現(xiàn)代汽車(chē)制造技術(shù)的發(fā)展要求設(shè)備自動(dòng)化、產(chǎn)品批量化、人機(jī)結(jié)合合理化褐健、生產(chǎn)效率最大化以及勞動(dòng)強(qiáng)度消減化，使得工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用得到大力推廣澜汤，不僅提升了生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)蚜迅，有效提高了生產(chǎn)節(jié)拍，還可以降低人力成本俊抵，改善工作環(huán)境谁不，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高速柔性化生產(chǎn)。機(jī)器人弧焊提高了焊接質(zhì)量徽诲，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度刹帕，改善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，以其高柔性化谎替、高生產(chǎn)效率和高穩(wěn)定性在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用日漸普及偷溺，已經(jīng)成為柔性制造系統(tǒng)的重要組成部分。江淮汽車(chē)為適應(yīng)柔性化生產(chǎn)需求引入機(jī)器人弧焊技術(shù)，應(yīng)用于白車(chē)身焊接及儀表臺(tái)骨架焊接娱陈，不斷推動(dòng)公司工藝水平的進(jìn)步挥疲。

機(jī)器人弧焊技術(shù)特點(diǎn)
弧焊機(jī)器人具有焊接性能可靠、焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良雳誉、焊接參數(shù)調(diào)整方便饼贰、生產(chǎn)效率高和柔性好等特點(diǎn)，可焊接多種多樣的產(chǎn)品各祠，能靈活調(diào)整生產(chǎn)安排铆性。但焊接過(guò)程受多種條件的制約是一個(gè)復(fù)雜的工藝工程，機(jī)器人弧焊的應(yīng)用也存在一定的弊端移蔼。
1． 機(jī)器人弧焊優(yōu)點(diǎn)
機(jī)器人弧焊因其自身的特點(diǎn)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用日趨普及，機(jī)器人弧焊與手工弧焊相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)漩判，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
（1）高柔性化 一套機(jī)器人弧焊系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器人程序的設(shè)定可滿足多種車(chē)型的弧焊需求备饭，江淮汽車(chē)某焊裝線實(shí)現(xiàn)了S5、A30和S3三種車(chē)型的白車(chē)身弧焊摘沥，節(jié)約投資成本的同時(shí)極大地縮短了調(diào)試周期幼健。
（2）高生產(chǎn)效率 相比于手工弧焊，機(jī)器人弧焊擁有快速的起弧/收弧功能及焊接速度熊镣，機(jī)器人弧焊縫焊速度可達(dá)8mm/s卑雁，塞焊速度可達(dá)1.5點(diǎn)/s，與傳統(tǒng)的手工弧焊相比可提高30%的生產(chǎn)效率绪囱。
（3）高穩(wěn)定性 弧焊屬于特殊工種测蹲，人工弧焊無(wú)法有效地保證焊縫的焊接質(zhì)量，容易出現(xiàn)咬邊鬼吵、燒穿和余溫過(guò)高等焊接缺陷扣甲。機(jī)器人弧焊穩(wěn)定性強(qiáng)，弧焊精度可控制在0.1mm齿椅，能很好地滿足焊接質(zhì)量要求及一致性要求琉挖。
（4）高環(huán)保性：弧焊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體、煙霧和強(qiáng)光等涣脚，汽車(chē)批量生產(chǎn)時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染車(chē)間環(huán)境示辈，給操作人員健康帶來(lái)極大的隱患。機(jī)器人弧焊取代人工焊接可有效改善作業(yè)環(huán)境遣蚀，同時(shí)通過(guò)煙塵中央凈化系統(tǒng)的應(yīng)用矾麻，滿足焊接區(qū)域焊接時(shí)煙塵的吸收過(guò)濾及凈化。圖1所示為弧焊除塵系統(tǒng)平面布局圖善答。

