近年來(lái)，隨著(zhù)國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，作為國家現代化程度標志的機器人技術(shù)也得到了越來(lái)越多的應用。經(jīng)過(guò)多年的努力，首鋼莫托曼機器人有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“首鋼莫托曼”）在機器人系統尤其是弧焊方面的技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗，使其在實(shí)際生產(chǎn)中得到很好的應用。下面以轎車(chē)排氣零部件的生產(chǎn)為例，簡(jiǎn)單介紹首鋼莫托曼弧焊機器人系統的功能和特點(diǎn)。

　　弧焊工藝分類(lèi)

　　排氣系統是排放和消聲的重要部分，主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消和后消等部件組成。主要功能是把發(fā)動(dòng)機在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣從多個(gè)氣缸內收集、通過(guò)催化凈化器凈化并消聲后引到車(chē)后排放。其整體結構如圖2所示。

　　按照主要功能模塊距離發(fā)動(dòng)機的遠近，排氣系統可劃分為熱端和冷端兩部分。

　　熱端部分直接連接發(fā)動(dòng)機排氣口，主要包括歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器以及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤(pán)位置空間緊湊，所以其部件外形變化較大，焊縫分布復雜。同時(shí)，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、后消以及掛鉤法蘭等附屬部件。冷端總成通常尺寸較長(cháng)，焊縫多為小直徑環(huán)縫。當后消聲器包為焊接結構時(shí)，通常要求壓裝焊接，其焊縫量較大。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

　　排氣零部件機器人焊接單元主要由弧焊機器人、焊接設備、清槍剪絲機構、變位機、焊接夾具、安全防護系統、電氣控制系統、工件檢測設備以及物流系統等組成。按照不同種類(lèi)工件的焊接特性，其布局形式主要有以下幾種：

　　1. 彎管類(lèi)歧管焊接單元布局

　　彎管類(lèi)歧管的焊縫空間分布較復雜，需要使用2臺機器人協(xié)調焊接或應用雙軸變位機取得合適的焊接姿態(tài)。其布局如圖3和圖4所示。

　　2. 沖壓半殼類(lèi)歧管、凈化器和波紋管焊接單元布局

　　沖壓半殼類(lèi)歧管的焊縫主要分布在半殼一側的弧面上，應用單軸變位機即可達到合適的焊接位置。此類(lèi)工件和凈化器、波紋管等尺寸小、焊縫分布單一的工件一起，可使用單座單軸變位機雙工位布局。

　　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、掛鉤法蘭等分總成工件焊接在一起的總成工件，是轎車(chē)排氣零部件焊接工件中最復雜的一種，通常需分3～4道工序焊接完成。

　　其多道工序夾具分布在單個(gè)機器人焊接單元內的緊湊型布局。當產(chǎn)量需求大時(shí)，可以用多個(gè)機器人焊接單元組成U型線(xiàn)，優(yōu)化物流。

　　4. 半殼類(lèi)消聲器大包焊接單元布局

　　半殼類(lèi)消聲器大包在焊接過(guò)程中需要加壓80kN以上，需要使用可安裝液壓模具的特殊雙軸變位機實(shí)現焊接。其布局如圖6所示。

　　5. 冷端總成焊接單元布局

　　排氣系統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。按排量大小需要可分為單、雙系統兩種形式。

　　冷端總成工件的長(cháng)度通常為2～3m，常用布局為立式翻轉3軸變位和水平回轉3軸變位兩種。雙系統冷端總成焊縫分布范圍較大，更適用于水平回轉3軸變位布局。

　　系統特點(diǎn)

　　首鋼莫托曼機器人有限公司依托日本安川電機MOTOMAN弧焊專(zhuān)用機器人的技術(shù)優(yōu)勢，與全球兩大排氣系統供應商FAURECIA和TENNECO緊密協(xié)作，不斷以最新技術(shù)推出優(yōu)質(zhì)的排氣零部件機器人弧焊線(xiàn)和焊接裝備，使其具有技術(shù)領(lǐng)先、系統安全可靠和快換性能強的特點(diǎn)。

　　1. 技術(shù)優(yōu)勢

　　日本安川電機于2001年底研制推出了世界上首臺弧焊專(zhuān)用機器人MOTOMAN-EA1400，并于2002年在中國銷(xiāo)售。EA1400機器人將焊槍電纜與焊槍內置在機器人臂中，避免了焊槍電纜和焊槍與周?chē)矬w的相互干擾，使機器人示教過(guò)程變得更為簡(jiǎn)單，同時(shí)大大增強了焊槍的可達性。該機器人一經(jīng)推出，便迅速在汽車(chē)車(chē)橋、消音器等排氣系統零部件以及座椅骨架等焊接領(lǐng)域受到了好評。多家焊槍生產(chǎn)企業(yè)都為該機器人研制了專(zhuān)用焊槍。目前除了空冷焊槍和伺服焊槍進(jìn)行焊接以外，還可以使用水冷焊槍實(shí)現較高電流的連續焊接。

        2007年初，MOTOMAN-SSA2000型機器人問(wèn)市。SSA2000在保持EA1400結構優(yōu)勢的基礎上大幅提高了軸動(dòng)作速度，單軸速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成為世界最快的弧焊機器人之一。

