轎車白車身激光焊接選型設(shè)計(jì)

1、焊接機(jī)器人選型設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人選型設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人簡(jiǎn)介焊接機(jī)器人簡(jiǎn)介焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)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(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)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(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和

2、焊接設(shè)備兩部分。設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬機(jī)器人由機(jī)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(diǎn)焊為例，則由焊接電源，弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（?。òㄆ淇刂葡到y(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對(duì)焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如于智能機(jī)器人還應(yīng)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(jī)器人焊接對(duì)象分析焊接機(jī)器人焊接對(duì)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(yùn)動(dòng)件。涂裝后的白

3、車身加上內(nèi)外飾（包括儀表板、座椅、風(fēng)擋玻璃、地毯、內(nèi)飾護(hù)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(dòng)、懸架系統(tǒng)等），再加上動(dòng)力總成系統(tǒng)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等）就組成了整車。 沖壓件通過(guò)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(shuō)，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(lái)影響白車身精度，而焊裝則是通過(guò)搭接和基準(zhǔn)體系兩個(gè)方面影響白車身精度。焊接對(duì)象分析焊接對(duì)象分析 我們小組選擇大眾甲殼蟲這款車型作為研究對(duì)象，在結(jié)構(gòu)方面，甲殼蟲屬于A級(jí)平臺(tái)車輛，車身結(jié)構(gòu)滿足最高安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代工藝技術(shù)（激光焊接，粘接技術(shù)，

4、無(wú)鉚釘沖鉚），甲殼蟲的車上剛度達(dá)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(shí)間由三種因素決定：薄板厚度、凸點(diǎn)剛度及焊接電流 2）電阻點(diǎn)焊工藝 零件料厚比的控制 嚴(yán)格控制車身邊緣與焊點(diǎn)之間的距離，并保證焊點(diǎn)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(diǎn)： 單面焊接 扭曲變形小 焊接速度快和焊接強(qiáng)度高 具有較高的柔性 vs焊接工藝對(duì)比 電阻點(diǎn)焊：靠?jī)蓚€(gè)電極對(duì)焊部位進(jìn)行夾持才能完成焊接，焊接部位的凸緣必不可少。 激光焊接：?jiǎn)芜呡斎耄c焊接部位沒(méi)有直接接觸，凸緣結(jié)構(gòu)可以省去，對(duì)于同樣的車身部件結(jié)構(gòu)，可以采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(duì)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(jī)械結(jié)構(gòu)）機(jī)械結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人 球坐標(biāo)型機(jī)器人 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 直角坐標(biāo)型機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作類似人的動(dòng)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(jī)器人的機(jī)座結(jié)構(gòu)及腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、大臂結(jié)構(gòu)及大臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、小臂結(jié)構(gòu)及小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、手腕結(jié)構(gòu)及手腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和末端執(zhí)行器。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人在相同體積條件下比非關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人具有大得多的相對(duì)空間（即手腕端部可抵達(dá)的最大空間

6、體積與機(jī)器人本體外殼體積之比）和絕對(duì)空間（即手腕端部可抵達(dá)的最大空間體積）球坐標(biāo)型機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器人 又稱極坐標(biāo)型，按球坐標(biāo)形式動(dòng)作。極坐標(biāo)型機(jī)械手的動(dòng)作形態(tài)包括圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)，一個(gè)回轉(zhuǎn)和一個(gè)直線伸縮運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)類似于圓柱型機(jī)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(biāo)系較復(fù)雜，較難控制，存在工作死區(qū)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手有一個(gè)圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)在相互垂直方向上的直線伸縮運(yùn)動(dòng)。 它適用于采用油壓(或氣壓)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在操作對(duì)象位于機(jī)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(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人 與

7、機(jī)床相似，按直角坐標(biāo)形式動(dòng)作，直角坐標(biāo)型機(jī)器人可以在三個(gè)互相垂直的方向上作直線伸縮運(yùn)動(dòng)。 這類機(jī)器人各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，計(jì)算和控制比較方便，但占地面積大，限于特定的應(yīng)用場(chǎng)合，有較多的局限性，剛度和精度高，但靈活性差。 因?yàn)楹附游恢孟鄬?duì)較廣，定點(diǎn)比較因?yàn)楹附游恢孟鄬?duì)較廣，定點(diǎn)比較準(zhǔn)確，可操作性比較強(qiáng)，綜合考慮，準(zhǔn)確，可操作性比較強(qiáng)，綜合考慮，決定使用關(guān)節(jié)型機(jī)器人為本次的機(jī)決定使用關(guān)節(jié)型機(jī)器人為本次的機(jī)器人類型選擇。器人類型選擇。 焊接機(jī)器人本體的機(jī)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(diǎn)是上、下臂的活動(dòng)范圍大，使機(jī)器人的工作空間幾乎

