轎車白車身激光焊接選型設計

1、焊接機器人選型設計焊接機器人選型設計焊接機器人簡介焊接機器人簡介焊接機器人是從事焊接（包括切割焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。與噴涂）的工業(yè)機器人。為了適應不同的用途，機器人最后為了適應不同的用途，機器人最后一個軸的機械接口，通常是一個連一個軸的機械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。執(zhí)行器。焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。使之能進行焊接，切割或熱噴涂。焊接機器人主要包括機器人和焊接焊接機器人主要包括機器人和

2、焊接設備兩部分。設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機（?。òㄆ淇刂葡到y(tǒng)）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統(tǒng)，如于智能機器人還應有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。激光或攝像傳感器及其控制裝置等。焊接機器人焊接對象分析焊接機器人焊接對象分析 白車身（Body in White）是指完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括四門兩蓋等運動件。涂裝后的白

3、車身加上內(nèi)外飾（包括儀表板、座椅、風擋玻璃、地毯、內(nèi)飾護板等）和電子電器系統(tǒng)（音響、線束、開關(guān)等），再加上底盤系統(tǒng)（包括制動、懸架系統(tǒng)等），再加上動力總成系統(tǒng)（包括發(fā)動機、變速箱等）就組成了整車。 沖壓件通過焊裝后即成白車身，其車身的主要尺寸關(guān)系就已經(jīng)確定，所以說，沖壓件精度是影響白車身尺寸精度（質(zhì)量）的關(guān)鍵因素之一,焊裝亦是,沖壓件主要以制件精度來影響白車身精度，而焊裝則是通過搭接和基準體系兩個方面影響白車身精度。焊接對象分析焊接對象分析 我們小組選擇大眾甲殼蟲這款車型作為研究對象，在結(jié)構(gòu)方面，甲殼蟲屬于A級平臺車輛，車身結(jié)構(gòu)滿足最高安全標準的要求，通過應用現(xiàn)代工藝技術(shù)（激光焊接，粘接技術(shù)，

4、無鉚釘沖鉚），甲殼蟲的車上剛度達到了較高的水平。 車身主要參數(shù)： 焊接工藝分析焊接工藝分析1.電阻焊接1）電阻凸焊工藝： 焊接時間由三種因素決定：薄板厚度、凸點剛度及焊接電流 2）電阻點焊工藝 零件料厚比的控制 嚴格控制車身邊緣與焊點之間的距離，并保證焊點間距符合工藝要求 控制好焊接面與焊接空間2.激光焊接工藝特點： 單面焊接 扭曲變形小 焊接速度快和焊接強度高 具有較高的柔性 vs焊接工藝對比 電阻點焊：靠兩個電極對焊部位進行夾持才能完成焊接，焊接部位的凸緣必不可少。 激光焊接：單邊輸入，與焊接部位沒有直接接觸，凸緣結(jié)構(gòu)可以省去，對于同樣的車身部件結(jié)構(gòu)，可以采用不同的結(jié)構(gòu)設計。結(jié)構(gòu)上更加緊湊

5、，焊接部件更少，部件與部件之間的連接關(guān)系除了少量的對接外，大多數(shù)為搭接，搭接方式大多為平面與平面，很少采用曲面搭接關(guān)系。 選擇結(jié)果：激光焊接選型依據(jù)及要求：（選型依據(jù)及要求：（1）機械結(jié)構(gòu)）機械結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機器人 球坐標型機器人 圓柱坐標型機器人 直角坐標型機器人關(guān)節(jié)機器人關(guān)節(jié)機器人 關(guān)節(jié)型機器人的動作類似人的動作，模仿人腰部到手臂的基本結(jié)構(gòu)，本體結(jié)構(gòu)通常包括關(guān)節(jié)型機器人的機座結(jié)構(gòu)及腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、大臂結(jié)構(gòu)及大臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、小臂結(jié)構(gòu)及小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、手腕結(jié)構(gòu)及手腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置和末端執(zhí)行器。 關(guān)節(jié)型機器人在相同體積條件下比非關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)的機器人具有大得多的相對空間（即手腕端部可抵達的最大空間

6、體積與機器人本體外殼體積之比）和絕對空間（即手腕端部可抵達的最大空間體積）球坐標型機器人球坐標型機器人 又稱極坐標型，按球坐標形式動作。極坐標型機械手的動作形態(tài)包括圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)，一個回轉(zhuǎn)和一個直線伸縮運動。其特點類似于圓柱型機械手。 在中心支架附近的工作范圍較大，覆蓋工作空間較大，坐標系較復雜，較難控制，存在工作死區(qū)圓柱坐標型機器人圓柱坐標型機器人 圓柱坐標型機械手有一個圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)運動和兩個在相互垂直方向上的直線伸縮運動。 它適用于采用油壓(或氣壓)驅(qū)動機構(gòu)，在操作對象位于機器人四周的情況下，操作最為方便，靈活性較好，工作范圍較大，剛度、精度較好。直角坐標型機器人直角坐標型機器人 與

7、機床相似，按直角坐標形式動作，直角坐標型機器人可以在三個互相垂直的方向上作直線伸縮運動。 這類機器人各個方向的運動是獨立的，計算和控制比較方便，但占地面積大，限于特定的應用場合，有較多的局限性，剛度和精度高，但靈活性差。 因為焊接位置相對較廣，定點比較因為焊接位置相對較廣，定點比較準確，可操作性比較強，綜合考慮，準確，可操作性比較強，綜合考慮，決定使用關(guān)節(jié)型機器人為本次的機決定使用關(guān)節(jié)型機器人為本次的機器人類型選擇。器人類型選擇。 焊接機器人本體的機械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為平行四邊形結(jié)構(gòu)，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)。 側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是上、下臂的活動范圍大，使機器人的工作空間幾乎

