車身車間焊接機(jī)器人的運(yùn)用

1、武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院1.畢業(yè)論文題目車身車間焊接機(jī)器人的運(yùn)用汽車運(yùn)用工程系汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)11級 也班學(xué) 號 1297812010288姓 名指導(dǎo)老師成 績完成日期 2014 年 12 月摘 要3一、機(jī)器人焊接的優(yōu)點(diǎn)3二、汽車車身焊接生產(chǎn)線綜述3三、機(jī)器人應(yīng)用中存在的問題措施5四、焊接機(jī)器人應(yīng)用中的焦點(diǎn)問題6五、汽車車身焊接的發(fā)展趨勢7六、結(jié)束語9八、參考文獻(xiàn)9淺析汽車車身焊接機(jī)器人的運(yùn)用趙宇明（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北武漢430205）扌商 要：機(jī)器人焊接裝配線是汽車車身焊接裝配車間的一個非常重要的組 成部分，是一個汽車制造廠車身焊接工藝水平的體現(xiàn)，在一定程度上也是一個國 家汽車制造

2、技術(shù)的標(biāo)志。機(jī)器人焊裝線的應(yīng)用，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了 勞動生產(chǎn)率，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，并口大大提高了車身制造水平，是國內(nèi)汽車行業(yè) 發(fā)展的必然趨勢。關(guān)鍵詞：機(jī)器人；焊接；車身；制造；汽車現(xiàn)代汽車制造發(fā)展要求設(shè)備的自動化，產(chǎn)品的批量化，人機(jī)結(jié)合的合理化， 生產(chǎn)效率的最大化以及勞動強(qiáng)度的消減化，使得焊接機(jī)器人的應(yīng)用得到大力推廣, 不僅提升了生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)，而且有效提高生產(chǎn)節(jié)拍。機(jī)器人焊接的優(yōu)點(diǎn)焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段。但是，焊接煙 塵、金屬飛濺的存在，致使焊接的工作環(huán)境非常惡劣。同吋，在車身裝焊車間， 點(diǎn)焊人工焊鉗的應(yīng)用，為工人操作帶來不便，加大了工人的勞動強(qiáng)度。

3、因此， 在車身焊裝車間廣泛采用機(jī)器人焊接，不僅可使工人遠(yuǎn)離焊接煙塵和飛濺，而且 可以使工人不用再搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，讓工人從高強(qiáng)度的體力勞動屮解脫出來 0工業(yè)機(jī)器人是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，通過對機(jī)器人進(jìn)行動作示教使 其實(shí)現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)，即所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人，現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人差不多 都采用這種控制方式。常用機(jī)器人為獨(dú)立多關(guān)節(jié)型，具備六個基本軸數(shù)，可以通 過外部附加軸來實(shí)現(xiàn)更大范圍的作業(yè)。機(jī)器人不僅能進(jìn)行復(fù)雜的工藝操作、適應(yīng) 惡劣的工作環(huán)境，取代笨重、單調(diào)、重復(fù)的人工體力勞動，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高 工效、節(jié)約能源、安全生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動化大規(guī)模生產(chǎn)，述能通過機(jī)器人程序 調(diào)整及更換機(jī)械手

4、等更改迅速組成柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，特別適宜于多車型和多品種 共線生產(chǎn)需要，產(chǎn)品換型上馬快、周期短、應(yīng)變能力強(qiáng)。汽車車身焊接生產(chǎn)線綜述汽車車身焊接生產(chǎn)線是指通過焊裝工藝完成完整產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)線，通常包 括輔助設(shè)備、傳輸設(shè)備、焊接設(shè)備等。具體包括以下部分：車身焊裝夾具焊裝夾具主要對焊接薄板沖壓件進(jìn)行可靠定位與夾緊，保證車身齊部分有正 確的相互位置及幾何形狀、保證車身裝配焊接工藝的止常進(jìn)行。汽車車身焊裝夾 具是隨汽車的大規(guī)模生產(chǎn)而發(fā)展起來的，是汽車焊裝的必須裝備。隨著汽車性能 和生產(chǎn)自動化水平的提高，對汽車車身焊裝夾具的要求也越來越高。車身焊裝夾 具根據(jù)自動化程度和使用的要求，主要有手動夾具和氣動夾具兩種

