焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)底盤(pán)焊接中的應(yīng)用
2007/10/30 14:07:00
焊接機(jī)器人最適合于多品種高質(zhì)量生產(chǎn)方式,目前已廣泛應(yīng)用在汽車(chē)制造業(yè),汽車(chē)底盤(pán)、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力變矩器等焊接件均使用了機(jī)器人焊接,尤其在汽車(chē)底盤(pán)焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車(chē)架、搖臂、懸架、減振器等轎車(chē)底盤(pán)零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件,主要構(gòu)件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5~4mm,焊接主要以搭接、角接接頭形式為主,焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高,其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車(chē)的安全性能。應(yīng)用機(jī)器人焊接后,大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量,并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了勞動(dòng)環(huán)境。 機(jī)器人焊接系統(tǒng)的常見(jiàn)應(yīng)用方式 按照焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車(chē)底盤(pán)零部件焊接的夾具布局的不同特點(diǎn),及外部軸等外圍設(shè)施的不同配置,焊接機(jī)器人系統(tǒng)可分為以下幾種形式。 滑軌+焊接機(jī)器人的工作站 (見(jiàn)圖1)兩套夾具固定在滑動(dòng)小車(chē)上,由氣缸驅(qū)動(dòng)使裝有工件的兩個(gè)夾具輪流進(jìn)入機(jī)器人焊接區(qū)焊接,操作人員在另一面上、下料。兩個(gè)工作站交叉進(jìn)行,使機(jī)器人焊接時(shí)間與工件上、下料時(shí)間同步,這種方式可以節(jié)約變位器旋轉(zhuǎn)時(shí)間。雙夾具滑軌形式的焊接機(jī)器人系統(tǒng)利用兩副滑軌輪流為焊接機(jī)器人送料,可靠性較高,但對(duì)被焊工件的外形尺寸有一定限制,通常焊接工件直徑小于0.6m。 在桑塔納后橋焊接生產(chǎn)線、POLO下?lián)u臂焊接生產(chǎn)線上均有應(yīng)用實(shí)例。 單(雙)夾具固定式+焊接機(jī)器人工作站 (見(jiàn)圖2)該結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,夾具由變位機(jī)進(jìn)行變位,來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊槍不同位置的焊接。系統(tǒng)故障率低,但由于在裝卸工件過(guò)程中機(jī)器人處于等待狀態(tài),因而機(jī)器人的利用效率一般低于80%,所以在新的焊接線上較少利用。 該系統(tǒng)在帕薩特后橋焊接生產(chǎn)線及桑塔納前懸掛焊接和生產(chǎn)線有成功應(yīng)用。 帶變位機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)+焊接機(jī)器人工作站 (見(jiàn)圖3)該形式由兩副夾具帶變位器和一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)組成,結(jié)構(gòu)緊湊。兩副夾具可以進(jìn)行不同的焊接程序以實(shí)現(xiàn)不同的工藝要求。機(jī)器人在其中一副夾具上焊接工件時(shí),操作工可以在另一副夾具上裝卸工件,機(jī)器人的利用率較高,一般大于90%,是目前最廣泛使用的一種形式。 該系統(tǒng)在別克副車(chē)架焊接線、賽歐后橋焊接線、帕薩特副車(chē)架焊接線均有廣泛應(yīng)用。 搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站 (見(jiàn)圖4)兩部機(jī)器人之間的配合所體現(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)各種不規(guī)則焊縫的焊接。但缺點(diǎn)是由于兩部機(jī)器人配合的不協(xié)調(diào)所導(dǎo)致的故障率較高。所以此種形式需合理安排機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式才能最大程度提高生產(chǎn)效率。 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)式外軸+焊接機(jī)器人工作站 見(jiàn)圖5)該形式運(yùn)用較廣泛。在實(shí)際焊接中環(huán)焊縫是常見(jiàn)的一種,而常見(jiàn)的變位器不能適應(yīng)360°焊接,在這種情況下,協(xié)調(diào)式外軸與機(jī)器人相配合即可輕松實(shí)現(xiàn)360°以上環(huán)焊縫的焊接。 在帕薩特后橋穩(wěn)定桿焊接、波羅后橋總成焊接中均采用了該形式。 機(jī)器人中置式工作站 (見(jiàn)圖6)該系統(tǒng)由兩轉(zhuǎn)臺(tái)和四套變位器組成,可以方便地實(shí)施兩種以上產(chǎn)品的焊接。