試論焊接機(jī)器人在汽車焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

引言

我國的焊裝工藝水平與機(jī)械自動化程度跟國外相比，還是存在較大的差距。在汽車焊裝領(lǐng)域中，大部分為人工焊裝，在焊裝物流的輸送上面也主要以人工推送方式為主。當(dāng)前我國的大部分汽車生產(chǎn)廠家在焊裝生產(chǎn)線上均采用人工焊接模式，進(jìn)而產(chǎn)生了一系列的問題。這些問題主要集中在以下三個方面：首先是導(dǎo)致了工人的勞動強(qiáng)度過大，不利于工人的身心健康。在進(jìn)行汽車焊裝時，工人需要鉆進(jìn)車身內(nèi)部進(jìn)行焊接側(cè)圍總成跟地板總成搭接與頂蓋橫梁焊點的工作。期間的工作強(qiáng)度較大，不利于工人的身體健康，而且在此期間雖然采用了較為先進(jìn)的防護(hù)措施，但工人的危險系數(shù)還是比較高。其次就是當(dāng)前的汽車焊裝生產(chǎn)節(jié)拍較低，進(jìn)行人工焊接、搬運與輸送的節(jié)拍效率僅為十六分鐘每臺。最后就是質(zhì)量問題，由于所有的汽車焊裝程序都是經(jīng)由人工進(jìn)行操作完成的，因此，在實際工作過程中，就不可避免地會產(chǎn)生相應(yīng)的失誤。進(jìn)而影響了焊接的一致性與穩(wěn)定性，造成了產(chǎn)品種類單一。影響了汽車焊裝的質(zhì)量，而且還滿足不了大批量生產(chǎn)的實際需求。

1 庫卡機(jī)器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

德國發(fā)明的庫卡機(jī)器人系統(tǒng)主要包括了兩個部分，分別是機(jī)器人與焊接設(shè)備。其中的庫卡機(jī)器人主要是由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及庫卡手持操作器所構(gòu)成。下面主要是對庫卡機(jī)器人的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述與分析。

1.1 庫卡機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)

庫卡機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)與機(jī)械手是由許多共同活動、相互連接在一起的軸承所構(gòu)成的，我們通常將它稱為運動鏈。現(xiàn)在主要是以六軸機(jī)器人為例，介紹它的結(jié)構(gòu)特點及運動規(guī)律。首先是六軸從下往上，分別存在一到六個軸，每個軸都可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)及前進(jìn)。并且能夠被焊接設(shè)備的馬達(dá)所驅(qū)動，都帶有抱閘。這種組成結(jié)構(gòu)方式可以避免因為機(jī)器人突然斷電，從而導(dǎo)致機(jī)器人由于失去阻力，發(fā)生碰撞的現(xiàn)象。庫卡機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)零部件的主要組成材料是鑄鋼與鑄鋁，在一些特殊情況下也還可以使用碳纖維材料的零部件。減速器與機(jī)械手的各個部件將伺服電機(jī)連接在了一起。

1.2 庫卡機(jī)器人的控制系統(tǒng)

當(dāng)前的機(jī)器人控制系統(tǒng)主要是由伺服電機(jī)來控制其運動的，但伺服電機(jī)又被（V）KRC4控制系統(tǒng)所控制。（V）KRC4控制系統(tǒng)最多可以控制六個機(jī)器人軸跟兩個附加的外部軸，就像是附加坦克鏈的第七軸跟電極帽自動修磨器。

1.3 庫卡機(jī)器人手持操作器

庫卡機(jī)器人的主要操作都要通過手持操作器來完成，而且汽車焊裝中所有的焊接與試教都要經(jīng)過庫卡手持操作器來進(jìn)行。

2 庫卡機(jī)器人在GA焊裝線中的布局與工作原理

一般的汽車生產(chǎn)廠家的GA轎車焊裝庫卡機(jī)器人的工藝布局為：主焊線總共由九個工位組成，主要采用輥床、滑撬自動輸送，以及滑撬前進(jìn)和后退往返運動產(chǎn)生工藝。在總拼工位中，總共設(shè)有五臺六軸高精度的庫卡焊接機(jī)器人、五個機(jī)器人焊鉗電極帽自動修磨器等其它一些附屬設(shè)備。在進(jìn)行總拼前，需要對左右側(cè)圍總成、地板總成、后橫梁預(yù)裝及頂蓋前進(jìn)行安裝完成后，才能按下完成按鈕，從而將電氣信號傳輸給輥床。待輥床在上升到合適的位置以后，再將電氣信號傳輸給滑撬電機(jī)?；藥榆嚿磔斔偷娇偲垂の?，輸送到位后，再將信號回傳到輥床上并下降。

