊接還可以跟多種型號(hào)的焊鉗相匹配，進(jìn)而可以解決因?yàn)檐?chē)型不同而焊接結(jié)構(gòu)不同、焊接空間狹小、焊鉗選取困難等的實(shí)際問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人民生活水平的不斷提高，人們的出行方式也在不斷改變。人們對(duì)汽車(chē)的認(rèn)識(shí)由以往的實(shí)用性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用性與美觀性并存，因此，人們對(duì)車(chē)身車(chē)型的要求也越來(lái)越高。人們對(duì)汽車(chē)審美需求的不斷變化，車(chē)身的匹配度也需要與時(shí)俱進(jìn)。采用焊接機(jī)器人工藝對(duì)汽車(chē)車(chē)身進(jìn)行人工焊接，可以有效解決因?yàn)槿斯ず附铀鶐?lái)的諸多不便。與此同時(shí)，還可以顯著提升對(duì)汽車(chē)的焊裝效率，進(jìn)而提高了汽車(chē)焊裝的質(zhì)量。為塑造企業(yè)良好的品牌形象奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)，從而強(qiáng)化公司的社會(huì)影響力。

參考文獻(xiàn)

[1]李鐵柱.焊接機(jī)器人在汽車(chē)焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].汽車(chē)零部件，2014，12：64-66.

[2]任小康.汽車(chē)焊裝中機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，9：8.

[3]李偉達(dá).淺析機(jī)器人焊接仿真在汽車(chē)焊裝中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?015，3：232.

[4]李勇.焊接機(jī)器人在汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用淺談[J].科技致富向?qū)В?015，15：149.

[5]趙君.機(jī)器人焊接仿真在汽車(chē)焊裝中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代零部件，2011，9：74-75.

作者簡(jiǎn)介：陳凱豐（1989-），男，江西南昌人，工作單位：江鈴汽車(chē)股份有限公司，職務(wù)：自動(dòng)化工程師，研究方向：自動(dòng)化焊接應(yīng)用/機(jī)器人焊接方向。