尤其針對(duì)生產(chǎn)任務(wù)不均勻的情況,可以合理調(diào)配,以提高機(jī)器人的利用率。但該系統(tǒng)對(duì)空間資源占用大,且電器方面故障率高,所以目前并沒(méi)有廣泛采用,僅在派力奧與SIENA后軸焊接項(xiàng)目中試用。 機(jī)器人焊接自動(dòng)線 (見(jiàn)圖7)機(jī)器人焊接自動(dòng)線是今后轎車(chē)底盤(pán)焊接的主要發(fā)展方向。該形式由多臺(tái)機(jī)器人焊接系統(tǒng)和懸掛輸送鏈組成,由多臺(tái)機(jī)器人之間的配合來(lái)完成一個(gè)產(chǎn)品的焊接加工。由于每道所焊的焊縫數(shù)較平均,所以對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的焊接變形影響小。 目前桑塔納前懸掛焊接生產(chǎn)線、帕薩特后橋焊接生產(chǎn)線均采用此形式。 焊接機(jī)器人柔性系統(tǒng) 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇,汽車(chē)行業(yè)面臨品種多、批量少的改型性的新車(chē)型需求,要求焊接機(jī)器人系統(tǒng)必須高度柔性化。焊接機(jī)器人系統(tǒng)的柔性化,即:適應(yīng)于不同零件的焊接夾具;能短時(shí)間內(nèi)快速調(diào)換氣、電信號(hào)、配管、配線快速改換;控制程序必須能預(yù)置和快速轉(zhuǎn)換,最大程度地發(fā)揮機(jī)器人特點(diǎn)以使一套機(jī)器人系統(tǒng)能根據(jù)需要焊接多種零件和適應(yīng)產(chǎn)品多樣化和改進(jìn)的要求??煽焖僬{(diào)換夾具的二、四工位焊接機(jī)器人系統(tǒng)能體現(xiàn)系統(tǒng)柔性化。 二工位點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng) (見(jiàn)圖8)系統(tǒng)由一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)焊機(jī)器人、兩個(gè)采用機(jī)器人外部軸伺服驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作平臺(tái)及電極修磨器、冷卻系統(tǒng)等周邊裝置組成。其柔性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn): 給標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊機(jī)器人配備了快速交換連接器。通過(guò)快速交換連接器,可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊鉗的快速自動(dòng)更換,不但可滿(mǎn)足復(fù)雜產(chǎn)品各個(gè)部位的焊點(diǎn)焊接,而且,在更換產(chǎn)品時(shí),只需更換合適的焊鉗就可以了。 柔性的系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用PLC為主控單元,配以遠(yuǎn)程I/O模塊,通過(guò)機(jī)器人的遠(yuǎn)程I/O模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人、夾具、夾具工作平臺(tái)及周邊裝置的控制。PLC程序采用結(jié)構(gòu)化方式編制,各個(gè)子程序分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)功能,對(duì)于不同工件,只需調(diào)用或修正不同子程序,不需重新編程。不同產(chǎn)品的焊接內(nèi)容及夾具氣缸的動(dòng)作關(guān)系的設(shè)計(jì)和操作完成后,可以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,更換產(chǎn)品時(shí)可直接調(diào)用。操作控制采用觸摸屏,減少了大量復(fù)雜的連線,同時(shí)可以為不同工件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)不同的操作及狀態(tài)顯示界面。 采用機(jī)器人外部軸伺服驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作平臺(tái)。該平臺(tái)除可以承受較大的徑向和軸向力外,同時(shí)采用機(jī)器人外部軸伺服驅(qū)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)臺(tái),從而使轉(zhuǎn)臺(tái)有極好的啟停特性,并與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)多工位焊接。在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上裝有遠(yuǎn)程模塊,轉(zhuǎn)臺(tái)中心留有氣路和電路出口專(zhuān)用快速接頭和多芯插口,以便使夾具可快速裝拆。 這套系統(tǒng)已成功的生產(chǎn)了金杯副車(chē)架、后橋及派力奧橫梁、擺臂等多種產(chǎn)品,且產(chǎn)品更換方便快捷。 四工位的弧焊機(jī)器人系統(tǒng) 該系統(tǒng)有兩臺(tái)KR15弧焊機(jī)器人、一個(gè)四工位旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)臺(tái)、夾具回轉(zhuǎn)變位裝置及清槍器、焊機(jī)等周邊裝置組成。