本文闡述了焊接機(jī)器人弧焊技術(shù)的原理及特點(diǎn)，將機(jī)器人弧焊技術(shù)、工作臺(tái)和夾具等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在商用車底盤部件的生產(chǎn)中有效地提高了生產(chǎn)線柔性化程度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
縱觀整個(gè)汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀，可以看出汽車工業(yè)焊接發(fā)展趨勢(shì)為發(fā)展自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，而焊接機(jī)器人，因集自動(dòng)化生產(chǎn)和靈活性生產(chǎn)特點(diǎn)于一身，不但在車身焊接生產(chǎn)中大規(guī)模使用，在商用車底盤部件的焊接生產(chǎn)中也應(yīng)用普遍。
機(jī)器人自動(dòng)弧焊原理及特征
1.機(jī)器人自動(dòng)弧焊原理
熔化極氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）是采用連續(xù)等速送進(jìn)可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來(lái)熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫的焊接方法（見圖1）。為得到良好的焊縫應(yīng)利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)熔滴、熔池金屬及焊接區(qū)域高溫金屬免受周圍空氣的有害影響。
圖1 熔化極氣體保電弧焊
2.機(jī)器人自動(dòng)弧焊的特征
焊接機(jī)器人由
工業(yè)機(jī)器人和焊接設(shè)備兩大部分組成，機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)組成。以弧焊為例，焊接設(shè)備主要由焊接電源、送絲機(jī)和焊槍等部分組成。以上各單元以機(jī)器人控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)軟硬件之間的連接，形成一個(gè)有機(jī)完整的焊接系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，還會(huì)輔以焊接機(jī)器人各種形式的周邊設(shè)施，如切割房、除塵系統(tǒng)等，以完善焊接機(jī)器人應(yīng)用功能，也就是工業(yè)生產(chǎn)中俗稱的焊接機(jī)器人工作站或焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
在商用車底盤部件焊接中的應(yīng)用
1.設(shè)備組成及整體功能
該設(shè)備主要由機(jī)器人弧焊系統(tǒng)、清槍系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、工作站房、二工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、貯氣筒弧焊夾具、除塵系統(tǒng)和其他輔助部分組成，如圖2所示。
圖2 焊接機(jī)器人設(shè)備
系統(tǒng)采取人工上、下料，機(jī)器人自動(dòng)焊接方式。機(jī)器人選用ABB機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)為三菱PLC控制系統(tǒng)。采用人機(jī)界面進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視，具有自動(dòng)控制、狀態(tài)顯示、檢測(cè)、保護(hù)和報(bào)警顯示等功能，能夠進(jìn)行系統(tǒng)故障自診斷。系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止以及暫停、急停等運(yùn)轉(zhuǎn)方式均可通過(guò)操作盤進(jìn)行。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)報(bào)警通過(guò)主操作盤上的指示燈進(jìn)行顯示。
（1）機(jī)器人弧焊系統(tǒng) 包括焊槍、焊接電源、控制拒、焊機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、示教器與機(jī)器人。弧焊系統(tǒng)與機(jī)器人一體為ABB標(biāo)準(zhǔn)弧焊機(jī)器人包。采用IRB1410型號(hào)、多關(guān)節(jié)立式6軸機(jī)器人，其工作可靠、性能卓越，最大行程為1.44m，六自由度滿足焊接時(shí)的柔性化要求，機(jī)器人具備焊槍與工件距離隨動(dòng)功能以及示教編程、示教再現(xiàn)、防碰撞和MIG焊接/MAG焊接/CO2焊接切換端子等功能，工作范圍如圖3所示。
