試論焊接機器人在汽車焊裝領域中的應用

摘 要：隨著汽車制造工業的蓬勃發展，其對工作效率與工作質量的要求也越來越高。科學技術的發展催生了新的汽車焊裝模式，就是運用焊接機器人來對汽車進行焊裝，可以有效地減少工作失誤，提高生產質量與生產效率。文章首先對德國制造的庫卡機器人的結構特點進行了闡述與分析，并對庫卡機器人在汽車焊裝領域中的應用進行了探討與研究。通過庫卡機器人在GA焊裝線中的布局與工作原理來展示了應用焊接機器人對提升汽車焊裝效率的作用。

關鍵詞：焊接機器人；汽車焊裝；應用情況

引言

我國的焊裝工藝水平與機械自動化程度跟國外相比，還是存在較大的差距。在汽車焊裝領域中，大部分為人工焊裝，在焊裝物流的輸送上面也主要以人工推送方式為主。當前我國的大部分汽車生產廠家在焊裝生產線上均采用人工焊接模式，進而產生了一系列的問題。這些問題主要集中在以下三個方面：首先是導致了工人的勞動強度過大，不利于工人的身心健康。在進行汽車焊裝時，工人需要鉆進車身內部進行焊接側圍總成跟地板總成搭接與頂蓋橫梁焊點的工作。期間的工作強度較大，不利于工人的身體健康，而且在此期間雖然采用了較為先進的防護措施，但工人的危險系數還是比較高。其次就是當前的汽車焊裝生產節拍較低，進行人工焊接、搬運與輸送的節拍效率僅為十六分鐘每臺。最后就是質量問題，由于所有的汽車焊裝程序都是經由人工進行操作完成的，因此，在實際工作過程中，就不可避免地會產生相應的失誤。進而影響了焊接的一致性與穩定性，造成了產品種類單一。影響了汽車焊裝的質量，而且還滿足不了大批量生產的實際需求。

1 庫卡機器人系統的組成結構

德國發明的庫卡機器人系統主要包括了兩個部分，分別是機器人與焊接設備。其中的庫卡機器人主要是由機械系統、控制系統及庫卡手持操作器所構成。下面主要是對庫卡機器人的系統組成結構進行闡述與分析。

1.1 庫卡機器人的機械系統

庫卡機器人的機械系統與機械手是由許多共同活動、相互連接在一起的軸承所構成的，我們通常將它稱為運動鏈。現在主要是以六軸機器人為例，介紹它的結構特點及運動規律。首先是六軸從下往上，分別存在一到六個軸，每個軸都可以進行旋轉及前進[1]。并且能夠被焊接設備的馬達所驅動，都帶有抱閘。這種組成結構方式可以避免因為機器人突然斷電，從而導致機器人由于失去阻力，發生碰撞的現象。庫卡機器人機械系統零部件的主要組成材料是鑄鋼與鑄鋁，在一些特殊情況下也還可以使用碳纖維材料的零部件。減速器與機械手的各個部件將伺服電機連接在了一起。

1.2 庫卡機器人的控制系統

當前的機器人控制系統主要是由伺服電機來控制其運動的，但伺服電機又被（V）KRC4控制系統所控制。（V）KRC4控制系統最多可以控制六個機器人軸跟兩個附加的外部軸，就像是附加坦克鏈的第七軸跟電極帽自動修磨器。

1.3 庫卡機器人手持操作器

庫卡機器人的主要操作都要通過手持操作器來完成，而且汽車焊裝中所有的焊接與試教都要經過庫卡手持操作器來進行。

2 庫卡機器人在GA焊裝線中的布局與工作原理

一般的汽車生產廠家的GA轎車焊裝庫卡機器人的工藝布局為：主焊線總共由九個工位組成，主要采用輥床、滑撬自動輸送，以及滑撬前進和后退往返運動產生工藝。在總拼工位中，總共設有五臺六軸高精度的庫卡焊接機器人、五個機器人焊鉗電極帽自動修磨器等其它一些附屬設備[2]。在進行總拼前，需要對左右側圍總成、地板總成、后橫梁預裝及頂蓋前進行安裝完成后，才能按下完成按鈕，從而將電氣信號傳輸給輥床。待輥床在上升到合適的位置以后，再將電氣信號傳輸給滑撬電機。滑撬帶動車身輸送到總拼工位，輸送到位后，再將信號回傳到輥床上并下降。