圖1 弧焊除塵系統(tǒng)平面布局

2．機(jī)器人弧焊缺點(diǎn)
相比于優(yōu)點(diǎn)今捕，機(jī)器人弧焊的缺點(diǎn)也較為明顯，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
（1）弧焊變形問(wèn)題 弧焊過(guò)程熱量釋放大，機(jī)器人弧焊焊接速度快希咒，短時(shí)間內(nèi)受熱過(guò)大會(huì)產(chǎn)生熱量集中從而導(dǎo)致板件變形透格，無(wú)法滿足焊縫質(zhì)量要求。
（2）對(duì)焊接部件精度要求高 機(jī)器人弧焊對(duì)焊接部件精度及一致性要求高顺良，零件配合的搭接間隙需≤0.2mm韭拙，焊縫位置公差需控制在±0.5mm以內(nèi)，同時(shí)要求工件表面無(wú)油污些栅、生銹等祥扒。
（3）弧焊引弧熄弧問(wèn)題 機(jī)器人弧焊引弧熄弧過(guò)程中易發(fā)生引弧失敗及焊絲粘絲等問(wèn)題，影響弧焊質(zhì)量及生產(chǎn)效率至沸。
以上問(wèn)題是機(jī)器人弧焊在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用所面臨的一些挑戰(zhàn)鼻蟆，也使其在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定程度的限制。因此盖扔，有效解決上述技術(shù)問(wèn)題將有助于機(jī)器人弧焊技術(shù)的推廣匀油。

機(jī)器人弧焊系統(tǒng)構(gòu)成
機(jī)器人弧焊系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）的基本硬件一般包括焊接機(jī)器人本體、焊接設(shè)備勾笆、變位機(jī)敌蚜、工裝夾具、安全設(shè)施窝爪、控制系統(tǒng)弛车、除塵系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備等。

圖2 機(jī)器人弧焊系統(tǒng)

1．機(jī)器人本體
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟蒲每，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)系列化纷跛，弧焊機(jī)器人一般選用6軸機(jī)器人，機(jī)器人選型時(shí)要結(jié)合工件的尺寸邀杏、焊縫的位置忽舟、焊槍重量及安裝形式等，需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)有載荷淮阐、運(yùn)動(dòng)半徑叮阅、重復(fù)定位精度、各軸運(yùn)動(dòng)范圍及運(yùn)動(dòng)速度泣特。
江淮儀表臺(tái)生產(chǎn)線所選用的弧焊機(jī)器人是日本松下TA-1400機(jī)型浩姥，包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜和示校盒三個(gè)部分谆威；白車(chē)身弧焊系統(tǒng)選用的是8臺(tái)ABB弧焊機(jī)器人簸眼。
2．焊接設(shè)備
焊接設(shè)備一般包括焊接電源、送絲機(jī)婉饼、焊槍疤削、防碰撞傳感器拉盘、水冷裝置和清槍減絲機(jī)，一般根據(jù)所焊部件的工藝要求選擇配置撬彭。焊接電源發(fā)展方向是采用全數(shù)字化逆變電源当糯，焊機(jī)具有無(wú)飛濺起弧功能,焊接飛濺較小。焊槍一般分為空冷焊槍和水冷焊槍据钱，焊接電流較小時(shí)可以選擇空冷焊槍捧练。為方便操作者的操作與維護(hù)，減少操作者的日常維護(hù)量箭谴，弧焊系統(tǒng)的每臺(tái)機(jī)器人都配備了清槍裝置风居。機(jī)器人帶動(dòng)焊槍工作一段時(shí)間后，自動(dòng)到清槍裝置處清除焊槍噴嘴處粘附的焊接飛濺溉潭。送絲系統(tǒng)焊絲的輸送方式主要有兩種形式净响，盤(pán)狀焊絲和桶狀焊絲。盤(pán)狀焊絲一般裝在機(jī)器人的輔助軸上喳瓣，桶狀焊絲一般在地面碼放馋贤。圖3所示為桶狀焊絲示意圖。

