劉 陽(yáng)，宋懿群，金 雯

（1. 杭州吉利汽車有限公司，杭州 310000；2. 浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司，杭州 310000)

0 引言

焊接技術(shù)是汽車制造業(yè)四大工藝中必不可缺失的環(huán)節(jié)，焊接過(guò)程中由高溫高壓的作用導(dǎo)致電極端面的逐漸磨耗，或者端面合金化剝離，都會(huì)造成電極端面直徑變大，導(dǎo)致焊接過(guò)程電流密度減小，焊核減小，焊接不良發(fā)生[1]。電極帽焊接一定點(diǎn)數(shù)需進(jìn)行自動(dòng)修磨，以保障產(chǎn)品質(zhì)量。固定式焊槍電極帽修磨需要對(duì)焊接件完成一定點(diǎn)數(shù)焊接，抓手機(jī)器人回到HOME位，對(duì)固定焊槍焊接點(diǎn)數(shù)檢測(cè)確認(rèn)，傳遞修模信號(hào)給擺臂修模器，等待擺臂修模器對(duì)固定焊槍完成修模后，抓手機(jī)器人才會(huì)執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)工藝，造成生產(chǎn)等待時(shí)間浪費(fèi)。為提高生產(chǎn)效率，降低能耗。本文對(duì)擺臂式修磨器對(duì)固定焊槍電極帽修磨進(jìn)行分析。

1 現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備構(gòu)成及作用

1.1 機(jī)器人

本文介紹的是采用ABB 機(jī)器人IRB 7600-325/3.10，該機(jī)器人有6個(gè)自由度關(guān)節(jié)，可運(yùn)動(dòng)范圍3 100 mm，承載能力325 kg，以其扭矩大、慣性大、剛性結(jié)構(gòu)強(qiáng)及加速能力快特點(diǎn)廣泛應(yīng)用制造業(yè)，作為搬運(yùn)機(jī)器人使用。IRB 7600-325/3.10機(jī)器人通過(guò)六軸安裝抓手用來(lái)搬運(yùn)焊接零部件，機(jī)器人工作流程是將置臺(tái)上需要焊接零部件抓起來(lái)，通過(guò)PLC程序設(shè)定軌跡將抓手上零部件放到固定焊槍動(dòng)靜電極臂上的電極帽之間等待焊接，焊接完成后將焊接好的零部件放置下一個(gè)工序置臺(tái)上。

1.2 固定焊槍

此處焊槍采用尼瑪克C型焊槍（焊槍通常喉深≥600 mm）固定焊槍接到焊接指令后將抓手機(jī)器人搬運(yùn)過(guò)來(lái)的零部件進(jìn)行不同點(diǎn)位焊接，焊槍通過(guò)動(dòng)臂與靜臂配合使電極臂、電極桿、鋼板零部件和電極帽形成一個(gè)閉合回路，將兩電極帽之間的工件加壓，并在焊接處通以電流，利用電流將工件本身的電阻產(chǎn)生熱量進(jìn)行加熱形成局部融化，斷電冷卻時(shí)繼續(xù)加壓作用下形成牢固接頭，在焊接過(guò)程中要保障電極帽與焊接零部件處于垂直90°的角度，以保障焊接質(zhì)量。

1.3 修模器

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求，本文采用的自動(dòng)式（搖臂式）修模器。主要構(gòu)造（見(jiàn)圖1）由修磨單元、馬達(dá)（電機(jī)）、可調(diào)支架、吹屑裝置、銅屑收集罩、銅屑收集桶、電控箱等組成。擺臂式修模器作用是當(dāng)固定焊槍焊接一定點(diǎn)數(shù)或電極帽磨損消耗較大會(huì)對(duì)其表面進(jìn)行修復(fù)打磨，擺臂式修模器在接到機(jī)器人傳遞信號(hào)指令電機(jī)帶動(dòng)連接桿的搖臂曲柄將修模單元（修模單元內(nèi)配備旋轉(zhuǎn)刀具）以水平和垂直方向?qū)?zhǔn)固定焊槍上下電極帽同時(shí)進(jìn)行修磨，修磨時(shí)間小于2 s，轉(zhuǎn)速＞512 r/min。為保障修模效果，防止銅屑粘在電極帽上，將修模產(chǎn)生削屑統(tǒng)一收集清理，防止雜質(zhì)影響焊接質(zhì)量。

圖1 自動(dòng)式（搖臂式）修模器

2 影響焊接節(jié)拍原因分析

2.1 電極帽修模等待時(shí)間浪費(fèi)