8、能達一個球體。因此，這種機器人可倒掛在機架上工作，以節(jié)省占地面積，方便地面物件的流動。但是這種側(cè)置式機器人，2、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)，降低機器人的剛度，一般適用于負載較小的機器人，用于電弧焊、切割或噴涂。 平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉桿驅(qū)動的。拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。 設計方面采用了新的流線型平行四邊形結(jié)構(gòu)，機器人重量得到有效減輕。大負荷機器人在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時，也保證了同樣完美的負載及工作半徑，降低了節(jié)拍時間及能耗。選型依據(jù)及要求：（選型依據(jù)及要求：（2）驅(qū)動方式）驅(qū)動方式選型依據(jù)及要求：（選型依據(jù)及要求：（3）減速裝置）減速裝置 由于諧波減速傳動裝置具有傳動比大（一級

9、諧波齒輪減速比可以在50500之間，采用多級或復波式傳動，傳動比可以更大）、承載能力強、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高（一般可達0.700.90）、體積小、質(zhì)量輕等的優(yōu)點，所以采用諧波減速傳動裝置減速選型依據(jù)及要求：（選型依據(jù)及要求：（4）傳動裝置）傳動裝置 在工業(yè)機器人中常采用柔軟且拉伸變形小的鋼帶傳遞運動。鋼帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，是無間隙傳動，傳動精度高。選型相關(guān)因素：選型相關(guān)因素： 1）工作站布局： 根據(jù)要求，一個工作站有3個焊接機器人，所以我們安排2個機器人負責車體兩旁的焊接工作，1個機器人負責車體車頭附近的焊接工作 （2）工作載荷： 根據(jù)對機器人的要求，機器人所攜帶焊鉗或抓具的質(zhì)

10、量確定機器人的額定負載，機器人的有效負載為100-200kg （3）工作空間： 由于是對白車身進行焊接，由甲殼蟲車身大小可估算機器人的工作半徑需要2500-3000mm國內(nèi)外主要機器人公司：國內(nèi)外主要機器人公司： 國內(nèi)： 1、新松機器人自動化股份有限公司 2、安川首鋼機器人有限公司 3、中國聰銳機器人 4、 紫光優(yōu)藍機器人技術(shù)有限公司 5、博思電子數(shù)碼科技有限公司 國外： 1、瑞典ABBRobotics公司 2、日本安川電機公司 3、日本FANUC公司 4、德國KUKARoboterGmbh公司 5、意大利COMAU公司焊接機器人選擇產(chǎn)品型號：F-200iB最大負重：100kg可達半徑：437

11、mm*1040mm重復精度：0.1mm產(chǎn)品型號：MOTOMAN-ES165D負載：165kg垂直可達距離：3372mm水平可達距離：2651mm重復定位精度：0.2mm焊接機器人選擇焊接機器人選擇產(chǎn)品型號：NJ165-3.0載荷：165kg最大水平工作半徑：3.0m重復精度：0.085mm產(chǎn)品型號：NJ220-2.7載荷：220kg最大水平工作半徑：2.7m重復精度：0.075根據(jù)網(wǎng)上資料查找，柯馬公司主要機器人型號如左圖選型依據(jù)：選型依據(jù)： 白車身焊接質(zhì)量的控制任務很重，它不僅要對當日流出的白車身進行生產(chǎn)過程管理，還要對白車身的焊接質(zhì)量及時做出評價，在測量平臺的水平度時，測量點間距應該保證在

12、300 mm300 mm以上。夾具平臺上表面的粗糙度Ra應為3.2 m以下，同時表面還要進行防銹處理，夾具平臺必須設有安裝定位的基點（Jig Base Point，JBP），JBP也是裝配檢查的基準點。 SmartNJ系列機器人有效載荷為110-270kg，獨特的“中空腕”設計將機器人的所以管線內(nèi)置于機械手臂內(nèi)，避免管線磨損，延長了機器人壽命，同時也保證了離線編程結(jié)果的準確性。此外，在設計方面采用了新的流線型平行四邊形結(jié)構(gòu)，機器人重量得到有效減輕。大負荷機器人在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時，也保證了同樣完美的負載及工作半徑，降低了節(jié)拍時間及能耗選型依據(jù)：選型依據(jù)： 估算機器人的工作半徑需要2500-3000mm，根據(jù)運動半徑及工作負載由上表可選擇機器人型號 NJ165-3.0 及NJ165-2.7。技術(shù)經(jīng)濟評價技術(shù)經(jīng)濟評價技術(shù)經(jīng)濟評價技術(shù)經(jīng)濟評價總結(jié)：總結(jié)： 總結(jié)：本次選型設計中，我們選擇了smart5 NJ 165-2.7，從靈活，速度，穩(wěn)固和精度方面而言提供了頂尖性能。所有這些型號既能安裝于地面也能倒掛安裝。機器人家族既能提供“標準手腕”和“中空手腕”。創(chuàng)新，也是長期建立的“中空手腕”技術(shù)。進一步增強于SMART5 NJ型號: 全部焊接線纜集成于前臂，而不是像傳統(tǒng)機器人線纜置于外部。 該解決方案保證獨一無二的性能和維修