通過機(jī)器人焊接生產(chǎn)線優(yōu)化汽車座椅骨架焊接工藝

湯斌根

江鈴汽車集團(tuán)奧威汽車零部件有限公司 江西省南昌市 330000

1 引言

汽車座椅是車身內(nèi)部重要的裝置之一，其重要功能是為駕駛員及乘客提供便于操作、舒適而安全的駕駛位置，為乘客提供舒適、安全的乘坐空間；座椅骨架作為汽車座椅的核心部件之一，其基本結(jié)構(gòu)主要為鈑金結(jié)構(gòu)或管框結(jié)構(gòu)；采用機(jī)器人焊接可以保證座椅骨架良好的焊接成形和焊接強(qiáng)度，優(yōu)質(zhì)的焊接夾具可以保證座椅骨架的尺寸精度，大批量生產(chǎn)還可以保證焊接出來的產(chǎn)品具有良好的一致性，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠提供品質(zhì)合格座椅骨架，滿足其裝車精度及強(qiáng)度要求。

隨著汽車零部件市場競爭的日益加劇和商務(wù)車座椅骨架生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在該領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人焊接已成為大勢所趨。

2 在建立機(jī)器人焊接生產(chǎn)線前全順VE83雙人副司機(jī)座椅骨架K3焊接工段的狀況

（1）在建立機(jī)器人焊接生產(chǎn)線前車間全順VE83雙人副司機(jī)座椅骨架K3焊接工段由分散排列式的焊接工位組成，并全部采用CO2人工焊接。（見下圖1）

（2）各焊接工位所采用的焊接夾具也均為人工焊接夾具。

（3）所焊產(chǎn)品焊縫以座椅骨架上的頭枕板為例，盡管焊縫熔深也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但一致性較差，且焊縫的外觀質(zhì)量也有待改善。

（4）人工焊接時由于沒有運(yùn)用合理的分序焊接，所以無法進(jìn)行連線生產(chǎn)，各工序節(jié)拍（見下表1）。

3 焊接生產(chǎn)線優(yōu)化前的焊接工藝分析

3.1 工藝分析

K3座椅骨架為全順VE83雙人副司機(jī)座椅骨架（見下圖3），機(jī)器人焊接生產(chǎn)線仍采用CO2氣體保護(hù)焊接方式，焊接機(jī)器人選用日本松下四套TM1400機(jī)器人，四套350GR3焊接電源，配合定制六套焊接夾具和一套物流系統(tǒng)及一套周邊附件。

通過詳細(xì)分析工件各個散件間的相互裝配關(guān)系、尺寸精度要求、焊縫長度及位置特點(diǎn)，結(jié)合各工件的焊接工作量及機(jī)器人的工作效率，進(jìn)行焊接工序分析。

圖1

表1

圖3

3.2 節(jié)拍計(jì)算

節(jié)拍計(jì)算基準(zhǔn)：機(jī)器人焊接速度600mm/min，每條焊縫的起、收弧時間均為1s，每條焊縫的跳轉(zhuǎn)時間0.6s，部分焊縫需要分段焊接?；剞D(zhuǎn)變位機(jī)變?yōu)闀r間10S/180°（翻轉(zhuǎn)變位機(jī)變?yōu)闀r間3S/180°） ，循環(huán)清槍時間4S左右。計(jì)算節(jié)拍為：

弧焊機(jī)器人1#工作站：

弧焊機(jī)器人2#工作站：

弧焊機(jī)器人3#工作站：

以3#工作站為例，工作節(jié)拍計(jì)算過程（見下表2）

4 工藝優(yōu)化過程

首先是建立三個連線的機(jī)器人焊接工作站：K3座椅骨架生產(chǎn)線由兩個天吊單機(jī)器人（TM1400）+大回轉(zhuǎn)+雙工位翻轉(zhuǎn)工作站和一個天吊雙機(jī)器人（TM1400）+大回轉(zhuǎn)+雙工位翻轉(zhuǎn)工作站及物流系統(tǒng)構(gòu)成；見下布局圖4：

圖4

4.1 焊接機(jī)器人工作站特點(diǎn)：

（1）符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷、省力，減輕操作者勞動強(qiáng)度。（2）夾具定位元件的多個自由度都可方便、精確調(diào)整使其保持高精度，確保工件高質(zhì)量。（3）機(jī)器人工作站內(nèi)設(shè)兩個工位，當(dāng)機(jī)器人在工位一焊接時，操作者在工位二裝件；當(dāng)機(jī)器人在工位二焊接時，操作者在工位一裝卸件；如此循環(huán)，從而保證機(jī)器人一直在焊接狀態(tài)，充分利用機(jī)器人，提高效率；工作站采用機(jī)器人+大回轉(zhuǎn)+雙工位布局，夾具與變位機(jī)連接方式為柔性連接，便于夾具的互換。（4）機(jī)器人工作站四周配置防護(hù)欄或遮光板，可避免弧光和飛濺造成的傷害。（5）由PLC組成的控制系統(tǒng)靈敏可靠、故障少，且操作和維護(hù)方便。

