焊接机器人系统的应用

　　成都焊研科技有限责任公司郭勇

　　【摘要】本文就焊接机器人系统应用特点做了分析，通过焊接机器人系统的实际应用提出了焊接机器人的常见应用形式。并就如何将焊接机器人合理、高效应用于生产制造业进行了实际分析。

　　一、前言

　　焊接机器人在焊接生产中可提高焊接质量，焊接过程的稳定，产品的一致性；提高生产效率；减小劳动强度；满足高度柔性化生产的要求。因此，焊接机器人广泛地应用于现代制造业。主要分布在汽车制造和汽车零部件、摩托车制造、工程机械、机车车辆、家用电器等行业。作为支柱产业的汽车制造和汽车零部件行业应用更为广泛，占焊接机器人应用比例。

　　焊接机器人应用系统包含机器人技术、焊接技术及工艺装备和系统控制技术三个方面。如何合理高效的将焊接机器人应用于现代制造业的焊接生产上，这是一个系统工程。要做好焊接机器人应用系统主要是结合机器人技术，根据生产要求做好焊接技术和系统控制技术的工作。焊接机器人在经历三十多年的发展技术已非常成熟，完全成为了一个标准设备，已形成了欧系有的、、公司；的公司、奥地利的公司、意大利的公司；日系有、、、公司的标准焊接机器人。焊接技术及工艺装备在焊接机器人系统中是一个重要组成部分，它包含了焊接工艺方法、焊接工装夹具以及生产工艺布局。在我们国内的焊接设备供应厂商主要走的是系统集成的子，因此主要研究和开发焊接技术和工艺装备以及系统控制。在近十年里，随着我国汽车工业的发展，国外大的汽车集团进入中国，同时也将他们的先进的制造设备带入中国，其中最有代表的就是焊接机器人系统的应用技术，我国在消化吸收国外焊接机器人应用技术的基础上，在焊接技术及工艺装备上也有了长足的发展和提高，就焊接机器人的应用特点和实际焊接生产，形成了适合国情的自己的比较完善的配套焊接技术及工艺装备，本文将探讨焊接机器人系统的实际工程应用。

　　二、焊接机器人系统的应用特点

　　焊接机器人系统就硬件来说主要有以下部分组成：

　　焊接机器人本体。包括配套焊接电源系统、焊枪系统以及控制器。根据焊接电源的种类和应用广泛程度可主要分为弧焊机器人和阻焊机器人。

　　焊接工装夹具。主要满足工件的定位、装夹，确保工件准确定位、减小焊接变形。同时要满足柔性化生产要求。所谓柔性化就是要求焊接工装夹具在夹具平台上快速更换照相机前盖壳注射模设，包括气、电的快速切换。

　　夹具平台。夹具平台是满足焊接工装夹具的安装和定位，它是根据工件焊接生产要求和焊接工艺要求的不同，设计的形式也不同。它对焊接机器人系统的应用效率起到至关重要的作用。通常都以它的设计形式和布局来确定其工作方式。

　　控制系统。主要对焊接机器人系统的硬件的电气系统控制，通常采用为主控单元，人机界面触摸屏为参数设置和单元以及按钮站。

　　三、焊接机器人系统常用的几种应用方式

　　单工位焊接机器人工作站

　　该方式是由一台单轴或双轴变位机与焊接机器人组成的工作站，这种应用方式比较简单，焊接夹具由变位机进行变位或与机器人联动变位来实现工件各焊缝的焊接。在装卸工件时机器人处于等待状态，该工作站方式机器人的利用率一般低于，所以这种方式适用于批量不大的焊接生产应用。图所示为工程车钢制油箱机器人焊接工作站。该工作站带七套焊接工装夹具满足七种油箱的焊接生产。由于该种油箱焊缝涉及的面达四个工作面以上，焊缝长度较长。所以工装平台采用了两轴变位方式满足焊接工艺要求。

　　该方式是由一台单轴或双轴变位机与焊接机器人组成的工作站冲压毕业设计，这种应用方式比较简单，焊接夹具由变位机进行变位或与机器人联动变位来实现工件各焊缝的焊接。在装卸工件时机器人处于等待状态，该工作站方式机器人的利用率一般低于，所以这种方式适用于批量不大的焊接生产应用。图所示为工程车钢制油箱机器人焊接工作站。该工作站带七套焊接工装夹具满足七种油箱的焊接生产。由于该种油箱焊缝涉及的面达四个工作面以上，焊缝长度较长。所以工装平台采用了两轴变位方式满足焊接工艺要求。

