橋殼焊接生產(chǎn)線中的機器人應用

　　隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展，焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化成為必然的發(fā)展趨勢。焊接機器人由于具有通用性強、工作可靠的優(yōu)點，越來越受到人們的重視，目前，機器人系統(tǒng)已在轎車生產(chǎn)中得到廣泛應用。某汽車生產(chǎn)集團與唐山松下產(chǎn)業(yè)機器有限公司共同開發(fā)的橋殼生產(chǎn)線，完全替代了其原有的手工生產(chǎn)線，成為目前國內(nèi)自動化程度最高的橋殼生產(chǎn)線之一。

生產(chǎn)線機器人系統(tǒng)的構(gòu)成

該生產(chǎn)線主要用于輕型卡車車橋橋殼的生產(chǎn)，在選擇生產(chǎn)線設(shè)備時，需要考慮的主要內(nèi)容包括：

1、提高生產(chǎn)效率，滿足用戶生產(chǎn)要求，達到預期產(chǎn)量。

2、生產(chǎn)線柔性化，可實現(xiàn)短時間內(nèi)在多個產(chǎn)品類型之間快速切換。

3、以高度自動化降低工人勞動強度，改善工作環(huán)境。

4、提升產(chǎn)品品質(zhì)，增加用戶產(chǎn)品在同行業(yè)內(nèi)的市場競爭力。

　　在生產(chǎn)線中主要采用了“Y”形焊縫/三角板內(nèi)焊縫焊接機器人工作站、機器人等離子切割工作站和彈簧座/減震器支架/法蘭盤焊接機器人工作站。

機器人工作站

1、“Y”形焊縫/三角板內(nèi)焊縫焊接機器人工作站。

圖1“Y”形焊縫/三角板內(nèi)焊縫焊接機器人工作站

　　根據(jù)橋殼“Y”形焊縫/三角板內(nèi)焊縫的分布特點，采用三機器人同時施焊，這樣可以有效控制焊接變形，并在很大程度上提高生產(chǎn)效率。該機器人工作站采用自動上、下料。作業(yè)時，待焊工件由自動輸送線流入相應的位置，裝卸工件處自動對中定位裝置將其定位、舉升分中裝置分中并舉升、電動卡盤夾緊，分中裝置放松、舉升裝置落下，水平回轉(zhuǎn)工位變換裝置180°變位，將工件送入到焊接工位（同時將已焊接完成的工件送出到裝卸位置），三臺機器人系統(tǒng)開始自動焊接，上面“Y”形焊縫焊接完成后，氣動翻轉(zhuǎn)180°，三臺機器人系統(tǒng)開始自動焊接另一面“Y”形焊縫。焊接結(jié)束后，水平回轉(zhuǎn)工位變換裝置再次180°變位，將工件送入到焊接工位軸向定位及舉升裝置舉升并分中、電動卡盤松開，軸向定位及舉升裝置落下并退回，工件落在動力滾道上，由動力輥道后段將其送出工作站。同時，待焊工件由自動輸送線流入相應的位置，開始進入下一循環(huán)。

2、機器人等離子切割工作站。
 
圖2 機器人等離子切割工作站

　　采用機器人空氣等離子切割機代替?zhèn)鹘y(tǒng)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。該機器人工作站采用自動上、下料。作業(yè)時，待割工件由自動輸送線流入相應的位置，自動對中定位裝置將其定位、舉升分中裝置分中并舉升、電動卡盤夾緊，分中裝置放松、舉升裝置落下，機器人切割系統(tǒng)開始自動切割，上面切割完成后，氣動翻轉(zhuǎn)180°，機器人切割系統(tǒng)開始自動切割另一面。切割結(jié)束后，軸向定位及舉升裝置舉升并分中、電動卡盤松開，舉升分中裝置退回并落下，殼體落在固定滾道上，由人工將殼體從固定滾道滾入線外， 一個循環(huán)結(jié)束。

3、彈簧座/減震器支架/法蘭盤焊接機器人工作站。
 
圖3 彈簧座/減震器支架/法蘭盤焊接機器人工作站

　　根據(jù)該工件焊縫布局，采用雙機器人同時焊接，可有效提高焊接效率、保證焊接質(zhì)量。該機器人工作站采用自動上、下料。作業(yè)時，待焊工件由工裝板自動輸送線流入相應的位置，移載機將工裝板上殼體夾持住并移到焊接夾具上，夾具自動分中并兩端定位，夾緊兩端，雙機器人系統(tǒng)開始自動焊接。焊接結(jié)束后，夾具松開，分中裝置退回，移載機夾持住殼體并移載到工裝板自動輸送線相應的位置，經(jīng)檢測開關(guān)確認后，工裝板自動輸送線移動并輸送至下一工序，一個循環(huán)結(jié)束。

電器控制系統(tǒng)

1、采用日本三菱FX2N系列作為控制核心；

2、系統(tǒng)配有人機交互界面（觸摸屏為PRO FACE），能夠完成工作類型選擇、運行狀態(tài)顯示、系統(tǒng)信息顯示、手動控制系統(tǒng)、緊急停止、報警解除等操作；

