楊偉國,楊瑞軍

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

弧焊機器人在汽車拖拽架焊接的應(yīng)用

楊偉國,楊瑞軍

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

使用弧焊機器人工作站，配套以專用焊接夾具或工裝，采用MIG等焊接工藝，組成高效、柔性焊接系統(tǒng)，對汽車零部件包括底盤、車身覆蓋件以及動力系統(tǒng)各類零部件進行弧焊焊接。機器人工作站設(shè)置考慮了操作的安全性和環(huán)境保護要求，利用機器人系統(tǒng)本身的優(yōu)勢開發(fā)了強大的應(yīng)用程序，采用友好和簡易的編程界面，操作簡單、易學(xué)。焊接夾具設(shè)計考慮了空間的復(fù)雜定位、定位點選擇合理、定位方式正確，有效防止了變形。論述了該系統(tǒng)焊接汽車拖拽架等零部件過程。通過現(xiàn)場調(diào)試及測試，該套系統(tǒng)能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減少成本消耗。

機器人工作站；弧焊機器人；異形管件

0前言

弧焊機器人作為實現(xiàn)高品質(zhì)焊接質(zhì)量的保證，目前已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)[1]。主要焊接部件包括汽車底盤、拖拽架、座椅骨架、導(dǎo)軌、消音器以及液力變矩器等，尤其是在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用?；『负附庸に囈訫IG焊為主，板件厚度1.5～4 mm，焊接以搭接、角接接頭為主。離線編程的焊縫及焊槍姿態(tài)模型對大型壓力容器與管道焊接機器人的設(shè)計有重要指導(dǎo)意義。

1汽車拖拽架總成的結(jié)構(gòu)

汽車拖拽架由拖拽圓鋼和連接板組成，如圖1所示。連接板厚3 mm，拖拽圓鋼直徑10 mm，材料為普通碳鋼，有四道焊縫，此件為汽車左右對稱件。焊接中最主要的問題是焊接后的變形和拖拽圓鋼的定位。交貨周期短，且以小批量生產(chǎn)為主，適合采用機器人焊接。

圖1 焊接件

2弧焊機器人工作站的組成及特點[1]

機器人系統(tǒng)由一臺機器人及一個落地式頭尾架焊接變位機組成。工作站防護為封閉式，上部安裝排風(fēng)扇防止煙塵進入車間。為防止焊接煙塵對元器件的損害，機器人控制器和焊接電源布置在封閉圍欄外部。圍欄一側(cè)安裝安全門，便于維修工作人員進出，門上安裝安全鎖，當(dāng)安全門打開時機器人不能啟動。圍欄前部設(shè)擋光簾，在自動運行時，保證操作者安全位的擋光簾自動放下以防止弧光對人眼造成傷害。裝卸工位有對射光柵來保證操作人員的安全，工人在裝卸工件時機器人絕對不會進入該區(qū)域，機器人焊接該面工件時如果人員進入該區(qū)域，機器人立即停止運行。在頭尾架焊接變位機上安裝兩套焊接工裝夾具，提高了生產(chǎn)效率。機器人工作站組成如圖2所示。

圖2 機器人工作站組成

2.1機器人本體

OTC AⅡ-B4機器人為6軸關(guān)節(jié)式機器人，采用新型交流伺服電機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出高、響應(yīng)快、可靠性高等特點，使機器人本體緊湊靈活，具有較大的運動空間、更好的穩(wěn)定性和較高的重復(fù)定位精度，尤其適合于三維曲線焊縫的焊接。

2.2機器人控制柜

與OTC AⅡ-B4機器人配合的控制柜為AX21型，其控制是基于Intel公司的處理器所開發(fā)，采用Windows NT技術(shù)的智能運動控制系統(tǒng)。全數(shù)字伺服模塊為機器人6個關(guān)節(jié)的交流伺服電機提供驅(qū)動電源，有能力提供多達54個伺服電機軸同步協(xié)調(diào)控制，完成直線插補和圓弧插補。

采用友好和簡易的編程界面，圖標(biāo)式按鍵，使操作人員更加易學(xué)和操作舒適。分布式硬件結(jié)構(gòu)和精簡指令集軟件能保證嚴(yán)格的時序和任務(wù)的執(zhí)行。記憶容量達到160 000步，外部I/O點可達32點。開放式結(jié)構(gòu)，可以連接Ethernet、Device-net等網(wǎng)絡(luò)。另外，帶有過濾網(wǎng)的自循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)可以保證在0℃～50℃范圍內(nèi)正常工作。

