機器人柔性焊接生產(chǎn)線的應用

覃永

摘 要：本文以汽車下車體總成自動化焊接生產(chǎn)為例，闡述了車身焊接自動化線的形成原因，以及柔性焊接生產(chǎn)線的應用場合。從柔性焊接生產(chǎn)線的設計內(nèi)容出發(fā)，分別從柔性焊接夾具的技術要求、抓手設計以及機器人布置規(guī)則等方面論述。通過對下車體柔性焊接生產(chǎn)線的分析，對其設計要點進行研究，為自動化生產(chǎn)中工業(yè)機器人的使用奠定基礎。

關鍵詞：柔性生產(chǎn)線 焊接工裝 機器人

1 引言

隨著工業(yè)技術的進步，汽車制造的自動化已不可逆轉，尤其是在焊接方面，由于焊接質量可靠、工作效率高、重復率高的特點得到各大制造廠商的認可，應用已經(jīng)非常普遍[1]。邱瑋杰[2]設計了汽車零部件點焊機器人工作站。張英華[3]以汽車地板前側板構件總成為例，介紹了焊接機器人工作站的設計。傳統(tǒng)的大量重復生產(chǎn)的生產(chǎn)線已經(jīng)制約著汽車廠的更新速度，在這種情況下，規(guī)劃出一條既能提供焊接效率，同時又能加速迭代，保證焊接質量的機器人作業(yè)路線就顯得十分重要[4]。李占營[5]闡述了柔性焊裝線的特點和設計規(guī)劃需要考慮的因素，詳細介紹了目前集中不同的車身總拼夾具形式、特點及應用。羅琪等[6]闡述了原有的柔性線生產(chǎn)過程中節(jié)約維護成本，提高生產(chǎn)效率。汽車車身焊接車間，是整車框架完成的地點，其零部件多為超大、長、重的物件，這些物件的搬運與轉移工作是一項很繁重的任務，工業(yè)機器人取代人工進行物料的上件及轉移，不僅降低了工人的勞動強度，也提高了生產(chǎn)線的效率[7]。

2 車身柔性焊接工裝設計原因

隨著工業(yè)4.0的到來，車企的生產(chǎn)線發(fā)生變化：手工焊裝線向機器人自動生產(chǎn)線的轉變進而要求柔性生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的手工焊裝線分布在低節(jié)拍的生產(chǎn)線和分拼工位上。主要由鋼結構、水電氣、焊機、焊鉗、夾具、涂膠系統(tǒng)、螺柱焊系統(tǒng)、工位間轉運及輔助踏臺等組成。每個工位都需要定位單元，數(shù)量龐大。并且隨著車型增多，夾具數(shù)量巨大，需要有存放場地及倉庫，如圖1所示。自動化線采用機器人，伺服焊鉗，定位工裝，輸送設備，自動控制等設備組成。具有節(jié)拍高，焊接效率高等優(yōu)點，如圖2所示為自動化焊接車間。

3 柔性焊接生產(chǎn)線應用場合

實現(xiàn)不同車型的混流生產(chǎn)，減少設備投資，減少生產(chǎn)準備階段，車身精度改善。概念性設備：采用具有高可靠性的自動化生產(chǎn)線，關鍵工位要用有品質保證的設備?？紤]應付車型變更和車型追加設備的柔性化?？紤]對重的部件和復雜工作的傳輸方法。對易引起偏差的部件考慮設備的穩(wěn)定性。通過采用新技術，設計制造標準化設備維護性，品質改善，部件精度和生產(chǎn)率等問題。

該工位需要實現(xiàn)功能：（1）三個零件的物料從供應商送達現(xiàn)場后，放置在對中臺上，機器人從對中臺取件，放置到工位定位焊接拼臺。三個零件為車架在主要組成部件，分別為前車體（也稱前車架）、前地板（也稱中部地板）、后部下車體（也稱后車架）;（2）拼臺定位夾具對三個零件進行定位、夾緊;（3）機器人攜帶焊鉗對零件搭接處進行焊接;（4）機器人攜帶抓手對焊接后的車架總成進行搬運轉移;（5）該工位要可柔性，實現(xiàn)多個車型的車架定位、焊接、搬運，同平臺車型不需要切換定位夾具、焊鉗、抓手等;（6）預留抓件、夾具切換功能，后續(xù)新車型因差異過大導致夾具、抓手不能兼容時，可進行快速切換。

4 柔性焊接工裝設計內(nèi)容

柔性車身合拼焊接工位包含內(nèi)容：焊裝夾具，輸送裝置（抓手），焊接設備（伺服焊鉗），修模裝置，控制設備，機器人，切換裝置，水電氣供給系統(tǒng)，物流料箱、料架等等。

