刘和
天津玛斯特车身装备技术有限公司天津300402
摘要：近些年来，随着我国汽车产业的高速发展，汽车年产量也再创新高，随着技术投入及创新技术的逐渐完善，对于汽车质量的监控也非常的重视，质量就是企业的生命线。很多汽车零部件配套企业也开始跟上主机厂的步伐，开始利用新的自动化设备代替人力完成很多零部件的生产。汽车车架是乘用车型的关键零部件，长期受到焊缝质量问题的困扰，主要是人工焊接所造成的焊缝质量不稳定，合格率底下的主要原因。针对该车型对副车架焊缝的问题，采用机器人焊接技术，研发一套适用于车架的自动点焊机器人系统来代替人工焊接，实现焊接过程质量稳定可控。
关键词：汽车车架；机器人焊接；工作站
引言
本文通过对目前机器人已使用的工作站形式进行研究与应用调查研究，对各种机器人工作站的组成方式及其过程中使用所存在问题，以及解决这些问题的方法及其所采用的机器人焊接技术进行较为深入的探讨，并以N350车架的弧焊机器人焊接工作站为例，建立了适合大型复杂制件的机器人焊接，实现对机器人工作站中的各种相关设备及辅助防护设施进行集中控制管理，提高了设备运行效率和故障维修效率。
1机器人焊接工作站发展现状
归纳了焊接机器人工作站的以下几种形式：（1）单套固定夹具+焊接机器人工作站。此工作站最简单，就一台机器人加一个带变位的固定焊接夹，这种简单的工作站的故障率低，但由于在装卸T件过程中机器人处于等待状态，因而机器人的利用效率也低，所以在新的焊接线上较少利用。（2）两套焊接夹具+外部轴滑轨+—台焊接机器人的工作站。两套焊接夹具分别装在外部轴滑轨上，焊接机器人布置在人操作位置的另一面，机器人地面固定安装。焊接夹具装上制件后可预约由滑轨分别带入工作站的焊接区域焊接，两个夹具的交叉进行工作，这样就没有了制件的上下料的时间及滑轨带动夹具进出的时间，但对被焊工件的外形尺寸有一定限制，通常焊接外形尺寸较小的零件。（3）两套带变位机及回转焊接夹具+焊接机器人工作。该工作站由两台机器人和两套焊接火具带两个360度变位机及一个180度回转工作台组成。两套夹具因安装在360度的冋转变位工作台上，可实现不同位置的焊接。此种机器人的安装可根据产品的实际需要，可以地而安装也可以悬挂安装，实现更大范围的焊接。
2汽车车架机器人焊机工作站的构成及设计
2.1焊接机器人构成
2.1.1焊接机器人选用
首先，依据焊缝的形式，来确定机器人的基本型号，环形焊缝多或者机器人手臂圆形旋转角度大推荐选择焊接电缆内置式机器人，若用外置式，也能实现焊接，但因电缆线扭曲大，易造成焊接过程不稳定及外皮也易磨损。送丝机的位置离焊枪越近焊接越稳定。其次，先确定产品的焊接工序，然后根据产品需要焊接的部分来确定焊接范围。有的产品要求产量大，为了满足生产节拍需要双机器人或更多机器人同时焊接，这样就可以基本确定机器人系统的规格。如果夹具所需要的信号多于机器人本身所带的I/O量，在订货时就需要多定一个I/O板，或者用外部PLC最后，根据客户焊接节拍的要求、生产成本和生产规模确定焊接作业流程，设计机器人焊接工作站方案。
2.1.2对于控制系统的软件和功能
（1）再起动功能：再起动功能用于焊接中途断弧后的再次起动；（2）再引弧功能：再引弧功能可以在由于工件表面或焊丝尖端有污物而造成引弧失败时进行多次引弧；（3）防粘丝功能：防粘丝功能用于防止熄弧时焊丝与工件的粘连；（4）自动解除粘丝功能：自动解除粘丝功能用于当焊丝与工件粘连后的解除。
2.1.3焊机的选用原则及注意事项