　　2008年底，安川公司又推出了新一代機器人控制器DX100，同時(shí)將SSA2000機器人進(jìn)化為世界第一臺7軸弧焊專(zhuān)用機器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在傳統工業(yè)機器人第一俯仰臂上增加了1個(gè)回轉關(guān)節，具有冗余的自由度，使機器人本體的機動(dòng)性和可達性提升到了前所未有的高度。在保持同一焊槍角度的情況下，其他手臂可以自由地采用多種姿態(tài)。焊接過(guò)程中不會(huì )因為本體和夾具的干涉而改變焊槍和工件的夾角。新的7軸機器人為焊接工裝設計、生產(chǎn)空間布局以及焊接姿態(tài)優(yōu)化增加了更多的優(yōu)化空間。

　　MOTOMAN機器人不斷推出的領(lǐng)先技術(shù)，使其目前穩居弧焊機器人世界年銷(xiāo)售量首位，是首鋼莫托曼在轎車(chē)排氣零部件焊接領(lǐng)域廣泛應用的技術(shù)基礎。

　　2. 可靠的安全性能

　　機器人自動(dòng)焊接技術(shù)為汽車(chē)制造業(yè)帶來(lái)勞動(dòng)條件改善、生產(chǎn)能力可控、生產(chǎn)效率更高和產(chǎn)品質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著(zhù)不可忽視的安全隱患?；」廨椛?、有害氣體污染、操作機本體碰撞、變位機動(dòng)作、夾具壓手等諸多因素對操作工的傷害都時(shí)有發(fā)生。

　　首鋼莫托曼設計制造的排氣零部件機器人弧焊系統在以下幾方面制訂了嚴格的安全標準，為用戶(hù)提供了安全可靠的應用系統。

　?。?）操作區域的安全防護設計。操作區域與工作維護區域是否完全隔離，是判斷安全防護空間是否安全的重要指標。安全圍欄的設計中嚴格要求操作工無(wú)法從操作安全區域直接進(jìn)入到工作維護區域。安全圍欄與地面間縫隙小于180mm，確保維護人員只能從維護門(mén)進(jìn)入工作維護區域。此外，操作工進(jìn)出操作安全區域處設還設置了光柵保護。當操作安全區域范圍可允許操作工停留時(shí)，必須設區域掃描傳感器保護。在操作工的正常操作安全區域與機器人的動(dòng)作范圍重合時(shí)，必須在機器人本體的水平第一軸處增設原點(diǎn)檢測傳感器。

　?。?）夾具的防夾手安全設計。在常用的氣動(dòng)夾具操作順序中，操作工需要安裝完一個(gè)零件后，按一個(gè)按鈕使氣缸夾緊，此操作過(guò)程中，如將手放在夾具上，容易發(fā)生手夾傷事故。

　　為避免此類(lèi)安全事故，夾具設計中采用了以下方法：操作工進(jìn)入安全區域時(shí)，所有夾具控制電磁閥處于中位排氣狀態(tài)，安裝工件散件后，先手動(dòng)試壓緊，將壓頭按在零件上，所有工件均安裝并試壓緊后，再雙手按動(dòng)啟動(dòng)按鈕。此時(shí)電磁閥為氣缸供氣，使氣缸夾緊，檢查零件安裝夾緊狀態(tài)，退出操作安全區域，按預約啟動(dòng)鈕啟動(dòng)焊接。其中，所有的電磁閥均使用三位五通中位排氣型電磁閥，所有夾緊機構采用帶手柄可手動(dòng)自鎖壓緊式夾緊機構。例如DESTACO 手柄型。此種夾緊機構在斷氣狀態(tài)下可實(shí)現手動(dòng)自鎖壓緊，發(fā)現零件狀態(tài)不合適時(shí)，可以再次手動(dòng)打開(kāi)。

　　3. 便捷的夾具快換功能

　　便捷的夾具快換功能大大提高了設備的利用率，使用戶(hù)根據需求可以隨時(shí)調整，減少重復性投資和設備閑置。同時(shí)，利用快換功能，還可實(shí)現在新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)階段先投夾具，在現有機器人焊接生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)，批量生產(chǎn)階段前再投新焊接線(xiàn)，有助于提高用戶(hù)的資金利用率。

　　首鋼莫托曼在大量的應用項目中總結并作為標準固定了以下幾種夾具快換方式：

　?。?） 整根夾具梁快換的設計和快換方式。

　　夾具兩側安裝定位銷(xiāo)，變位機法蘭一側采用定位銷(xiāo)套，另一側采用鍵槽的定位方式。連接時(shí)，夾具兩側的定位銷(xiāo)依靠重力插入銷(xiāo)套和鍵槽中定位，連接板兩側的翻轉螺釘壓緊連接板。

　?。?）小件夾具及部件快換的設計和快換方式。

　　當單根夾具梁上夾具的互換性高時(shí)，可以使用標準快換式夾具梁，此時(shí)夾具梁上的定位銷(xiāo)按標準尺寸分布，小件夾具可用其底板上的標準尺寸定位套與梁配合定位，使用開(kāi)口快換墊圈快速夾緊。當夾具需要更換部件以適應不同型號的工件在同一套夾具上生產(chǎn)時(shí)，也可使用同樣的結構。

　　應用上述快換結構，單套夾具更換時(shí)間可控制在10min以?xún)取?BR>
　　隨著(zhù)弧焊機器人在汽車(chē)工業(yè)的廣泛應用，越來(lái)越多的人們對它的優(yōu)越性也有了更深的了解?，F在，其他應用領(lǐng)域對弧焊機器人的需求也越來(lái)越多，對弧焊機器人的功能也提出了更多的要求。因此，我們也會(huì )加強弧焊機器人系統開(kāi)發(fā)的力度，逐步完善我們的產(chǎn)品，使其在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其更大的優(yōu)勢。