柔性焊接（精选四篇）
柔性焊接 篇1
市场的需求在不断的变化, 新产品的生产周期越来越短, 可是, 激烈的市场竞争又要求过硬的产品质量, 给产品研发团队提出了新的挑战。智能柔性焊接工作站具有高度的柔性, 工作时间长, 性能可靠稳定, 大大提高产品的质量和生产效率, 已经越来越多地应用在各种制造行业中。
1 智能柔性焊接工作站的必要性
工业机器人智能柔性焊接工作站是将工业机器人技术和产品柔性制造有机结合, 不仅使企业节约了产品工艺开发、设备采购及人工成本, 还很大的提高生产效率和新产品的制造质量, 为进一步深入研究新产品开发试制提供理论数据基础。相比于过去传统落后的手工焊接工作站, 工业机器人、现场总线等新技术的出现为现代工厂的智能制造带来了新的机遇, 使得产品的整线生产加工向全自动、高柔性、智能化的模式转变。
结合工业机器人技术的广泛应用, 通过对多种产品的数模分析和工艺研究, 通过具有可兼容多种产品的高柔性工装夹具和集成高度智能化的控制系统, 使得智能柔性焊接工作站实现对各类新产品的开发试制和批量生产功能。
2 工业机器人概述
工业机器人是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置, 是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥, 按照预先编排的程序运行。
工业机器人是由主体、驱动系统及控制系统等部分构成。主体包括机座与执行机构, 内含臀部、腕部与手部, 部分机器人可能还配有行走机构。绝大多数存在若干运动自由度 (3~6 个) , 其中, 腕部的运动自由度为1~3 个;驱动系统包含动力装置与传动机构, 作用为使执行机构完成相应动作;另外, 控制系统严格按输入程序向执行机构与驱动机构发出明确指令信号, 实现控制目的。
3 柔性生产概述
“柔性”是相对于“刚性”而言的, 传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品, 难以应付多品种中小批量的生产。柔性生产 (Flexible Production) 的概念, 于1965 年由英国的M olins公司率先提出。其基于柔性制造理念, 契合了市场的多变性及激烈的市场竞争下生产方式更多依赖市场导向、更加选择按需生产的特点, 这对提高制造业的应变力和灵活性、减少产品的生产周期、提高产品质量、人员劳动效率和设备利用率等, 都具有十分积极的影响。因此, 是一种具有旺盛需求和强大生命力的生产模式。
4 智能制造概述
智能制造即人机一体化智能系统, 智能活动贯穿于制造全过程, 通过人和智能机器的配合, 实现制造过程中人脑劳动被扩大、延伸或部分取代, 将制造自动化的内涵扩展至智能化、柔性化与高度集成化。因此, 智能化必将成为制造自动化在未来的发展趋势。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。
5 工业机器人智能柔性焊接工作站关键技术
5.1工装夹具的柔性化设计
柔性夹具是指:在工件的形状和尺寸有一定变化后, 可以适应这种变化继续使用的夹具。在可调整夹具和组合夹具的基础上, 进行定位误差分析, 推导相应的定位误差计算公式;建立力学模型, 推导相应力学公式, 综合分析, 设计出符合新产品的柔性工装夹具。
5.2 焊接的工艺实现
不同的焊接方法有不同的焊接工艺, 首先根据焊接产品的材质、化学成分和焊接结构确定焊接方法, 焊接方法主要采用电焊和弧焊, 根据焊接方法来设计焊接工艺参数, 如电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。总之, 必须在焊接工艺上有所突破, 才能适应市场需求。
5.3 机器人工作站的现场总线控制与通讯的实现
工业机器人智能柔性焊接工作站的弧焊机器人工作站系统采用西门子PLC, PLC作为主站, 安川机器人作为从站, 二者使用profinet通信协议进行现场总线控制;而弧焊机器人工作站中的传感器、执行元件和夹具气缸等, 则采用A S-i主从站的现场总线的通讯控制方式, A S-i接口是整个工业通信网络中最底层的总线, 它只负责简单的数据采集与传输, 虽然信息量的吞吐比相对高级的profibus等总线少了很多, 但它的实时性和可操作性很高。
5.4 双机器人多轴联动系统的实现
根据多轴机器人的结构特点, 抽象出双机器人的正运动学和逆运动学模型, 针对该模型开发多轴联动系统。该系统不但单个机器人多轴联动, 同时双机器人之间也有联动。所以技术难度较大。
6 结束语
智能柔性焊接技术工作站提高新产品的工艺标准、制造质量及生产效率, 并且实现生产线可同时兼容多种产品的开发试制和批量生产功能, 保证工装夹具的快速切换和控制系统的运行稳定性, 不仅使企业节约了产品工艺开发、设备采购及人工成本, 还很大的提高生产效率和新产品的制造质量, 为进一步深入研究新产品开发试制提供理论数据基础。
参考文献
[1]朴永杰, 朱振友.机器人焊接柔性制造系统的多智能协调控制[J].系统仿真学报, 2004.