5、，根據(jù)控制方 式的不同，氣動夾具又可分為氣控、電控兩種形式。一般情況下，焊裝夾具由定 位元件、夾緊元件及支撐機(jī)構(gòu)等部分組成。二' 傳輸裝置傳輸裝置在車身生產(chǎn)線屮負(fù)責(zé)各組合部件的對接，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的必不 可少的設(shè)備。傳輸裝置的種類很多，根據(jù)車間情況可以采取不同的方式。大致可 以分為：空中運(yùn)輸式如連續(xù)式懸掛鏈、用于間歇生產(chǎn)的自行葫蘆懸掛線等；地而 運(yùn)輸式如地面鏈、板式鏈等；機(jī)器手等。由于傳輸裝置在生產(chǎn)屮的重要作用，它 的工作效率直接影響著整個生產(chǎn)線。因此，傳輸裝置自動化程度將直接代表著整 個焊裝線的自動化程度。三、焊接設(shè)備焊接設(shè)備主要負(fù)責(zé)對整個車身覆蓋件進(jìn)行分塊連接的作用。目前，汽車生

6、產(chǎn) 過程中所使用的焊接設(shè)備主要包括點(diǎn)焊焊槍，凸焊設(shè)備，縫焊設(shè)備等。就整個汽 車車身焊裝線而言，它大體包括車身側(cè)圉總成線、車身門蓋總成線、底板總成線、 車身焊裝主線等。其中每部分又有相應(yīng)的主線、子線、左右對稱線和獨(dú)立島。根 據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、自動化程度及生產(chǎn)方式等的不同，每條線又分為若干個工位；各工 位間通過傳輸裝置連為一體，每工位負(fù)責(zé)完成一部分工作。其中，電阻焊是國內(nèi) 車身焊接所采用的主要的焊接方式。電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用 下并利用電流通過工件時所產(chǎn)生的電阻熱將兩工件之間的接觸表而熔化而實(shí)現(xiàn) 連接的焊接方法。在車身焊接生產(chǎn)中大量采用了電阻點(diǎn)焊，焊點(diǎn)數(shù)多達(dá)數(shù)千個。 電阻焊主要有以下幾類

7、：a. 懸掛式點(diǎn)焊機(jī)。目前車身焊裝生產(chǎn)線上的主要設(shè)備。一個車身焊裝車間 一.般有200-300臺懸掛式點(diǎn)焊機(jī)，用于車身的各個部位的裝配點(diǎn)焊，特別焊接 位置復(fù)雜多變的部件。b. 點(diǎn)焊機(jī)器人。為了適應(yīng)現(xiàn)代汽車產(chǎn)品多樣化生產(chǎn)的需要，提高車身焊裝 生產(chǎn)線的自動化程度，減輕操作者的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，保證焊接質(zhì)量， 在現(xiàn)代化的車身焊接生產(chǎn)線上，采用點(diǎn)焊機(jī)器人代替笨重的懸掛式點(diǎn)焊機(jī)，以解 放人的單調(diào)、重復(fù)、長時間的強(qiáng)體力勞動。比如法國雷諾汽車公司與日本日產(chǎn)汽 車公司都采用了全機(jī)器人的駕駛室焊裝線。駕駛室的裝配、涂膠、點(diǎn)焊全部由機(jī) 器人完成。c. 多點(diǎn)焊機(jī)。其冃的是為了提高生產(chǎn)效率，減小焊接變形。在車身

8、焊裝生 產(chǎn)線上，車身底板的點(diǎn)焊裝配多采用多點(diǎn)焊機(jī)，例如德國的奧迪bmw的車身底板 自動化焊裝線。點(diǎn)焊機(jī)器人和多點(diǎn)焊機(jī)在口車身生產(chǎn)線上所占的比例體現(xiàn)了該生 產(chǎn)線的自動化程度。例如，上海大眾“帕薩特車身焊裝線上，共采用294臺懸 掛式點(diǎn)焊機(jī)，61臺點(diǎn)焊機(jī)器人；而德國大眾“帕薩特車身焊裝線上，在總共有 3594個電阻焊焊點(diǎn)中，僅有40點(diǎn)是通過手工焊接的，其余都是通過機(jī)器人或多 點(diǎn)焊機(jī)焊接的。d. 現(xiàn)代點(diǎn)焊機(jī)器人。通常由機(jī)器人本體操作機(jī)、點(diǎn)焊鉗、控制器等幾部分 組成?，F(xiàn)代點(diǎn)焊機(jī)器人采用逆變一體式點(diǎn)焊鉗，大大降低了機(jī)器人體積和質(zhì)量， 具有控制精度高、響應(yīng)速度快、節(jié)能、焊接工藝性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)。近年來出現(xiàn)

