汽车座椅焊接机器人系统的设计

高鹏飞

(唐山松下产业机器有限公司，河北唐山，063020)

1 引言

在众多制造业中，应用工业机器人最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业。随着国内汽车工业的快速发展，中国目前已经是世界第一汽车生产和消费市场，相应地，汽车零部件配套企业也增量迅猛。

汽车座椅是车身内部的重要装置之一，其主要功能是为驾驶员提供便于操作、舒适而安全的驾驶位置，为乘客提供舒适、安全的乘坐空间。机器人焊接可以保证座椅良好的焊接成形和焊接强度，其优质的焊接夹具可以保证座椅的尺寸精度，大批量生产也可以保证焊接出来的产品具有良好的一致性，能够为主机厂提供品质合格的座椅骨架，满足其装车精度和强度试验，从而给司乘人员提供安全、舒适的乘车环境。

2 座椅夹具建模与焊接机器人系统设计

一般来说，机器人焊接用零件表面不得有锈迹、油污等影响焊接质量的缺陷，尺寸应与图纸相符且有良好的一致性，相结合零件的装配间隙在0.5-1mm之内。

汽车后排座椅靠背3D数模如图1所示。

图1 汽车后排座椅靠背3D数模

该产品由33个零部件组成，一般如此复杂的零件需要分工序去焊接，先焊接管框，再焊接钢丝，但是本套设备将此33个零部件在一套夹具上一次装卡完成焊接，减少了二次装卡带来的装配误差，但是夹具复杂程度提高。

夹具是机器人焊接系统中最重要的设备，其作用是将各个零件采用各种装卡定位机构组装在一起，其设计制造的质量直接关系到产品的尺寸精度和焊缝质量，也直接关系到操作者操作的便捷程度以及夹具自身的寿命。

夹具3D数模如图2所示。

图2 夹具3D数模

夹具设计主要考虑以下几个要点：

1）认真分析焊接产品的图纸，找到产品定位基准点，即RPS点，一般图纸上均由标注。这是整个产品的关键点，必须有效定位夹紧。RPS点是系统为控制汽车综合误差而设定的有效手段，现已广泛应用在主机厂及相关配套厂中。

2）确定除RPS点以外的各个零部件的定位方式和压紧方式。

3）分析焊缝所处位置，一般将较多焊缝的面朝上，便于机器人焊接。

4）定位压紧方案和工件姿态确定完毕后，开始进行系统设计。首先将焊枪对准焊缝，装配到夹具中，并确保可以焊接施工。

5）为了控制焊接变形，工件定位点均设置垫片调整机构，用于调整反变形和控制精度。

6）考虑工件的装件顺序和工人的操作动作，确保装件顺畅便捷。

7）按照既定的方案进行设计，气缸非特殊情况要选择防飞溅气缸，气管采用双层阻燃管并套上防护管，防止飞溅烫伤管路。

8）若分工序焊接，各个工序的定位基准统一，防止产生误差。

9）气缸大小的选择要保证定位压紧可靠，压紧力适中。

10）定位销、定位块材料选择和表面处理要求有可靠的耐磨性。

11）由于座椅后排靠背管框固定在定位块中，为取件方便，要设置工件顶升卸件装置。

12）夹具需要进行三维坐标测量，所以夹具设计完毕后，对检测点出具三维坐标数据。

系统布局图如图3所示。

图3 机器人焊接系统布局

机器人焊接系统主要配置见表1。

表1 某生产线机器人焊接系统配置

3 座椅焊接机器人系统特点及应用

机器人焊接系统主要特点如下：

1）提高产品焊接质量；

2）双工位布局，机器人利用率高；

3）工位自动换位，操作者在固定位置就可实现装卸件，降低劳动强度；

4）提高产品焊接效率；

5）改善工人劳动强度和工人工作环境；

6）便于生产管理；

7）工件一次装卡完成焊接，降低了二次装卡带来的装配误差。

该系统目前已经通过唐山松下产业机器有限公司生产，并应用在长春、上海等汽车零部件公司中。

图4 某系统现场

图5 某汽车座椅后排靠背夹具现场

[1]RationalDims 测量软件操作手册，美国OpenDims 2006.

[2]宋金虎. 焊接机器人现状及发展趋势[J]. 现代焊接，2011(3): 1-4.