李鐵柱

(廣汽吉奧汽車有限公司東營分公司，山東東營 257091)

焊接機(jī)器人在汽車焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

李鐵柱

(廣汽吉奧汽車有限公司東營分公司，山東東營 257091)

主要分析德國KUKA(庫卡)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在車身焊裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用。通過介紹機(jī)器人在GA轎車焊裝線上的應(yīng)用，展示機(jī)器人在焊裝線應(yīng)用的優(yōu)勢。

汽車焊裝； KUKA機(jī)器人

0 引言

2013年4月份以前，某公司的焊裝工藝水平、自動(dòng)化率幾乎是其他自主品牌公司6年前的工藝水準(zhǔn)，僅總拼工位焊接后地板總成與側(cè)圍搭接焊點(diǎn)采用半自動(dòng)焊，其余全部人工焊接作業(yè)；焊裝物流輸送以人工推動(dòng)方式為主。圖1所示為人工焊接總拼工位。

如圖1所示的焊裝生產(chǎn)線上采用人工焊接操作，主要存在如下問題：

(1)勞動(dòng)強(qiáng)度大。工人需要鉆進(jìn)車身內(nèi)部焊接側(cè)圍總成與地板總成搭接及頂蓋橫梁焊點(diǎn)；

(2)生產(chǎn)節(jié)拍低。人工焊接、搬運(yùn)及輸送，節(jié)拍為16 min/臺(tái)；

(3)質(zhì)量不能有效得到保證。人工焊接穩(wěn)定性、一致性差，且不能滿足大批量生產(chǎn)要求、產(chǎn)品種類單一。

2013年4月份以后，該公司首款轎車GA車型焊裝柔性生產(chǎn)線采用五臺(tái)KUKA(庫卡)機(jī)器人進(jìn)行焊接工藝生產(chǎn)。如下介紹KUKA機(jī)器人系統(tǒng)。

1 KUKA(庫卡)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備(伺服焊鉗)兩部分。其中，KUKA(庫卡)機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)組成。下面主要介紹KUKA(庫卡)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.1 KUKA(庫卡)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)及機(jī)械手，是由眾多活動(dòng)的、相互連接在一起的軸組成，通常稱運(yùn)動(dòng)鏈。以六軸機(jī)器人為例介紹其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。其六軸從基座往上，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6軸，每個(gè)軸都可以前進(jìn)和旋轉(zhuǎn)且為AC伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、都帶有抱閘等，防止機(jī)器人突然斷電，機(jī)器人失去阻力而發(fā)生撞擊等問題發(fā)生。

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的部件主要由鑄鋁和鑄鋼制成，在個(gè)別情況下也使用碳纖維部件。伺服電機(jī)通過減速器與機(jī)械手的各個(gè)部件相連。

1.2 KUKA(庫卡)機(jī)器人控制系統(tǒng)

機(jī)器人控制系統(tǒng)由伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)，而伺服電機(jī)由(V)KRC4控制系統(tǒng)控制。圖4為伺服電機(jī)控制柜。

(V)KRC4控制系統(tǒng)可控制6個(gè)機(jī)器人軸和最多2個(gè)附加的外部軸，如附加坦克鏈第七軸和電極帽自動(dòng)修磨器(圖5)。

1.3 KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)

KUKA(庫卡)機(jī)器人的操作是通過smart PAD(手持操作器)完成的。所有的試教、焊接都是由KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)來完成，見圖6(按鍵功能介紹省略)。

2 KUKA(庫卡)機(jī)器人系統(tǒng)在GA焊裝線的布局

該公司GA轎車焊裝KUKA(庫卡)機(jī)器人工藝布局：主焊線共9個(gè)工位，采用輥床、滑撬自動(dòng)輸送，滑撬前進(jìn)、后退往返運(yùn)動(dòng)生產(chǎn)工藝。

總拼工位(MB30總拼機(jī)器人工位)設(shè)有5臺(tái)六軸高精度KUKA(庫卡)焊接機(jī)器人(重復(fù)精度小于±0.12 mm)、7把伺服焊鉗、4套機(jī)器人焊鉗存放架、5個(gè)機(jī)器人焊鉗電極帽自動(dòng)修磨器、機(jī)器人控制柜以及機(jī)器人操作示教器等附屬設(shè)備。KUKA(庫卡)焊接機(jī)器人布局如圖7所示。