其柔性主要體現(xiàn)在機(jī)器人工作范圍較大,功能較全。夾具回轉(zhuǎn)變位裝置安裝法蘭上裝有遠(yuǎn)程模塊,遠(yuǎn)程模塊預(yù)留多芯航空插頭,在更換夾具時(shí),可方便地與夾具上的相應(yīng)接口連接。夾具回轉(zhuǎn)變位裝置端部有壓縮空氣快速接頭,可方便快速地與夾具的氣路連接,在2~3分鐘內(nèi)便可以實(shí)現(xiàn)新夾具與變位器的機(jī)械連接。 機(jī)器人焊接新技術(shù)應(yīng)用 TCP(tool center point工具中心點(diǎn))自動(dòng)校零技術(shù) 焊接機(jī)器人的工具中心點(diǎn)就是焊槍的中心點(diǎn),TCP的零位精度直接影響著焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。但在實(shí)際生產(chǎn)中不可避免會(huì)發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預(yù)見(jiàn)性因素導(dǎo)致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動(dòng)進(jìn)行機(jī)器人TCP校零,但一般全過(guò)程需要30分鐘才能完成,影響生產(chǎn)效率。TCP自動(dòng)校零是用在機(jī)器人焊接中的一項(xiàng)新技術(shù),它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過(guò)TCP支座時(shí),激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比較與計(jì)算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時(shí),機(jī)器人會(huì)自動(dòng)運(yùn)行校零程序,自動(dòng)對(duì)每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整,并在最少的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。 目前在波羅后橋及帕薩特副車(chē)架的機(jī)器人焊接生產(chǎn)線上均采用了該技術(shù),大大方便了設(shè)備調(diào)整,節(jié)約了調(diào)整時(shí)間,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 雙絲高速焊接技術(shù) 雙絲高速焊不僅焊接效率比傳統(tǒng)焊接方式高,而且熱影響區(qū)小,產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度有所提高。目前雙絲焊主要有兩種方式:一種是Twin arc法,另一種為T(mén)andem法。焊接設(shè)備的基本組成類(lèi)似,都是由兩個(gè)焊接電源、兩個(gè)送絲機(jī)和一個(gè)共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個(gè)電弧的相互干擾,常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法,并保持兩個(gè)電弧輪流交替燃燒。這樣一來(lái),就要求一個(gè)協(xié)同控制器保證兩個(gè)電源的輸出電流波形相位相差180°(如圖9)。當(dāng)焊接參數(shù)設(shè)置到最佳時(shí),脈沖電弧能得到無(wú)短路、幾乎無(wú)飛濺的過(guò)渡過(guò)程,真正做到“一個(gè)脈沖過(guò)渡一個(gè)熔滴”,每個(gè)熔滴的大小幾乎完全相同,其大小是由電弧功率來(lái)決定。 目前在波羅下?lián)u臂焊接中采用了Tandem方式,主槍與次槍均采用脈沖式,其焊接速度可達(dá)30mm/s, 不但提高了焊接效率,而且產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于類(lèi)似的單絲焊。 機(jī)器人等離子切割技術(shù) 對(duì)機(jī)器人焊接質(zhì)量提出高要求,勢(shì)必對(duì)沖制件的匹配性提出了更高要求。尤其是針對(duì)管狀件的相貫線形焊縫,對(duì)沖制件的匹配輪廓度要求小于0.5mm,傳統(tǒng)的沖壓工藝很難直接保證達(dá)到此要求,于是,機(jī)器人等離子切割走進(jìn)了汽車(chē)底盤(pán)零部件焊接生產(chǎn)線。機(jī)器人等離子切割是由普通的抓舉機(jī)器人持等離子割炬按機(jī)器人編程軌跡進(jìn)行勻速切割,氧氣作為切割氣體,氮?dú)馄鸨Wo(hù)作用,所切割工件邊緣平滑,輪廓度小于0.3mm,保證焊接的質(zhì)量穩(wěn)定。當(dāng)產(chǎn)品尺寸需要改進(jìn)時(shí),無(wú)需對(duì)沖壓模具進(jìn)行改進(jìn),只需對(duì)機(jī)器人切割軌跡進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整即可滿(mǎn)足生產(chǎn),可節(jié)約大量生產(chǎn)成本。 模塊式夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 在傳統(tǒng)的底盤(pán)焊接機(jī)器人系統(tǒng)中夾具通常采用的是四連桿機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)有夾緊和自鎖的功能,但結(jié)構(gòu)體積較大,影響了機(jī)器人
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