汽車零部件的焊接機(jī)器人應(yīng)用
發(fā)布日期:2012-04-06 蘭生客服中心 瀏覽:7591
近年來,我國汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,車型更新?lián)Q代很快,汽車產(chǎn)量和品種迅速增加。為了提高生產(chǎn)效率,不斷提升并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,同時降低工裝投資成本,高柔性的機(jī)器人焊接系統(tǒng)在汽車制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司(以下簡稱“首鋼莫托曼公司”)以高性能的MOTOMAN弧焊專用機(jī)器人為主要技術(shù)優(yōu)勢,其產(chǎn)品及工藝解決方案在轎車車橋、排氣零部件、座椅等零部件弧焊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文主要介紹首鋼莫托曼公司轎車排氣零部件弧焊方面的應(yīng)用技術(shù)。在排氣系統(tǒng)領(lǐng)域,首鋼莫托曼公司與全球兩大排氣系統(tǒng)供應(yīng)商FAURECIA和TENNECO緊密協(xié)作,不斷推進(jìn)機(jī)器人弧焊技術(shù)及其應(yīng)用的進(jìn)步。
排氣零部件弧焊工藝要求
排氣系統(tǒng)是汽車排放和消聲的重要部分,主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消及后消等部件組成(見圖1),各個部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接要求都不盡一致。
圖1 排氣系統(tǒng)的構(gòu)成
按照主要功能模塊距離發(fā)動機(jī)的遠(yuǎn)近,排氣系統(tǒng)也可以分為熱端、冷端兩部分。
熱端部分直接連接發(fā)動機(jī)排氣口,主要包括歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤位置空間緊湊,所以部件外形變化較大,焊縫分布復(fù)雜。同時,因其主要功能為凈化尾氣,故焊縫密封性要求高。
冷端部分承接熱端,主要包括中消、后消及掛鉤法蘭等附屬部件。冷端總成通常尺寸較長,焊縫多為小直徑環(huán)縫,當(dāng)后消聲器包為焊接結(jié)構(gòu)時,通常要求壓裝焊接,焊縫量較大。消聲器包進(jìn)出氣管處焊縫為三層薄板焊接,焊縫成形要求高。
焊接單元的典型布局
排氣零部件機(jī)器人焊接單元主要由弧焊機(jī)器人、焊接設(shè)備、清槍剪絲機(jī)構(gòu)、變位機(jī)、焊接夾具、安全防護(hù)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、工件檢測設(shè)備及物流系統(tǒng)等組成。按照不同種類工件的外形及其焊接特性,焊接單元的工藝布局有多種形式。
對于各種排氣零部件,焊接單元的典型布局如下:
1.彎管類歧管焊接單元布局
彎管類歧管的焊縫空間分布較復(fù)雜,需要使用兩臺機(jī)器人協(xié)調(diào)焊接或應(yīng)用雙軸變位機(jī)取得合適的焊接姿態(tài)。歧管及其焊接單元布局如圖2。
圖2 彎管類歧管焊接單元布局
2.沖壓半殼類歧管、凈化器和波紋管的焊接單元布局
沖壓半殼類歧管的焊縫主要分布在半殼一側(cè)的弧面上,應(yīng)用單軸變位機(jī)即可達(dá)到合適的焊接位置。此類工件與凈化器、波紋管等尺寸小且焊縫分布單一的工件一起,可使用單座單軸變位機(jī)雙工位布局(見圖3)。
圖3 半殼類岐管焊接單元的單座單軸變位機(jī)雙工位布局
3.熱端總成焊接單元布局
熱端工件是由歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器和掛鉤法蘭等分總成工件焊接在一起的總成工件,是轎車排氣零部件焊接工件中最復(fù)雜的一種,通常需分為3~4道工序焊接完成,需采用多道工序夾具分布在單個機(jī)器人焊接單元內(nèi)的緊湊型布局(見圖4)。當(dāng)產(chǎn)量需求較大時,可以用多個機(jī)器人焊接單元組成U型線,優(yōu)化物流。
圖4 熱端總成焊接的多工位緊湊型布局
4.半殼類消聲器大包焊接單元布局
半殼類消聲器大包在焊接過程中需要加壓到80kN以上,需要使用可安裝液壓模具的特殊雙軸變位機(jī)實(shí)現(xiàn)焊接工藝,其布局如圖5所示。
圖5 半殼類消聲器大包的焊接工藝布局
5.冷端總成焊接單元布局
排氣系統(tǒng)冷端總成工件通常由法蘭、進(jìn)出氣管、消聲器大包、掛鉤支架等部件焊接組成。按排量大小分為單、雙系統(tǒng)兩種形式(見圖6)。
圖6 排氣系統(tǒng)冷端總成