4.1 柔性夾具結構

柔性夾具結構大致與簡易夾具結構相同，主要結構包括定位夾緊機構（如連接塊，銷座，定位銷，壓塊）、支座、限位塊等功能件。如圖3所示為柔性夾具的結構示意圖。

柔性夾具不僅要滿足普通夾具的保證車身精度，減少裝夾誤差的要求，還能滿足不同零件的重復裝夾，達到減少項目投資成本，縮短項目周期的目的。

4.2 焊接機器人工位布置

根據(jù)經(jīng)驗機器人工位布置遵循以下幾條：（1）根據(jù)機器人6關節(jié)活動范圍及可達性，若機器人相互工作區(qū)域沒有共同區(qū)域，即工作期間不到達共同的空間，則以機器人活動可達范圍區(qū)分，將另外的機器人布置在可達范圍以外;（2）若機器人之間有交互區(qū)域，機器人相互間的距離不得小于1500mm，此時需要對機器人設置干涉區(qū);（3）若機器人工位與人工工位相鄰，則必須有安全隔離護欄，以提高安全性，機器人與圍欄的距離在機器人工作軌跡最接近圍欄的地方不得小于200mm。（4）機器人的站位不宜過高，根據(jù)車身廠房評估，不能與廠房上方設備干涉，且要人員可達便于維護;（5）控制柜要就近布置在機器人附近的圍欄外，便于機器人調試方便及減少機器人的通訊線長度。

4.3 定位銷設計

高精度薄板零件焊接前，需要對其進行裝夾定位，定位銷是其中一種定位元件。定位銷一般位于鈑金件定位孔內(nèi)，要求耐磨。它屬于高精度零件，通常使用定位銷尺寸有8＼10＼13＼16＼18＼20＼25。設計定位時，根據(jù)零件定位孔的大小，從推薦的標準里選取即可。下車體安裝定位銷的位置，通常選擇如圖4定位點區(qū)域。車身合拼工位是主要定位拼臺，是完成整個車架定位的關鍵基礎，其中主定位孔位于前后大梁上，零件（前地板）定位選取在零件與前后車架搭接處。

5 結語

汽車自動化焊裝生產(chǎn)線是在當今汽車智能制造發(fā)展的強勁需求下形成的，而高節(jié)拍柔性化生產(chǎn)線是當前自動化生產(chǎn)線的主流趨勢。高節(jié)拍柔性化生產(chǎn)線最顯著的優(yōu)勢就是適應多種汽車車型、靈活度高、占地面積集中，能大大提高焊裝生產(chǎn)線工藝流程的節(jié)拍速度，降低人力資本的投入，更適應了當今汽車市場車型更新?lián)Q代迅速的客觀需求。本文通過對汽車焊接柔性生產(chǎn)線的設計，從柔性焊接生產(chǎn)線的設計內(nèi)容出發(fā)，分別從柔性焊接夾具的技術要求、抓手設計以及機器人布置規(guī)則等方面論述。通過對下車體柔性焊接生產(chǎn)線的分析，對其設計要點進行研究，為自動化生產(chǎn)中工業(yè)機器人的使用奠定基礎。

6 展望

多品種、小批量是現(xiàn)階段汽車樣車開發(fā)的顯著特點。本文所開發(fā)的夾具結構，具備成本低、設計制造周期短、輕量化等特點，很好地實現(xiàn)了樣車車身的低成本、柔性化制造。但是柔性工作站的夾具目前只是同平臺的車型進行生產(chǎn)，不同平臺功能做了預留，能否很好的實現(xiàn)多平臺的車型柔性生產(chǎn)，還有待驗證。

參考文獻：

[1]單利華，劉曉晨，王玉光.汽車行業(yè)數(shù)字化車間技術探索[J].汽車實用技術，2017（10）：117-119.

[2]漆俊杰.轎車白車身焊裝生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃與布局設計[J].南方農(nóng)機，2018，49（12）：53.

[3]張英華.焊接機器人工作站的設計[J].電焊機，2014，44（08）：104-106. [4]秦承華，楊黃銳，張穎，熊瑋.汽車中通道焊接柔性生產(chǎn)線設計與應用[J].汽車零部件，2021（07）：85-88.

[5] 李占營，年雪山，魏迎旺.論轎車車身柔性焊裝線的規(guī)劃及應用[J].汽車工藝與材料，2010（09）：17-20.

[6]羅琪，李龍，張強.汽車總焊柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)優(yōu)化的研究[J].工程建設與設計，2018（S1）：132-135.

[7]葉坤.商用車國六后處理器機器人焊接生產(chǎn)線特點研究[J].電焊機，2020，50（03）：41-48+141-142.