[2]张香彬.机器人在汽车焊接生产线柔性化中的应用[J].应用科技.
[3]王欣.关于工业机器人焊接机器人的发展[J].应用科技.
柔性焊接 篇2
关键词：汽车底盘件；焊接工艺；生产线设计
作为汽车整体结构中的重要一环，汽车底盘件的质量优劣将会直接影响到汽车的安全性能。汽车底盘件对焊接技术的要求十分严苛，生产线上的任何失误均有可能引发严重后果。机器人焊接自动化程度高，具备良好的柔性，可按照不同指令完成各类规格产品的焊接工作。为充分发挥出机器人的柔性特点，提高生产效率与质量，充分结合汽车底盘机器人柔性焊接生产线的设计要点，对其进行不断的优化与改良很有必要。
1.机器人焊接生产线的设计要点
1.1机器人焊接生产线的工作需求
机器人生产线的组成部分主要包括机械系统与控制系统两大板块，机械系统涵盖机器人焊接防护房、两套专用夹具、机器人本体以及一系列周边设备；控制系统则主要涵盖机器人控制系统、周边设备识别与控制系统、人机界面等。在对机器人焊接生产线的相关设备进行设计时，应对机器人焊接生产线的工作需求进行充分考量。从焊接生产线的工作需求来看，设计出的机器人焊接生产线不但要能够顺利完成生产活动，还要确保具有一定的柔性特点，同时能够为焊接产品的质量提供可靠保障。
1.2机器人焊接生产设计注意事项
1.2.1焊接机器人生产线机械系统的设计
考虑到前车架工件焊接长度长，工作量大，易在焊接过程中，产生大量热能，因此，夹具设计的合理性十分关键，倘若夹具设计不够合理，焊接后的成品非常容易发生变形，产品尺寸精度明显会发生改变。所以，夹具设计是机器人焊接生产设计中的重要环节。在对焊接夹具进行设计时，需要格外注意这几个方面的内容：①通过标准化、模块化设计，实现电控气动加紧定位。②于长焊缝的定位夹紧部位，使用整体铜材，采取通水冷却的方式，进一步增强生产线的散热能力。③使用具有自动锁定功能的压紧气缸。④提高总成夹的刚性，以满足生产线对压紧力的需求。另外，为避免焊接成品发生变形，提高产品尺寸的精度，机器人生产线应采取双机器人协调的方式，同时进行焊接活动，尽量减少误差。为提高机器人工作的安全性，可在机器人生产线四周添加防护措施，在机器人与回转台间设置弧光挡板，以减轻对其他操作者的干扰。
1.2.2焊接机器人生产线控制系统的设计
主控系统可充分利用PLC控制技术，并设置远程操控装置，以实现对机器人生产线一体化控制。PLC选择SIMATIC S8-500，利用Profibus DP总线，和夹具上两个ET500S远程模块相连。在这样的系统环境中，现场接线数量明显减少，系统稳定性明显增强。另外，ET500S具备热插拔与延伸性特点，能够大大简化系统后期维护保养工作。同时，ET500S极高的自动识别功能，能够实现对系统各环节的动态检测，一旦系统中的任一环节出现故障均能尽快发现。PLC程序使用的是结构化方程编制，每一个子程序均具备特有的功能。在生产不同规格的汽车底盘件时，仅需通过适当调整便能实现。同时各类不同规格产品的生产动作完成后，可永久储存，在有需要的时候可调处历史记录直接使用。
2.机器人焊接生产线的优化
2.1柔性方面
经优化后的机器人焊接生产线具有极强的互换性特点，通用性强，能够在短时间内根据生产需求，调整生产模式，最大化满足多元化产品的生产需求。工装夹具与安装支座的连接更加标准化，水、电、气均采用的是快装接头，能最大化提高生产效率。此外，机器人本身具有极强的互换性特点，柔性强，能够自由转换。焊接生产线中，设有一个公用底板，底板上各方向均具有规格为8t的叉车搬运孔，有效提升了搬运的便捷性。采取柔性控制，在调整夹具的过程中，系统会对人工选择进行识别，识别通过则自动转换焊接程序，识别不通过则出现更换提示，要求工作人员重新选择，有效提高了工作的精确度。
2.2安全性方面