冷端總成工件的長度通常為2~3m,焊接單元常用布局為立式翻轉(zhuǎn)三軸變位和水平回轉(zhuǎn)三軸變位兩種(見圖7)。雙系統(tǒng)冷端總成焊縫分布范圍較大,更適用于水平回轉(zhuǎn)三軸變位布局。
圖7 立式翻轉(zhuǎn)三軸變位焊接單元布局(左)和水平回轉(zhuǎn)三軸變位焊接單元布局(右)
便捷的夾具快換
便捷的夾具快換可大大提高焊接系統(tǒng)的設(shè)備利用率,使用戶可以根據(jù)需求隨時調(diào)整生產(chǎn),減少重復(fù)性投資和設(shè)備閑置。同時,利用夾具快換功能,還可實(shí)現(xiàn)在新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)階段先投夾具,在現(xiàn)有機(jī)器人焊接線上生產(chǎn),批量生產(chǎn)階段前再建新的焊接線。
首鋼莫托曼公司在大量的機(jī)器人焊接系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目中總結(jié)并作為標(biāo)準(zhǔn)固定了幾種夾具快換方式。
1.整根夾具梁快換的設(shè)計和快換方式
夾具梁和變位機(jī)間的快換連接:夾具兩側(cè)安裝定位銷,變位機(jī)法蘭一側(cè)采用定位銷套,另一側(cè)采用鍵槽的定位方式。連接時,夾具兩側(cè)的定位銷依靠重力插入銷套和鍵槽中定位,連接板兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)螺釘壓緊連接板。這種快換結(jié)構(gòu)(見圖8)簡便可靠,定位重復(fù)性效果好,已經(jīng)成為通用快換結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
圖8 夾具梁和變位機(jī)間的快換結(jié)構(gòu)
夾具重量通常為200~400kg,要想快捷省力地更換夾具,就需要使用輔助工裝來升降和移動夾具。單梁夾具的輔助工裝可以使用液壓堆高叉車改造,在叉車上加裝夾具梁鎖緊結(jié)構(gòu)防止夾具側(cè)翻,或者在夾具梁上安裝可快速拆換的叉車靴套。
2.小件夾具及部件快換的設(shè)計和快換方式
當(dāng)單根夾具梁上夾具的互換性高時,可以使用標(biāo)準(zhǔn)快換式夾具梁(見圖9)。此時夾具梁上的定位銷按標(biāo)準(zhǔn)尺寸分布,小件夾具可用其底板上的標(biāo)準(zhǔn)尺寸定位套與梁配合定位,使用開口快換墊圈快速夾緊。當(dāng)夾具需要更換部件以適應(yīng)不同型號的工件在同一套夾具上生產(chǎn)時,也可使用同樣的結(jié)構(gòu)。
圖9 標(biāo)準(zhǔn)快換式夾具梁
小件夾具或快換的部件人工更換時重量要控制在20kg左右,否則需要專用輔助工裝。部件更換時,氣缸與閥間的氣管可通過多路快換接頭拆開,閥留在夾具梁上,供替換夾具重復(fù)使用。電控線纜連接采用多針航空插頭斷開。
應(yīng)用上述快換結(jié)構(gòu),單套夾具更換時間可控制在10min內(nèi),可大大提高機(jī)器人焊接系統(tǒng)的整體生產(chǎn)效率。
排氣零部件機(jī)器人弧焊生產(chǎn)線的發(fā)展
首鋼莫托曼公司從1998年開始研制排氣零部件機(jī)器人弧焊系統(tǒng),到目前為止共制造了150余臺(套)排氣零部件機(jī)器人弧焊站,產(chǎn)品涉及的轎車品種近60種,不僅涵蓋了國內(nèi)主要轎車生產(chǎn)廠,2008年還向韓國和波蘭的TENNECO公司出口了用于制造通用Epsilon II平臺系列排氣系統(tǒng)的整套焊接線及工裝夾具(見圖10)。此外,首鋼莫托曼公司還成功開始向大型客車用排氣系統(tǒng)焊接線進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展。
圖10 TENNECO公司用于制造通用Epsilon II平臺系列排氣系統(tǒng)的整套焊接線及工裝夾具
從MOTOMAN-EA1400弧焊專用機(jī)器人到MOTOMAN-SSA2000型機(jī)器人,再到t軸弧焊專用機(jī)器人MOTOMAN-VA1400及新一代機(jī)器人控制器DX100,機(jī)器人的軸動作速度和焊接速度不斷提高,同時,其機(jī)動性和可達(dá)性都達(dá)到了新的高度,特別是新的t軸機(jī)器人MOTOMAN-VA1400,為焊接工裝設(shè)計、生產(chǎn)空間布局、焊接姿態(tài)優(yōu)化增加了更多的優(yōu)化空間。今后,首鋼莫托曼公司將結(jié)合新型t軸機(jī)器人的專有技術(shù),進(jìn)一步研制布局緊湊、空間占用小的高速機(jī)器人弧焊系統(tǒng),使排氣零部件領(lǐng)域的裝備水平再上新高!
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