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工业机器人在汽车柔性焊接生产线中的应用

编辑:三威装备   点击:1544   日期:2016-2-6 17:08:23
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随着汽车工业日益发展,对装焊专业化和自动化程度以及新装焊工艺和技术不断提出要求,在保证高质量、高效率和高可靠性的前提下,实现装焊自动线用最少的投资生产出尽可能多的优质产品。

一、机器人是实现焊接生产线柔性化的关键东莞三威装备汽车机器人焊接系统
  焊接生产线是由焊接设备、焊接工装夹具、机械化运输系统和自动控制等部分组成;因此,生产线的整体柔性程度由各组成部分的柔性程度所决定。其中焊接设备的柔性是决定焊接生产线柔性程度的关键, 焊接工装夹具的柔性是决定焊接生产线柔性程度的主要因素。
汽车车身焊接生产线上的焊接设备主要有手工焊设备、自动焊接专机焊接机器人三类:
1、手工焊接设备主要是悬挂式点焊机、CO2半自动弧焊机,属通用标准设备。通过人工操作点焊钳或焊枪完成焊接工作,因其独立性较强,便于安装、调整及维修,且价格低廉,所以在生产发展的各个时代都得到了广泛的应用。
2、自动焊接专机包括多点焊机、台式自动焊机及各种焊接机械手等,这些专机结构复杂、动作简单、程序基本固定、制造成本及维修费用高,只适用于某一种产品焊接, 柔性程度及自动化程度低,所以,只有在单一品种、大批量生产的汽车焊接生产线上采用。以前,一般年生产量在6万辆以上的生产线较多采用各种自动焊接专机,现在只有更大年产量的生产线才予以考虑。
3、焊接机器人是机体独立、动作自由度多、程序变更灵活、自动化程度高、柔性程度极高的焊接设备。具有多用途功能、重复定位精度高、焊接质量高、一致性产量、抓取重量大、运动速度快、动作稳定可靠等特点,焊接机器人是焊接设备柔性化的最佳选择。焊接设备作为焊接生产线的重要组成部分,是否采用机器人是焊接生产线柔性程度的重要标志之一。
二、焊接机器人的应用
  自从1960年第1台焊接机器人在美国通用汽车公司问世后,随着计算机技术的迅猛发展,特别是微型计算机技术的普及与应用,将焊接机器人技术带到了一个更新更高的领域。国外机器人生产厂家已将焊接机器人标准化,系列化,有的还将机器人部件设计成积木式标准组件、形成批量生产规模,使焊接机器人的成本大大降低,促进了焊接机器人在汽车焊接生产线上的大量应用。机器人在生产中工作状态稳定,提高了生产率,改善了工作条件,获得了显著的经济效益和社会效益。
  世界发达国家使用的焊接机器人约100万台,国外各大汽车公司在上世纪70年代普遍试用焊接机器人,80年代是焊接机器人自动焊接专机并用时期,到了90年代,机器人的优势得到了充分体现,焊接机器人淘汰自动焊接专机已经成为必然趋势。近几年已经有多家汽车公司建立了全部采用机器人焊接的车身焊接生产线,如美国通用、福特,日本丰田、日产,德国大众、宝马等均有这样的生产线。有的焊接生产线不仅焊接工作由机器人完成,甚至定位、夹紧、工位间输送等工作也由机器人来完成,成为名副其实的全柔性生产线,一个焊接车间内采用机器人数百台。
  在我国,上世纪70-80年代是机器人开发时期,研制了喷漆、弧焊、点焊、搬运、装配等机器人。90年代是应用机器人时期,已从单机使用向多机工作站和整条生产线机器人化方向发展。应用领域包括汽车、家电、电机、陶瓷等行业,在一些汽车制造厂建立了多个弧焊工作站和柔性生产线。为了达到发达国家机器人的先进水平,还制定并实施了发展智能机器人高技术计划,并发展了柔性制造系统和计算机集成制造系统。
  我国现在安装焊接机器人有数千台,尤其是汽车工业,为适应大力发展轿车生产,天津“夏利”、上海“桑塔纳”、一汽“大众”的年产量都在15万辆以上,每辆汽车车身有3500-5000个点焊焊点,对点焊机器人的需求量有较大增加。90年代我国应用机器人最多的是一汽“大众”15万辆汽车车身装焊车间,有80多台焊接机器人,与发达国家相比,仍有差距。弧焊机器人则在工程机械制造及摩托车生产中得到更多的应用。90年代后半期到21世纪初,我国的机器人应用将会出现一个高潮,进入初级普及阶段。广泛采用焊接机器人,提高产品质量及生产率已势在必行。
三、机器人的类型
满足车身装焊生产线要求的车身装焊机器人的类型有多种:
1、专用直角坐标形式的机器人
  该专用机器人有RH,RL,RS3种类型,并具有3个自由度,由此可组合成各种不同的功用和性能,因而能够与各种车身装焊自动线结构进行匹配,使装焊生产线达到最佳设计、具有满足用户要求的优越性能。
RH型为侧面焊接机器人,被固定在底板上,完成车身侧面的焊接;RL型为底层机器人,具有传送设备功能,完成车身底部焊接;RS型为顶面移动机器人,悬挂在生产线的顶部,用来进行车身的上部和内部焊接。
  车身装焊生产线采用上述机器人,可使车身80%的焊点实现自动焊,而60%的自动焊点由点焊机器人来完成;因此,此类装焊生产线柔性程度高。
2 、6自由度机器人
  6自由度的机器人具有6个轴, 每个轴的旋转角度均为180°-360°,操作空间可达到周向360°,高3M 多,扩大了其工作范围,且6个自由度的运动由伺服电机驱动控制各轴,末端轴可用点焊钳或弧焊焊枪进行施焊。6自由度焊接机器人可实现全位置焊接,达到全柔性,适用各种车型车身的任何部位的焊接。因此,6自由度的机器人是车身焊接生产线柔性化的最佳选择。
  6自由度机器人的定位精度可达±0.1mm以内,且重复定位精度高,因此,焊接质量极高,具有精度高、效率高,结构紧凑,功能多及灵活性好等一系列的优点。因而,应用十分广泛,尤其用于车身焊接、装焊零部件的传送和装配等。
四、焊接机器人的选用方法
由于车身各部位结构不同,需选择相应的机器人来完成焊接,焊接机器人在汽车车身自动装焊生产线上的选用方法见下表

