王生棟，王吉潔，楊 揚，王 騰

(中國電子科技集團公司 第二十八研究所，江蘇 南京 210001)

機器人的誕生是人類在20世紀取得的重大科學技術成就之一，是20世紀自動控制領域最有說服力的成就，代表了當代自動化行業(yè)的最高水平[1]。伴隨著機器人技術的不斷成熟，機器人的工業(yè)化應用越來越廣泛，極大地提高了社會生產(chǎn)效率。隨著《中國制造2025》的提出，中國傳統(tǒng)的制造行業(yè)迎來了轉型發(fā)展期[2]。如何提高資源利用率和生產(chǎn)效率也成為了傳統(tǒng)制造業(yè)必須面對的重要課題[3]。

本文基于KUKA-KR60-3機器人和Fronius TPS4000CMT焊機，設計了一種可應用于新能源汽車鋁合金電池圍框的自動化焊接工作站。該機器人焊接工作站具有焊接效率高、自動化程度高和可連續(xù)不間斷工作的特點，極大地提高了生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)功能與組成

本文設計的機器人焊接工作站主要應用于鋁合金電池圍框的焊接，焊接材料包括但不限于6061-T6、6082-T6等各系鋁合金。該工作站主要由KUKA-KR60-3工業(yè)機器人、Fronius TPS4000CMT焊機、焊接夾具、雙工位變位機、排煙除塵系統(tǒng)和安全防護系統(tǒng)組成(見圖1)。

圖1 機器人焊接工作站

2 工裝夾具設計

本文設計的工裝夾具主要由Base板、自動夾緊氣缸、手動夾緊氣缸、定位單元、支承單元、傳感器、閥島及I/O箱組成(見圖2)。由于該工裝應將9個零部件焊接成型，在工件上裝過程中應將部分氣缸手動夾緊，以確保定位準確，并設計有防放錯傳感器。Base板采用25 mm厚鋼板加工而成，閥島及I/O箱放置在空曠處，避免影響上下工件和焊接。

圖2 工裝夾具設計

3 雙變位機設計

本文設計的變位機主要用于雙工位切換并實現(xiàn)工件繞自身軸線的翻轉，該變位機具有3個轉動自由度，工作時可以極大地提高焊接工作效率，當機器人對其中一個工位進行焊接工作時，另一個工位可以同時進行上下料操作。

該變位機主要由轉臺、主動軸、從動軸、框架和屏風組成(見圖3)。該變位機可實現(xiàn)包括夾具在內(nèi)的最大質(zhì)量為1 000 kg的工件的變位操作。采用模塊化設計，提高了變位機的使用壽命，減少了變位機的維護工作。

圖3 變位機設計

4 機器人安裝

由于焊接零件尺寸較大，機器人所需要的運動空間較大，因此機器人采用懸掛安裝的方式。機器人底座采用600×600鋼管焊接而成，焊接機器人通過M20螺釘固定在底座上，底座側面安裝有送絲機。機器人末端安裝有激光傳感器和焊槍(見圖4)。

圖4 機器人底座安裝

5 安全防護系統(tǒng)設計

安全防護房主要由鋁型材和鈑金蒙皮通過螺栓搭接而成。安全防護房前部有由鋁型材和有機玻璃搭建而成的安全圍欄，并裝有安全光柵，當有人或其他障礙物體處于工作站內(nèi)部時，機器人工作站無法啟動工作，以確保安全性(見圖5)。

圖5 安全防護系統(tǒng)

在工作站兩側和后部放置有焊接電源、氣瓶和排煙除塵裝置等。為確保安全，這些設備均放置在由50鋼管搭建而成的圍欄內(nèi)。

6 供配電設計

電池托盤圍框焊接工作站項目供電用到了工業(yè)三相電380 V、單相電220 V和直流24 V等3種電源。焊接機器人使用的是三相電380 V，其余機柜里的風扇等設備使用的是單相電220 V，PLC以及相應外圍設備、電磁閥和接近開關使用的是24 V電源(見圖6)。

圖6 供配電示意圖

7 結語

本文利用庫卡機器人設計了一種機器人自動化焊接工作站，可以實現(xiàn)鋁合金框架的焊接，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了人工成本。隨著機器人技術的不斷成熟，基于機器人技術的自動化工作站將會越來越多，應用領域也會越來越廣泛。

[1] 蔡自興. 機器人學[M]. 北京:清華大學出版社, 2009.

[2] 從培蘭. 弧焊工業(yè)機器人工作站的集成[J]. 機械工程師, 2016(9):117-118.

[3] 劉偉斌, 李勇, 王永剛, 等. 焊接機器人工作站優(yōu)化設計與應用[J]. 機械工程, 2012(18):27-28.