桥壳焊接生产线中的机器人系统

HEATS · 发表于 2010-9-12 16:05:26

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随着汽车制造技术的发展，焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化成为必然的发展趋势。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，越来越受到人们的重视，目前，机器人系统已在轿车生产中得到广泛应用。某汽车生产集团与唐山松下产业机器有限公司共同开发的桥壳生产线，完全替代了其原有的手工生产线，成为目前国内自动化程度最高的桥壳生产线之一。

生产线机器人系统的构成

该生产线主要用于轻型卡车车桥桥壳的生产，在选择生产线设备时，需要考虑的主要内容包括：

1、提高生产效率，满足用户生产要求，达到预期产量。

2、生产线柔性化，可实现短时间内在多个产品类型之间快速切换。

3、以高度自动化降低工人劳动强度，改善工作环境。

4、提升产品品质，增加用户产品在同行业内的市场竞争力。

在生产线中主要采用了“Y”形焊缝/三角板内焊缝焊接机器人工作站、机器人等离子切割工作站和弹簧座/减震器支架/法兰盘焊接机器人工作站。

机器人工作站

1、“Y”形焊缝/三角板内焊缝焊接机器人工作站。

图1“Y”形焊缝/三角板内焊缝焊接机器人工作站

根据桥壳“Y”形焊缝/三角板内焊缝的分布特点，采用三机器人同时施焊，这样可以有效控制焊接变形，并在很大程度上提高生产效率。该机器人工作站采用自动上、下料。作业时，待焊工件由自动输送线流入相应的位置，装卸工件处自动对中定位装置将其定位、举升分中装置分中并举升、电动卡盘夹紧，分中装置放松、举升装置落下，水平回转工位变换装置180°变位，将工件送入到焊接工位（同时将已焊接完成的工件送出到装卸位置），三台机器人系统开始自动焊接，上面“Y”形焊缝焊接完成后，气动翻转180°，三台机器人系统开始自动焊接另一面“Y”形焊缝。焊接结束后，水平回转工位变换装置再次180°变位，将工件送入到焊接工位轴向定位及举升装置举升并分中、电动卡盘松开，轴向定位及举升装置落下并退回，工件落在动力滚道上，由动力辊道后段将其送出工作站。同时，待焊工件由自动输送线流入相应的位置，开始进入下一循环。

2、机器人等离子切割工作站。

图2 机器人等离子切割工作站

采用机器人空气等离子切割机代替传统的手工火焰切割，切割速度快、切口表面光滑、垂直度好，切割效率有大幅度提高。该机器人工作站采用自动上、下料。作业时，待割工件由自动输送线流入相应的位置，自动对中定位装置将其定位、举升分中装置分中并举升、电动卡盘夹紧，分中装置放松、举升装置落下，机器人切割系统开始自动切割，上面切割完成后，气动翻转180°，机器人切割系统开始自动切割另一面。切割结束后，轴向定位及举升装置举升并分中、电动卡盘松开，举升分中装置退回并落下，壳体落在固定滚道上，由人工将壳体从固定滚道滚入线外，一个循环结束。

3、弹簧座/减震器支架/法兰盘焊接机器人工作站。

图3 弹簧座/减震器支架/法兰盘焊接机器人工作站

根据该工件焊缝布局，采用双机器人同时焊接，可有效提高焊接效率、保证焊接质量。该机器人工作站采用自动上、下料。作业时，待焊工件由工装板自动输送线流入相应的位置，移载机将工装板上壳体夹持住并移到焊接夹具上，夹具自动分中并两端定位，夹紧两端，双机器人系统开始自动焊接。焊接结束后，夹具松开，分中装置退回，移载机夹持住壳体并移载到工装板自动输送线相应的位置，经检测开关确认后，工装板自动输送线移动并输送至下一工序，一个循环结束。