圖3 桶狀焊絲示意

3．變位機(jī)
在一些焊接場(chǎng)合夫椭，如零件尺寸較大、零件空間幾何尺寸復(fù)雜氯庆，使機(jī)器人的焊槍無(wú)法到達(dá)焊接位置或處于理想焊接姿態(tài)蹭秋，又或者為了提高機(jī)器人的利用率需要機(jī)器人在多工位之間切換，這時(shí)就需要對(duì)機(jī)器人或者工裝夾具進(jìn)行變位堤撵。通常的解決方法有增設(shè)機(jī)器人滑動(dòng)軌道或升降臺(tái)擴(kuò)大機(jī)器人本身的作業(yè)空間仁讨，也可在工裝上安裝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)讓工件移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊接部位的可達(dá)性实昨。變位機(jī)要關(guān)注重復(fù)定位精度及可靠度洞豁，目前開(kāi)發(fā)的伺服變位機(jī)及伺服轉(zhuǎn)臺(tái)可有效解決定位精度問(wèn)題。變位機(jī)多用于車(chē)身分總成的弧焊荒给，白車(chē)身總成弧焊無(wú)法應(yīng)用變位機(jī)掐抢。
4．工裝夾具
焊裝夾具是汽車(chē)行業(yè)必不可少的工藝裝備，是實(shí)現(xiàn)焊接工藝哗缀、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本設(shè)備统扔。焊接夾具就是將汽車(chē)零件準(zhǔn)確定位并通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)可靠夾緊進(jìn)行焊接，保證汽車(chē)零件相互位置精度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面要求的工藝裝備板蜻。焊接工裝夾具在保證焊接質(zhì)量馁筷、生產(chǎn)效率和操作方便性的同時(shí)，還需要結(jié)合機(jī)器人捺盖、變位機(jī)等保證焊槍的可達(dá)性芥吧、系統(tǒng)安全性和通用互換性疤嘴。除了焊接工藝，在汽車(chē)車(chē)架及儀表臺(tái)骨架總成工藝操作中的工裝設(shè)計(jì)也是影響車(chē)架及儀表臺(tái)骨架弧焊質(zhì)量的重要因素漾衅，確保工裝設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性非常重要住卿。我公司在江淮瑞風(fēng)S5、和悅A30儀表臺(tái)骨架工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到生產(chǎn)線布局乱归，具備完成工件定位群镰，確保工件裝夾一致性，確保工件尺寸符合圖樣要求终吼，滿足弧焊機(jī)器人操作要求镀赌。儀表臺(tái)變位機(jī)和工裝夾具如圖4所示。

圖4 儀表臺(tái)變位機(jī)和工裝夾具

5．控制系統(tǒng)
為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供合理际跪、可靠和安全的保障商佛。作為一般的簡(jiǎn)單應(yīng)用可直接采用機(jī)器人控制柜配合外部操作盒實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接系統(tǒng)的控制。對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)需要主控制系統(tǒng)進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制姆打，主控制柜主要負(fù)責(zé)工裝夾具良姆、主線通信、車(chē)型識(shí)別幔戏、安全設(shè)備以及機(jī)器人的動(dòng)作玛追。主控制柜可根據(jù)主線給定的車(chē)型碼實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車(chē)型的驗(yàn)證及完成不同車(chē)型各自的自動(dòng)焊接，對(duì)于機(jī)器人的控制主要是要求其按照設(shè)定的自動(dòng)化區(qū)域和互鎖區(qū)域來(lái)協(xié)同完成各自的工作闲延，對(duì)機(jī)器人具體工作內(nèi)容和工作過(guò)程不管理痊剖。
6．安全設(shè)施
因機(jī)器人在焊接過(guò)程中變位機(jī)及機(jī)器人的動(dòng)作速度較快，且在焊縫之間切換時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)加速情況垒玲，當(dāng)人員或物品意外進(jìn)入其活動(dòng)區(qū)時(shí)將出現(xiàn)危險(xiǎn)陆馁。同時(shí)弧焊系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵和弧光，所以一個(gè)完備的焊接機(jī)器人系統(tǒng)在滿足焊接的同時(shí)安全措施必不可少参七。CO2焊房一般采用遮光全封閉模式励砸，兩側(cè)配置一定區(qū)域的擋弧板，保證人員可視村次，并配置相應(yīng)的安全門(mén)招蓝，可與線體安全互鎖。換件區(qū)有光柵保護(hù)痒弃，在系統(tǒng)工作時(shí)可防止有人進(jìn)入機(jī)器人活動(dòng)范圍內(nèi)誊爵，保護(hù)人身安全。

