通过机器人焊接生产线优化汽车座椅骨架焊接工艺

贝拥 陈宇光

沈阳金杯安道拓汽车部件有限公司 辽宁沈阳 110179

汽车座椅是车身内部重要的装置之一，其重要功能是为驾驶员及乘客提供便于操作、舒适而安全的驾驶位置，为乘客提供舒适、安全的乘坐空间；座椅骨架作为汽车座椅的核心部件之一，其基本结构主要为钣金结构或管框结构；采用机器人焊接可以保证座椅骨架良好的焊接成形和焊接强度，优质的焊接夹具可以保证座椅骨架的尺寸精度，大批量生产还可以保证焊接出来的产品具有良好的一致性，能够为主机厂提供品质合格座椅骨架，满足其装车精度及强度要求。随着汽车零部件市场竞争的日益加剧和商务车座椅骨架生产技术的不断进步，在该领域广泛的应用工业机器人焊接已成为大势所趋。

1 在建立机器人焊接生产线前全顺

VE83双人副司机座椅骨架K3焊接工段的状况（1）在建立机器人焊接生产线前车间全顺VE83双人副司机座椅骨架K3焊接工段由分散排列式的焊接工位组成，并全部采用CO2人工焊接。（2）各焊接工位所采用的焊接夹具也均为人工焊接夹具[1]。（3）所焊产品焊缝以座椅骨架上的头枕板为例，尽管焊缝熔深也能达到标准要求，但一致性较差，且焊缝的外观质量也有待改善。

2 焊接生产线优化前的焊接工艺分析

2.1 工艺分析

K3座椅骨架为全顺VE83双人副司机座椅骨架，机器人焊接生产线仍采用CO2气体保护焊接方式，焊接机器人选用日本松下四套TM1400机器人，四套350GR3焊接电源，配合定制六套焊接夹具和一套物流系统及一套周边附件。通过详细分析工件各个散件间的相互装配关系、尺寸精度要求、焊缝长度及位置特点，结合各工件的焊接工作量及机器人的工作效率，进行焊接工序分析。

2.2 节拍计算

节拍计算基准：机器人焊接速度600mm/min，每条焊缝的起、收弧时间均为1s，每条焊缝的跳转时间0.6s，部分焊缝需要分段焊接。回转变位机变为时间10S/180°（翻转变位机变为时间3S/180°），循环清枪时间4S左右[2]。计算节拍为：弧焊机器人1#工作站：弧焊机器人2#工作站：弧焊机器人3#工作站：以3#工作站为例，工作节拍计算过程见下表：

3 工艺优化过程

3.1 焊接机器人工作站特点

（1）符合人机工程的夹具设计使操作者操作便捷、省力，减轻操作者劳动强度。（2）夹具定位元件的多个自由度都可方便、精确调整使其保持高精度，确保工件高质量。（3）机器人工作站内设两个工位，当机器人在工位一焊接时，操作者在工位二装件；当机器人在工位二焊接时，操作者在工位一装卸件；如此循环，从而保证机器人一直在焊接状态，充分利用机器人，提高效率；工作站采用机器人+大回转+双工位布局，夹具与变位机连接方式为柔性连接，便于夹具的互换。（4）机器人工作站四周配置防护栏或遮光板，可避免弧光和飞溅造成的伤害。（5）由PLC组成的控制系统灵敏可靠、故障少，且操作和维护方便。

3.2 焊接机器人工作站焊接夹具的特点

（1）能够实现平滑三维焊缝的一次性焊接；（2）可以实现与两台机器人的焊接配合，并实现对焊枪位置的判断；（3）夹具与焊枪中间不会发生任何碰撞；（4）确保了运动过程中制件位置的准确性及焊接过程中焊枪与制件良好的接近性；（5）确保了各工位焊接工作完毕后对焊接变形的控制；（6）能保证焊接过程中尽可能实现平焊状态。

3.3 焊接机器人工作站物流系统的特点

（1）物流系列生产线物流系统主要由物流存放架及天吊物流构成；（2）物流存放架用来进行工件的存储，其在生产线上布置的具体位置见布局图5；（3）天吊物流用来进行工件的运输，将上一工序的工件输送到下一工序，起到承上启下的作用，其在生产先上布置的具体位置见前面的布局[3]。

3.4 具体操作流程

（1）操作者在工位一装件，完成后，按下预约启动按钮，大回转将工位一回转至机器人焊接位置，机器人开始工位一的焊接；（2）在机器人焊接第一工位工件的同时，操作者进行第二工位装（卸）工件，装完件后操作者退出，按下第二工位的预约启动按钮；只要机器人完成第一工位工件的焊接，大回转会将工位二回转至机器人焊接位置，机器人开始工位二的焊接。（3）当机器人在工位二进行焊接时，操作者在工位一装（卸）件，完成后按下预约启动按钮，当机器人完成工位二工件的焊接时，大回转会将工位一回转至机器人焊接位置，机器人开始工位一的焊接。（4）如此循环往复工作，工件装卸时间可与焊接时间重合，以提高生产效率，每个工作站配备一名操作工。

4 工艺优化后的结果

（1）工艺优化后的各弧焊工作站焊接夹具均为模块化、标准化焊接夹具，定位准确，使用方便，结构轻便合理；（2）工艺优化后的各工序：单台工时节拍已由原来的12′24″缩短到了现在的6′28″；所以单班产能（按每班8小时计算）已经由原来的38台提高到了现在的74台。（3）座椅骨架脚板装车孔位合格率的提高由于焊接机器人工作站焊接夹具在充分考虑产品工艺性的同时，合理选择了受力点及夹紧件的结构，从而确保了零件的焊接精度，抑制了零件的焊接变形；经验证，座椅骨架脚板装车孔位对检具的一次合格率（FTT）。已由原来的65%提高到了现在的100%。（4）座椅骨架焊缝外观质量的提高。以座椅骨架头枕板上的焊缝为例，工艺优化后的焊缝外观质量明显优于工艺优化前的。

5 结语

（1）优化后的机器人焊接生产线单件工作节拍缩短，提高了生产效率，降低了人工成本，效益比优化前明显提高；（2）机器人焊接的一致性和稳定性克服了人为因素带来的不足，使座椅骨架焊缝成形美观，质量符合顾客要求；（3）由于机器人专用的刚性焊接夹具能有效地控制零件的焊接变形，从而使脚板孔位等关键尺寸的合格率提高到了100%；（4）通过批量生产验证，机器人焊接生产线上的各机器人弧焊工作单元运行稳定、可靠，生产效益得到了提升。