焊接技术 第!"卷第#期"$$!年%$月
之 一 ， 采 用 分 段 对 称 焊 接 ， 导 管 圆 周 焊 缝 分 为&等 分 ， 如 图
"， 焊 接 第%层 按 图 中%!"!!!&的 顺 序 进 行 ， 第"层 按 图
中"!%!&!!的顺序进行，每层交替进行。
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图!
&’# 采用刚性轴固定，控制焊接变形
增 加 结 构 件 的 刚 性 是 减 小 和 控 制 焊 接 变 形 的 有 效 措 施 之 一 ， 为 此 设 计 了 内 孔 芯 轴 工 装 夹 紧 ， 增 加 导 管 的 刚 性 ， 从 而 使焊接变形得到有效控制。
&’( 改进导管接缝拼接形式，提高拼焊时同心度的定位控制
同步轴导管原两端端板与中间钢管拼焊结构如图!。更改 前 ， 导 管 端 板 与 钢 管 拼 焊 焊 缝 采 用 平 接 式 ， 在 圆 周 方 向 上 的 拼 装 定 位 困 难 ， 无 法 保 证 导 管 的 同 心 度 和 轴 心 线 直 线 度 ， 为 此 对 同 步 轴 导 管 端 板 与 钢 管 拼 接 形 式 进 行 了 改 进 ， 见 图!更 改 后 ， 导 管 端 板 与 钢 管 拼 焊 焊 缝 采 用 封 底 式 ， 从 而 保 证 了 圆
周方向和长度方向的拼装定位精度。
更改前 更改后
图"
&’) 焊后回火除应力参数的控制
为避免"$*+*,因焊后回火除应力而产生的性能改变，防
止 加 工 表 面 产 生 氧 化 层 及 控 制 焊 接 变 形 ， 对 导 管 焊 后 的 回 火 除 应 力 参 数 必 须 进 行 严 格 控 制 ， 回 火 除 应 力 参 数 为 ： 最 高 加 热 温 度"#$ -， 最 高 温 度 保 温 时 间%" .， 升 温 速 度 、 冷 却 速
度均"#$ - / .，冷却至%$$ -后随炉冷却。
# 效果分析
采 取 以 上 一 系 列 的 工 艺 措 施 后 ， 确 保 了 焊 接 后 的 导 管 基 本 达 到 了 图 纸 所 要 求 的 尺 寸 精 度 ， 经 检 测 ， 导 管 的 同 心 度"
!$’$0 11 / 11直线度"$’$0 11 / 11，解决了导管加工后通 过
焊 接 保 证 要 求 的 难 题 。 通 过 双 边 剪 同 步 轴 的 焊 接 ， 积 累 了 零 件加工后焊接的经验。
收稿日期："$$!2$32$#
文章编号：%$$"2$"#45"$$!）$#2$$!(2$!
随 着 汽 车 市 场 竞 争 日 益 激 烈 ， 加 快 了 汽 车 产 品 换 型 的 步 伐 ， 缩 短 了 换 型 周 期 。 因 此 如 何 既 经 济 合 理 又 快 速 可 行 地 生 产出更新换代的新产品、新车型是需要研究的实际重大课题。
汽 车 换 型 最 主 要 的 是 改 造 焊 接 生 产 线 。 采 用 机 器 人 可 提 高 汽 车 焊 接 生 产 线 的 通 用 性 ， 使 多 种 车 型 能 共 线 生 产 ， 改 造 量降至最小，是降低汽车换型投资成本的主要措施之一。
世 界 著 名 大 汽 车 厂 的 焊 接 生 产 线 都 已 普 遍 使 用 焊 接 机 器 人 ， 而 国 内 大 型 汽 车 厂 虽 已 开 始 采 用 焊 接 机 器 人 ， 但 尚 处 于 机 器 人 应 用 的 初 级 阶 段 。 目 前 我 国 正 深 入 研 究 在 大 批 量 生 产 的汽车制造业中采用机器人的应用技术。
$ 汽车焊接生产线柔性化的必要性
汽 车 车 身 是 经 过 冲 压 、 焊 接 、 涂 装 、 总 装&个 主 要 工 艺 过 程 生 产 出 来 的 。 在 汽 车 换 型 改 造 时 ， 涂 装 和 总 装 生 产 线 一 般 都 具 有 良 好 的 通 用 性 ， 改 造 量 较 小 。 增 加 新 车 型 冲 压 模 具 和 焊 接 工 装 夹 具 虽 必 不 可 少 ， 但 汽 车 换 型 最 主 要 的 是 改 造 焊 接 生 产 线 。 汽 车 换 型 需 要 生 产 厂 商 投 入 巨 额 资 金 ， 而 降 低 汽 车 换 型 的 投 资 成 本 的 主 要 措 施 之 一 ， 是 提 高 汽 车 焊 接 生 产 线 柔 性 化 程 度 ， 使 其 改 造 量 降 至 最 小 。 汽 车 焊 接 生 产 线 柔 性 化 就是在一条焊接生产线上能进行多种车型车身的焊接。
焊接生产由于与产品结构变化关系更密切，因此汽车产品
机 器 人 在 汽 车 焊 接 生 产 线 柔 性 化 中 的 应 用
崔文旭
（北京汽车工业控股有限责任公司，北京%$$$#$）
摘要： 论述了汽车车身焊接生产线具有柔性化的必要性，简述了国内外焊接机器人在汽车工业中的应用情况。通过在汽车车身生产厂 的设计实践， 提出采用机器人解决汽车换型、提高焊接生产线柔性的措施方案，归 纳 总 结 出 根 据 机 器 人 的 不 同 功 能 、 结 构 形 式 特 点 ， 选用焊接机器人的方法，合理地将机器人应用到车身焊接生产线中，提高生产线的柔性化程度和自动化程度。 通过实例加以验证说明 机器人在汽车焊接生产线中的选用方法，对工厂设计应用选型具有实际指导意义及应用参考价值。
关键词： 汽车车身；焊接生产线；柔性化；机器人；应用 中图分类号： 67"&"’" 文献标识码：8
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・工艺与新技术・
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换型对焊接生产线的要求更多，焊接生产线需要更多的改变才 能对新产品多样化具有更大的灵活适应能力。即汽车焊接生产 线需要有高度的柔性，才能满足车型产品更新换代的需要。