近年來，国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备，这些焊接设备内已经配有相应的接口板。因在弧焊机器人工作周期中，焊机的使用率很高，所以在选择焊接电源时，一般负载持续率应按100%来确定电源的容量，最好选用由IGBT逆变控制的具有一元化调节功能的高性能焊接电源。送丝机构可以装在机器人的上臂上，也可以放在机器人之外，前者焊枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性，而后者软管较长根据所焊产品要求，当机器人把焊枪送到某些位置，软管处于多弯曲状态，会严重影响送丝的质量。所以送丝机的安装式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。弧焊机器人用的焊枪大部分和手工半自动焊的鹅颈式焊枪基本相同，鹅颈的弯曲角一般都小于心度。可以根据焊件的空间结构选用不同角度的鹅颈，以改善焊枪的通过达到性，如鹅颈选得过大，会增加送丝阻力，送丝速度不稳定；而角度过小，如导电嘴稍有磨损，就会出现导电不良现象。当更换不同的焊枪后，必须对机器人的TCP（工具中心点）进行相应的调整，否则焊枪的运动轨迹和姿态都发生变化，焊接程序也应该重新示教。对于弧焊机器人工作站，除了选好焊枪外，还必须在机器人的焊枪把持架上配备防撞传感器。
2.2机器人焊接工作站的各种外部轴设计
对焊接变位机设计有如下的要求：（1）变位机要满足试件所有焊缝焊接时所需要到达的位賈，不能有焊接死角存在。（2）变位机要有高精度的重复定位，保证试件的加工梢度和加工质M的一致性和稳定性，即过程能力CPK。台机器人及CA20纵梁工位的三台机器人均选用MOTOMAN-EA1400N，且不需要外部轴即可实现焊接。在CA50翻补工位机器人工作站中焊枪安装在机器人上，随机器人移动，操作人只负责装卸工件。焊接过程左右各一台机器人各管一边的车架，鉴于成本及节拍的考虑只使用两台MOTOMAN-EA1900N机器人，但是车架是长达4米的车架，焊缝在长度方向的范围也达四米，在工件位置不变的情况下，机器人固定的情况下，机器人是不能完成所有的焊接。故为此增加了一个外部轴，让机器人通过链条在纵向行走，满足机器人焊接要求。
2.3焊接工艺参数选择
主要控制的参数只有焊接电流、电弧电压，气体流量由人工调整，其他工艺参数根据不同的工艺要求，依靠调整示教程序来实现。不同的焊丝直径釆用不同的焊接电流、电压等参数，也表现出不同的熔滴过渡形式和电弧行为。当其他参数保持不变时，焊接电流与送丝速度或熔化速度以非线性关系变化，当送丝速度增大时，焊接电流也随之增大。电弧电压过高，会导致飞溅增大，甚至产生排斥自由过渡现象；电弧电压太低，焊丝将与焊接熔池发生固体短路，导致焊丝成段爆断，焊接过程稳定性差和焊缝表面成型也差。在确定工艺参数范围之后，最终的焊接参数必须通过焊接试验选择，以便得到最适应的焊缝性能。
2.4M350车架线的物流方式的选用与设计
（1）冲E件来料：自制件由仓库备好料，由铲车铲入车间线前暂存区，外购件直接送暂存区，然后再人工用小推车分解至各工位。（2）横梁总成焊接各工位间转运用小推车，横梁总成焊接至主线的转运用小推车纵梁总成焊接线工位，自外纵梁前段合件焊接工位用小推车至纵梁合件焊接工位。（3）自纵梁合件焊接至车架本体一装焊工位，4套电动葫芦吊具（左右纵梁独立走料）自车架本体一装焊工位至车架本体校检二工位：10套自动行走吊具。
结语
工业机器人作为现代制造技术发展的重要标志之一和新兴技术产业，对现代高技术产业各领域产生了重要影响。由于焊接制造工艺的复杂性和焊接质量要求严格，.而焊接技术水平和劳动条件往往较差，因而焊接过程的自动化、智能化受到特殊重视，但焊接机器人仍是一个开环控制系统，不能根据焊接时的具体情况而进行适时调节。今后智能化焊接的发展将是焊接自动化发展的重要方向。
参考文献：
[1]陈凯丰.试论焊接机器人在汽车焊装领域中的应用[J].科技创新与应用，2015（34）：54.
[2]陈凯丰.试论焊接机器人在汽车焊装领域中的应用[J].科技创新与应用，2015（34）：54.
[3]周方伟.ABB机器人弧焊系统的研究与分析[J].汽车实用技术，2010（05）：56-58.