（2）電氣控制系統(tǒng) 包括機(jī)器人電控、CO2保護(hù)焊系統(tǒng)、夾具及PLC系統(tǒng)構(gòu)成，分主控制箱、主操作盤和副操作盤等部分，負(fù)責(zé)夾具動(dòng)作的控制、夾具操作、機(jī)器人控制系統(tǒng)及弧焊系統(tǒng)的通信。主控制箱主要完成對(duì)機(jī)器人、工作站和操作盤的協(xié)調(diào)控制并建立主站，控制原理圖如圖4所示。當(dāng)操作人員按下裝件完成按鈕后，PLC程序?qū)?a title="中國(guó)變頻器網(wǎng)" href="http://www.lqeedmx.cn/product/list.php?catid=189" target="_blank">
變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使工件到達(dá)工作區(qū)域。隨后依據(jù)選擇的工件類型，向機(jī)器人控制器發(fā)送程序選擇和工件到位信號(hào)，機(jī)器人依據(jù)信號(hào)對(duì)工件進(jìn)行焊接，焊接完畢后，機(jī)器人回到原點(diǎn)。
（3）焊接夾輔具 包括工位工作臺(tái)和焊接夾具。通過(guò)工位工作臺(tái)的變位，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工件的焊接。當(dāng)機(jī)器人焊接已裝配好的工件時(shí)，另一工位上的操作人員可對(duì)工件進(jìn)行裝夾，節(jié)省裝夾時(shí)間，提高效率。根據(jù)工件結(jié)構(gòu)、尺寸特點(diǎn)及焊接工序要求，設(shè)計(jì)裝配點(diǎn)定焊夾具和正式焊接夾具，并充分利用工位工作臺(tái)的特點(diǎn)，使弧焊夾具、工作臺(tái)和機(jī)器人三者有機(jī)結(jié)合，提高焊接效率。焊接輔助的設(shè)計(jì)在底盤件的焊接中十分重要，直接關(guān)系到焊接效率和焊接質(zhì)量。
（4）除塵系統(tǒng) 包括工作站房和除塵器。工作站房外形尺寸根據(jù)零件尺寸以及現(xiàn)場(chǎng)情況確定，側(cè)開滑軌式檢修門，檢修門控制內(nèi)部照明，并與PLC連接。
除塵設(shè)備采用唐納森DFP系列沉流式除塵器，運(yùn)行時(shí)粉塵被捕集在濾筒外表面，并采用反吹方式依靠固態(tài)控制定時(shí)器進(jìn)行清灰。
2.貯氣筒總成(含支架)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
由于貯氣筒總成為汽車產(chǎn)品的保安件，其對(duì)整車的安全性至關(guān)重要。貯氣筒總成密封性、靜強(qiáng)度和焊縫質(zhì)量等技術(shù)要求都要作為關(guān)鍵特性進(jìn)行控制。必須掌握和熟知貯氣筒總成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性，才能保證貯氣筒總成采用機(jī)器人弧焊達(dá)到高效和高質(zhì)量。貯氣筒總成由貯氣筒本體總成（2個(gè)端蓋、1個(gè)本體組成）和2個(gè)支架組成，貯氣筒本體總成的材料厚度為2～2.5mm，支架材料厚度為3.5mm，結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)弧焊技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意如下特點(diǎn)：貯氣筒本體料薄、易燒穿：貯氣筒本體目前以冷軋板DC01和DC03為主，由于本體料較薄，因此在采用機(jī)器人弧焊工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮焊槍運(yùn)行軌跡與支架和本體接頭處的配合關(guān)系，如焊槍運(yùn)行軌跡與接頭處空間位置發(fā)生偏移，在收弧處極易造成本體燒穿；焊縫以空間結(jié)構(gòu)存在：貯氣筒本體與支架焊縫中間段為弧形結(jié)構(gòu)，整條焊縫以空間形式存在，因此在設(shè)計(jì)機(jī)器人焊槍行走方式時(shí)，需考慮最佳方案，保證焊接效率，同時(shí)不影響機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)。
3.夾具及工作臺(tái)
貯氣筒焊接夾具采用氣動(dòng)壓緊裝置，以本體管接頭座和貯氣筒支架的相對(duì)位置，并依靠夾具下端槽體卡住本體管接頭座進(jìn)行定位，夾具設(shè)計(jì)合理。并通過(guò)2工位回轉(zhuǎn)臺(tái)的變位，A、B兩個(gè)工位180°往復(fù)旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人對(duì)貯氣筒支架進(jìn)行焊接。機(jī)器人焊接A工位時(shí)，操作人員對(duì)B工位工件進(jìn)行卸件裝件。每個(gè)工位均可安裝貯氣筒焊接夾具，工位間采用防弧光板遮擋分隔。
4.焊接工藝流程
焊接的貯氣筒被放上夾具后，操作工離開安全踏板，雙手按下啟動(dòng)按鈕，回轉(zhuǎn)臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)180°后停止，同時(shí)定位氣缸伸出將夾具定位，定位完成后，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)過(guò)來(lái)焊接，焊接完成后，機(jī)器人將停在設(shè)定的安全點(diǎn)，等待下一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。
