編者語：弧焊機器人係統是集機器人技術、弧焊技術和係統工程技術為一體的綜合產物，隨著技術的不斷進步
，機器人係統在安全性
、柔性化生產以及高效生產等方麵都得到了完美體現。　

   近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)國(guo)家(jia)經(jing)濟(ji)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)

，作(zuo)為(wei)國(guo)家(jia)現(xian)代(dai)化(hua)程(cheng)度(du)標(biao)誌(zhi)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)技(ji)術(shu)也(ye)得(de)到(dao)了(le)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)。經(jing)過(guo)多(duo)年(nian)的(de)努(nu)力(li)，首(shou)鋼(gang)莫(mo)托(tuo)曼(man)機(ji)器(qi)人(ren)有(you)限(xian)公(gong)司(si)（以下簡稱“首鋼莫托曼”）在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)係(xi)統(tong)尤(you)其(qi)是(shi)弧(hu)焊(han)方(fang)麵(mian)的(de)技(ji)術(shu)積(ji)累(lei)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)經(jing)驗(yan)，使(shi)其(qi)在(zai)實(shi)際(ji)生(sheng)產(chan)中(zhong)得(de)到(dao)很(hen)好(hao)的(de)應(ying)用(yong)。下(xia)麵(mian)以(yi)轎(jiao)車(che)排(pai)氣(qi)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)生(sheng)產(chan)為(wei)例(li)
，簡(jian)單(dan)介(jie)紹(shao)首(shou)鋼(gang)莫(mo)托(tuo)曼(man)弧(hu)焊(han)機(ji)器(qi)人(ren)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)能(neng)和(he)特(te)點(dian)。

　　弧焊工藝分類

　　排氣係統是排放和消聲的重要部分
，主要由歧管、催化淨化器
、波紋管、中消和後消等部件組成。主要功能是把發動機在燃燒過程中產生的廢氣從多個氣缸內收集
、通過催化淨化器淨化並消聲後引到車後排放。其整體結構如圖2所示。

　　按照主要功能模塊距離發動機的遠近，排氣係統可劃分為熱端和冷端兩部分。

　　熱端部分直接連接發動機排氣口，主要包括歧管、淨化器、波紋管、二er級ji淨jing化hua器qi以yi及ji掛gua鉤gou法fa蘭lan等deng附fu屬shu部bu件jian。因yin其qi所suo處chu底di盤pan位wei置zhi空kong間jian緊jin湊cou，所suo以yi其qi部bu件jian外wai形xing變bian化hua較jiao大da，焊han縫feng分fen布bu複fu雜za。同tong時shi，因yin其qi主zhu要yao功gong能neng為wei淨jing化hua尾wei氣qi，故gu焊han縫feng密mi封feng性xing要yao求qiu高gao。

　　冷端部分承接熱端，主要包括中消、後hou消xiao以yi及ji掛gua鉤gou法fa蘭lan等deng附fu屬shu部bu件jian。冷leng端duan總zong成cheng通tong常chang尺chi寸cun較jiao長chang，焊han縫feng多duo為wei小xiao直zhi徑jing環huan縫feng。當dang後hou消xiao聲sheng器qi包bao為wei焊han接jie結jie構gou時shi，通tong常chang要yao求qiu壓ya裝zhuang焊han接jie
，其qi焊han縫feng量liang較jiao大da。消xiao聲sheng器qi包bao進jin出chu氣qi管guan處chu焊han縫feng為wei三san層ceng薄bo板ban焊han接jie，焊han縫feng成cheng形xing要yao求qiu高gao。

　　焊接單元的典型布局

　　排氣零部件機器人焊接單元主要由弧焊機器人

、焊接設備、清槍剪絲機構、變位機
、焊接夾具
、安全防護係統
、電氣控製係統、工件檢測設備以及物流係統等組成。按照不同種類工件的焊接特性，其布局形式主要有以下幾種：

　　1. 彎管類歧管焊接單元布局

　　彎管類歧管的焊縫空間分布較複雜，需要使用2台機器人協調焊接或應用雙軸變位機取得合適的焊接姿態。其布局如圖3和圖4所示。

　　2. 衝壓半殼類歧管

、淨化器和波紋管焊接單元布局

　　衝壓半殼類歧管的焊縫主要分布在半殼一側的弧麵上，應用單軸變位機即可達到合適的焊接位置。此類工件和淨化器
、波紋管等尺寸小、焊縫分布單一的工件一起，可使用單座單軸變位機雙工位布局。

　　3. 熱端總成焊接單元布局

　　熱端工件是由歧管
、淨化器
、波紋管、二級淨化器、掛鉤法蘭等分總成工件焊接在一起的總成工件，是轎車排氣零部件焊接工件中最複雜的一種，通常需分3～4道工序焊接完成。