2.3機器人示教編程器

機器人系統(tǒng)配有大屏幕彩色LCD顯示的編程器，操作與編程簡單明了，具有在線焊接參數(shù)修改和故障自診斷顯示功能；可轉(zhuǎn)換中/英文顯示方式，方便操作者；安裝有dead-man開關(guān)，以進一步保證安全。其主要功能包括：（1）焊接參數(shù)和焊接電流、電壓波形的實時顯示和參數(shù)修改；（2）多窗口顯示；（3）進行內(nèi)部SOFT-PLC的梯形圖編程，不同于其他機器人的語句表編程，使編程更加直觀，更加易于掌握。機器人控制柜及示教編程器如圖3所示。

圖3 機器人控制柜及示教編程器

2.4焊接電源

機器人系統(tǒng)采用OTC公司DM-350全數(shù)字脈沖逆變CO2/MAG焊接電源，系統(tǒng)配置的DM-350焊接電源是日本OTC公司最近推出的全數(shù)字式逆變焊接電源。在焊機內(nèi)部裝有數(shù)字信號處理器DSP芯片，

實現(xiàn)焊接參數(shù)、控制程序、送絲速度的全數(shù)字化控制，并帶有焊接參數(shù)的專家系統(tǒng)。焊機體積小，采用一體化設(shè)計，焊接參數(shù)精確穩(wěn)定。

焊機具有先進的控制方式，使熔滴過渡更加準(zhǔn)確。MAG焊接時，飛濺小，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量好。通過焊接電流、電壓的數(shù)字化反饋，可以精確控制弧長，即使焊絲伸出長度發(fā)生變化，也能保證弧長不變。焊機還具有收弧回?zé)δ?，減小焊絲端頭小球，保證100％引弧成功率。

附屬設(shè)備包括焊槍把持器（帶防碰撞傳感器）、管線支撐架、相關(guān)電纜及管線等。

3焊接夾具的設(shè)計

弧焊機器人工作站焊接夾具是實現(xiàn)工件定位與防止變形的重要手段，直接影響焊接效率和質(zhì)量。與點焊機器人工作站夾具不同，弧焊機器人工作站夾具要求具有較快的熱傳導(dǎo)性和更大的夾緊力，并且滿足標(biāo)準(zhǔn)化安裝要求，可隨意更換夾具而無需更換變位機及夾具底座。

此次夾具設(shè)計的難點主要有：①如何確保圓管件的定位，由于圓管件為冷彎產(chǎn)品，加工質(zhì)量很難確保統(tǒng)一，因此在焊接過程中的定位顯得尤為重要；②如何確保焊接后的變形符合檢具要求。如圖4所示，對圓管件采用3處定位，4處壓緊，支撐與定位塊加工U形槽，兩個方向可調(diào)整。壓緊塊采用平壓形式，單方向可調(diào)，防止焊后變形過大。連接板采用2個定位銷定位，3個支撐壓緊點均單方向可調(diào)整。整個圓鋼件定位后，機器人開始焊接，焊接完部分焊縫后，2號和3號壓緊塊打開，焊接其余焊縫。

圖4 支撐壓緊塊布置

4結(jié)論

對于批量生產(chǎn)的工件，焊接機器人工作站是焊接質(zhì)量和提升焊接效率的保證，而焊接夾具是實現(xiàn)工件定位與防止變形的重要手段，夾具的精度直接影響焊接質(zhì)量。本研究所述的汽車拖拽圓鋼和連接板機器人弧焊設(shè)備以及焊接工藝對管類和圓鋼類零件的自動焊接具有指導(dǎo)意義。

[1]陳炯.弧焊機器人應(yīng)用與推廣[J].電焊機，2003，33（5）：7-10.

Application of arc welding robot in welding automotive dragging frame

YANG Weiguo，YANG Ruijun
（Tianjin 707 Hi-tec Co.，Ltd.，Tianjin 300409，China）

By using the arc welding robot workstation，matching of special welding jigs or fixtures，applied of MIG and other welding technology，the efficient and flexible welding system is established.The system was applied for welding the automotive components，including chassis，body panels and various parts of the power system.The robot workstation takes into account the safety of operation and environmental protection requirements，a powerful application is developed by using the advantages of the robot system itself.The use of friendly and simple programming interface makes the operation be simple and easy to learn.Welding fixture design takes into account the complex positioning of space，location point selection is reasonable，location style is correct，so the jigs prevent the deformation effectively.The paper discusses welding car towing rack and other components by using the system.By means of practical adjustment and measure，the system can ensure product quality，improve production efficiency and reduce cost.

robot workstation；arc welding robot；abnormity tube

TG409

B

1001-2303（2016）11-0071-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.14

獻

楊偉國，楊瑞軍.弧焊機器人在汽車拖拽架焊接的應(yīng)用[J].電焊機，2016，46（11）：71-73.

2016-08-17

楊偉國（1974—），男，黑龍江人，高級工程師，主要從事焊接設(shè)備研制及生產(chǎn)管理等工作。