弧焊机器人在汽车拖拽架焊接的应用

杨伟国,杨瑞军

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

弧焊机器人在汽车拖拽架焊接的应用

杨伟国,杨瑞军

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

使用弧焊机器人工作站，配套以专用焊接夹具或工装，采用MIG等焊接工艺，组成高效、柔性焊接系统，对汽车零部件包括底盘、车身覆盖件以及动力系统各类零部件进行弧焊焊接。机器人工作站设置考虑了操作的安全性和环境保护要求，利用机器人系统本身的优势开发了强大的应用程序，采用友好和简易的编程界面，操作简单、易学。焊接夹具设计考虑了空间的复杂定位、定位点选择合理、定位方式正确，有效防止了变形。论述了该系统焊接汽车拖拽架等零部件过程。通过现场调试及测试，该套系统能保证产品质量，提高生产效率，减少成本消耗。

机器人工作站；弧焊机器人；异形管件

0前言

弧焊机器人作为实现高品质焊接质量的保证，目前已广泛应用于汽车制造业[1]。主要焊接部件包括汽车底盘、拖拽架、座椅骨架、导轨、消音器以及液力变矩器等，尤其是在汽车底盘焊接生产中得到了广泛应用。弧焊焊接工艺以MIG焊为主，板件厚度1.5～4 mm，焊接以搭接、角接接头为主。离线编程的焊缝及焊枪姿态模型对大型压力容器与管道焊接机器人的设计有重要指导意义。

1汽车拖拽架总成的结构

汽车拖拽架由拖拽圆钢和连接板组成，如图1所示。连接板厚3 mm，拖拽圆钢直径10 mm，材料为普通碳钢，有四道焊缝，此件为汽车左右对称件。焊接中最主要的问题是焊接后的变形和拖拽圆钢的定位。交货周期短，且以小批量生产为主，适合采用机器人焊接。

图1 焊接件

2弧焊机器人工作站的组成及特点[1]

机器人系统由一台机器人及一个落地式头尾架焊接变位机组成。工作站防护为封闭式，上部安装排风扇防止烟尘进入车间。为防止焊接烟尘对元器件的损害，机器人控制器和焊接电源布置在封闭围栏外部。围栏一侧安装安全门，便于维修工作人员进出，门上安装安全锁，当安全门打开时机器人不能启动。围栏前部设挡光帘，在自动运行时，保证操作者安全位的挡光帘自动放下以防止弧光对人眼造成伤害。装卸工位有对射光栅来保证操作人员的安全，工人在装卸工件时机器人绝对不会进入该区域，机器人焊接该面工件时如果人员进入该区域，机器人立即停止运行。在头尾架焊接变位机上安装两套焊接工装夹具，提高了生产效率。机器人工作站组成如图2所示。

图2 机器人工作站组成

2.1机器人本体

OTC AⅡ-B4机器人为6轴关节式机器人，采用新型交流伺服电机，具有结构紧凑、输出高、响应快、可靠性高等特点，使机器人本体紧凑灵活，具有较大的运动空间、更好的稳定性和较高的重复定位精度，尤其适合于三维曲线焊缝的焊接。

2.2机器人控制柜

与OTC AⅡ-B4机器人配合的控制柜为AX21型，其控制是基于Intel公司的处理器所开发，采用Windows NT技术的智能运动控制系统。全数字伺服模块为机器人6个关节的交流伺服电机提供驱动电源，有能力提供多达54个伺服电机轴同步协调控制，完成直线插补和圆弧插补。

采用友好和简易的编程界面，图标式按键，使操作人员更加易学和操作舒适。分布式硬件结构和精简指令集软件能保证严格的时序和任务的执行。记忆容量达到160 000步，外部I/O点可达32点。开放式结构，可以连接Ethernet、Device-net等网络。另外，带有过滤网的自循环通风系统可以保证在0℃～50℃范围内正常工作。