　　其多道工序夾具分布在單個機器人焊接單元內的緊湊型布局。當產量需求大時，可以用多個機器人焊接單元組成U型線，優化物流。

　　4. 半殼類消聲器大包焊接單元布局

　　半殼類消聲器大包在焊接過程中需要加壓80kN以上，需要使用可安裝液壓模具的特殊雙軸變位機實現焊接。其布局如圖6所示。

　　5. 冷端總成焊接單元布局

　　排氣係統冷端總成工件通常由法蘭、進出氣管、消聲器大包、掛鉤支架等部件焊接組成。按排量大小需要可分為單
、雙係統兩種形式。

　　冷端總成工件的長度通常為2～3m
，常用布局為立式翻轉3軸變位和水平回轉3軸變位兩種。雙係統冷端總成焊縫分布範圍較大
，更適用於水平回轉3軸變位布局。

　　係統特點

　　首鋼莫托曼機器人有限公司依托日本安川電機MOTOMAN弧焊專用機器人的技術優勢，與全球兩大排氣係統供應商FAURECIA和TENNECO緊密協作，不斷以最新技術推出優質的排氣零部件機器人弧焊線和焊接裝備
，使其具有技術領先、係統安全可靠和快換性能強的特點。

　　1. 技術優勢

　　日本安川電機於2001年底研製推出了世界上首台弧焊專用機器人MOTOMAN-EA1400，並於2002年在中國銷售。EA1400機ji器qi人ren將jiang焊han槍qiang電dian纜lan與yu焊han槍qiang內nei置zhi在zai機ji器qi人ren臂bi中zhong

，避bi免mian了le焊han槍qiang電dian纜lan和he焊han槍qiang與yu周zhou圍wei物wu體ti的de相xiang互hu幹gan擾rao，使shi機ji器qi人ren示shi教jiao過guo程cheng變bian得de更geng為wei簡jian單dan，同tong時shi大da大da增zeng強qiang了le焊han槍qiang的de可ke達da性xing。該gai機ji器qi人ren一yi經jing推tui出chu，便bian迅xun速su在zai汽qi車che車che橋qiao、消xiao音yin器qi等deng排pai氣qi係xi統tong零ling部bu件jian以yi及ji座zuo椅yi骨gu架jia等deng焊han接jie領ling域yu受shou到dao了le好hao評ping。多duo家jia焊han槍qiang生sheng產chan企qi業ye都dou為wei該gai機ji器qi人ren研yan製zhi了le專zhuan用yong焊han槍qiang。目mu前qian除chu了le空kong冷leng焊han槍qiang和he伺si服fu焊han槍qiang進jin行xing焊han接jie以yi外wai，還hai可ke以yi使shi用yong水shui冷leng焊han槍qiang實shi現xian較jiao高gao電dian流liu的de連lian續xu焊han接jie。

　　2007年初，MOTOMAN-SSA2000型機器人問市。SSA2000在保持EA1400結構優勢的基礎上大幅提高了軸動作速度，單軸速度同比最大提高40%
，焊接速度最大可同比提高15%，成為世界最快的弧焊機器人之一。

　　2008年底，安川公司又推出了新一代機器人控製器DX100

，同時將SSA2000機器人進化為世界第一台7軸弧焊專用機器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在傳統工業機器人第一俯仰臂上增加了1個(ge)回(hui)轉(zhuan)關(guan)節(jie)
，具(ju)有(you)冗(rong)餘(yu)的(de)自(zi)由(you)度(du)
，使(shi)機(ji)器(qi)人(ren)本(ben)體(ti)的(de)機(ji)動(dong)性(xing)和(he)可(ke)達(da)性(xing)提(ti)升(sheng)到(dao)了(le)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)高(gao)度(du)。在(zai)保(bao)持(chi)同(tong)一(yi)焊(han)槍(qiang)角(jiao)度(du)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，其(qi)他(ta)手(shou)臂(bi)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)地(di)采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)姿(zi)態(tai)。焊(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)本(ben)體(ti)和(he)夾(jia)具(ju)的(de)幹(gan)涉(she)而(er)改(gai)變(bian)焊(han)槍(qiang)和(he)工(gong)件(jian)的(de)夾(jia)角(jiao)。新(xin)的(de)7軸機器人為焊接工裝設計
、生產空間布局以及焊接姿態優化增加了更多的優化空間。

　　MOTOMAN機ji器qi人ren不bu斷duan推tui出chu的de領ling先xian技ji術shu，使shi其qi目mu前qian穩wen居ju弧hu焊han機ji器qi人ren世shi界jie年nian銷xiao售shou量liang首shou位wei，是shi首shou鋼gang莫mo托tuo曼man在zai轎jiao車che排pai氣qi零ling部bu件jian焊han接jie領ling域yu廣guang泛fan應ying用yong的de技ji術shu基ji礎chu。

