试论焊接机器人在汽车焊装领域中的应用

摘 要：随着汽车制造工业的蓬勃发展，其对工作效率与工作质量的要求也越来越高。科学技术的发展催生了新的汽车焊装模式，就是运用焊接机器人来对汽车进行焊装，可以有效地减少工作失误，提高生产质量与生产效率。文章首先对德国制造的库卡机器人的结构特点进行了阐述与分析，并对库卡机器人在汽车焊装领域中的应用进行了探讨与研究。通过库卡机器人在GA焊装线中的布局与工作原理来展示了应用焊接机器人对提升汽车焊装效率的作用。

关键词：焊接机器人；汽车焊装；应用情况

引言

我国的焊装工艺水平与机械自动化程度跟国外相比，还是存在较大的差距。在汽车焊装领域中，大部分为人工焊装，在焊装物流的输送上面也主要以人工推送方式为主。当前我国的大部分汽车生产厂家在焊装生产线上均采用人工焊接模式，进而产生了一系列的问题。这些问题主要集中在以下三个方面：首先是导致了工人的劳动强度过大，不利于工人的身心健康。在进行汽车焊装时，工人需要钻进车身内部进行焊接侧围总成跟地板总成搭接与顶盖横梁焊点的工作。期间的工作强度较大，不利于工人的身体健康，而且在此期间虽然采用了较为先进的防护措施，但工人的危险系数还是比较高。其次就是当前的汽车焊装生产节拍较低，进行人工焊接、搬运与输送的节拍效率仅为十六分钟每台。最后就是质量问题，由于所有的汽车焊装程序都是经由人工进行操作完成的，因此，在实际工作过程中，就不可避免地会产生相应的失误。进而影响了焊接的一致性与稳定性，造成了产品种类单一。影响了汽车焊装的质量，而且还满足不了大批量生产的实际需求。

1 库卡机器人系统的组成结构

德国发明的库卡机器人系统主要包括了两个部分，分别是机器人与焊接设备。其中的库卡机器人主要是由机械系统、控制系统及库卡手持操作器所构成。下面主要是对库卡机器人的系统组成结构进行阐述与分析。

1.1 库卡机器人的机械系统

库卡机器人的机械系统与机械手是由许多共同活动、相互连接在一起的轴承所构成的，我们通常将它称为运动链。现在主要是以六轴机器人为例，介绍它的结构特点及运动规律。首先是六轴从下往上，分别存在一到六个轴，每个轴都可以进行旋转及前进[1]。并且能够被焊接设备的马达所驱动，都带有抱闸。这种组成结构方式可以避免因为机器人突然断电，从而导致机器人由于失去阻力，发生碰撞的现象。库卡机器人机械系统零部件的主要组成材料是铸钢与铸铝，在一些特殊情况下也还可以使用碳纤维材料的零部件。减速器与机械手的各个部件将伺服电机连接在了一起。

1.2 库卡机器人的控制系统

当前的机器人控制系统主要是由伺服电机来控制其运动的，但伺服电机又被（V）KRC4控制系统所控制。（V）KRC4控制系统最多可以控制六个机器人轴跟两个附加的外部轴，就像是附加坦克链的第七轴跟电极帽自动修磨器。

1.3 库卡机器人手持操作器

库卡机器人的主要操作都要通过手持操作器来完成，而且汽车焊装中所有的焊接与试教都要经过库卡手持操作器来进行。

2 库卡机器人在GA焊装线中的布局与工作原理

一般的汽车生产厂家的GA轿车焊装库卡机器人的工艺布局为：主焊线总共由九个工位组成，主要采用辊床、滑撬自动输送，以及滑撬前进和后退往返运动产生工艺。在总拼工位中，总共设有五台六轴高精度的库卡焊接机器人、五个机器人焊钳电极帽自动修磨器等其它一些附属设备[2]。在进行总拼前，需要对左右侧围总成、地板总成、后横梁预装及顶盖前进行安装完成后，才能按下完成按钮，从而将电气信号传输给辊床。待辊床在上升到合适的位置以后，再将电气信号传输给滑撬电机。滑撬带动车身输送到总拼工位，输送到位后，再将信号回传到辊床上并下降。