3 應用焊接機器人對汽車進行焊裝的作用

3.1 有效緩解工作強度過大的問題

應用焊接機器人對汽車進行焊裝可以有效緩解工人工作強度過大的問題。在對側圍總成進行輪罩處跟地板總成搭接焊點時，如果使用人工焊接方式的話，就需要兩個工人來共同操作一把人工焊鉗，并且由于空間問題，在進行焊接時操作姿勢會比較困難[3]。由于側圍總成跟地板總成的搭接點在汽車的車身內，因此，工人需要鉆進車身里面來進行車身焊接工作。但由于車身空間有限，因此，操作過程困難，而且容易引發安全事故，威脅到員工的生命健康。但如果采用焊接機器人來進行汽車焊裝的話，就可以完全避免這種情況的發生。在降低工人工作強度的與事故發生率的同時，還能提高生產商的實際生產效率。

3.2 提高機器人的實際生產節拍

總拼工位一直是節拍提升的瓶頸工位，使用人工焊接的話，生產節拍效率較低。但如果采用機器人焊接對汽車進行焊裝的話，就可以有效地提升節拍效率。這主要是由于機器人的操作比較靈活，因此，針對一些在人工焊接時很難實現的姿勢，焊接機器人可以輕而易舉地完成[4]。一臺機器人總共可以應用兩到四把的焊鉗焊接，更能滿足在實際焊接過程中，對焊接位置的操作需求。與此同時，焊接機器人在經過調整以后，可以使焊接優勢達到最大化。進而達到四分鐘每臺的生產節拍，而人工焊接的生產節拍則需要十六分鐘每臺。

3.3 提升焊接質量

由于焊接機器人是應用電腦進行控制的，因此，機器人的運動軌跡非常精準，可以使電極帽跟鈑件間良好地接觸。不會像人工焊接那樣，因為人工操作加大了失誤，從而使得在焊接過程中出現焊接分流、馬蹄點等焊接缺陷。根據焊接位置的不同，機器人在焊接參數的選取上面及電極帽的磨損頻率上面也大不相同。這時，就可以通過PLC程序來精準地計算出所需的焊點數量。在完成焊點數量的設定以后，PLC會將相應的信息反饋給機器人。機器人根據程序所設定的程序路徑來進行修磨處理，更能保證焊接質量。

3.4 實現總拼工位多車型共線生產

人工操作對汽車進行焊裝會因為總拼工位各個車型的焊接方法不同，對焊接設備以及焊接參數的要求也不盡相同。因此，在同一工位的空間有限時，會對焊接設備的選型與引入發生爭議。應用機器人焊接工藝可以充分發揮機器人的靈活性與柔性化，進而實現一個總拼工位上可以進行多個車型的生產焊裝[5]。當前的汽車生產商正通過增設四面體工位來將自行小車拉動四面體上的側圍總成夾具來輸送到總工位上的方法，實現可以生產四款不同的車型。除此之外，機器人焊接還可以跟多種型號的焊鉗相匹配，進而可以解決因為車型不同而焊接結構不同、焊接空間狹小、焊鉗選取困難等的實際問題。

4 結束語

隨著人民生活水平的不斷提高，人們的出行方式也在不斷改變。人們對汽車的認識由以往的實用性逐漸轉變為實用性與美觀性并存，因此，人們對車身車型的要求也越來越高。人們對汽車審美需求的不斷變化，車身的匹配度也需要與時俱進。采用焊接機器人工藝對汽車車身進行人工焊接，可以有效解決因為人工焊接所帶來的諸多不便。與此同時，還可以顯著提升對汽車的焊裝效率，進而提高了汽車焊裝的質量。為塑造企業良好的品牌形象奠定穩固的基礎，從而強化公司的社會影響力。

參考文獻

[1]李鐵柱.焊接機器人在汽車焊裝領域中的應用[J].汽車零部件，2014，12：64-66.

[2]任小康.汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用進展[J].山東工業技術，2015，9：8.

[3]李偉達.淺析機器人焊接仿真在汽車焊裝中的應用[J].科技致富向導，2015，3：232.

[4]李勇.焊接機器人在汽車焊接生產線中的應用淺談[J].科技致富向導，2015，15：149.

[5]趙君.機器人焊接仿真在汽車焊裝中的應用[J].現代零部件，2011，9：74-75.

作者簡介：陳凱豐（1989-），男，江西南昌人，工作單位：江鈴汽車股份有限公司，職務：自動化工程師，研究方向：自動化焊接應用/機器人焊接方向。