機(jī)器人弧焊質(zhì)量問(wèn)題分析及改進(jìn)
白車(chē)身弧焊系統(tǒng)進(jìn)廠并開(kāi)始試生產(chǎn)中缭涣，發(fā)現(xiàn)車(chē)身焊縫存在一定的質(zhì)量缺陷匆救，出現(xiàn)咬邊、假焊热阁、氣孔扭妖、焊瘤环起、漏焊、焊穿捆革、跳絲和焊縫不均勻等諸多問(wèn)題娘扩，如圖5所示。

圖5 弧焊質(zhì)量缺陷實(shí)物

影響機(jī)器人焊接質(zhì)量的因素主要有弧焊工藝參數(shù)壮锻、弧焊順序和機(jī)器人焊接姿態(tài)等琐旁。工藝參數(shù)主要有焊接電流、焊接電壓猜绣、焊接速度及送絲速度等灰殴；單位面積、單位時(shí)間內(nèi)板件受熱量越大則板件變形量越大掰邢，所以要關(guān)注弧焊順序牺陶，如采取連續(xù)長(zhǎng)焊縫可由中間向兩端焊接等措施；同時(shí)關(guān)注焊接機(jī)器人焊接姿態(tài)的調(diào)整辣之，擺焊功能的應(yīng)用掰伸。工藝參數(shù)、焊接順序及焊接姿態(tài)等對(duì)焊接質(zhì)量影響重大怀估。
1．弧焊工藝參數(shù)優(yōu)化
工藝參數(shù)優(yōu)化及合理設(shè)置是影響焊縫質(zhì)量的重要因素狮鸭，不同位置的最佳工藝參數(shù)需要經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)觀察是否存在咬邊多搀、假焊歧蕉、氣孔、焊瘤艳杯、燒穿和未焊透等焊接質(zhì)量缺陷憎唯〔缋叮弧焊工藝參數(shù)如表所示统褂。

表 弧焊工藝參數(shù)表

為適應(yīng)薄板及特殊材料的焊接，部分型號(hào)的機(jī)器人還具有焊接參數(shù)漸變功能桐夭，即在某一區(qū)段內(nèi)將電流/電壓由某一數(shù)值漸變至另一數(shù)值稼掏。圖6所示為弧焊電流/電壓漸變示意圖，其中搅谆，a—以引弧文件中設(shè)定的規(guī)范參數(shù)引缓肚！；b—焊接電流（電壓）由小逐漸變大阀温；c—以恒定的規(guī)范參數(shù)焊接印脓；d—焊接電流（電壓）由大逐漸變小啡笑；e—以熄弧文件中設(shè)定的規(guī)范參數(shù)熄弧崇磁。

圖6 弧焊電流/電壓漸變

2．弧焊焊接順序優(yōu)化
通常情況下黄鳍，單位面積單位時(shí)間板件受熱量越大，則板件變形量越大平匈。針對(duì)這種情況框沟，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)暮附禹樞騼?yōu)化來(lái)降低焊接變形。對(duì)于連續(xù)的長(zhǎng)焊縫可以將其拆分增炭，單段焊縫的長(zhǎng)度盡量控制在200mm以內(nèi)忍燥，然后對(duì)于這些焊縫重新排序。原則上是以單位時(shí)間在單位面積內(nèi)的焊接量最小進(jìn)行焊接順序規(guī)劃隙姿。對(duì)于單道連續(xù)直焊縫梅垄，可以從中部向兩端跳躍式擴(kuò)展的方式焊接；對(duì)于兩道并列的連續(xù)焊縫孟辑，可采取兩臺(tái)機(jī)器人分別從端頭起始然后交叉跳躍式雙邊同時(shí)前進(jìn)哎甲，然后在返回完成剩余部分焊接的方式。實(shí)踐證明饲嗽，通過(guò)上述措施的應(yīng)用可以有效地減少弧焊變形量炭玫。
3．機(jī)器人焊接姿態(tài)優(yōu)化及擺焊功能應(yīng)用
機(jī)器人焊接姿態(tài)優(yōu)化，焊接姿態(tài)是指焊槍與焊縫之間的夾角貌虾，焊接姿態(tài)的正確調(diào)整是形成優(yōu)質(zhì)焊縫的必要條件蕴莉。在焊接過(guò)程中，不僅要求焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡與焊縫吻合革秩，還要保證合適的焊槍姿態(tài)仓突。一般焊槍與焊件平面保持75°～80°時(shí)焊縫成形較好。
在機(jī)器人弧焊系統(tǒng)中焦赋，可以通過(guò)軟件設(shè)置擺弧功能绊削，即焊絲在沿焊縫前進(jìn)的同時(shí)，焊絲尖端實(shí)現(xiàn)橫向擺動(dòng)鲁磺，并可根據(jù)需要設(shè)定擺動(dòng)的方式制棉、周期及幅度。增加擺弧可以減少或消除由于縫隙大容易造成假焊或不熔合等焊接缺陷跋园，提高了焊接質(zhì)量诸晃，減少了返工返修的工作量。擺弧功能的利用提高了焊接生產(chǎn)效率息栖，改善了焊縫表面質(zhì)量益命。擺焊的動(dòng)作形態(tài)有單振擺、三角擺和L擺（見(jiàn)圖7）鹿蜀，擺焊動(dòng)作的一個(gè)周期可以分為3～4個(gè)區(qū)間箕慧。

