技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 應(yīng)用方案 > 焊接機(jī)器人在汽車行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展

焊接機(jī)器人在汽車行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展

時間:2019-01-14 16:43:40來源:邢永良(青島第六橡膠集團(tuán))

導(dǎo)語:?汽車車身結(jié)構(gòu)的特點決定了車身制造離不開弧焊技術(shù)。傳統(tǒng)手工弧焊焊接時的火花及煙霧對人體造成危害較大,工作環(huán)境惡劣,且對工人技能要求更高,焊縫質(zhì)量一致性差,波動也較大。

摘要:汽車車身結(jié)構(gòu)的特點決定了車身制造離不開弧焊技術(shù)。傳統(tǒng)手工弧焊焊接時的火花及煙霧對人體造成危害較大,工作環(huán)境惡劣,且對工人技能要求更高,焊縫質(zhì)量一致性差,波動也較大。特別是汽車的重要結(jié)構(gòu)安全件,其焊接質(zhì)量對汽車的安全性起著決定性的作用,因此整車廠有逐步采用自動化弧焊機(jī)器人替代手工方式的趨勢。焊接機(jī)器人系統(tǒng)有如下幾種形式:焊接機(jī)器人工作站、焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、焊接專機(jī)。焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn),被焊工件的焊縫可以短而多,形狀較復(fù)雜?,F(xiàn)階段由于我國生產(chǎn)能力的提升、勞動力紅利的比較優(yōu)勢逐漸下降,在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的政策之下,一些企業(yè)紛紛引入機(jī)器人代替原來的人工作業(yè)。所謂"機(jī)器人"多以"機(jī)械手臂居多",主要是指一種智能化的生產(chǎn)工具。本次研究選擇焊接機(jī)械器作為研究對象,探討其在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:焊接機(jī)器人;汽車;機(jī)械手

前言

隨著汽車制造業(yè)對焊接精度和速度等指標(biāo)提出的要求越來越高,以及用戶個性化需求的日益加強(qiáng),為了滿足多車型、多批次的市場需求,提高車身車間生產(chǎn)能力的柔性和彈性,工業(yè)機(jī)器人在車身焊接中得到了廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合實例介紹了點焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人系統(tǒng)在車身焊接中的應(yīng)用。

焊接技術(shù)作為制造業(yè)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)工藝與技術(shù),在工業(yè)中應(yīng)用的歷史并不長,但它的發(fā)展卻是非常迅速的。焊接機(jī)器人是在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的先進(jìn)焊接設(shè)備,是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機(jī)器人,主要用于工業(yè)自動化領(lǐng)域,其廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、摩托車、工程機(jī)械等行業(yè),在汽車生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝,四大生產(chǎn)工藝過程都有廣泛應(yīng)用,其中應(yīng)用最多的以弧焊、點焊為主。

轎車車身的結(jié)構(gòu)和工藝在很大程度上決定了乘車的安全系數(shù)。車身本體是由十幾個大總成和數(shù)百個薄板沖壓件,經(jīng)點焊、弧焊、激光焊、釬焊、鉚接、機(jī)械連接以及膠接等工藝連接成的復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)件。由于白車身所涉及的零件多、工藝復(fù)雜且設(shè)備類型繁多,因此車身規(guī)劃對焊接工藝、裝焊夾具、質(zhì)量控制以及維護(hù)保養(yǎng)等都有較高的要求。本文結(jié)合實例重點介紹了點焊機(jī)器人系統(tǒng)和弧焊機(jī)器人系統(tǒng)在車身焊接中的應(yīng)用。

典型的焊接機(jī)器人系統(tǒng)有如下幾種形式:焊接機(jī)器人工作站、焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、焊接專機(jī)。焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn),被焊工件的焊縫可以短而多,形狀較復(fù)雜。柔性焊接線特別適合產(chǎn)品品種多,每批數(shù)量又很少的情況下采用。焊接專機(jī)適合批量大、改型慢的產(chǎn)品,對焊縫數(shù)量較少、較長,形狀規(guī)矩的工件也較為適用,至于選用哪種自動化焊接生產(chǎn)形式,需根據(jù)企業(yè)的實際情況而定。