焊 接 生 产 线 的 任 务 是 将 冲 压 零 件 分 级 装 焊 成 焊 接 合 件 ， 不 同 的 车 型 产 品 需 有 不 同 的 焊 接 生 产 线 。 即 使 是 同 类 产 品 的 不 同 型 号 的 同 类 级 别 焊 接 总 成 ， 无 论 是 在 焊 接 生 产 线 上 的 工 装 夹 具 ， 还 是 焊 接 设 备 ， 以 至 生 产 线 工 位 数 量 及 平 面 布 署 都 有 所 差 别 。 因 此 ， 为 适 应 不 同 车 型 产 品 结 构 差 异 ， 需 要 焊 接 生产线必须具有高度的灵活性和柔性。
由 此 可 见 ， 任 何 改 变 产 品 结 构 或 外 形 的 产 品 换 型 ， 都 意 味 着 其 原 有 焊 接 生 产 线 的 改 变 。 如 果 原 有 焊 接 生 产 线 具 有 一 定 程 度 的 柔 性 ， 通 过 局 部 改 造 ， 新 产 品 完 全 可 以 在 原 焊 接 生 产 线 上 进 行 生 产 。 如 果 现 有 焊 接 生 产 线 不 具 有 柔 性 ， 不 能 混 线 生 产 新 车 型 ， 那 么 ， 需 要 另 外 新 建 生 产 线 ， 导 致 原 有 整 条 焊 接 生 产 线 全 部 淘 汰 或 闲 置 ， 造 成 资 金 的 极 大 浪 费 ， 因 此 ， 焊 接 生 产 线 具 有 柔 性 非 常 重 要 ， 决 定 着 产 品 变 型 和 多 样 化 的 难易程度、可能性和投资规模。
柔 性 生 产 线 系 统 一 次 重 新 调 整 所 造 成 的 劳 动 生 产 率 总 损 失比专机自动线要小，因 为 个 别 的 柔 性 生 产 单 元 重 新 调 整 后 ， 可 立 刻 投 入 生 产 ， 不 需 待 整 个 柔 性 生 产 系 统 重 新 调 整 结 束 后 再 投 产 。 因 此 ， 为 了 少 投 资 ， 少 量 改 造 生 产 线 ， 又 能 满 足 多 种 新 产 品 的 生 产 需 要 ， 迅 速 转 产 ， 汽 车 焊 接 生 产 线 具 有 一 定 程度的柔性是十分必要的。
! 机器人是实现焊接生产线柔性化的关键
焊 接 生 产 线 是 由 焊 接 设 备 、 焊 接 工 装 夹 具 及 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 、 自动焊专机及焊接机器人/类。
手 工 焊 接 设 备 主 要 是 悬 挂 式 点 焊 机 、630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。
自 动 焊 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7万 辆 以 上 的 生 产 线 较 多 采 用 各 种 自 动 焊 专 机 ， 现 在 只 有 更 大 年 产 量 的 生 产线才予以考虑。
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。
" 焊接机器人的应用
自 从8975年 第8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。
事 实 证 明 ， 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855万台，国外各大汽 车公司在上世纪:5年代普遍试用焊接机器人，;5年代是焊接 机器人与 自 动 焊 专 机 并 用 时 期 ， 到 了95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:5<;5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。95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。
上 世 纪95年 代 我 国 市 场 经 济 快 速 发 展 ， 市 场 竞 争 日 趋 激 烈，许多 企 业 为 增 强 竞 争 力 ， 积 极 进 行 生 产 设 备 的 技 术 改 造 ， 更多地采用工业机器人实现生产自动化。国内现安装有数千台 焊接机器人。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82万 辆以上，每辆汽车车身有/ 255<2 555个点焊焊点，对点焊机器 人的需求量有较大增加。95年代我国应用机器人最多的是一汽
“大众”82万辆汽车车身装焊车间，有;5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。95年代后半期到08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。
# 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。
=.8 专用直角坐标形式的机器人
该 专 用 机 器 人 有>?，>@，>A /种 类 型 ， 并 具 有/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。
>?型为侧面焊接机器人，被 固 定 在 底 板 上 ， 完 成 车 身 侧
・工艺与新技术・ /:
焊接技术 第!"卷第#期"$$!年%$月
面 的 焊 接 ；&’型 为 底 层 机 器 人 ， 具 有 传 送 设 备 功 能 ， 完 成 车 身底部焊接；&(型为顶面移动机器人，悬挂在生产线的顶部，
用来进行车身的上部和内部焊接。
车 身 装 焊 生 产 线 采 用 上 述 机 器 人 ， 可 使 车 身)$*的 焊 点 实 现 自 动 焊 ， 而+$*的 自 动 焊 点 由 点 焊 机 器 人 来 完 成 ， 故 此 类装焊生产线柔性程度高。
,-" +自由度机器人
+自 由 度 的 机 器 人 具 有+个 轴 ， 每 个 轴 的 旋 转 角 度 均 为