表2

4.2 焊接機(jī)器人工作站焊接夾具的特點(diǎn)

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)平滑三維焊縫的一次性焊接；（2）可以實(shí)現(xiàn)與兩臺機(jī)器人的焊接配合，并實(shí)現(xiàn)對焊槍位置的判斷；（3）夾具與焊槍中間不會發(fā)生任何碰撞；（4）確保了運(yùn)動過程中制件位置的準(zhǔn)確性及焊接過程中焊槍與制件良好的接近性；（5）確保了各工位焊接工作完畢后對焊接變形的控制；（6）能保證焊接過程中盡可能實(shí)現(xiàn)平焊狀態(tài)。

4.3 焊接機(jī)器人工作站物流系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）物流系列生產(chǎn)線物流系統(tǒng)主要由物流存放架及天吊物流構(gòu)成；（2）物流存放架用來進(jìn)行工件的存儲，其在生產(chǎn)線上布置的具體位置見布局圖5；（3）天吊物流用來進(jìn)行工件的運(yùn)輸，將上一工序的工件輸送到下一工序，起到承上啟下的作用，其在生產(chǎn)先上布置的具體位置見前面的布局圖5。

4.4 具體操作流程

（1）操作者在工位一裝件，完成后，按下預(yù)約啟動按鈕，大回轉(zhuǎn)將工位一回轉(zhuǎn)至機(jī)器人焊接位置，機(jī)器人開始工位一的焊接；

（2）在機(jī)器人焊接第一工位工件的同時，操作者進(jìn)行第二工位裝（卸）工件，裝完件后操作者退出，按下第二工位的預(yù)約啟動按鈕；只要機(jī)器人完成第一工位工件的焊接，大回轉(zhuǎn)會將工位二回轉(zhuǎn)至機(jī)器人焊接位置，機(jī)器人開始工位二的焊接。

（3）當(dāng)機(jī)器人在工位二進(jìn)行焊接時，操作者在工位一裝（卸）件，完成后按下預(yù)約啟動按鈕，當(dāng)機(jī)器人完成工位二工件的焊接時，大回轉(zhuǎn)會將工位一回轉(zhuǎn)至機(jī)器人焊接位置，機(jī)器人開始工位一的焊接。

（4）如此循環(huán)往復(fù)工作，工件裝卸時間可與焊接時間重合，以提高生產(chǎn)效率，每個工作站配備一名操作工。

5 工藝優(yōu)化后的結(jié)果

5.1 工藝優(yōu)化后的各弧焊工作站焊接夾

具均為模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化焊接夾具，定位準(zhǔn)確，使用方便，結(jié)構(gòu)輕便合理；見下圖5

圖5

5.2 工藝優(yōu)化后的各工序節(jié)拍見下表3

通過用表3對比前面的表1可以看出：單臺工時節(jié)拍已由原來的12′24″縮短到了現(xiàn)在的6′28″；所以單班產(chǎn)能（按每班8小時計(jì)算）已經(jīng)由原來的38臺提高到了現(xiàn)在的74臺。

5.3 座椅骨架腳板裝車孔位合格率的提高

由于焊接機(jī)器人工作站焊接夾具在充分考慮產(chǎn)品工藝性的同時，合理選擇了受力點(diǎn)及夾緊件的結(jié)構(gòu)，從而確保了零件的焊接精度，抑制了零件的焊接變形；經(jīng)驗(yàn)證，座椅骨架腳板裝車孔位對檢具的一次合格率（FTT）。

已由原來的65%提高到了現(xiàn)在的100%。（見下表4）。

4.4 座椅骨架焊縫外觀質(zhì)量的提高

以座椅骨架頭枕板上的焊縫為例，工藝優(yōu)化后的焊縫外觀質(zhì)量明顯優(yōu)于工藝優(yōu)化前的。（見下圖6）

5.5 座椅骨架的焊縫熔深均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求

以座椅骨架腳板位置的焊縫為例，焊縫熔深不僅能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且一致性較好；見下表5：

圖6

6 結(jié)語

6.1 優(yōu)化后的機(jī)器人焊接生產(chǎn)線單件工作節(jié)拍縮短，提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，效益比優(yōu)化前明顯提高；

6.2 機(jī)器人焊接的一致性和穩(wěn)定性克服了人為因素帶來的不足，使座椅骨架焊縫成形美觀，質(zhì)量符合顧客要求；

6.3 由于機(jī)器人專用的剛性焊接夾具能有效地控制零件的焊接變形，從而使腳板孔位等關(guān)鍵尺寸的合格率提高到了100%；

6.4 生產(chǎn)線上各機(jī)器人弧焊工作單元均采用半封閉式工作站模式，焊槍沿固定軌跡焊接完全依賴于焊接機(jī)器人，操作工主要進(jìn)行裝件和卸件操作，從而減輕了員工的勞動強(qiáng)度，同時降低了焊接煙塵對對員工健康的影響，并改善了作業(yè)環(huán)境；

6.5 通過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，機(jī)器人焊接生產(chǎn)線上的各機(jī)器人弧焊工作單元運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)效益得到了提升。

表3

表4

表5