3 KUKA(庫卡)機(jī)器人在GA焊裝線系統(tǒng)信號(hào)工作原理

在總拼前一工位對地板總成、左右側(cè)圍總成、頂蓋前、后橫梁預(yù)裝完成后，按下完成按鈕，電氣信號(hào)傳遞給輥床，輥床上升到位后電氣信號(hào)傳遞給滑撬電機(jī)，滑撬帶動(dòng)車身輸送到總拼工位；輸送到位后，完成信號(hào)反饋給輥床并下降，車身定位到基準(zhǔn)上，反饋完成信號(hào)給Open Gate，其動(dòng)作后，將側(cè)圍定位、夾緊；待所有定位、夾緊到位后，PLC反饋信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人接收到信號(hào)后，按前期調(diào)試的路徑，調(diào)用調(diào)試的焊接參數(shù)，對車身進(jìn)行焊接工作。圖8為機(jī)器人信號(hào)反饋與現(xiàn)場應(yīng)用示例。

4 應(yīng)用機(jī)器人焊接工藝解決問題點(diǎn)及優(yōu)勢

(1)解決勞動(dòng)強(qiáng)度大問題

側(cè)圍總成輪罩處與地板總成搭接的焊點(diǎn)，采用喉深為600 mm、喉寬為450 mm的大C焊鉗，人工焊接需要兩人操作一把人工焊鉗，且焊接操作姿勢困難。

對于側(cè)圍總成與地板總成搭接點(diǎn)，工人需鉆入車身焊接，操作空間狹小，易發(fā)生人身安全事故；采用機(jī)器人焊接工藝可完全避免此類事情的發(fā)生。

(2)提高生產(chǎn)節(jié)拍

總拼工位為節(jié)拍提升時(shí)的瓶頸工位，節(jié)拍提升尤為困難；而采用機(jī)器人焊接工藝后，因機(jī)器人的操作柔性大，焊接姿勢易于實(shí)現(xiàn)，一臺(tái)機(jī)器人可應(yīng)用2～4等多把焊鉗焊接，更能滿足焊接位置的操作要求，同時(shí)機(jī)器人調(diào)試后軌跡為最優(yōu)化，可

滿足設(shè)計(jì)的15JPH生產(chǎn)節(jié)拍，即4 min/臺(tái)(人工焊接節(jié)拍為16 min/臺(tái))。

(3)提升焊接質(zhì)量，保證焊接精度

機(jī)器人精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及電極帽與鈑件間的良好接觸，不會(huì)出現(xiàn)人工焊接時(shí)出現(xiàn)的半點(diǎn)、馬蹄點(diǎn)、焊接分流等焊接缺陷。

根據(jù)焊接部位的不同、機(jī)器人焊接參數(shù)選取、電極帽的磨損頻率不一，通過PLC程序計(jì)算焊點(diǎn)數(shù)量，達(dá)到設(shè)定焊接數(shù)量后， PLC反饋給機(jī)器人信號(hào)，機(jī)器人接收信號(hào)后自動(dòng)根據(jù)前期設(shè)定好的程序路徑進(jìn)行修磨，更好地保證焊接質(zhì)量。

(4)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)總拼工位、多車型共線生產(chǎn)

人工操作焊接工藝，因總拼工位各車型焊接結(jié)構(gòu)不同，對焊接設(shè)備及焊接參數(shù)要求不同，而同一工位空間有限，與焊接設(shè)備的新引入及選型產(chǎn)生矛盾。

基于機(jī)器人焊接工藝的柔性化，更容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)總拼工位的多車型生產(chǎn)工藝。目前該公司正在開發(fā)的GA-cross車型，正是與GA車型共線生產(chǎn)。通過增設(shè)四面體工位，采用自行小車?yán)瓌?dòng)四面體上的側(cè)圍總成夾具輸送到總拼工位，可實(shí)現(xiàn)4款不同車型的生產(chǎn)；同時(shí)機(jī)器人可與多種型號(hào)焊鉗匹配，解決不同車型因焊接結(jié)構(gòu)和焊接空間狹小、焊鉗選取困難問題。圖9為KUKA(庫卡)機(jī)器人在GA焊裝線應(yīng)用圖片。

5 小結(jié)

該公司首款轎車上線，車身匹配精度要求與時(shí)俱進(jìn)，車身焊接首次采用機(jī)器人焊接新工藝，解決人工焊接時(shí)諸多弊端，同時(shí)采用自動(dòng)化設(shè)備為整車焊接品質(zhì)提升打下了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)和為多車型共線布局生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

【1】 宋金虎.我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J].電焊機(jī),2009(4):18-20.

【2】 宋慧欣.焊動(dòng)未來 盡在庫卡[J].自動(dòng)化博覽,2012(7):21-22.

ApplicationofWeldingRobotinAutoWeldingField

LI Tiezhu

(Dongying Branch,GAC Gonow Auto Co.,Ltd.,Dongying Shandong 257091,China)

The structure features of Germany KUKA robot and its application in car body welding production line were analyzed.The advantage of the robot in welding line was shown by introducing the application of robot in GA car welding line.

Auto welding; KUKA robot

2014-08-11

李鐵柱(1984—)，男，大學(xué)專科，助理工程師，從事汽車焊裝工藝過程開發(fā)。E-mail：litiezhuxx@163.com。