焊接机器人在汽车焊装领域中的应用

李铁柱

(广汽吉奥汽车有限公司东营分公司，山东东营 257091)

焊接机器人在汽车焊装领域中的应用

李铁柱

(广汽吉奥汽车有限公司东营分公司，山东东营 257091)

主要分析德国KUKA(库卡)机器人的结构特点和在车身焊装生产线中的应用。通过介绍机器人在GA轿车焊装线上的应用，展示机器人在焊装线应用的优势。

汽车焊装； KUKA机器人

0 引言

2013年4月份以前，某公司的焊装工艺水平、自动化率几乎是其他自主品牌公司6年前的工艺水准，仅总拼工位焊接后地板总成与侧围搭接焊点采用半自动焊，其余全部人工焊接作业；焊装物流输送以人工推动方式为主。图1所示为人工焊接总拼工位。

如图1所示的焊装生产线上采用人工焊接操作，主要存在如下问题：

(1)劳动强度大。工人需要钻进车身内部焊接侧围总成与地板总成搭接及顶盖横梁焊点；

(2)生产节拍低。人工焊接、搬运及输送，节拍为16 min/台；

(3)质量不能有效得到保证。人工焊接稳定性、一致性差，且不能满足大批量生产要求、产品种类单一。

2013年4月份以后，该公司首款轿车GA车型焊装柔性生产线采用五台KUKA(库卡)机器人进行焊接工艺生产。如下介绍KUKA机器人系统。

1 KUKA(库卡)机器人系统结构组成

主要包括机器人和焊接设备(伺服焊钳)两部分。其中，KUKA(库卡)机器人由机械系统、控制系统及KUKA(库卡)smart PAD(手持操作器)组成。下面主要介绍KUKA(库卡)机器人系统结构。

1.1 KUKA(库卡)机器人机械系统

机器人机械系统及机械手，是由众多活动的、相互连接在一起的轴组成，通常称运动链。以六轴机器人为例介绍其运动系统结构和特点。其六轴从基座往上，分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6轴，每个轴都可以前进和旋转且为AC伺服马达驱动、都带有抱闸等，防止机器人突然断电，机器人失去阻力而发生撞击等问题发生。

机器人机械系统的部件主要由铸铝和铸钢制成，在个别情况下也使用碳纤维部件。伺服电机通过减速器与机械手的各个部件相连。

1.2 KUKA(库卡)机器人控制系统

机器人控制系统由伺服电机控制运动，而伺服电机由(V)KRC4控制系统控制。图4为伺服电机控制柜。

(V)KRC4控制系统可控制6个机器人轴和最多2个附加的外部轴，如附加坦克链第七轴和电极帽自动修磨器(图5)。

1.3 KUKA(库卡)smart PAD(手持操作器)

KUKA(库卡)机器人的操作是通过smart PAD(手持操作器)完成的。所有的试教、焊接都是由KUKA(库卡)smart PAD(手持操作器)来完成，见图6(按键功能介绍省略)。

2 KUKA(库卡)机器人系统在GA焊装线的布局

该公司GA轿车焊装KUKA(库卡)机器人工艺布局：主焊线共9个工位，采用辊床、滑撬自动输送，滑撬前进、后退往返运动生产工艺。

总拼工位(MB30总拼机器人工位)设有5台六轴高精度KUKA(库卡)焊接机器人(重复精度小于±0.12 mm)、7把伺服焊钳、4套机器人焊钳存放架、5个机器人焊钳电极帽自动修磨器、机器人控制柜以及机器人操作示教器等附属设备。KUKA(库卡)焊接机器人布局如图7所示。

3 KUKA(库卡)机器人在GA焊装线系统信号工作原理

在总拼前一工位对地板总成、左右侧围总成、顶盖前、后横梁预装完成后，按下完成按钮，电气信号传递给辊床，辊床上升到位后电气信号传递给滑撬电机，滑撬带动车身输送到总拼工位；输送到位后，完成信号反馈给辊床并下降，车身定位到基准上，反馈完成信号给Open Gate，其动作后，将侧围定位、夹紧；待所有定位、夹紧到位后，PLC反馈信号给机器人，机器人接收到信号后，按前期调试的路径，调用调试的焊接参数，对车身进行焊接工作。图8为机器人信号反馈与现场应用示例。

4 应用机器人焊接工艺解决问题点及优势

(1)解决劳动强度大问题

侧围总成轮罩处与地板总成搭接的焊点，采用喉深为600 mm、喉宽为450 mm的大C焊钳，人工焊接需要两人操作一把人工焊钳，且焊接操作姿势困难。

对于侧围总成与地板总成搭接点，工人需钻入车身焊接，操作空间狭小，易发生人身安全事故；采用机器人焊接工艺可完全避免此类事情的发生。

(2)提高生产节拍

总拼工位为节拍提升时的瓶颈工位，节拍提升尤为困难；而采用机器人焊接工艺后，因机器人的操作柔性大，焊接姿势易于实现，一台机器人可应用2～4等多把焊钳焊接，更能满足焊接位置的操作要求，同时机器人调试后轨迹为最优化，可

满足设计的15JPH生产节拍，即4 min/台(人工焊接节拍为16 min/台)。

(3)提升焊接质量，保证焊接精度

机器人精准的运动轨迹及电极帽与钣件间的良好接触，不会出现人工焊接时出现的半点、马蹄点、焊接分流等焊接缺陷。

根据焊接部位的不同、机器人焊接参数选取、电极帽的磨损频率不一，通过PLC程序计算焊点数量，达到设定焊接数量后， PLC反馈给机器人信号，机器人接收信号后自动根据前期设定好的程序路径进行修磨，更好地保证焊接质量。

(4)可实现一个总拼工位、多车型共线生产

人工操作焊接工艺，因总拼工位各车型焊接结构不同，对焊接设备及焊接参数要求不同，而同一工位空间有限，与焊接设备的新引入及选型产生矛盾。

基于机器人焊接工艺的柔性化，更容易实现一个总拼工位的多车型生产工艺。目前该公司正在开发的GA-cross车型，正是与GA车型共线生产。通过增设四面体工位，采用自行小车拉动四面体上的侧围总成夹具输送到总拼工位，可实现4款不同车型的生产；同时机器人可与多种型号焊钳匹配，解决不同车型因焊接结构和焊接空间狭小、焊钳选取困难问题。图9为KUKA(库卡)机器人在GA焊装线应用图片。

5 小结

该公司首款轿车上线，车身匹配精度要求与时俱进，车身焊接首次采用机器人焊接新工艺，解决人工焊接时诸多弊端，同时采用自动化设备为整车焊接品质提升打下了坚实的硬件基础和为多车型共线布局生产奠定基础。

【1】 宋金虎.我国焊接机器人的应用与研究现状[J].电焊机,2009(4):18-20.

【2】 宋慧欣.焊动未来 尽在库卡[J].自动化博览,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

李铁柱(1984—)，男，大学专科，助理工程师，从事汽车焊装工艺过程开发。E-mail：litiezhuxx@163.com。