电器控制系统

1、采用日本三菱FX2N系列作为控制核心；

2、系统配有人机交互界面（触摸屏为PRO FACE），能够完成工作类型选择、运行状态显示、系统信息显示、手动控制系统、紧急停止、报警解除等操作；

3、具有保护气压力异常、PLC异常等异常情况的声光报警功能；

4、主要由系统控制柜、操作盘（触摸屏）等构成。
为了保证系统稳定可靠，PLC采用I/O与机器人进行信号交互和对系统夹具的控制，避免了外界干扰带来的影响。

机器人焊接与切割系统

机器人型号为Pana-Robot VR-006GⅡ，该型号具有6轴独立关节，运动平滑灵活，效率高、可靠性好，动作范围更广泛。在业内最先采用装载Windows CE系统的控制器：大型液晶显示画面更加清晰，中英文显示，配备IT通信接口，可联网，使用64位CPU处理速度更快，通过选装最多可控制27轴，标准存储容量更大（可达40000点），并可以与先进的数字焊机通信，数字化设定焊接条件。高性能、数字化的机器人焊接系统具有焊接品质监测功能（CO2/MAG焊接时）、焊接摆动功能（6种类型）、再引弧功能（CO2/MAG焊接时）、粘丝自动解除功能（CO2/MAG焊接时）、搭接功能、焊枪校正功能及其它扩展功能。“Y”形焊缝/三角板内焊缝焊接机器人工作站中，三台机器人全部采用天吊安装模式，大大节省了工作站的空间，使得整个系统更加紧凑。

焊接电源的型号为YD-500RF2。唐山松下引进日本先进的控制技术，开发生产的微机控制逆变式CO2/MAG半自动焊机采用了IGBT逆变整流电路，控制精度高、焊接稳定性强，适合碳钢、低合金钢、不锈钢等金属材料的CO2/MAG气体保护焊工艺。

切割机的型号为YP-100PS。唐山松下引进日本松下的YP-100PS空气等离子切割机采用S.C.R（晶闸管）控制高性能的空气等离子切割电源，额定负载持续率高达60%。其性能特点包括：

1、改进的新型割炬延长了割咀、电极等易耗品的使用寿命；

2、切割口窄小，切断面光洁美观、无挂渣，切割速度快、效率高；

3、加有引导电弧电路，由非转移到转移弧的瞬间引弧性能优异；

4、可采用接触式或非接触式切割方式，可手工切割和沿着轨道进行自动化切割，操作简便、性能稳定，且切割精度高（非接触式切割优于接触式切割）；

5、切割速度达10～330cm/min，钢板越薄，切割速度越快，当切割电流和切割速度达到最佳配合时，切割口质量最佳，效果最好。

机器人工作站特点

作为整条生产线的核心工位，这三台机器人工作站的特点得到充分发挥，其主要包括：

1、机器人工作站的无人化操作。通过机器人系统与动力滚道和移载机配合，实现了上料、焊接和下料的自动化。系统故障自诊断可通过声光报警及故障代码显示。

2、机器人工作站的柔性化。

（1）工装夹具结构简单、适用范围广，在简单调整夹具后可以适应用户的所有工件。

（2）工装夹具与安装支座连接标准化，以适应柔性生产的要求。

（3）更换生产工件种类时，只需在触摸屏上选择相应的工件号即可，系统会自动调用相应的程序。

3、机器人工作站的安全性。

（1）采用全封闭式机器人防护房，配有烟尘净化装置。

（2）防护的安全门配有检测开关。在自动工作状态下，如果有人进入防护房内，机器人及变位机自动停止运转。
在桥壳生产过程中，松下机器人的应用于克服了以往手工焊接/切割中的不确定性因素对焊接/切割质量的影响，提高了产品质量和可靠性，降低了工人劳动强度，改善了工作环境，并且实现了焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。由于采用了三机器人、双机器人协调同时焊接，焊接效率大幅提高，焊接变形也得到有效控制。

综上所述，机器人系统的应用为汽车制造业大批量、高效率、高质量进行流水线汽车制造提供了有利保障。近年来，随着中国汽车制造产业自动化流水线作业方式逐渐普及，松下机器人系统在国内汽车制造业的应用得到推广，尤其在机器人焊接领域，为国内汽车制造业提供了强有力的技术支持。未来，我们将不断学习先进技术，不断推出新产品，为中国汽车制造业的快速发展贡献自己的力量。

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