　　2. 可靠的安全性能

　　機器人自動焊接技術為汽車製造業帶來勞動條件改善、生產能力可控

、生產效率更高和產品質量有保證等優點的同時，也存在著不可忽視的安全隱患。弧光輻射、有害氣體汙染、操作機本體碰撞



、變位機動作
、夾具壓手等諸多因素對操作工的傷害都時有發生。

　　首鋼莫托曼設計製造的排氣零部件機器人弧焊係統在以下幾方麵製訂了嚴格的安全標準，為用戶提供了安全可靠的應用係統。

　　（1）操cao作zuo區qu域yu的de安an全quan防fang護hu設she計ji。操cao作zuo區qu域yu與yu工gong作zuo維wei護hu區qu域yu是shi否fou完wan全quan隔ge離li，是shi判pan斷duan安an全quan防fang護hu空kong間jian是shi否fou安an全quan的de重zhong要yao指zhi標biao。安an全quan圍wei欄lan的de設she計ji中zhong嚴yan格ge要yao求qiu操cao作zuo工gong無wu法fa從cong操cao作zuo安an全quan區qu域yu直zhi接jie進jin入ru到dao工gong作zuo維wei護hu區qu域yu。安an全quan圍wei欄lan與yu地di麵mian間jian縫feng隙xi小xiao於yu180mm，確que保bao維wei護hu人ren員yuan隻zhi能neng從cong維wei護hu門men進jin入ru工gong作zuo維wei護hu區qu域yu。此ci外wai
，操cao作zuo工gong進jin出chu操cao作zuo安an全quan區qu域yu處chu設she還hai設she置zhi了le光guang柵zha保bao護hu。當dang操cao作zuo安an全quan區qu域yu範fan圍wei可ke允yun許xu操cao作zuo工gong停ting留liu時shi
，必bi須xu設she區qu域yu掃sao描miao傳chuan感gan器qi保bao護hu。在zai操cao作zuo工gong的de正zheng常chang操cao作zuo安an全quan區qu域yu與yu機ji器qi人ren的de動dong作zuo範fan圍wei重zhong合he時shi，必bi須xu在zai機ji器qi人ren本ben體ti的de水shui平ping第di一yi軸zhou處chu增zeng設she原yuan點dian檢jian測ce傳chuan感gan器qi。

　　（2）夾(jia)具(ju)的(de)防(fang)夾(jia)手(shou)安(an)全(quan)設(she)計(ji)。在(zai)常(chang)用(yong)的(de)氣(qi)動(dong)夾(jia)具(ju)操(cao)作(zuo)順(shun)序(xu)中(zhong)，操(cao)作(zuo)工(gong)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)完(wan)一(yi)個(ge)零(ling)件(jian)後(hou)
，按(an)一(yi)個(ge)按(an)鈕(niu)使(shi)氣(qi)缸(gang)夾(jia)緊(jin)，此(ci)操(cao)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，如(ru)將(jiang)手(shou)放(fang)在(zai)夾(jia)具(ju)上(shang)
，容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)手(shou)夾(jia)傷(shang)事(shi)故(gu)。

　　為避免此類安全事故，夾具設計中采用了以下方法：操cao作zuo工gong進jin入ru安an全quan區qu域yu時shi
，所suo有you夾jia具ju控kong製zhi電dian磁ci閥fa處chu於yu中zhong位wei排pai氣qi狀zhuang態tai，安an裝zhuang工gong件jian散san件jian後hou，先xian手shou動dong試shi壓ya緊jin
，將jiang壓ya頭tou按an在zai零ling件jian上shang
，所suo有you工gong件jian均jun安an裝zhuang並bing試shi壓ya緊jin後hou，再zai雙shuang手shou按an動dong啟qi動dong按an鈕niu。此ci時shi電dian磁ci閥fa為wei氣qi缸gang供gong氣qi，使shi氣qi缸gang夾jia緊jin，檢jian查zha零ling件jian安an裝zhuang夾jia緊jin狀zhuang態tai，退tui出chu操cao作zuo安an全quan區qu域yu


，按an預yu約yue啟qi動dong鈕niu啟qi動dong焊han接jie。其qi中zhong，所suo有you的de電dian磁ci閥fa均jun使shi用yong三san位wei五wu通tong中zhong位wei排pai氣qi型xing電dian磁ci閥fa，所suo有you夾jia緊jin機ji構gou采cai用yong帶dai手shou柄bing可ke手shou動dong自zi鎖suo壓ya緊jin式shi夾jia緊jin機ji構gou。例li如ruDESTACO 手柄型。此種夾緊機構在斷氣狀態下可實現手動自鎖壓緊
，發現零件狀態不合適時
，可以再次手動打開。