为提高机器人焊接生产线的安全性，经优化的机器人焊接生产线设立封闭机器人焊接防护放，并配备了焊接烟尘净化装置，有效减少了烟尘对机器人生产活动的影响。韩解放均设有自动卷帘门，在焊接环节中自动关闭，以免焊接弧光或火花对人体或机器设备造成损害。于卷帘门的上设置到位开关，方便工作人员更为清楚地掌握卷帘门的工作动态。另外，在门的开关部位设置位置锁，以免装置出现松动，卷帘门异常活动等现象。于自动卷帘门外侧设置安全光柵，在生产线正常运转的情况下，当检测到有人进入工作环境内或夹具操作环节有人，机器生产线将自动暂停。
3.案例分析
以某越野车底盘构件为例，某越野车底盘构件形状为“口”字型组焊接构件，冲压件材料厚度3～5mm。材料具有极强的回弹性，不易成型。组焊件各零部件配合间隙要求最高不可超过1mm。考虑到产品机构较为复杂，因此在生产过程中，要求各配件孔位尺寸精度偏差最高不可超过0.5mm。结合前车架总成焊接的工艺特点，将该底盘构件分级呈A部横梁总成、B部横梁总成以及左右纵梁总成三部分，各部分总成分别焊接后在进行整个底盘构件的总成焊接。为避免变形，增强总成刚性，提高产品尺寸精度，底盘构件左右纵梁总成与A部横梁总成焊接前，均对各组成部件进行了点定，并将焊接流程为：首先对A部横梁总成、左右纵梁总成以及B部横梁总成进行拼焊；然后进行支架与底盘件的总成焊接。结合焊接件的特点，工艺上选取的是工件预留变形焊接量，利用调整机器人焊接生产线的控制程序，提高了焊件受热的均匀性，有效降低了变形风险。完工后部件尺寸精度均满足使用标准，经初步评估鉴定为合格产品。
4.结束语
综上所述，在机器人焊接生产线的辅助下，汽车底盘件的生产效率与质量均获得进一步的提升。机器人焊接生产线的设计是提高产品生产效率与生产质量的关键，作为汽车底盘件生产的发展法相，机器人焊接生产线具有良好的应用前景。今后，有关该课题的研究还应进一步跟进，争取通过对机器人焊接生产线的不断优化，促进汽车底盘件生产工艺的不断进步。
参考文献：
[1]许瑞麟，朱品朝，于成哉.汽车车身焊接技术现状及发展趋势[J].电焊机，2010，18（05）：1-18.
[2]张瑞海，王淑营.基于机器人三维模拟仿真的焊接生产线柔性主拼技术研究[J].计算机应用研究，2014，14（02）：435-439.
[3]王大鹏，杨小刚.汽车机器人柔性焊接工作站仿形工装技术[J].制造业自动化，2012，23（06）：125-126.
柔性焊接 篇3
随着汽车工业及汽车装备制造业的深入发展,柔性、高效、高精度、自动化等已经成为汽车装备业发展的主流方向。同时,随着我国经济的蓬勃发展,人民生活水平的日益提高,汽车越来越多地进入了家庭。顾客和市场需求多样化、个性化发展,汽车业从传统的单品种、大批量生产方式向多品种、中小批量及“变种变量”的生产方式过渡,以生产者为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的生产方式转变;白车身焊接系统的主要功能是实现多种不同白车身产品的地板总成、左/右侧围总成及顶盖总成等主要车身总成零部件的组合焊接,是实现白车身柔性生产的核心装备[1]。提高企业对不同车型白车身的焊接能力至关重要[2]。设计了一种柔性高精度台车,一方面能提高原有焊接装备对不同车型的适应能力,同时也能实现高精度定位,保证后续焊接的质量。
1、柔性高精度台车结构
该柔性高精度台车的三维模型如图1所示,由勾销打开装置1、台车主体组件2、前定位销组件3、TB组件4、H向组件5五部分组成。勾销打开装置1负责对台车前后位置的定位勾销抓紧和打开,保证台车整体的前后位置精度;台车主体组件2是由数控机床加工的高精度的板材组装而成,这一部分的精度对台车整体精度有着决定性的影响;前定位销组件3安装在台车主体上,且定位销的位置固定不变;TB组件4和H向组件5也都安装在台车主体上,其中TB组件实现后定位销在x、y方向的精确移动,H向组件实现后定位销在z方向的精确移动。
1.勾销打开装置2.台车主体组件3.前定位销组件4.TB组件5.H向组件
2、柔性高精度台车的优点