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

9、諧波齒輪減速比可以在50500之間，采用多級(jí)或復(fù)波式傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以更大）、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高（一般可達(dá)0.700.90）、體積小、質(zhì)量輕等的優(yōu)點(diǎn)，所以采用諧波減速傳動(dòng)裝置減速選型依據(jù)及要求：（選型依據(jù)及要求：（4）傳動(dòng)裝置）傳動(dòng)裝置 在工業(yè)機(jī)器人中常采用柔軟且拉伸變形小的鋼帶傳遞運(yùn)動(dòng)。鋼帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，是無(wú)間隙傳動(dòng)，傳動(dòng)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(gè)工作站有3個(gè)焊接機(jī)器人，所以我們安排2個(gè)機(jī)器人負(fù)責(zé)車體兩旁的焊接工作，1個(gè)機(jī)器人負(fù)責(zé)車體車頭附近的焊接工作 （2）工作載荷： 根據(jù)對(duì)機(jī)器人的要求，機(jī)器人所攜帶焊鉗或抓具的質(zhì)

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

11、mm*1040mm重復(fù)精度：0.1mm產(chǎn)品型號(hào)：MOTOMAN-ES165D負(fù)載：165kg垂直可達(dá)距離：3372mm水平可達(dá)距離：2651mm重復(fù)定位精度：0.2mm焊接機(jī)器人選擇焊接機(jī)器人選擇產(chǎn)品型號(hào)：NJ165-3.0載荷：165kg最大水平工作半徑：3.0m重復(fù)精度：0.085mm產(chǎn)品型號(hào)：NJ220-2.7載荷：220kg最大水平工作半徑：2.7m重復(fù)精度：0.075根據(jù)網(wǎng)上資料查找，柯馬公司主要機(jī)器人型號(hào)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(wù)很重，它不僅要對(duì)當(dāng)日流出的白車身進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程管理，還要對(duì)白車身的焊接質(zhì)量及時(shí)做出評(píng)價(jià)，在測(cè)量平臺(tái)的水平度時(shí)，測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)該保證在

12、300 mm300 mm以上。夾具平臺(tái)上表面的粗糙度Ra應(yīng)為3.2 m以下，同時(shí)表面還要進(jìn)行防銹處理，夾具平臺(tái)必須設(shè)有安裝定位的基點(diǎn)（Jig Base Point，JBP），JBP也是裝配檢查的基準(zhǔn)點(diǎn)。 SmartNJ系列機(jī)器人有效載荷為110-270kg，獨(dú)特的“中空腕”設(shè)計(jì)將機(jī)器人的所以管線內(nèi)置于機(jī)械手臂內(nèi)，避免管線磨損，延長(zhǎng)了機(jī)器人壽命，同時(shí)也保證了離線編程結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，在設(shè)計(jì)方面采用了新的流線型平行四邊形結(jié)構(gòu)，機(jī)器人重量得到有效減輕。大負(fù)荷機(jī)器人在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)，也保證了同樣完美的負(fù)載及工作半徑，降低了節(jié)拍時(shí)間及能耗選型依據(jù)：選型依據(jù)： 估算機(jī)器人的工作半徑需要2500-3000mm，根據(jù)運(yùn)動(dòng)半徑及工作負(fù)載由上表可選擇機(jī)器人型號(hào) NJ165-3.0 及NJ165-2.7。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)總結(jié)：總結(jié)： 總結(jié)：本次選型設(shè)計(jì)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(hào)既能安裝于地面也能倒掛安裝。機(jī)器人家族既能提供“標(biāo)準(zhǔn)手腕”和“中空手腕”。創(chuàng)新，也是長(zhǎng)期建立的“中空手腕”技術(shù)。進(jìn)一步增強(qiáng)于SMART5 NJ型號(hào): 全部焊接線纜集成于前臂，而不是像傳統(tǒng)機(jī)器人線纜置于外部。 該解決方案保證獨(dú)一無(wú)二的性能和維修