1焊接機(jī)器人概述

從應(yīng)用的角度觀察,焊接機(jī)器人的工作原理相對簡單,主要代替原來的人工勞作,但其特征主要體現(xiàn)在連續(xù)性、系統(tǒng)性、編程控制方面。其原理主要是通過電腦編程,在視頻監(jiān)控或數(shù)據(jù)監(jiān)控狀態(tài)下實現(xiàn)單軸運動、系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動,以達(dá)到生產(chǎn)工藝要求;操作過程中需要確定工作位置、操作參數(shù)、工作姿態(tài)的定位,程序命令啟動等。目前的焊接機(jī)器人的工作原理應(yīng)用主要動力來自于電力和壓力,其工作方法以機(jī)械運動為準(zhǔn)。從流程觀察,需要建立操作系統(tǒng)、傳感器控制、生產(chǎn)線狀態(tài)信號連接、異常信號警報。在具體的焊接操作中,根據(jù)編程可以對機(jī)器人實施相應(yīng)的工作狀態(tài)檢測、故障或錯誤自動化控制。概括起來講,焊接機(jī)器人的工作原理及應(yīng)用主要是通過PLC機(jī)器人按照焊接生產(chǎn)工藝完成汽車相關(guān)部件生產(chǎn)的焊接動作,完成焊接任務(wù)。

2點焊機(jī)器人系統(tǒng)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

縱觀整個汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀,不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢為:發(fā)展自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。而工業(yè)機(jī)器人,因集自動化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點于一身,故轎車生產(chǎn)近年來大規(guī)模、迅速地使用了機(jī)器人。在焊接方面,主要使用的是點焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。特別是近幾年,國內(nèi)的汽車生產(chǎn)企業(yè)非常重視焊接的自動化。如一汽引進(jìn)的捷達(dá)車身焊裝車間的13條生產(chǎn)線的自動化率達(dá)80%以上,各條線都由計算機(jī)(可編程控制器PLC-3)控制,自動完成工件的傳送和焊接。焊接由R30型極坐標(biāo)式機(jī)器人和G60肘節(jié)式機(jī)器人共61臺進(jìn)行,機(jī)器人驅(qū)動由微機(jī)控制,數(shù)字和文字顯示,磁帶記錄儀輸入和輸出程序。機(jī)器人的動作采用點到點的序步軌跡,具有很高的焊接自動化水平,既改善了工作條件,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率,又降低材料消耗。

車身點焊的質(zhì)量直接影響著汽車車身強(qiáng)度和使用安全性。點焊設(shè)備因易于機(jī)械化、成本較低廉、技術(shù)成熟且配套設(shè)施完善,在汽車車身的生產(chǎn)中應(yīng)用得最為廣泛。現(xiàn)在,點焊焊接過程完全自動化已成為趨勢,機(jī)器人點焊系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用,正逐步取代手工點焊。

氣動焊鉗作為點焊機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu),目前普遍采用了一體化焊鉗,就是焊接變壓器裝在焊鉗后面,減少了二次電纜的損失,提高焊接質(zhì)量。由于采用一體化焊鉗,變壓器必須盡量小型化,提高機(jī)器人有效負(fù)載。對于容量較大的變壓器,已開始采用中頻逆變技術(shù):把50Hz工頻交流變?yōu)?00~1000Hz交流再整流,使變壓器體積減少、減輕。

氣動焊鉗電極組件形式上與手工焊接焊鉗基本相似,完成與工件接觸及通電焊接作用,為降低維護(hù)改造成本,焊鉗組件有模塊化的趨勢。點焊機(jī)器人動作穩(wěn)定可靠,重復(fù)精度高,可代替人的繁重體力勞動,并且提高了焊接質(zhì)量,提高了生產(chǎn)線柔性。

伺服點焊機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、中頻點焊控制器、自動電極修磨機(jī)和伺服點焊鉗等。伺服焊槍的優(yōu)點是傳統(tǒng)氣動焊機(jī)無法比擬的,其最大的特點是以伺服裝置代替氣動裝置,按照預(yù)先編制的程序,由伺服控制器發(fā)出指令,控制伺服電動機(jī)按照既定速度、位移進(jìn)給,形成對電極位移與速度的精確控制,脈沖數(shù)目與頻率決定電極位移與速度,電動機(jī)轉(zhuǎn)矩決定電極壓力。