3 應(yīng)用焊接機(jī)器人對汽車進(jìn)行焊裝的作用

3.1 有效緩解工作強(qiáng)度過大的問題

應(yīng)用焊接機(jī)器人對汽車進(jìn)行焊裝可以有效緩解工人工作強(qiáng)度過大的問題。在對側(cè)圍總成進(jìn)行輪罩處跟地板總成搭接焊點時，如果使用人工焊接方式的話，就需要兩個工人來共同操作一把人工焊鉗，并且由于空間問題，在進(jìn)行焊接時操作姿勢會比較困難。由于側(cè)圍總成跟地板總成的搭接點在汽車的車身內(nèi)，因此，工人需要鉆進(jìn)車身里面來進(jìn)行車身焊接工作。但由于車身空間有限，因此，操作過程困難，而且容易引發(fā)安全事故，威脅到員工的生命健康。但如果采用焊接機(jī)器人來進(jìn)行汽車焊裝的話，就可以完全避免這種情況的發(fā)生。在降低工人工作強(qiáng)度的與事故發(fā)生率的同時，還能提高生產(chǎn)商的實際生產(chǎn)效率。

3.2 提高機(jī)器人的實際生產(chǎn)節(jié)拍

總拼工位一直是節(jié)拍提升的瓶頸工位，使用人工焊接的話，生產(chǎn)節(jié)拍效率較低。但如果采用機(jī)器人焊接對汽車進(jìn)行焊裝的話，就可以有效地提升節(jié)拍效率。這主要是由于機(jī)器人的操作比較靈活，因此，針對一些在人工焊接時很難實現(xiàn)的姿勢，焊接機(jī)器人可以輕而易舉地完成。一臺機(jī)器人總共可以應(yīng)用兩到四把的焊鉗焊接，更能滿足在實際焊接過程中，對焊接位置的操作需求。與此同時，焊接機(jī)器人在經(jīng)過調(diào)整以后，可以使焊接優(yōu)勢達(dá)到最大化。進(jìn)而達(dá)到四分鐘每臺的生產(chǎn)節(jié)拍，而人工焊接的生產(chǎn)節(jié)拍則需要十六分鐘每臺。

3.3 提升焊接質(zhì)量

由于焊接機(jī)器人是應(yīng)用電腦進(jìn)行控制的，因此，機(jī)器人的運動軌跡非常精準(zhǔn)，可以使電極帽跟鈑件間良好地接觸。不會像人工焊接那樣，因為人工操作加大了失誤，從而使得在焊接過程中出現(xiàn)焊接分流、馬蹄點等焊接缺陷。根據(jù)焊接位置的不同，機(jī)器人在焊接參數(shù)的選取上面及電極帽的磨損頻率上面也大不相同。這時，就可以通過PLC程序來精準(zhǔn)地計算出所需的焊點數(shù)量。在完成焊點數(shù)量的設(shè)定以后，PLC會將相應(yīng)的信息反饋給機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)程序所設(shè)定的程序路徑來進(jìn)行修磨處理，更能保證焊接質(zhì)量。

3.4 實現(xiàn)總拼工位多車型共線生產(chǎn)

人工操作對汽車進(jìn)行焊裝會因為總拼工位各個車型的焊接方法不同，對焊接設(shè)備以及焊接參數(shù)的要求也不盡相同。因此，在同一工位的空間有限時，會對焊接設(shè)備的選型與引入發(fā)生爭議。應(yīng)用機(jī)器人焊接工藝可以充分發(fā)揮機(jī)器人的靈活性與柔性化，進(jìn)而實現(xiàn)一個總拼工位上可以進(jìn)行多個車型的生產(chǎn)焊裝。當(dāng)前的汽車生產(chǎn)商正通過增設(shè)四面體工位來將自行小車?yán)瓌铀拿骟w上的側(cè)圍總成夾具來輸送到總工位上的方法，實現(xiàn)可以生產(chǎn)四款不同的車型。除此之外，機(jī)器人焊接還可以跟多種型號的焊鉗相匹配，進(jìn)而可以解決因為車型不同而焊接結(jié)構(gòu)不同、焊接空間狹小、焊鉗選取困難等的實際問題。

4 結(jié)束語

隨著人民生活水平的不斷提高，人們的出行方式也在不斷改變。人們對汽車的認(rèn)識由以往的實用性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱眯耘c美觀性并存，因此，人們對車身車型的要求也越來越高。人們對汽車審美需求的不斷變化，車身的匹配度也需要與時俱進(jìn)。采用焊接機(jī)器人工藝對汽車車身進(jìn)行人工焊接，可以有效解決因為人工焊接所帶來的諸多不便。與此同時，還可以顯著提升對汽車的焊裝效率，進(jìn)而提高了汽車焊裝的質(zhì)量。為塑造企業(yè)良好的品牌形象奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)，從而強(qiáng)化公司的社會影響力。