通過機器人焊接生產線優化汽車座椅骨架焊接工藝

湯斌根

江鈴汽車集團奧威汽車零部件有限公司 江西省南昌市 330000

1 引言

汽車座椅是車身內部重要的裝置之一，其重要功能是為駕駛員及乘客提供便于操作、舒適而安全的駕駛位置，為乘客提供舒適、安全的乘坐空間；座椅骨架作為汽車座椅的核心部件之一，其基本結構主要為鈑金結構或管框結構；采用機器人焊接可以保證座椅骨架良好的焊接成形和焊接強度，優質的焊接夾具可以保證座椅骨架的尺寸精度，大批量生產還可以保證焊接出來的產品具有良好的一致性，能夠為主機廠提供品質合格座椅骨架，滿足其裝車精度及強度要求。

隨著汽車零部件市場競爭的日益加劇和商務車座椅骨架生產技術的不斷進步，在該領域廣泛的應用工業機器人焊接已成為大勢所趨。

2 在建立機器人焊接生產線前全順VE83雙人副司機座椅骨架K3焊接工段的狀況

（1）在建立機器人焊接生產線前車間全順VE83雙人副司機座椅骨架K3焊接工段由分散排列式的焊接工位組成，并全部采用CO2人工焊接。（見下圖1）

（2）各焊接工位所采用的焊接夾具也均為人工焊接夾具。

（3）所焊產品焊縫以座椅骨架上的頭枕板為例，盡管焊縫熔深也能達到標準要求，但一致性較差，且焊縫的外觀質量也有待改善。

（4）人工焊接時由于沒有運用合理的分序焊接，所以無法進行連線生產，各工序節拍（見下表1）。

3 焊接生產線優化前的焊接工藝分析

3.1 工藝分析

K3座椅骨架為全順VE83雙人副司機座椅骨架（見下圖3），機器人焊接生產線仍采用CO2氣體保護焊接方式，焊接機器人選用日本松下四套TM1400機器人，四套350GR3焊接電源，配合定制六套焊接夾具和一套物流系統及一套周邊附件。

通過詳細分析工件各個散件間的相互裝配關系、尺寸精度要求、焊縫長度及位置特點，結合各工件的焊接工作量及機器人的工作效率，進行焊接工序分析。

圖1

表1

圖3

3.2 節拍計算

節拍計算基準：機器人焊接速度600mm/min，每條焊縫的起、收弧時間均為1s，每條焊縫的跳轉時間0.6s，部分焊縫需要分段焊接。回轉變位機變為時間10S/180°（翻轉變位機變為時間3S/180°） ，循環清槍時間4S左右。計算節拍為：

弧焊機器人1#工作站：

弧焊機器人2#工作站：

弧焊機器人3#工作站：

以3#工作站為例，工作節拍計算過程（見下表2）

4 工藝優化過程

首先是建立三個連線的機器人焊接工作站：K3座椅骨架生產線由兩個天吊單機器人（TM1400）+大回轉+雙工位翻轉工作站和一個天吊雙機器人（TM1400）+大回轉+雙工位翻轉工作站及物流系統構成；見下布局圖4：

圖4

4.1 焊接機器人工作站特點：

（1）符合人機工程的夾具設計使操作者操作便捷、省力，減輕操作者勞動強度。（2）夾具定位元件的多個自由度都可方便、精確調整使其保持高精度，確保工件高質量。（3）機器人工作站內設兩個工位，當機器人在工位一焊接時，操作者在工位二裝件；當機器人在工位二焊接時，操作者在工位一裝卸件；如此循環，從而保證機器人一直在焊接狀態，充分利用機器人，提高效率；工作站采用機器人+大回轉+雙工位布局，夾具與變位機連接方式為柔性連接，便于夾具的互換。（4）機器人工作站四周配置防護欄或遮光板，可避免弧光和飛濺造成的傷害。（5）由PLC組成的控制系統靈敏可靠、故障少，且操作和維護方便。