伺服焊槍具有增強(qiáng)診斷及監(jiān)控、簡化焊鉗設(shè)計、提高柔性、降低維修率、提高運行時間及減少生產(chǎn)成本(耗氣/備件/省電)等特點,將是未來汽車裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用的主要設(shè)備。其中頻點焊的質(zhì)量和效率均遠(yuǎn)高于工頻焊接,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

(1)減少生產(chǎn)節(jié)拍機(jī)器人與焊鉗同步協(xié)調(diào)運動,大大提高了生產(chǎn)節(jié)拍,使焊點間及障礙物的跳轉(zhuǎn)路徑最小化;可隨意縮短電極開口減小關(guān)閉焊鉗時間;焊接開始信號發(fā)出后可更快、更好地控制加壓;更快地更改焊接壓力,其壓力調(diào)節(jié)速度可達(dá)200kgf/cycle(98N/ms);能夠很好地避免和抑制飛濺,有效保證和提高焊接質(zhì)量;焊接完成信號發(fā)出后可更快打開焊鉗;減少電極更換及修磨時間;換槍、電極修磨及更換后快速標(biāo)定。

(2)提高焊接質(zhì)量軟接觸可實現(xiàn)極少的產(chǎn)品沖擊,還可以減小噪聲;高精確度的可重復(fù)性加壓;焊接中精確恒壓控制;焊接過程中壓力可實現(xiàn)調(diào)整;更穩(wěn)定的電極管理及控制等。

3弧焊機(jī)器人系統(tǒng)簡介

汽車車身結(jié)構(gòu)的特點決定了車身制造離不開弧焊技術(shù)。傳統(tǒng)手工弧焊焊接時的火花及煙霧對人體造成危害較大,工作環(huán)境惡劣,且對工人技能要求更高,焊縫質(zhì)量一致性差,波動也較大。特別是汽車的重要結(jié)構(gòu)安全件,其焊接質(zhì)量對汽車的安全性起著決定性的作用,因此整車廠有逐步采用自動化弧焊機(jī)器人替代手工方式的趨勢。

對車身弧焊機(jī)器人工作站的設(shè)計規(guī)劃應(yīng)首先考慮是否滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)、工作站的柔性和焊接質(zhì)量,以及機(jī)器人及焊槍的選型及電控設(shè)計。具體內(nèi)容包括:

機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)包括有效載荷、軸數(shù)、各軸的自由度范圍及控制系統(tǒng)等。

機(jī)器人工作范圍及姿態(tài),充分考慮車身形式和弧焊點位置、夾具形式。通過3D設(shè)計模型仿真模擬干涉危險點的焊接,對焊槍及夾具的形狀、機(jī)器人操作位置等進(jìn)行反復(fù)修改,確定方案再進(jìn)行可行性論證及設(shè)計修正。

確定機(jī)器人的高度及與前后左右距離,確保所有弧焊點機(jī)器人焊槍可達(dá)。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計最可靠的方法是通過機(jī)器人仿真軟件模擬實際的焊接工作,具體方法是加入工位夾具、工件及焊槍的3D模型,在虛擬環(huán)境進(jìn)行工作站的裝配和調(diào)試,路徑模擬,發(fā)現(xiàn)是否干涉,以此調(diào)整各部分的相對尺寸達(dá)到最佳。

工藝時序設(shè)計,控制流程圖設(shè)計?;『笝C(jī)器人工作站的設(shè)備構(gòu)成包括弧焊機(jī)器人、機(jī)器人控制器、焊機(jī)、清槍系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、焊接夾具、排煙除塵設(shè)備、安全防護(hù)網(wǎng)、弧光遮擋簾和水電氣單元等。

4焊接機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展和對自動化水平要求的不斷提高,將為焊接機(jī)器人市場的快速增長提供了一個良好的機(jī)會。預(yù)計國內(nèi)企業(yè)對焊接機(jī)器人的需求量將以30%以上的速度增長。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢看,焊接機(jī)器人不斷向智能化方向發(fā)展,完全實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人的群體協(xié)調(diào)和集成控制,從而達(dá)到更高的可靠性和安全性。而采用焊接機(jī)器人的汽車生產(chǎn)企業(yè)在高技術(shù)、高質(zhì)量、低成本條件下必將獲得高速發(fā)展,也必將為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的生機(jī)。相信,在不久的將來,通過我們的共同努力,國內(nèi)汽車行業(yè)的焊接技術(shù)會逐步縮短與國外先進(jìn)焊裝技術(shù)水平的差距,迎接WTO帶給汽車工業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

