焊接機器人在汽車焊裝領域中的應用

李鐵柱

(廣汽吉奧汽車有限公司東營分公司，山東東營 257091)

焊接機器人在汽車焊裝領域中的應用

李鐵柱

(廣汽吉奧汽車有限公司東營分公司，山東東營 257091)

主要分析德國KUKA(庫卡)機器人的結構特點和在車身焊裝生產線中的應用。通過介紹機器人在GA轎車焊裝線上的應用，展示機器人在焊裝線應用的優勢。

汽車焊裝； KUKA機器人

0 引言

2013年4月份以前，某公司的焊裝工藝水平、自動化率幾乎是其他自主品牌公司6年前的工藝水準，僅總拼工位焊接后地板總成與側圍搭接焊點采用半自動焊，其余全部人工焊接作業；焊裝物流輸送以人工推動方式為主。圖1所示為人工焊接總拼工位。

如圖1所示的焊裝生產線上采用人工焊接操作，主要存在如下問題：

(1)勞動強度大。工人需要鉆進車身內部焊接側圍總成與地板總成搭接及頂蓋橫梁焊點；

(2)生產節拍低。人工焊接、搬運及輸送，節拍為16 min/臺；

(3)質量不能有效得到保證。人工焊接穩定性、一致性差，且不能滿足大批量生產要求、產品種類單一。

2013年4月份以后，該公司首款轎車GA車型焊裝柔性生產線采用五臺KUKA(庫卡)機器人進行焊接工藝生產。如下介紹KUKA機器人系統。

1 KUKA(庫卡)機器人系統結構組成

主要包括機器人和焊接設備(伺服焊鉗)兩部分。其中，KUKA(庫卡)機器人由機械系統、控制系統及KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)組成。下面主要介紹KUKA(庫卡)機器人系統結構。

1.1 KUKA(庫卡)機器人機械系統

機器人機械系統及機械手，是由眾多活動的、相互連接在一起的軸組成，通常稱運動鏈。以六軸機器人為例介紹其運動系統結構和特點。其六軸從基座往上，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6軸，每個軸都可以前進和旋轉且為AC伺服馬達驅動、都帶有抱閘等，防止機器人突然斷電，機器人失去阻力而發生撞擊等問題發生。

機器人機械系統的部件主要由鑄鋁和鑄鋼制成，在個別情況下也使用碳纖維部件。伺服電機通過減速器與機械手的各個部件相連。

1.2 KUKA(庫卡)機器人控制系統

機器人控制系統由伺服電機控制運動，而伺服電機由(V)KRC4控制系統控制。圖4為伺服電機控制柜。

(V)KRC4控制系統可控制6個機器人軸和最多2個附加的外部軸，如附加坦克鏈第七軸和電極帽自動修磨器(圖5)。

1.3 KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)

KUKA(庫卡)機器人的操作是通過smart PAD(手持操作器)完成的。所有的試教、焊接都是由KUKA(庫卡)smart PAD(手持操作器)來完成，見圖6(按鍵功能介紹省略)。

2 KUKA(庫卡)機器人系統在GA焊裝線的布局

該公司GA轎車焊裝KUKA(庫卡)機器人工藝布局：主焊線共9個工位，采用輥床、滑撬自動輸送，滑撬前進、后退往返運動生產工藝。

總拼工位(MB30總拼機器人工位)設有5臺六軸高精度KUKA(庫卡)焊接機器人(重復精度小于±0.12 mm)、7把伺服焊鉗、4套機器人焊鉗存放架、5個機器人焊鉗電極帽自動修磨器、機器人控制柜以及機器人操作示教器等附屬設備。KUKA(庫卡)焊接機器人布局如圖7所示。

3 KUKA(庫卡)機器人在GA焊裝線系統信號工作原理

在總拼前一工位對地板總成、左右側圍總成、頂蓋前、后橫梁預裝完成后，按下完成按鈕，電氣信號傳遞給輥床，輥床上升到位后電氣信號傳遞給滑撬電機，滑撬帶動車身輸送到總拼工位；輸送到位后，完成信號反饋給輥床并下降，車身定位到基準上，反饋完成信號給Open Gate，其動作后，將側圍定位、夾緊；待所有定位、夾緊到位后，PLC反饋信號給機器人，機器人接收到信號后，按前期調試的路徑，調用調試的焊接參數，對車身進行焊接工作。圖8為機器人信號反饋與現場應用示例。

4 應用機器人焊接工藝解決問題點及優勢

(1)解決勞動強度大問題

側圍總成輪罩處與地板總成搭接的焊點，采用喉深為600 mm、喉寬為450 mm的大C焊鉗，人工焊接需要兩人操作一把人工焊鉗，且焊接操作姿勢困難。

對于側圍總成與地板總成搭接點，工人需鉆入車身焊接，操作空間狹小，易發生人身安全事故；采用機器人焊接工藝可完全避免此類事情的發生。

(2)提高生產節拍

總拼工位為節拍提升時的瓶頸工位，節拍提升尤為困難；而采用機器人焊接工藝后，因機器人的操作柔性大，焊接姿勢易于實現，一臺機器人可應用2～4等多把焊鉗焊接，更能滿足焊接位置的操作要求，同時機器人調試后軌跡為最優化，可

滿足設計的15JPH生產節拍，即4 min/臺(人工焊接節拍為16 min/臺)。

(3)提升焊接質量，保證焊接精度

機器人精準的運動軌跡及電極帽與鈑件間的良好接觸，不會出現人工焊接時出現的半點、馬蹄點、焊接分流等焊接缺陷。

根據焊接部位的不同、機器人焊接參數選取、電極帽的磨損頻率不一，通過PLC程序計算焊點數量，達到設定焊接數量后， PLC反饋給機器人信號，機器人接收信號后自動根據前期設定好的程序路徑進行修磨，更好地保證焊接質量。

(4)可實現一個總拼工位、多車型共線生產

人工操作焊接工藝，因總拼工位各車型焊接結構不同，對焊接設備及焊接參數要求不同，而同一工位空間有限，與焊接設備的新引入及選型產生矛盾。

基于機器人焊接工藝的柔性化，更容易實現一個總拼工位的多車型生產工藝。目前該公司正在開發的GA-cross車型，正是與GA車型共線生產。通過增設四面體工位，采用自行小車拉動四面體上的側圍總成夾具輸送到總拼工位，可實現4款不同車型的生產；同時機器人可與多種型號焊鉗匹配，解決不同車型因焊接結構和焊接空間狹小、焊鉗選取困難問題。圖9為KUKA(庫卡)機器人在GA焊裝線應用圖片。

5 小結

該公司首款轎車上線，車身匹配精度要求與時俱進，車身焊接首次采用機器人焊接新工藝，解決人工焊接時諸多弊端，同時采用自動化設備為整車焊接品質提升打下了堅實的硬件基礎和為多車型共線布局生產奠定基礎。

【1】 宋金虎.我國焊接機器人的應用與研究現狀[J].電焊機,2009(4):18-20.

【2】 宋慧欣.焊動未來 盡在庫卡[J].自動化博覽,2012(7):21-22.

ApplicationofWeldingRobotinAutoWeldingField

LI Tiezhu

(Dongying Branch,GAC Gonow Auto Co.,Ltd.,Dongying Shandong 257091,China)

The structure features of Germany KUKA robot and its application in car body welding production line were analyzed.The advantage of the robot in welding line was shown by introducing the application of robot in GA car welding line.

Auto welding; KUKA robot

2014-08-11

李鐵柱(1984—)，男，大學專科，助理工程師，從事汽車焊裝工藝過程開發。E-mail：litiezhuxx@163.com。