9、 了伺服式點(diǎn)焊鉗(槍)，采用新型電極馭動機(jī)構(gòu)作伺服馬達(dá)進(jìn)行位置反饋。當(dāng)機(jī)器 人運(yùn)行時，機(jī)器人控制伺服鉗作為其輔助軸之一，實(shí)現(xiàn)電極加壓軟接觸和電極壓 力實(shí)時調(diào)節(jié)，在與焊接電流最佳配合后，消除飛濺，顯著提高了點(diǎn)焊質(zhì)量。這種 m0t0man點(diǎn)焊機(jī)器人已在口本、美國和歐洲獲得應(yīng)用。而柔性化機(jī)器人或柔性化 機(jī)器人焊接系統(tǒng)采用多種焊鉗的自動快速更換技術(shù)，以適應(yīng)焊裝線的少批量多品 種生產(chǎn)。為集中管理和控制焊接質(zhì)量，設(shè)計了自動化的焊接質(zhì)量和產(chǎn)量控制系統(tǒng), 如機(jī)器人二維激光視覺系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z像控制系統(tǒng)、射線質(zhì)量檢測系統(tǒng)等。而借助 于cae, cam獲取焊件構(gòu)造、焊接條件和機(jī)器人機(jī)構(gòu)等信息的新型離線示教機(jī)器 人取代

10、原再現(xiàn)式點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)，來選定焊鉗、配置機(jī)器人進(jìn)行離線示教，示教 時間短，焊接質(zhì)量更穩(wěn)定。點(diǎn)焊機(jī)器人在國外汽車生產(chǎn)屮的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如美 國通用汽車公司車身底部、側(cè)部、車頂及車架龍門系統(tǒng)的焊接，同本三菱汽車公 司底板、側(cè)圍及車身總成的焊接，德國福特汽車公司底板、側(cè)圍、車門及翼板的 焊接，機(jī)器人焊點(diǎn)占焊點(diǎn)總數(shù)的80%'-90%。近年來，國外許多汽車生產(chǎn)企業(yè) 已將中頻點(diǎn)焊機(jī)器人和伺服點(diǎn)焊機(jī)器人應(yīng)用于轎車口車身裝焊線。焊接機(jī)器人應(yīng)用中存在的問題和解決措施一、焊接缺陷分析及處理機(jī)器人焊接采用的是富氮混合氣體保護(hù)焊，焊接過程中岀現(xiàn)的焊接缺陷一般 有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析如下：(1) 出

11、現(xiàn)焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現(xiàn)問題。這時，要考 慮tcp(焊槍中心點(diǎn)位置)是否準(zhǔn)確，并加以調(diào)整。如果頻繁岀現(xiàn)這種情況就要檢 查一下(2) 出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當(dāng)調(diào) 整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的相對位置。(3) 出現(xiàn)氣孔可能為氣體保護(hù)差、工件的底漆太厚或者保護(hù)氣不夠干燥，進(jìn)行 相應(yīng)的調(diào)整就可以處理。(4) 飛濺過多可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長， 可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來調(diào)整混合氣體比例， 調(diào)整焊槍與工件的相對位置。(5) 焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑，編程時在工