　　3. 便捷的夾具快換功能

　　便bian捷jie的de夾jia具ju快kuai換huan功gong能neng大da大da提ti高gao了le設she備bei的de利li用yong率lv
，使shi用yong戶hu根gen據ju需xu求qiu可ke以yi隨sui時shi調tiao整zheng，減jian少shao重zhong複fu性xing投tou資zi和he設she備bei閑xian置zhi。同tong時shi，利li用yong快kuai換huan功gong能neng
，還hai可ke實shi現xian在zai新xin產chan品pin試shi製zhi和he小xiao批pi量liang生sheng產chan階jie段duan先xian投tou夾jia具ju
，在zai現xian有you機ji器qi人ren焊han接jie生sheng產chan線xian上shang生sheng產chan，批pi量liang生sheng產chan階jie段duan前qian再zai投tou新xin焊han接jie線xian，有you助zhu於yu提ti高gao用yong戶hu的de資zi金jin利li用yong率lv。

　　首鋼莫托曼在大量的應用項目中總結並作為標準固定了以下幾種夾具快換方式：

　　（1） 整根夾具梁快換的設計和快換方式。

　　夾(jia)具(ju)兩(liang)側(ce)安(an)裝(zhuang)定(ding)位(wei)銷(xiao)，變(bian)位(wei)機(ji)法(fa)蘭(lan)一(yi)側(ce)采(cai)用(yong)定(ding)位(wei)銷(xiao)套(tao)，另(ling)一(yi)側(ce)采(cai)用(yong)鍵(jian)槽(cao)的(de)定(ding)位(wei)方(fang)式(shi)。連(lian)接(jie)時(shi)

，夾(jia)具(ju)兩(liang)側(ce)的(de)定(ding)位(wei)銷(xiao)依(yi)靠(kao)重(zhong)力(li)插(cha)入(ru)銷(xiao)套(tao)和(he)鍵(jian)槽(cao)中(zhong)定(ding)位(wei)，連(lian)接(jie)板(ban)兩(liang)側(ce)的(de)翻(fan)轉(zhuan)螺(luo)釘(ding)壓(ya)緊(jin)連(lian)接(jie)板(ban)。

　　（2）小件夾具及部件快換的設計和快換方式。

　　當(dang)單(dan)根(gen)夾(jia)具(ju)梁(liang)上(shang)夾(jia)具(ju)的(de)互(hu)換(huan)性(xing)高(gao)時(shi)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)標(biao)準(zhun)快(kuai)換(huan)式(shi)夾(jia)具(ju)梁(liang)，此(ci)時(shi)夾(jia)具(ju)梁(liang)上(shang)的(de)定(ding)位(wei)銷(xiao)按(an)標(biao)準(zhun)尺(chi)寸(cun)分(fen)布(bu)，小(xiao)件(jian)夾(jia)具(ju)可(ke)用(yong)其(qi)底(di)板(ban)上(shang)的(de)標(biao)準(zhun)尺(chi)寸(cun)定(ding)位(wei)套(tao)與(yu)梁(liang)配(pei)合(he)定(ding)位(wei)，使(shi)用(yong)開(kai)口(kou)快(kuai)換(huan)墊(dian)圈(quan)快(kuai)速(su)夾(jia)緊(jin)。當(dang)夾(jia)具(ju)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)部(bu)件(jian)以(yi)適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)工(gong)件(jian)在(zai)同(tong)一(yi)套(tao)夾(jia)具(ju)上(shang)生(sheng)產(chan)時(shi)，也(ye)可(ke)使(shi)用(yong)同(tong)樣(yang)的(de)結(jie)構(gou)。

　　應用上述快換結構，單套夾具更換時間可控製在10min以內。

　　隨(sui)著(zhe)弧(hu)焊(han)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)汽(qi)車(che)工(gong)業(ye)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)人(ren)們(men)對(dui)它(ta)的(de)優(you)越(yue)性(xing)也(ye)有(you)了(le)更(geng)深(shen)的(de)了(le)解(jie)。現(xian)在(zai)
，其(qi)他(ta)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)對(dui)弧(hu)焊(han)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)需(xu)求(qiu)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，對(dui)弧(hu)焊(han)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)功(gong)能(neng)也(ye)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)多(duo)的(de)要(yao)求(qiu)。因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)也(ye)會(hui)加(jia)強(qiang)弧(hu)焊(han)機(ji)器(qi)人(ren)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)的(de)力(li)度(du)，逐(zhu)步(bu)完(wan)善(shan)我(wo)們(men)的(de)產(chan)品(pin)，使(shi)其(qi)在(zai)更(geng)多(duo)的(de)領(ling)域(yu)發(fa)揮(hui)其(qi)更(geng)大(da)的(de)優(you)勢(shi)。