轿车白车身激光焊接选型设计

1、焊接机器人选型设计焊接机器人选型设计焊接机器人简介焊接机器人简介焊接机器人是从事焊接（包括切割焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。与喷涂）的工业机器人。为了适应不同的用途，机器人最后为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。使之能进行焊接，切割或热喷涂。焊接机器人主要包括机器人和焊接焊接机器人主要包括机器人和

2、焊接设备两部分。设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜（硬机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。激光或摄像传感器及其控制装置等。焊接机器人焊接对象分析焊接机器人焊接对象分析 白车身（Body in White）是指完成焊接但未涂装之前的车身，不包括四门两盖等运动件。涂装后的白

3、车身加上内外饰（包括仪表板、座椅、风挡玻璃、地毯、内饰护板等）和电子电器系统（音响、线束、开关等），再加上底盘系统（包括制动、悬架系统等），再加上动力总成系统（包括发动机、变速箱等）就组成了整车。 冲压件通过焊装后即成白车身，其车身的主要尺寸关系就已经确定，所以说，冲压件精度是影响白车身尺寸精度（质量）的关键因素之一,焊装亦是,冲压件主要以制件精度来影响白车身精度，而焊装则是通过搭接和基准体系两个方面影响白车身精度。焊接对象分析焊接对象分析 我们小组选择大众甲壳虫这款车型作为研究对象，在结构方面，甲壳虫属于A级平台车辆，车身结构满足最高安全标准的要求，通过应用现代工艺技术（激光焊接，粘接技术，

4、无铆钉冲铆），甲壳虫的车上刚度达到了较高的水平。 车身主要参数： 焊接工艺分析焊接工艺分析1.电阻焊接1）电阻凸焊工艺： 焊接时间由三种因素决定：薄板厚度、凸点刚度及焊接电流 2）电阻点焊工艺 零件料厚比的控制 严格控制车身边缘与焊点之间的距离，并保证焊点间距符合工艺要求 控制好焊接面与焊接空间2.激光焊接工艺特点： 单面焊接 扭曲变形小 焊接速度快和焊接强度高 具有较高的柔性 vs焊接工艺对比 电阻点焊：靠两个电极对焊部位进行夹持才能完成焊接，焊接部位的凸缘必不可少。 激光焊接：单边输入，与焊接部位没有直接接触，凸缘结构可以省去，对于同样的车身部件结构，可以采用不同的结构设计。结构上更加紧凑

5、，焊接部件更少，部件与部件之间的连接关系除了少量的对接外，大多数为搭接，搭接方式大多为平面与平面，很少采用曲面搭接关系。 选择结果：激光焊接选型依据及要求：（选型依据及要求：（1）机械结构）机械结构 关节型机器人 球坐标型机器人 圆柱坐标型机器人 直角坐标型机器人关节机器人关节机器人 关节型机器人的动作类似人的动作，模仿人腰部到手臂的基本结构，本体结构通常包括关节型机器人的机座结构及腰部关节转动装置、大臂结构及大臂关节转动装置、小臂结构及小臂关节转动装置、手腕结构及手腕关节转动装置和末端执行器。 关节型机器人在相同体积条件下比非关节型结构的机器人具有大得多的相对空间（即手腕端部可抵达的最大空间

6、体积与机器人本体外壳体积之比）和绝对空间（即手腕端部可抵达的最大空间体积）球坐标型机器人球坐标型机器人 又称极坐标型，按球坐标形式动作。极坐标型机械手的动作形态包括围绕基座轴的旋转，一个回转和一个直线伸缩运动。其特点类似于圆柱型机械手。 在中心支架附近的工作范围较大，覆盖工作空间较大，坐标系较复杂，较难控制，存在工作死区圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人 圆柱坐标型机械手有一个围绕基座轴的旋转运动和两个在相互垂直方向上的直线伸缩运动。 它适用于采用油压(或气压)驱动机构，在操作对象位于机器人四周的情况下，操作最为方便，灵活性较好，工作范围较大，刚度、精度较好。直角坐标型机器人直角坐标型机器人 与

7、机床相似，按直角坐标形式动作，直角坐标型机器人可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动。 这类机器人各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，但占地面积大，限于特定的应用场合，有较多的局限性，刚度和精度高，但灵活性差。 因为焊接位置相对较广，定点比较因为焊接位置相对较广，定点比较准确，可操作性比较强，综合考虑，准确，可操作性比较强，综合考虑，决定使用关节型机器人为本次的机决定使用关节型机器人为本次的机器人类型选择。器人类型选择。 焊接机器人本体的机械结构主要有两种形式：一种为平行四边形结构，一种为侧置式（摆式）结构。 侧置式（摆式）结构的主要优点是上、下臂的活动范围大，使机器人的工作空间几乎