3 应用焊接机器人对汽车进行焊装的作用

3.1 有效缓解工作强度过大的问题

应用焊接机器人对汽车进行焊装可以有效缓解工人工作强度过大的问题。在对侧围总成进行轮罩处跟地板总成搭接焊点时，如果使用人工焊接方式的话，就需要两个工人来共同操作一把人工焊钳，并且由于空间问题，在进行焊接时操作姿势会比较困难[3]。由于侧围总成跟地板总成的搭接点在汽车的车身内，因此，工人需要钻进车身里面来进行车身焊接工作。但由于车身空间有限，因此，操作过程困难，而且容易引发安全事故，威胁到员工的生命健康。但如果采用焊接机器人来进行汽车焊装的话，就可以完全避免这种情况的发生。在降低工人工作强度的与事故发生率的同时，还能提高生产商的实际生产效率。

3.2 提高机器人的实际生产节拍

总拼工位一直是节拍提升的瓶颈工位，使用人工焊接的话，生产节拍效率较低。但如果采用机器人焊接对汽车进行焊装的话，就可以有效地提升节拍效率。这主要是由于机器人的操作比较灵活，因此，针对一些在人工焊接时很难实现的姿势，焊接机器人可以轻而易举地完成[4]。一台机器人总共可以应用两到四把的焊钳焊接，更能满足在实际焊接过程中，对焊接位置的操作需求。与此同时，焊接机器人在经过调整以后，可以使焊接优势达到最大化。进而达到四分钟每台的生产节拍，而人工焊接的生产节拍则需要十六分钟每台。

3.3 提升焊接质量

由于焊接机器人是应用电脑进行控制的，因此，机器人的运动轨迹非常精准，可以使电极帽跟钣件间良好地接触。不会像人工焊接那样，因为人工操作加大了失误，从而使得在焊接过程中出现焊接分流、马蹄点等焊接缺陷。根据焊接位置的不同，机器人在焊接参数的选取上面及电极帽的磨损频率上面也大不相同。这时，就可以通过PLC程序来精准地计算出所需的焊点数量。在完成焊点数量的设定以后，PLC会将相应的信息反馈给机器人。机器人根据程序所设定的程序路径来进行修磨处理，更能保证焊接质量。

3.4 实现总拼工位多车型共线生产

人工操作对汽车进行焊装会因为总拼工位各个车型的焊接方法不同，对焊接设备以及焊接参数的要求也不尽相同。因此，在同一工位的空间有限时，会对焊接设备的选型与引入发生争议。应用机器人焊接工艺可以充分发挥机器人的灵活性与柔性化，进而实现一个总拼工位上可以进行多个车型的生产焊装[5]。当前的汽车生产商正通过增设四面体工位来将自行小车拉动四面体上的侧围总成夹具来输送到总工位上的方法，实现可以生产四款不同的车型。除此之外，机器人焊接还可以跟多种型号的焊钳相匹配，进而可以解决因为车型不同而焊接结构不同、焊接空间狭小、焊钳选取困难等的实际问题。

4 结束语

随着人民生活水平的不断提高，人们的出行方式也在不断改变。人们对汽车的认识由以往的实用性逐渐转变为实用性与美观性并存，因此，人们对车身车型的要求也越来越高。人们对汽车审美需求的不断变化，车身的匹配度也需要与时俱进。采用焊接机器人工艺对汽车车身进行人工焊接，可以有效解决因为人工焊接所带来的诸多不便。与此同时，还可以显著提升对汽车的焊装效率，进而提高了汽车焊装的质量。为塑造企业良好的品牌形象奠定稳固的基础，从而强化公司的社会影响力。

参考文献

[1]李铁柱.焊接机器人在汽车焊装领域中的应用[J].汽车零部件，2014，12：64-66.

[2]任小康.汽车焊装中机器人焊接仿真技术的应用进展[J].山东工业技术，2015，9：8.

[3]李伟达.浅析机器人焊接仿真在汽车焊装中的应用[J].科技致富向导，2015，3：232.

[4]李勇.焊接机器人在汽车焊接生产线中的应用浅谈[J].科技致富向导，2015，15：149.

[5]赵君.机器人焊接仿真在汽车焊装中的应用[J].现代零部件，2011，9：74-75.

作者简介：陈凯丰（1989-），男，江西南昌人，工作单位：江铃汽车股份有限公司，职务：自动化工程师，研究方向：自动化焊接应用/机器人焊接方向。