焊接机器人在重卡行业应用的问题分析与对策

李阳李国睿张峰峰汶军科

（陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司岐山分公司，陕西宝鸡722406）

摘要：重卡汽车在我国经济发展中起着重要作用，在其生产过程中，焊接技术和设备对其质量影响重大。焊接机器人应用于陕汽德龙重卡汽车焊接生产线已有5年时间，其主焊线上应用焊接机器人已生产过6万余个驾驶室，具有焊接质量优良、生产效率高、柔性好、故障率低、产品适应性好等特点。焊接机器人在实际应用中展示出其具有焊接焊缝质量好、生产效率高和设备灵活性好的优点，现在分析焊接机器人在陕汽德龙重卡主焊线上应用情况的基础上，对于应用过程中存在的问题及整改经验做了总结和归纳。

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关键词 ：焊接机器人；重卡装焊线；应用

1焊接机器人技术的研究进展

焊接机器人广泛应用于工业焊接工程，而汽车制造业是其最主要的应用领域之一。与传统手工焊接相比，焊接机器人有着明显的优势：稳定的焊接质量，较高的工作效率，基本不受环境干扰，并实现了小批量产品的焊接自动化及完成其他人工难以进行的焊接作业等。由于机器人具有示教再现功能，在一条焊接机器人生产线上能同时自动化批量生产若干焊件，国内一些大型汽车制造商已经应用焊接机器人工作站来实现车体自动化焊接。某重卡公司的机器人焊接工作站，使用OTC机器人焊接发动机支撑梁总成。该工作站采用双工位结构，机器人每天工作8h，每小时焊接成品7件，在夹具上直接装夹各零件，一次装夹一次成型；与人工作业相比，减少了人工点焊工序，提升了工作效率，每名焊接工每天可焊接28件总成，机器人只需一名员工操作，每天焊接总成50件以上；机器人焊接的焊缝较人工焊缝外观光滑饱满，可靠性高。

另外，广泛使用焊接机器人离线编程，使得现场示教人员的工作量大为减轻，基本上所有离线编程软件均支持第三方的二维、三维绘图工具图形导入导出，工作人员可以先在PC上将夹具和机器人建模后仿真焊接，得到离线程序文件，再使用移动存储设备或直接使用网络电缆将程序文件拷贝至机器人控制器，在示教时只需微调焊缝即可进行焊接作业；主流的通用编程软件有加拿大的Robotmaster、德国的Robcad、意大利的Robomove等，原厂自带编程软件的有日本OTC的FDonDesk、美国ABB的RobotStudio等。

2焊接机器人的系统构成

采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志已被国内许多工厂所接受，并且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。焊接机器人是装备了焊钳或各类焊枪的自动化焊接设备，其运行控制系统涉及数学、自动控制等原理。机器人焊接技术需要一系列的配套系统，一般包括5个部分：

（1）焊接机器人本体，一般由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成，任务是精确地控制机械手末端（焊枪）位置、姿态和运动轨迹。焊接机器人上装有送丝装置，大多在第三轴和第四轴之间。

（2）焊接机器人控制柜是神经中枢，一般包括计算机硬件、软件和专用电路，负责收集处理机器人工作过程中的全部信息并控制其全部动作。

（3）焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。

（4）焊接传感器及系统安全保护设施。

（5）焊接工装夹具。目前主流的工装夹具以气动和电动夹具为主，由外部I/O接口与机器人通讯，由机器人控制本体的6个电机与外部轴的伺服电机。

3焊接机器人使用过程中可能遇到的问题及解决方案

3.1电缆磨损问题

机器人各个工作场景均不同，在工作环境较差的情况下，由于机器人的运动速度很快，一些通信电缆经过长期频繁的弯曲后会出现软管套破裂、电缆线磨损等问题，另外，如果电缆长度设置过短，在机器人工作时某些大幅度焊接动作可能会拉断电缆；电缆长度过长，则容易在机器人变换姿势时钩住工装或本体上的棱角导致自身被拉断。