8、能达一个球体。因此，这种机器人可倒挂在机架上工作，以节省占地面积，方便地面物件的流动。但是这种侧置式机器人，2、3轴为悬臂结构，降低机器人的刚度，一般适用于负载较小的机器人，用于电弧焊、切割或喷涂。 平行四边形机器人其上臂是通过一根拉杆驱动的。拉杆与下臂组成一个平行四边形的两条边。故而得名。 设计方面采用了新的流线型平行四边形结构，机器人重量得到有效减轻。大负荷机器人在结构优化的同时，也保证了同样完美的负载及工作半径，降低了节拍时间及能耗。选型依据及要求：（选型依据及要求：（2）驱动方式）驱动方式选型依据及要求：（选型依据及要求：（3）减速装置）减速装置 由于谐波减速传动装置具有传动比大（一级

9、谐波齿轮减速比可以在50500之间，采用多级或复波式传动，传动比可以更大）、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高（一般可达0.700.90）、体积小、质量轻等的优点，所以采用谐波减速传动装置减速选型依据及要求：（选型依据及要求：（4）传动装置）传动装置 在工业机器人中常采用柔软且拉伸变形小的钢带传递运动。钢带传动结构简单，传动效率高，是无间隙传动，传动精度高。选型相关因素：选型相关因素： 1）工作站布局： 根据要求，一个工作站有3个焊接机器人，所以我们安排2个机器人负责车体两旁的焊接工作，1个机器人负责车体车头附近的焊接工作 （2）工作载荷： 根据对机器人的要求，机器人所携带焊钳或抓具的质

10、量确定机器人的额定负载，机器人的有效负载为100-200kg （3）工作空间： 由于是对白车身进行焊接，由甲壳虫车身大小可估算机器人的工作半径需要2500-3000mm国内外主要机器人公司：国内外主要机器人公司： 国内： 1、新松机器人自动化股份有限公司 2、安川首钢机器人有限公司 3、中国聪锐机器人 4、 紫光优蓝机器人技术有限公司 5、博思电子数码科技有限公司 国外： 1、瑞典ABBRobotics公司 2、日本安川电机公司 3、日本FANUC公司 4、德国KUKARoboterGmbh公司 5、意大利COMAU公司焊接机器人选择产品型号：F-200iB最大负重：100kg可达半径：437

11、mm*1040mm重复精度：0.1mm产品型号：MOTOMAN-ES165D负载：165kg垂直可达距离：3372mm水平可达距离：2651mm重复定位精度：0.2mm焊接机器人选择焊接机器人选择产品型号：NJ165-3.0载荷：165kg最大水平工作半径：3.0m重复精度：0.085mm产品型号：NJ220-2.7载荷：220kg最大水平工作半径：2.7m重复精度：0.075根据网上资料查找，柯马公司主要机器人型号如左图选型依据选型依据： 白车身焊接质量的控制任务很重，它不仅要对当日流出的白车身进行生产过程管理，还要对白车身的焊接质量及时做出评价，在测量平台的水平度时，测量点间距应该保证在3

12、00 mm300 mm以上。夹具平台上表面的粗糙度Ra应为3.2 m以下，同时表面还要进行防锈处理，夹具平台必须设有安装定位的基点（Jig Base Point，JBP），JBP也是装配检查的基准点。 SmartNJ系列机器人有效载荷为110-270kg，独特的“中空腕”设计将机器人的所以管线内置于机械手臂内，避免管线磨损，延长了机器人寿命，同时也保证了离线编程结果的准确性。此外，在设计方面采用了新的流线型平行四边形结构，机器人重量得到有效减轻。大负荷机器人在结构优化的同时，也保证了同样完美的负载及工作半径，降低了节拍时间及能耗选型依据选型依据： 估算机器人的工作半径需要2500-3000mm，根据运动半径及工作负载由上表可选择机器人型号 NJ165-3.0 及NJ165-2.7。技术经济评价技术经济评价技术经济评价技术经济评价总结总结： 总结：本次选型设计中，我们选择了smart5 NJ 165-2.7，从灵活，速度，稳固和精度方面而言提供了顶尖性能。所有这些型号既能安装于地面也能倒挂安装。机器人家族既能提供“标准手腕”和“中空手腕”。创新，也是长期建立的“中空手腕”技术。进一步增强于SMART5 NJ型号: 全部焊接线缆集成于前臂，而不是像传统机器人线缆置于外部。 该解决方案保证独一无二的性能和维修