机器人类型

装焊线名称

车身焊接部位

特 点

RH型
车身总成主线侧围装焊线
完成车身侧面焊接, 如侧围、车身总成
固定在底座(底板)上
RL型
车身总成主线下部装焊线
完成车身底部的焊接, 如地板总成
具有传送设备功能,可在车身下部移动,工件从前进方向的侧面送入,可避免设备之间的相互干涉
RS型
车身总成主线顶盖线
完成车身上部和内部的焊接,如顶盖、前围、后围
机器人被悬挂在生产线的顶部,焊接工件自下向
上进入
6自由度机器人
车身总成主线各部件总成辅线
完成车身各部位的焊接
固定在装焊线侧面,柔性程度高
五、机器人在汽车车身装焊生产线中的应用
  近几年来,许多汽车厂、摩托车厂、工程机械厂进行技术改造工程设计,采用了许多焊接机器人,提高了焊接生产线的柔性程度,为制造厂家提供了生产产品多样化,更新换型的可能性。
  在焊接车间,机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位,可完成工件的点焊、弧焊、涂胶等工作。有的工位上把工件、夹具、工具以机器人为中心布置,以便机器人能完成多个工序,实现多品种、不同批量的生产自动化。
采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化,使多种车身成品可在同一条车身装焊生产线上制造,实现多车型混线生产,因此,焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变,具有较高的柔性程度。由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要,是汽车车身制造自动化的必然趋势,特别是进入上世纪90年代以后,各大汽车生产厂家基本都考虑使新建的车身焊接生产线柔性化。
  焊接机器人在汽车装焊生产线上采用的数量及机器人类型(自由度数、工作方式等),反映焊接生产线柔性程度和水平。确定选择合适机器人的类型,是机器人在汽车车身装焊生产线上合理应用的关键。根据不同类型的机器人的特点,确定机器人在焊接生产线上的位置,完成汽车车身不同部位的焊接任务。
1、车身装焊自动生产线的设计
  为了实现焊装生产线自动化,首先,重点是进行总体设计和设备的总体布置,简化零件生产流程,使装焊线具有高度的灵活性,适应各种不同车身混合生产以及其它要求的特殊生产条件。
  机器人是成功建立一整条自动化装焊生产线最关键的因素,也是使焊接生产线柔性化的主要手段之一,车身装焊生产线所采用的机器人以点焊机器人为主。
2、焊接机器人的选用原则
  在设计汽车及零部件装焊自动线时,使用的机器人类型虽然有所不同,但对机器人的选用基本应考虑以下原则:
(1)选择与自动生产线结构相匹配、最合适的机器人;
(2)根据能保证接头焊点焊接质量和产生效率高的焊接工艺,选择不同的机器人末端轴承载力;
(3)选择操作范围和技术性能参数能满足工件施焊位置的机器人;
(4)在满足生产规模、生产节拍、保证焊接质量前提下,工艺设计方案既要先进可行、又要经济合理。在关键部件、部位、关键工序位,按需选配机器人数量;
(5)经比较后选用各种运动更自由、灵活,性能价格比更高的机器人。
 
   总之,汽车车身焊接生产线必须具有柔性,才能通过少量改造和投资,实现多种车型混线生产。采用机器人,可提高汽车焊接生产线的柔性,机器人是焊接生产线柔性化的关键。6自由度机器人是实现焊接生产线柔性化的最佳选择。焊接机器人的选用应根据机器人的不同功能、结构类型、形式特点决定。目前,在我国汽车产量和品种迅速增加时期,在汽车工厂设计、技术改造中,应积极推广6自由度机器人在汽车焊接生产线中的应用,为汽车厂产品换型创造有利条件和可能性。东莞市三威柔性自动化装备有限公司致力于柔性智能焊接工艺装备、三维柔性组合夹具自动焊接工装夹具自动焊接专机设备焊接机器人系统工作站、机器人工装夹具集成和提高生产效率整体解决方案的研发和运营。

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