3.2供气、供水问题

点焊设备在工作中需要用循环水来冷却，靠空气压力驱动汽缸的打开和关闭。压缩空气和水的供应质量尤为重要，循环水和空气必须先经过过滤，去除水中的杂质以及空气中的颗粒，不然时间久了会发生堵塞或腐蚀，造成水压、气压不足，继而影响机器人焊接工作质量，也会缩短机器人设备寿命。现在工厂基本都配备空压站及循环水处理站，以满足机器人工作需要，而有条件的工厂，应对每台机器人加装过滤装置，以保证水、气的纯度。

3.3位置偏移后在线示教问题

在焊接时发生位置偏移，则此时焊接精度将不再有保证，轻则产生大量焊接废品，重则会导致机器人撞枪，甚至损毁机器人，必须停止机器人乃至整个生产线的工作，进行机器人在线示教后再运行，这个工作现在需要占用大量的生产时间。一些零件加工精度要求低，但机器人对焊接零件要求极高，位置公差偏移一般不能超过焊丝直径的一半，因此重新在线示教的工作量很大，浪费时间，降低了工作效率。处理这种问题的关键在于，不能将整个产品的所有焊缝程序编写为同一个文件，正确的方法是，将所有不连续焊缝进行命名，单独为每一个焊缝编制程序，最后使用一个总程序调用各个焊缝程序，这样示教人员对于局部发生变化的零件调试程序更为便捷。

3.4机器人与其他设备或障碍物碰撞问题

不当操作会导致机器人或工装夹具发生碰撞，例如在重卡发动机支撑梁焊接工作站中，在卸掉焊完的产品后，如夹具拉手未能及时归位，机器人二次启动后，拉手与工装干涉，就会导致外部轴伺服电机负载过大而损坏。因此，必须为机器人工作站制定与工作环境相对应的操作规章制度，培训操作人员合理的操作流程及习惯，将事故的人为因素完全消除。焊接机器人在运行时，也容易发生误伤人员的事故，因此机器人工作时不应允许任何人进入其工作范围，且要保证机器人工作区域无干涉，可采取相应可靠的安全措施，如加装安全防护栏或加盖隔离屋等，并在焊接机器人工位最近处安装多个急停开关，一旦发生危急情况，操作人员可就近急停机器人。

3.5机器人维护问题

目前重卡企业配备的机器人大多为FANUC、OTC、MOTOMAN、KUKA等品牌，均为国外厂商生产；国内目前还没有形成规模的生产厂家，虽然我国已经具有自主知识产权的焊接机器人系列产品，但无论从控制水平及可靠性还是成本来说，国产机器人与国外均有很大差距。而国外厂家对机器人配件的标准不同，导致不同品牌间配件互换性极差，且均须从国外进口，进口的机器人配件不仅价格高昂，往往采购周期也长，会影响企业的正常生产，增加产品成本。国内机器人设计及维护的专业技术人才也相对欠缺，机器人核心技术领域依然被国外厂商所垄断，机器人关键部位的维修和调试需要原厂技术人员到现场，这往往意味着高昂的维修费用，唯一的办法是加强国内行业人才培养，努力吸收国外先进技术并不断创新，摆脱技术垄断。

4焊接机器人的维护和保养

由于焊接机器人系统一般不进行全封闭，而生产现场的环境、温度、湿度等并不能永远保持恒定，因此恰当的维护和保养对机器人非常重要。定期正确地对焊接机器人进行保养可以延长其使用寿命，减少故障。

（1）控制柜与机器人之间的电缆破损检查。生产现场的电缆应经常检查，确保电缆接头牢固、无破损，当电缆损坏后机器人可能出现异常，这类故障排除时比较费时费力，经常性的保养检查可以降低该类故障发生的频次。

（2）机器人与外部撞击后的检查。当发生碰撞之后，要及时检查机器人的手臂。

5结语

焊接机器人在重卡行业的应用极大地提高了重卡部件的焊接质量和生产效率，也有效降低了工人的劳动强度，一定程度上减少了人工成本。而且，在重卡线上采用手工作业预装和焊接机器人补焊相结合的半自动生产方式，适度实施自动化，为其培养良好的工作人员，制定合理的操作、保养方案，改善机器人工作环境，是生产单位对技术和资金进行综合考虑后得到的最佳方案。

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参考文献］

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收稿日期：2015?07?14

作者简介：李阳（1988—），男，陕西人，助理工程师，从事机械加工工艺设计，焊接机器人示教、维护，重卡相关焊接工装夹具设计等工作。