電極帽在焊接一定時(shí)間后，表面會(huì)出現(xiàn)變形和氧化層，這種焊接是非常不利的，焊點(diǎn)質(zhì)量會(huì)降低[2-3]，固定式焊槍修模需抓手機(jī)器人完成自工序指令，機(jī)器人回到HOME位。擺臂式修模器接到指令才可以進(jìn)行修模，抓手機(jī)器人從置臺(tái)上抓取零部件和焊接完成到下工序放件回到HOME位等待修模，檢測(cè)修模條件是否滿足，此期間擺臂修模器對(duì)固定焊槍修模需要一直處于閑置狀態(tài)，擺臂式修模器在此期間修模對(duì)抓手機(jī)器人無(wú)任何干涉，因此固定焊槍電極帽等待修模造成大量等待時(shí)間浪費(fèi)[4-5]。

2.2 機(jī)器人等待時(shí)間

抓手機(jī)器人主要作用是用來(lái)搬運(yùn)零部件協(xié)助零部件局部焊接，每次完成一個(gè)自工序任務(wù)回到HOME位需等待檢測(cè)是否滿足修模條件（根據(jù)設(shè)置焊接點(diǎn)數(shù)）。后臺(tái)程序檢測(cè)需要修模時(shí)，擺臂式修模器對(duì)固定式焊槍電極帽修模，電極帽達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)后，抓手機(jī)器人從HOME位開(kāi)始執(zhí)行第一個(gè)任務(wù)去置臺(tái)上抓取零部件，擺臂式修模器對(duì)固定焊槍修模期間，抓手機(jī)器人處于HOME位等待，此期間擺臂器對(duì)固定焊槍修模抓手機(jī)器人抓取零件和離開(kāi)HOME位對(duì)修模無(wú)任何影響和干涉，此時(shí)抓手機(jī)器人存在等待造成生產(chǎn)節(jié)拍降低，因此需要對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，減少不必要等待時(shí)間浪費(fèi)。

3 節(jié)拍優(yōu)化方案

固定焊槍只在焊接時(shí)工作，非焊接時(shí)處于閑置狀態(tài)（約30 s）且與機(jī)器人無(wú)干涉，因此利用固定焊槍的非焊接時(shí)間進(jìn)行修模，固定焊槍的修模等待時(shí)間和抓手機(jī)器人HOME位等待時(shí)間將直接消除，ABB機(jī)器人支Multitask功能，即多任務(wù)功能（機(jī)器人要有623-1 multitasking選項(xiàng)才能使用多任務(wù)），將修模模塊移至輔助任務(wù)中，并用主任務(wù)中的信號(hào)來(lái)激活輔助任務(wù)，以此來(lái)達(dá)成固定焊槍的非焊接時(shí)間進(jìn)行修抓手機(jī)器人修模，見(jiàn)圖2。

圖2 多任務(wù)功能

3.1 多任務(wù)模式設(shè)置

ABB 示教器的控制面板選擇配置打開(kāi)Controller 在Task 中新建一個(gè)任務(wù)（見(jiàn)圖3）DDDress（此處DDDress中前二位DD任意任命，下文相同）并將其Main Entry設(shè)置為DDMain（此處DDMain前二位DD同上述），重啟示教器后系統(tǒng)中將會(huì)有2個(gè)任務(wù)。

圖3 控制面板創(chuàng)建新程序

圖3 控制面板創(chuàng)建新程序（續(xù)）

3.2 修模程序編輯

在DDDress任務(wù)的程序模塊中創(chuàng)建DDDress模 塊（ 見(jiàn) 圖4 ）， 并 創(chuàng) 建DDDressmain 和DDMoveGun1TipDress 2 個(gè)例行程序，其中DDDressmain 為 修 模 主 程 序 ，DDMoveGun1TipDress為獨(dú)立模式修模軌跡程序。

圖4 DDDress 程序任務(wù)的程序模塊

DDDressmain為修模主程序（見(jiàn)圖5），是一段無(wú)限循環(huán)的判斷程序。當(dāng)修模請(qǐng)求信號(hào)為真（bDDGun1TipDressReq = TRUE）時(shí)，執(zhí)行修模程序，其他情況不執(zhí)行修模程序。同時(shí)，為了防止機(jī)器人掃描頻率過(guò)快，在判斷之后等待1 s再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

圖5 DDDressmain 例行程序

DDMoveGun1TipDress為獨(dú)立模式修模軌跡程序（見(jiàn)圖6），包含開(kāi)啟焊槍獨(dú)立模式、擺臂修模器移動(dòng)到Work位、檢查擺臂修模器是否在Work位、獨(dú)立模式合槍、獨(dú)立模式開(kāi)槍、擺臂修模器移動(dòng)到Home位、檢查擺臂修模器是否在Home位、TCP校準(zhǔn)及關(guān)閉焊槍獨(dú)立模式等一系列修模流程。