在焊接機(jī)器人的應(yīng)用過程中,焊縫跟蹤技術(shù)的應(yīng)用相普通,焊接機(jī)器人在進(jìn)行焊接作業(yè)操作過程匯總,由于焊縫的過程可能會受到強(qiáng)弧光輻射、煙塵、飛濺、加工誤差、夾具精度、工件熱變形等因素的影響,必須特別注意這些因素的控制,避免出現(xiàn)焊炬偏離焊縫,導(dǎo)致焊接質(zhì)量出現(xiàn)問題,焊縫跟蹤技術(shù)的存在,在一定程度上可以結(jié)合焊接條件的變化,實時監(jiān)測出焊縫的偏差,并及時調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù),有效的避免焊接過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

不斷的實踐工作經(jīng)驗表明,在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中,電氣性能良好的專用弧焊電源,是確保焊接機(jī)器人使用性能的正常發(fā)揮的關(guān)鍵之一。焊接機(jī)器人所用的專用弧焊逆變電源大多都是單片微機(jī)控制的晶體管式弧焊逆變器,在精細(xì)的波形控制方法的焊接電源,可以在一定程度上確保焊縫烙寬以及烙深的一致性,促使焊接表面更加的美觀。因此在焊接機(jī)器人的應(yīng)用過程中,針對專用弧焊電源進(jìn)行深入的研究非常重要。

在焊接作業(yè)的操作過程中,離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)主要是指機(jī)器人編程語言的進(jìn)一步擴(kuò)展,其主要利用計算機(jī)圖形學(xué)的研究成果建立的機(jī)器人已經(jīng)工作環(huán)境的模型,并通過專業(yè)的算法,對焊接器件的圖形進(jìn)行一定的控制和操作,是促使焊接機(jī)器人可以在設(shè)定好的軌跡規(guī)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接作業(yè),離線編程的另一現(xiàn)實基礎(chǔ),是自動編程技術(shù)的應(yīng)用。通過應(yīng)用自動編程技術(shù),為焊接機(jī)器人實現(xiàn)焊接任務(wù)、焊接參數(shù)、焊接路徑以及焊接軌跡的同時,輔助編程人員進(jìn)行編程任務(wù)的一種技術(shù)。

在實際工作過程中,多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)主要是指為了完成某一項工作任務(wù)選行組織數(shù)量若干的機(jī)器人通過合作與協(xié)調(diào)組合成的一體系統(tǒng),多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)在應(yīng)用的過程中,主要是多焊接機(jī)器人系統(tǒng)安排某項任務(wù)之前,需要考慮如何根據(jù)實際的操作任務(wù)組織焊接機(jī)器人進(jìn)行有效的工作。當(dāng)確定工作機(jī)制以后,就需要結(jié)合實際工作,考慮如何保持焊接機(jī)器人運動協(xié)調(diào)的一致性問題了。

5結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的趨勢機(jī)器人生產(chǎn)必然會越來越多的得到廣泛應(yīng)用,尤其是在對人體危害較大、安全性較低、生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的崗位或生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,使用機(jī)械人具有一定的技術(shù)支持與可操作性。因此,在當(dāng)前的汽車生產(chǎn)中可以嘗試引入焊接機(jī)器人,并在這種崗位化、部分化的生產(chǎn)實踐中逐漸摸索、認(rèn)識機(jī)器人應(yīng)用的優(yōu)勢與不足,從而在未來的汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展為其大范圍的應(yīng)用積累一些經(jīng)驗,提高應(yīng)用水平與控制能力。

作為一種大眾商品,人們對轎車的要求不僅是美觀舒適,而且還要結(jié)實耐用。這就要求白車身既要有足夠的焊接強(qiáng)度,又要有合格的外觀質(zhì)量。點焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人系統(tǒng)作為一個靈活、獨立的焊接加工單元給大批量、高效率和高質(zhì)量進(jìn)行流水線的汽車制造提供了有利保障,讓高柔性化的短時彈性生產(chǎn)也成為可能。

標(biāo)簽:

點贊

分享到:

上一篇:工業(yè)機(jī)器人對光柵編碼器的特...

下一篇:電機(jī)零部件打孔,基準(zhǔn)的選擇...

中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網(wǎng)-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號