12、作步中添加埋弧坑功能，可以 將其填滿。二' 機(jī)器人故障分析與處理在焊接過程中機(jī)器人系統(tǒng)遇到一些故障，常見的有以下幾種：(1) 發(fā)生撞槍。可能是由于工件組裝發(fā)生偏差或焊槍的tcp不準(zhǔn)確，可檢查 裝配情況或修正焊槍tcpo(2) 岀現(xiàn)電弧故障，不能引弧。可能是由于焊絲沒有接觸到工件或工藝參數(shù) 太小，可手動送絲，調(diào)整焊槍與焊縫的距離，或者適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。(3) 保護(hù)氣監(jiān)控報警。冷卻水或保護(hù)氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護(hù)氣 管路。焊接機(jī)器人應(yīng)用中的焦點(diǎn)問題雖說焊接機(jī)器人在汽車制造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，不僅汽車焊接質(zhì)量得到 了極大改善，而且有效提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)效率。但目前焊接機(jī)器人在汽車

13、制 造生產(chǎn)中的應(yīng)用仍有諸多問題有待解決，以下就幾個方面的問題做一討論。一、焊接機(jī)器人在線示教問題對于示教再現(xiàn)型焊接機(jī)器人而言，如果在焊接時發(fā)生焊接位置偏移，必須停 止機(jī)器人乃至整個生產(chǎn)線的工作，進(jìn)行機(jī)器人在線示教后再現(xiàn)運(yùn)行，這個工作現(xiàn) 在需要占用大量的生產(chǎn)時間。這類問題還需進(jìn)一步研究解決。二、焊接機(jī)器人焊縫跟蹤問題目前，生產(chǎn)屮所用的示教再現(xiàn)型弧焊機(jī)器人在進(jìn)行弧焊時，大多數(shù)情況是不 能對焊縫進(jìn)行實(shí)時動態(tài)的跟蹤反饋，而實(shí)際焊縫與示教所用樣本焊縫必然存在著 細(xì)微的差異，這樣焊縫質(zhì)量就難以得到保證。這類問題還需進(jìn)一步研究解決。三、焊接機(jī)器人失位校正問題目前市場上所應(yīng)用的多數(shù)機(jī)器人產(chǎn)品，其軸的失位校正過

14、程均需耗費(fèi)比較長 的時間，對于流水化的自動生產(chǎn)線來說，其停機(jī)所造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。這 類問題還需進(jìn)一步研究解決。四、焊接機(jī)器人電器故障焊接機(jī)器人本體的機(jī)械可靠性相當(dāng)高，本體岀現(xiàn)機(jī)械故障的概率極小。相比 之下，機(jī)器人的電器控制系統(tǒng)的電器故障率卻非常高，最容易出現(xiàn)故障的部分是 驅(qū)動器的電路及元器件，此外接插件的故障頻率也相當(dāng)高。冃前國際上的機(jī)器人 控制電路集成化程度越來越高，控制技術(shù)的不斷進(jìn)步已使控制部分故障率大為降 低。但對于汽車制造屮的環(huán)境惡劣、作業(yè)強(qiáng)度極大、電壓波動較大的焊接作業(yè)來 說，還需進(jìn)一步研究解決。五、焊接機(jī)器人安全使用汽車車身焊裝生產(chǎn)線上的焊接機(jī)器人數(shù)量很大，有時在一個焊裝工位

15、上就有 多個焊接機(jī)器人，為了節(jié)省時間提高效率，同一工位上的多個機(jī)器人并行工作同 時運(yùn)行。因信號交換失謀而岀現(xiàn)的機(jī)器人與機(jī)器人碰撞、機(jī)器人與其它設(shè)備或障 礙物碰撞的事故時有發(fā)生。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)冃前機(jī)器人控制系統(tǒng)在處理信號交換時, 都采用外部i/o信號來交換彼此的工作狀態(tài)，信號檢測還只是以一個“點(diǎn)”的方 式測量，即在某一運(yùn)動程序行中，確認(rèn)某一個交換信號是否存在來決定機(jī)器人是 否繼續(xù)下面的工作，而不是在一個運(yùn)動區(qū)域屮持續(xù)檢測其它障礙物或機(jī)器人狀 態(tài)，這樣，一旦檢測過程結(jié)束而機(jī)器人的運(yùn)動軌跡發(fā)生錯謀或信號交換不正常時, 碰撞就發(fā)生了。這類問題還需進(jìn)一步研究解決。六、電路組態(tài)目前所有知名汽車廠家的汽車車身