2.3机器人示教编程器

机器人系统配有大屏幕彩色LCD显示的编程器，操作与编程简单明了，具有在线焊接参数修改和故障自诊断显示功能；可转换中/英文显示方式，方便操作者；安装有dead-man开关，以进一步保证安全。其主要功能包括：（1）焊接参数和焊接电流、电压波形的实时显示和参数修改；（2）多窗口显示；（3）进行内部SOFT-PLC的梯形图编程，不同于其他机器人的语句表编程，使编程更加直观，更加易于掌握。机器人控制柜及示教编程器如图3所示。

图3 机器人控制柜及示教编程器

2.4焊接电源

机器人系统采用OTC公司DM-350全数字脉冲逆变CO2/MAG焊接电源，系统配置的DM-350焊接电源是日本OTC公司最近推出的全数字式逆变焊接电源。在焊机内部装有数字信号处理器DSP芯片，

实现焊接参数、控制程序、送丝速度的全数字化控制，并带有焊接参数的专家系统。焊机体积小，采用一体化设计，焊接参数精确稳定。

焊机具有先进的控制方式，使熔滴过渡更加准确。MAG焊接时，飞溅小，焊缝成形美观，焊接质量好。通过焊接电流、电压的数字化反馈，可以精确控制弧长，即使焊丝伸出长度发生变化，也能保证弧长不变。焊机还具有收弧回烧功能，减小焊丝端头小球，保证100％引弧成功率。

附属设备包括焊枪把持器（带防碰撞传感器）、管线支撑架、相关电缆及管线等。

3焊接夹具的设计

弧焊机器人工作站焊接夹具是实现工件定位与防止变形的重要手段，直接影响焊接效率和质量。与点焊机器人工作站夹具不同，弧焊机器人工作站夹具要求具有较快的热传导性和更大的夹紧力，并且满足标准化安装要求，可随意更换夹具而无需更换变位机及夹具底座。

此次夹具设计的难点主要有：①如何确保圆管件的定位，由于圆管件为冷弯产品，加工质量很难确保统一，因此在焊接过程中的定位显得尤为重要；②如何确保焊接后的变形符合检具要求。如图4所示，对圆管件采用3处定位，4处压紧，支撑与定位块加工U形槽，两个方向可调整。压紧块采用平压形式，单方向可调，防止焊后变形过大。连接板采用2个定位销定位，3个支撑压紧点均单方向可调整。整个圆钢件定位后，机器人开始焊接，焊接完部分焊缝后，2号和3号压紧块打开，焊接其余焊缝。

图4 支撑压紧块布置

4结论

对于批量生产的工件，焊接机器人工作站是焊接质量和提升焊接效率的保证，而焊接夹具是实现工件定位与防止变形的重要手段，夹具的精度直接影响焊接质量。本研究所述的汽车拖拽圆钢和连接板机器人弧焊设备以及焊接工艺对管类和圆钢类零件的自动焊接具有指导意义。

[1]陈炯.弧焊机器人应用与推广[J].电焊机，2003，33（5）：7-10.

Application of arc welding robot in welding automotive dragging frame

YANG Weiguo，YANG Ruijun
（Tianjin 707 Hi-tec Co.，Ltd.，Tianjin 300409，China）

By using the arc welding robot workstation，matching of special welding jigs or fixtures，applied of MIG and other welding technology，the efficient and flexible welding system is established.The system was applied for welding the automotive components，including chassis，body panels and various parts of the power system.The robot workstation takes into account the safety of operation and environmental protection requirements，a powerful application is developed by using the advantages of the robot system itself.The use of friendly and simple programming interface makes the operation be simple and easy to learn.Welding fixture design takes into account the complex positioning of space，location point selection is reasonable，location style is correct，so the jigs prevent the deformation effectively.The paper discusses welding car towing rack and other components by using the system.By means of practical adjustment and measure，the system can ensure product quality，improve production efficiency and reduce cost.

robot workstation；arc welding robot；abnormity tube

TG409

B

1001-2303（2016）11-0071-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.14

献

杨伟国，杨瑞军.弧焊机器人在汽车拖拽架焊接的应用[J].电焊机，2016，46（11）：71-73.

2016-08-17

杨伟国（1974—），男，黑龙江人，高级工程师，主要从事焊接设备研制及生产管理等工作。