3、具有保護氣壓力異常、PLC異常等異常情況的聲光報警功能；

4、主要由系統(tǒng)控制柜、操作盤（觸摸屏）等構(gòu)成。
為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，PLC采用I/O與機器人進行信號交互和對系統(tǒng)夾具的控制，避免了外界干擾帶來的影響。

機器人焊接與切割系統(tǒng)

　　機器人型號為Pana-Robot VR-006GⅡ，該型號具有6軸獨立關(guān)節(jié)，運動平滑靈活，效率高、可靠性好，動作范圍更廣泛。在業(yè)內(nèi)最先采用裝載Windows CE系統(tǒng)的控制器：大型液晶顯示畫面更加清晰，中英文顯示，配備IT通信接口，可聯(lián)網(wǎng)，使用64位CPU處理速度更快，通過選裝最多可控制27軸，標準存儲容量更大（可達40000點），并可以與先進的數(shù)字焊機通信，數(shù)字化設(shè)定焊接條件。高性能、數(shù)字化的機器人焊接系統(tǒng)具有焊接品質(zhì)監(jiān)測功能（CO2/MAG焊接時）、焊接擺動功能（6種類型）、再引弧功能（CO2/MAG焊接時）、粘絲自動解除功能（CO2/MAG焊接時）、搭接功能、焊槍校正功能及其它擴展功能�！癥”形焊縫/三角板內(nèi)焊縫焊接機器人工作站中，三臺機器人全部采用天吊安裝模式，大大節(jié)省了工作站的空間，使得整個系統(tǒng)更加緊湊。
　　焊接電源的型號為YD-500RF2。唐山松下引進日本先進的控制技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)的微機控制逆變式CO2/MAG半自動焊機采用了IGBT逆變整流電路，控制精度高、焊接穩(wěn)定性強，適合碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等金屬材料的CO2/MAG氣體保護焊工藝。
切割機的型號為YP-100PS。唐山松下引進日本松下的YP-100PS空氣等離子切割機采用S.C.R（晶閘管）控制高性能的空氣等離子切割電源，額定負載持續(xù)率高達60%。其性能特點包括：

1、改進的新型割炬延長了割咀、電極等易耗品的使用壽命；

2、切割口窄小，切斷面光潔美觀、無掛渣，切割速度快、效率高；

3、加有引導電弧電路，由非轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移弧的瞬間引弧性能優(yōu)異；

4、可采用接觸式或非接觸式切割方式，可手工切割和沿著軌道進行自動化切割，操作簡便、性能穩(wěn)定，且切割精度高（非接觸式切割優(yōu)于接觸式切割）；

5、切割速度達10～330cm/min，鋼板越薄，切割速度越快，當切割電流和切割速度達到最佳配合時，切割口質(zhì)量最佳，效果最好。

機器人工作站特點

作為整條生產(chǎn)線的核心工位，這三臺機器人工作站的特點得到充分發(fā)揮，其主要包括：

1、機器人工作站的無人化操作。通過機器人系統(tǒng)與動力滾道和移載機配合，實現(xiàn)了上料、焊接和下料的自動化。系統(tǒng)故障自診斷可通過聲光報警及故障代碼顯示。

2、機器人工作站的柔性化。

（1）工裝夾具結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣，在簡單調(diào)整夾具后可以適應用戶的所有工件。

（2）工裝夾具與安裝支座連接標準化，以適應柔性生產(chǎn)的要求。

（3）更換生產(chǎn)工件種類時，只需在觸摸屏上選擇相應的工件號即可，系統(tǒng)會自動調(diào)用相應的程序。

3、機器人工作站的安全性。

（1）采用全封閉式機器人防護房，配有煙塵凈化裝置。

（2）防護的安全門配有檢測開關(guān)。在自動工作狀態(tài)下，如果有人進入防護房內(nèi)，機器人及變位機自動停止運轉(zhuǎn)。 
　　在橋殼生產(chǎn)過程中，松下機器人的應用于克服了以往手工焊接/切割中的不確定性因素對焊接/切割質(zhì)量的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低了工人勞動強度，改善了工作環(huán)境，并且實現(xiàn)了焊接參數(shù)的在線調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實時控制。由于采用了三機器人、雙機器人協(xié)調(diào)同時焊接，焊接效率大幅提高，焊接變形也得到有效控制。

　　綜上所述，機器人系統(tǒng)的應用為汽車制造業(yè)大批量、高效率、高質(zhì)量進行流水線汽車制造提供了有利保障。近年來，隨著中國汽車制造產(chǎn)業(yè)自動化流水線作業(yè)方式逐漸普及，松下機器人系統(tǒng)在國內(nèi)汽車制造業(yè)的應用得到推廣，尤其在機器人焊接領(lǐng)域，為國內(nèi)汽車制造業(yè)提供了強有力的技術(shù)支持。未來，我們將不斷學習先進技術(shù)，不斷推出新產(chǎn)品，為中國汽車制造業(yè)的快速發(fā)展貢獻自己的力量。