　　图工程车钢制油箱机器人焊接工作站

　　图所示为另一种形式的单工位焊接机器人工作站方式。该方式夹具为的夹具单元，气和电都采用快换接头形式，夹具单元定位安装在带一轴变位的翻转夹具平台上，满足柔性化焊接生产要求。该设备为越野车悬架焊接机器人工作站。

　　图单工位焊接机器人工作站方式

　　单工位双机器人工作站

　　该方式是由一台单轴或双轴变位机与两台焊接机器人组成的工作站，这种应用方式要求两台机器人要协调工作同时与外部轴变位机也要协调工作。焊接夹具由变位机进行变位并与两台机器人联动来实现工件各焊缝的焊接。该工作站方式采用两台机器人可提高生产效率，更主要是利用两台机器人的对称焊接减小工件的焊接变形，所以这种方式适用于工件焊缝量大，冲压件焊接变形大的焊接生产应用。主要在汽车车桥、摩托车车架、悬架等焊接生产应用较广泛。图所示为汽车后桥壳双型焊缝焊接机器人工作站。该设备利用焊接机器人的摆动焊接功能，桥壳及三角板间隙在以下均能焊接质量要求。与采用专机方式比大大提高焊接质量和生产效率。

　　图汽车后桥壳双Ｙ型焊缝焊接机器人工作站

　　双工位焊接机器人工作站

　　该方式是由两台单轴变位机两套夹具单独布局或利用回转平台整体布局与一台或多台机器人组成的工作站。两件相同工件或不同工件在两副焊接夹具上通过焊接机器人转位进行或回转平台的变位实现交替焊接，这样一副焊接夹具上工件在焊接的同时，在另一副焊接夹具上对工件进行装卸，这种焊接方式可将机器人的利用率达到以上。目前，该工作站应用较为广泛。图所示为越野车悬架焊接机器人工作站。夹具为的夹具单元，气和电都采用快换接头形式，两套夹具单元定位安装在带外轴变位的翻转夹具平台上，该翻转夹具平台带回转机构实现工位的交替焊接同时也满足柔性化焊接生产要求。图所示为空调压缩机三点塞焊焊接机器人工作站。该工作站的特点是可与物流传输线接口实现高效自动化焊接生产。

　　图越野车悬架焊接机器人工作站

　　图空调压缩机三点塞焊焊接机器人工作站

　　四工位焊接机器人工作站

　　该方式是由四台单轴变位机回转平台与一台或两台机器人组成的工作站。它是在双工位焊接机器人工作站基础上发展来的，四台外部轴变位机带四副夹具对称分布安装，通过外部控制实现对称交替焊接，这种焊接方式可提高机器人的利用率同时提高机器人工作站的利用率。主要可满足多品种工件的焊接生产应用。图六所示为轿车座椅骨架的阻焊机器人工作站。另外还有一种工作方式是夹具平台为滑台式，四个工作滑台将焊接工装夹具按控制要求自动送入机器人焊接为，该方式的特点是适合小型工件高效率焊接生产，减小设备空间，同时可与物流传输线接口实现高效自动化焊接生产。图七所示为空调压缩机封盖焊接机器人工作站。

　　图轿车座骑骨架的阻焊机器人工作站

　　图空调压缩机封盖焊接机器人工作站

　　定位运动滑台焊接机器人工作站

　　焊接工装夹具设计该方式是由外部轴变位机、一轴或两轴运动滑台焊接机器人组成的工作站。焊接机器人固定安装在一轴或两轴运动滑台，在滑台上可进行水平、上下定位运动从而扩大机器人的工作范围，适用与大工件的焊接应用。目前在工程机械、机车车箱上应用广泛。

　　机器人焊接生产线

　　该方式是有焊接自动物流线与焊接机器人工作站组成的自动生产线。工装夹具随物流传输线进行传输，在焊接机器人工位进行定位装夹。通过对工装夹具的合理设计可实现多平种工件柔性化焊接生产。图所示为摩托车车架机器人焊接生产线。该设备采用多层传输线方式塑料开关底座模具设计，利用自动升降机将焊接工装自动分配，每个工装都带编码识别系统。机器人焊接生产线因其高效率、高自动化和高柔性化特点所以，在现代制造业越来越多的被采用。

　　图摩托车车架机器人焊接生产线

　　四、总结

　　焊接机器人系统应用工程集成了机械、电气及焊接技术的综合系统工程。它的应用形式是多样化的，主要根据焊接工件的焊接工艺要求和生产要求来设计。作为国内自动焊接设备系统集成厂商主要在焊接技术及工艺装备和系统控制技术方面不断地提升自己的设计制造能力，我想我们在这些方面完全可与国外设备抗衡的。

　　郭勇（—）男，四川资中人，工程硕士，高级工程师，主要从事焊接自动化成套设备研发工作