%)$./!+$.， 操 作 空 间 可 达 到 周 向!+$.， 高! 0多 ， 扩 大 了 其 工作范围，且+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。+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，+自由度的机器人是车身焊接生产线柔性化的 最佳选择。
+自由 度 机 器 人 的 定 位 精 度 可 达1$-% 00以 内 ， 且 重 复 定 位精度高，因此，焊接质量极高，具有精度高、效率高，结构 紧凑，功能多及灵活性好等一系列的优点。因而，应用十分广 泛，尤其用于车身焊接、装焊零部件的传送和装配等。
! 焊接机器人的选用方法
由于车身各部位结构不同，需选择相应的机器人来完成焊 接，焊接机器人在汽车车身自动装焊生产线上的选用方法见表%。
表" 汽车车身装焊生产线焊接机器人的选用方法
机器人类型 装焊线名称 车身焊接部位 特点
&2型 车身总成主线
侧围装焊线
完 成 车 身 侧 面 焊 接 ， 如 侧 围 、 车 身总成
固 定 在 底 座 （底 板）上
&’型 车 身 总 成 主 线 下
部装焊线
完 成 车 身 底 部 的 焊 接 ， 如 地 板 总 成
具 有 传 送 设 备 功 能 ，可 在 车 身 下 部 移 动 ，工 件 从 前 进 方 向 的 侧 面 送 入 ， 可 避 免 设 备 之 间 的相互干涉
&(型 车身总成主线
顶盖线
完 成 车 身 上 部 和 内 部 的 焊 接 ，如 顶 盖、前围、后围
机 器 人 被 悬 挂 在 生 产 线 的 顶 部 ， 焊 接 工 件 自 下 向 上进入
+自由度机器人 车身总成主线 各部件总成辅线
完 成 车 身 各 部 位 的焊接
固 定 在 装 焊 线 侧 面，柔性程度高
# 机器人在汽车车身装焊生产线中的应用
近几年来，笔者为许多汽车厂、摩托车厂、工程机械厂进 行技术改造工程设计，采用了许多焊接机器人，提高了焊接生 产线的柔性程度，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新换 型的可能性。
在 焊 接 车 间 ， 机 器 人 能 独 立 完 成 工 件 的 移 动 搬 运 、 输 送 、 组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、涂胶等工作。有的 工位上把工件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人 能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化。
采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车 身成品可在同一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生 产，因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变 而改变，具有较高的柔性程度。由于柔性车身焊接生产线可以
适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的 必 然 趋 势 ， 特 别 是 进 入 上 世 纪3$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 4自由度数、工作方式等5，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。
+-% 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。
+-" 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：!选择 与自动生产线结构相匹配、最合适的机器人；"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；#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；$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。%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。
+-! 应用实例
天津微型汽车厂三厢夏利轿车车身总成装焊线 既 采 用 了, 台&2型点焊机器 人 。%33,年 ， 笔 者 在 该 厂%#万 辆 夏 利 轿 车 改扩建项目工程设计中，在三厢夏利轿车装焊车间后地板总成 焊接生产线的第!工位，采用了,台由日本引进的+自由度点 焊机器人，使三厢夏利轿车车身装焊线更具柔性化，为以后产 品换型、改造、混线生产创造了有利条件。
总之，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 ， 必 须 进 一 步 研 究 探 索，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。
$ 结论
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。+自 由 度 机器人是实现焊接生产线柔性化的最佳设备选择。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+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。
作者简介：崔文旭，女，本科，高级工程师，主要从事汽车工厂设计-
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