表2

4.2 焊接機器人工作站焊接夾具的特點

（1）能夠實現平滑三維焊縫的一次性焊接；（2）可以實現與兩臺機器人的焊接配合，并實現對焊槍位置的判斷；（3）夾具與焊槍中間不會發生任何碰撞；（4）確保了運動過程中制件位置的準確性及焊接過程中焊槍與制件良好的接近性；（5）確保了各工位焊接工作完畢后對焊接變形的控制；（6）能保證焊接過程中盡可能實現平焊狀態。

4.3 焊接機器人工作站物流系統的特點

（1）物流系列生產線物流系統主要由物流存放架及天吊物流構成；（2）物流存放架用來進行工件的存儲，其在生產線上布置的具體位置見布局圖5；（3）天吊物流用來進行工件的運輸，將上一工序的工件輸送到下一工序，起到承上啟下的作用，其在生產先上布置的具體位置見前面的布局圖5。

4.4 具體操作流程

（1）操作者在工位一裝件，完成后，按下預約啟動按鈕，大回轉將工位一回轉至機器人焊接位置，機器人開始工位一的焊接；

（2）在機器人焊接第一工位工件的同時，操作者進行第二工位裝（卸）工件，裝完件后操作者退出，按下第二工位的預約啟動按鈕；只要機器人完成第一工位工件的焊接，大回轉會將工位二回轉至機器人焊接位置，機器人開始工位二的焊接。

（3）當機器人在工位二進行焊接時，操作者在工位一裝（卸）件，完成后按下預約啟動按鈕，當機器人完成工位二工件的焊接時，大回轉會將工位一回轉至機器人焊接位置，機器人開始工位一的焊接。

（4）如此循環往復工作，工件裝卸時間可與焊接時間重合，以提高生產效率，每個工作站配備一名操作工。

5 工藝優化后的結果

5.1 工藝優化后的各弧焊工作站焊接夾

具均為模塊化、標準化焊接夾具，定位準確，使用方便，結構輕便合理；見下圖5

圖5

5.2 工藝優化后的各工序節拍見下表3

通過用表3對比前面的表1可以看出：單臺工時節拍已由原來的12′24″縮短到了現在的6′28″；所以單班產能（按每班8小時計算）已經由原來的38臺提高到了現在的74臺。

5.3 座椅骨架腳板裝車孔位合格率的提高

由于焊接機器人工作站焊接夾具在充分考慮產品工藝性的同時，合理選擇了受力點及夾緊件的結構，從而確保了零件的焊接精度，抑制了零件的焊接變形；經驗證，座椅骨架腳板裝車孔位對檢具的一次合格率（FTT）。

已由原來的65%提高到了現在的100%。（見下表4）。

4.4 座椅骨架焊縫外觀質量的提高

以座椅骨架頭枕板上的焊縫為例，工藝優化后的焊縫外觀質量明顯優于工藝優化前的。（見下圖6）

5.5 座椅骨架的焊縫熔深均能滿足標準要求

以座椅骨架腳板位置的焊縫為例，焊縫熔深不僅能滿足標準要求，且一致性較好；見下表5：

圖6

6 結語

6.1 優化后的機器人焊接生產線單件工作節拍縮短，提高了生產效率，降低了人工成本，效益比優化前明顯提高；

6.2 機器人焊接的一致性和穩定性克服了人為因素帶來的不足，使座椅骨架焊縫成形美觀，質量符合顧客要求；

6.3 由于機器人專用的剛性焊接夾具能有效地控制零件的焊接變形，從而使腳板孔位等關鍵尺寸的合格率提高到了100%；

6.4 生產線上各機器人弧焊工作單元均采用半封閉式工作站模式，焊槍沿固定軌跡焊接完全依賴于焊接機器人，操作工主要進行裝件和卸件操作，從而減輕了員工的勞動強度，同時降低了焊接煙塵對對員工健康的影響，并改善了作業環境；

6.5 通過批量生產驗證，機器人焊接生產線上的各機器人弧焊工作單元運行穩定、可靠，生產效益得到了提升。

表3

表4

表5