该柔性高精度台车区别于传统的台车,在不改变原有焊接设备和台车的条件下,能够通过对定位销的自动和快速切换从而适应车型快速更新给企业所带来的冲击。随着汽车制造业的标准化和国际化发展,白车身焊接也已经基本达成了生产标准化,应用在台车系统则具体表现为:不同品牌车型的白车身主车身焊接用定位孔都分为前后四个,其中前面的两个定位孔位置都一样,不同车型则在后两个定位孔的相对位置上进行区分。该柔性高精度台车的前两个定位销精确固定在台车主体上,位置不变;后面两个定位销则能够在x、y、z三个方向精确移动并能够在最后工作位置锁死,不仅能够适应不同的车型,而且能够实现对车身主体的高精度定位,保证后续焊接的质量。该台车的关键技术参数如下表所示:
3、柔性高精度台车精度的研究
该柔性高精度台车整体的精度由台车主体的加工和安装精度保证,而台车上的前定位销组件和TB组件和H向组件都直接安装在台车主体上,各个组件的精度将直接影响白车身的定位精度。因此保证台车精度至关重要[3]。以下为保证柔性高精度台车精度的几点注意事项:
(1)首先整体精度主要取决于零件的制造精度,所以必须要求零件的尺寸公差严格按照图纸加工,在装配前检测尺寸,确定装配线上个工序的装配技术要求,避免挫、磨、修刮等工艺,尽量使用如拧螺钉等无损工艺;
(2)严格按照顺序装配,最好在装配前列出顺序,合理安排装配顺序,避免重装;
(3)可充分利用夹具来定位,从而达到各零件的空间位置,装配中留出调整个别零件的位置或加入补偿件,因为适当提供补偿或调整可以使装配精度更高;
(4)避免暴力装配,有发现装配不顺利时认真分析,可以采用互换装配法、选择装配法、修配装配法和调整装配法处理;
(5)在装配强度允许情况下使用胶粘剂是一个不错的装配手段,它可以让零件以轻松的配合甚至用夹具完全固定好后再进行粘接,使用得当可以大幅度提高精度;
(6)当然以上操作离不开干净的零件,良好的装配场所。具备一定的装配环境条件,可以很大程度地提高台车的精度。
4、结论
该柔性高精度台车不仅可以对多种车型的白车身进行焊接,同时也能够实现对白车身的高精度定位,保证了后续焊接的稳定可靠运行,使企业的白车身焊接完成了从单一车型到多车型共线生产的转型,取得了良好的经济和社会效益,是一种值得推广的台车。
参考文献
[1]王元勋,何可敬,高银,等.车身焊接生产线焊装主线设计研究[J].中国机械工程,2001,12(11):1248-1250.
[2]房金良,李朋,王洪杰,陈朝辞.自行小车吊运系统在焊装线中的应用[J].车身技术,2013,3:82-84.
柔性焊接 篇4
1 汽车焊接生产线中柔化性的必要性
汽车的生产一般需要经过冲压、焊接、涂装和总装几个过程, 后两个在汽车换型改造时还可以凸显出一定的通用性和灵活性, 但是无论灵活性多好, 对于汽车换型改造上, 汽车企业都需要投入大量的资本, 这对于企业的运行是不利的, 所以必须提升各个环节的柔化性, 保障生产的连贯性, 保证资本的投入最少, 实现的利益最大。提高汽车焊接生产线的柔性化程度对于改造量的降低有很大帮助, 这样就能减少投资, 简化生产。正是因为焊接生产是与产品结构相联系的, 所以汽车换型就对汽车焊接生产线有了很多要求, 要想提高灵活性适应能力就要尽量做更多的改变, 从生产线的各个方面考虑, 如何使得生产变得更加流畅是关键。
为了满足汽车产品更新换代的需要, 就必须使得汽车焊接生产线保持高度的柔性。焊接生产线的主要任务是完成冲压零件到焊接合件的转换, 相应的针对不同产品有不同的焊接生产线。但是即使是同一个汽车产品, 在焊接设备、工件以及方法上也是大不相同的, 所以为了适应各个产品在结构上的差异, 我们就需要保证焊接生产线的柔化性。总的来说, 就是针对不同产品的换型, 原来的生产线都不能在发挥作用, 所以就要采用新的生产线来完成生产, 那么如果该企业的焊接生产线本来就具有极高的柔化性, 那么只需要在几个微小的方面做相应的改变就又可以满足现在的汽车转型生产, 这就省去了进行大量整改的资金投入, 同时又可以满足现如今快速变换车型的要求, 跟上生产需要。