16、焊裝生產(chǎn)線上都大量應(yīng)用了焊接機(jī)器人及 其他自動化設(shè)備，并通過離線編程以實(shí)現(xiàn)自動化與柔性化的車身焊裝生產(chǎn)。但帶 來的問題是，在生產(chǎn)現(xiàn)場，軟管、電纜掉落的到處都是，很容易被進(jìn)入現(xiàn)場的工 作人員或器械鉤住，以致發(fā)生故障或事故。從集成觀點(diǎn)看，這是因?yàn)闆]能很好的 進(jìn)行電路組態(tài)和建模。fi前比較可行的解決方法是為機(jī)器人配備集成外罩，避免 零部件線路外露隨處掉落的問題。但若要從根本上解決問題，還需在設(shè)計z初就 做好組態(tài)和建模工作，這是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。汽車車身焊接的發(fā)展趨勢目前，焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)正從傳統(tǒng)的單一焊接工序自動化向產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、 焊接過程、檢測、傳輸、管理等全系統(tǒng)自動化發(fā)展，從單臺穩(wěn)定焊接參數(shù)控制

17、向 多臺焊接質(zhì)量閉環(huán)控制和帶有智能的系統(tǒng)自動控制發(fā)展。其關(guān)鍵技術(shù)為：（1）帶有傳感器的ii動控制技術(shù)：高速、高響應(yīng)度，高精度的焊絲送給技 術(shù)；接觸和非接觸式的焊縫自動跟蹤技術(shù)；熔透和焊接質(zhì)量控制技術(shù)；高 適應(yīng)性、高能量、高精度焊接電源控制技術(shù)；能適應(yīng)各種焊接接頭盒各焊接空 間位置的焊接參數(shù)自適應(yīng)控制技術(shù)；各類焊縫的在線和焊后自動檢測技術(shù)。（2）系統(tǒng)技術(shù)：©cad/cam系統(tǒng)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)設(shè)計產(chǎn)品、焊接工藝并 能進(jìn)行機(jī)器人離線示教和i!動示教；焊接過程和焊接生產(chǎn)的仿真技術(shù)；焊接 生產(chǎn)的集成技術(shù)；計算機(jī)生產(chǎn)過程的分析和管理技術(shù)。（3）采用新工藝新技術(shù)。近年來，為了適應(yīng)汽車生產(chǎn)發(fā)展的需

18、要，不斷對焊接 新技術(shù)、新工藝進(jìn)行研究，以提高焊接自動化、機(jī)械化的水平，在接觸焊方面， 除了繼續(xù)擴(kuò)大接觸焊的應(yīng)用范圍外，大力發(fā)展多電焊（包括凸焊）和機(jī)器人點(diǎn)焊, 保證了焊點(diǎn)質(zhì)量，可方便的更換“焊接模胎”，解決了多點(diǎn)焊機(jī)的通用性并增加 t “柔性”，通過提高了氣源壓力（如用l2mpa的壓縮空氣），可完全取代液 壓動力源，減少環(huán)境污染，并采用數(shù)字控制氣缸，通過數(shù)控氣缸組合來得到焊槍 的移動，使之對焊接零件進(jìn)行多點(diǎn)焊接；在電弧焊方而，大力發(fā)展c02半自動和 全自動焊。同時還研究成功了激光焊、微弧等離子焊等特種焊，并在汽車生產(chǎn)屮 初步得到了應(yīng)用?？v觀整個汽車車身的焊接現(xiàn)狀為減輕車身重量，提高車身抗沖 擊強(qiáng)度，汽車生產(chǎn)中大量應(yīng)用高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼的使用，給車身件沖壓成形和 焊接都帶來了新課題。高強(qiáng)度鋼板無論是機(jī)械性能，還是化學(xué)成分或是顯微結(jié)構(gòu) 都與普通鋼板差別很大，給焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)。通常通過改進(jìn)優(yōu)化傳統(tǒng)點(diǎn) 焊工藝，采用脈沖點(diǎn)焊、中頻點(diǎn)焊等專有技術(shù)，增加焊接壓力、控制焊接過程， 以獲得性能良好的焊點(diǎn)質(zhì)量。不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢為：發(fā)展自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。而工業(yè) 機(jī)器人，因集自動化生產(chǎn)和