圖6 DDMoveGun1TipDress 例行程序

在DDDress任務(wù)的系統(tǒng)模塊在DDDress任務(wù)的系統(tǒng)模塊中創(chuàng)TipService 模塊，并創(chuàng)建DDTipDress、SwingArm和CheckSwingArmPose 3個(gè)例行程序，其中DDTipDress 為修模程序，SwingArm 控 制 擺 臂 修 模 器 動(dòng) 作 ，CheckSwingArmPose檢查擺臂修模器位置。

3.3 修模檢測(cè)位置調(diào)整

原修模檢測(cè)程序（見(jiàn)圖7）位置在抓手機(jī)器人放件完成回Home位之后，即一個(gè)工作循環(huán)之后開(kāi)始檢測(cè)是否需要修模，在進(jìn)行下一個(gè)工作流程；新修模檢測(cè)程序（見(jiàn)圖8）位置在抓手機(jī)器人焊接完成之后進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)修模檢測(cè)數(shù)據(jù)確定是否直接修模。

圖7 原修模檢測(cè)程序位置

圖8 新修模檢測(cè)程序位置

3.4 修模安全控制

為了與HMI上手動(dòng)發(fā)送的修模請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)防止焊接時(shí)誤發(fā)送修模請(qǐng)求信號(hào)造成工件與修模器碰撞，新建修模檢測(cè)程序DDTipDressChk并將其發(fā)送的修模請(qǐng)求信號(hào)修改為bGun1TipDressReq，見(jiàn)圖9。

圖9 修模安全控制

在開(kāi)始焊接之前需要檢查焊槍是否修模完成，我們使用修模請(qǐng)求信號(hào)bGun1TipDressReq =FALSE（只有獨(dú)立修模過(guò)程中其值為TRUE）作為判斷條件；出于安全考慮，增加修模器位置的判斷，即修模器必須要在Home位。

4 案例應(yīng)用

以某汽車制造廠焊裝車間三大件后地板線為例，后地板安裝固定焊槍焊接，當(dāng)抓手機(jī)器人完場(chǎng)焊接后，回到HOME位后，抓手機(jī)器人等待修模檢測(cè)信號(hào)，擺臂修模器進(jìn)行修模，通過(guò)上述分析采取視頻監(jiān)控計(jì)算，抓手機(jī)器人和擺臂式修模等待浪費(fèi)時(shí)間20 s，固定焊槍非焊接時(shí)處于閑置狀態(tài)（約30 s）且與機(jī)器人無(wú)干涉，每生產(chǎn)10輛車進(jìn)行一次修模，該汽車制造業(yè)上一年度生產(chǎn)33 000輛，共計(jì)一臺(tái)固定焊槍等待修模時(shí)間浪費(fèi)66 000 s，該后地板一條線有3臺(tái)固定焊槍，每次固定焊槍修模時(shí)間不統(tǒng)一，3臺(tái)焊槍等待修模時(shí)間需浪費(fèi)198 000 s。假設(shè)固定焊槍能做到同時(shí)修模是最理想狀態(tài)，為了減少等待時(shí)間成本浪費(fèi)，該公司采取第四章節(jié)的改善措施，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證該改善可實(shí)施并投入使用，通過(guò)前面的分析，我們以最理想的情況計(jì)算每年至少能節(jié)約66 000 s，焊裝廠節(jié)拍為88 s，即每年至少能多生產(chǎn)750臺(tái)車，采用對(duì)固定焊槍、擺臂式修模器和抓手機(jī)器人三者關(guān)系工作配合關(guān)系，識(shí)別找出改善措施，進(jìn)行合理優(yōu)化，不僅可以提高員工技能水平還可以為企業(yè)節(jié)省能源成本，提升生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

白車身焊接質(zhì)量好壞，車身強(qiáng)度由焊接焊點(diǎn)決定，定期對(duì)焊槍電極帽修磨是必不可缺少工作，在滿足修磨工作，減少等待時(shí)間浪費(fèi)，優(yōu)化產(chǎn)線平衡，生產(chǎn)節(jié)拍的提升，本文在對(duì)采取固定焊槍、抓手機(jī)器人和擺臂式修磨器工作現(xiàn)狀進(jìn)行介紹并通過(guò)在ABB機(jī)器人示教器建立多任務(wù)模式、修磨程序優(yōu)化、檢測(cè)位置優(yōu)化及安全互鎖檢查方案設(shè)定來(lái)提升生產(chǎn)效率，自動(dòng)化水平應(yīng)用。