2 焊接中机器人的功能和特性
焊接机器人对焊接条件要适应性很强, 可以自主生产若干种不同的焊接零件。同时焊接机器人作为一种可编程的现代化设备, 它的灵活性极强, 主要凸显在它对环境的适应力以及转换能力上, 同时它可以实现各个不同机型的同时生产, 降低生产时间, 提高效率。焊接机器人有很多独特之处, 比如:
1) 动作极其快速, 能在单位时间内完成更多的生产任务, 这对于生产效率的提高创造了条件, 同时针对现如今人们对机型转换的更高要求, 机器人焊接的应用能够很好的满足消费者的需求;
2) 作用范围相对要广, 比起人工生产, 机器生产带来各种好处想必大家早已见识到了, 机器人的存在就是为了完成人类无法完成的工作, 所以在汽车焊接技术中也一样, 机器人在焊接中的工作面更广, 这样就更能近距离接近焊接部件, 高效的完成焊接工作;
3) 机器人相对体积小, 节省工作空间, 想必人工操作来说, 机器人运作另一大好处就是要的空间要少, 一般机器人的高度不会超过人高, 同时它的小巧正保证了它工作的能动性高, 灵活度高;
4) 操作性强, 控制性能方面优秀。对比人工操作而言, 机器化生产要更加准确, 任何差错都能在第一时间发现, 并改进, 由于是编程化生产模式, 所以出错率极低, 这也是现代化生产的一点优点, 精准度高。
3 机器人在实现焊接生产柔性化中发挥的关键性作用
在汽车焊接生产线中, 每一条固定的生产线都是由各个小的部分组成的, 比如相应的有焊接设备、焊接用到的夹具以及机械化运输设备等部分。所以整体的柔化性就需要各个部分的柔化性来保证, 其中焊接设备的柔性就成了关键, 而对应的焊接工装夹具的柔化程度则成了决定焊接生产柔性度的主要因素。在目前汽车焊接生产中, 主要有三种焊接设备用于生产, 即手工焊接设备、自动焊接专机以及焊接机器人。
但是相比前两种来说, 机器人焊接显得更加灵活, 相应的生产线的柔化性也是最高的, 这也是现如今机器人焊接技术被大量应用的原因之一。机器人焊接集动作灵活度高、机体独立、自动化程度高、柔性化程度高等众多优点于一身, 在生产中就显得更加重要。利用机器人实现焊接生产, 能够保证产品的高质量, 保证工期的最短、生产线的灵活度最高、产品生产最稳定等, 所以机器人焊接生产技术作为新时代的产物, 在汽车焊接生产中是提高焊接生产线柔化程度的关键, 在汽车焊接生产中发挥着极大的作用。
同时从大多数实例来看, 机器人在生产中运作状态稳定, 并且对生产效率的提高起到极大的促进作用, 所以, 无论是从经济上还是从实用性角度, 机器人焊接生产对汽车制造企业来说都是一个极好的选择, 这不仅带来的是资本投入的减少, 更多的是可以满足现在人对汽车机型高速变换的需求, 使得汽车产业能在激烈的竞争中存活下来, 同时还能实现汽车生产产业的现代化进程的加速, 促进我国汽车行业的高速科技化发展。
4 总结
现在看来, 在汽车焊接中的方法还是以点焊和弧焊为主, 而这些方法都是在极高的温度下进行的, 对于工作人员来说环境颇显恶劣, 但是对于新型机器人来说, 即使是这般环境也是可以稳定工作, 并且保质保量的完成规定的工作量的, 所以在焊接生产中引进机器人能更好的实现快速稳定生产, 并且使得汽车生产业也与现代科技相联系, 实现了汽车产业化生产的高速发展。并且机器人焊接的采用时实现汽车焊接生产的柔性化的关键, 保证了机型转变的迅速和多样化生产并存的状态。同时机器人焊接的运用也为汽车厂产品的转换创造了条件和可能性。
参考文献
[1]崔文旭.机器人在汽车焊接生产线柔性化中的应用.北京汽车生产, 2010.
[2]郭云曾.焊接机器人及系统介绍[J].焊接技术, 2010.
[3]唐新华.焊接机器人的现状及发展趋势[J].电焊机, 2010.