圖7 機(jī)器人擺焊動(dòng)作周期示意

4．引弧熄弧質(zhì)量控制
在工件引弧點(diǎn)有鐵銹、油污和氧化皮等雜物時(shí)茴恰，可能會(huì)導(dǎo)致引弧失敗颠焦。當(dāng)急切恩有咨？？應(yīng)用于生產(chǎn)線時(shí)蒸健，如果引弧失敗座享，便可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線的停線。解決引弧失敗的問(wèn)題主要有兩種措施似忧，一是渣叛，利用機(jī)器人再引弧功能有效防止這種情況的發(fā)生；二是盯捌，來(lái)件油污及雜質(zhì)清理淳衙。目前，沖壓件無(wú)油金屬成形潤(rùn)滑劑的應(yīng)用可以很好地解決上述問(wèn)題饺著，使用無(wú)油金屬成形潤(rùn)滑劑工件不用清洗就可以直接焊接箫攀，有效避免了引弧失敗問(wèn)題并保證了弧焊質(zhì)量。無(wú)油金屬成形潤(rùn)滑劑應(yīng)用實(shí)物如圖8所示煞精。

圖8 無(wú)油金屬成形潤(rùn)滑劑應(yīng)用實(shí)物

弧焊熄弧時(shí)常遇到的問(wèn)題是焊絲粘絲筷穿，影響弧焊質(zhì)量。對(duì)于大多數(shù)的自動(dòng)焊機(jī)來(lái)說(shuō)因郁，都具有防粘絲功能牧赚。在熄弧時(shí)，焊機(jī)會(huì)輸出一個(gè)瞬間相對(duì)高電壓以進(jìn)行粘絲解除加鄙。盡管如此淆膏，在焊接生產(chǎn)中仍會(huì)出現(xiàn)粘絲的現(xiàn)象，這就需要利用機(jī)器人的自動(dòng)解除粘絲功能溜盾。自動(dòng)解除粘絲功能也是利用一個(gè)瞬間相對(duì)高電壓以使焊絲粘連部位爆斷肴士，其步驟如圖9所示。

圖9 自動(dòng)解除粘絲功能步驟

結(jié)語(yǔ)

隨著汽車(chē)制造水平的不斷發(fā)展盔却，對(duì)汽車(chē)制造質(zhì)量及生產(chǎn)效率的要求不斷提高丸臀，機(jī)械化生產(chǎn)將逐步取代人工生產(chǎn)。機(jī)器人弧焊系統(tǒng)是一個(gè)綜合系統(tǒng)工程手浙，主要是根據(jù)焊接部件的工藝要求和生產(chǎn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)聪僚。白車(chē)身機(jī)器人弧焊系統(tǒng)在焊接生產(chǎn)線上的應(yīng)用坦辟，是我公司機(jī)器人弧焊技術(shù)應(yīng)用的成功案例刊侯，滿足了柔性化生產(chǎn)的工藝需求，也極大的提高了焊接質(zhì)量锉走。通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施滨彻，我們掌握白車(chē)身機(jī)器人弧焊技術(shù)要點(diǎn)，為后期其他生產(chǎn)線的推廣做好技術(shù)儲(chǔ)備挪蹭。

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