汽车拼焊板全自动激光焊接系统第４３卷第２期啊Ｅ珲墩ｖ。
１．４３Ｎ。
．２Ｆｅｂ．２０１３垫！！堡！月Ｅｌｅｃｔｒｉｃ驯ｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ汽车拼焊板全自动激光焊接系统李斌１，郭涟１，郭平华１，王征１，钟如涛２（１．武汉法利莱切割系统工程有限责任公司，湖北武汉４３０２２３；２．武钢设计研究院，湖北武汉４３００８０）摘要：激光拼焊板已广泛应用－Ｉ－９５，－车－－和１造业，采用激光拼焊板工－Ｅ不仅能够降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时提高车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力。
系统研究了汽车拼焊板全自动激光拼焊系统，采用高精度、快速、柔性电磁吸附装置夹紧工件以及激光切割一焊接一体化加工工艺，建立了焊接质量专家数据库，集成了在线检质量检测与焊缝跟踪系统。
实现全自动激光拼焊生产线集成与自动控制系统，实现在一条生产线上高质、高效率地进行直线、折线、曲线以及不等厚板多种类型板材的拼焊。
关键词：激光焊接；汽车拼焊板；自动焊接系统；柔性电磁铁中图分类号：ＴＧ４３９．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—２３０３（２０１３）０２—００６３—０５ＤＯＩ：１０．７５１２１ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－２３０３．２０１３．０２．１ｌＡｕｔｏｓｐｅｌｌｓｙｓｔｅｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐｌａｔｅａｕｔｏｍａｔｉｃｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇＬＩＢｉｎＩ，ＧＵＯＬｉａｎｌ，ＧＵＯＰｉｎｇ－ｈｕａＩ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ９１，ＺＨＯＮＧＲｕ—ｔａ０２ｆ１．ＷｕｈａｎＦａｒｌｅｙｌａｓｅｒｌａｂＣｕｔｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３０２２３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷｕｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ４３００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｔａｉｌｏｒ－ｗｅｌｄｅｄｂｌａｎｋｓＴＷＢｓ．ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｃａｎｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｏｓｔ，ｖｅｈｉｃｌｅｌｏｇｉｓｔｉｃｓｃｏｓｔ，ｖｅｈｉｃｌｅｗｅｉｇｈｔ，ａｓｓｅｍｂｌｙｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｓｃｒａｐｒａｔｅ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｓｔｅｐｓ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇｒａｔｅａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅ．Ａｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇａｎｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｐｌａｔｅｃａｒｓ．ｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｆａｓｔ，ｆｌｅｘｉｂｌｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｆｏｒｃｌａｍｐｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｌａｓｅｒｃｕｔｔｉｎｇ—ｗｅｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｗｅｌｄｉｎｇｅｘｐｅｒｔｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｏｎｌｉｎｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｆｕｌｌａｕｔｏｍａｔｉｃｌａｓｅｒｔａｉｌｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ，ｒｅａｌｉｚｅｄｉｎａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｉｎｅ，ｃｕｒｖｅａｎｄｌｉｎｅａｒｒａｎｇｅｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｗｅｌｄｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇ；ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｔａｉｌｏｒｗｅｌｄｅｄｂｌａｎｋ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｆｌｅｘｉｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ０前言激光拼焊板已广泛应用于汽车制造业…，采用激光拼焊板工艺不仅能够降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率【２Ｉ，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时提收稿日期：２０１３一Ｏｌ一０６高车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高１３Ｉ。
此外，由于避免使用密封胶，也使其更环保。
本系统研究了板材高性能快速定位夹紧技术——工件采用电磁吸附夹紧装置，提高生产效率，满足生产节拍需求。
本设备采用切焊一体工艺，能够在一条生产线上实现直线、折线、曲线以及不等厚板多种类作者简介：李斌（１９ｒ７ｌ叫，男，湖北随州人，学士。
ＥＭＢＡ，主要从事激光切割、焊接以及切焊组合成套设备的研发工作。
型板材的拼焊；建立焊接质量专家数据库，并能够根据在线检测技术对比焊缝质量，实现了全自动激光拼焊生产线集成与自动控制系统。
投缸锄渤彩名驴．，彩易么，・６３・专囊讨论雹晖坂是真空吸附方式。
第４３卷１板材高性能快速定位夹紧技术１．１汽车板机器人全自动上下料系统汽车板拼焊机组采用机器人自动上下料系统，电磁夹具系统由一系列可以拼接的电磁铁组成，通过组合达到各种拼缝的需求，并且同样的板材只需要一次即可定位完成，并能多次重复使用。
同时使用电磁夹具可快速夹紧，相比液压或是气动夹具明显节省了装配时间并减少夹紧次数。
电磁吸附方式的优点是安装灵活，更适合曲线焊接需要，而真空吸附方式多用在固定夹具系统。
电能够保证对外来精确料（即冲压成型和落料系统生产的定尺板料）完成自动料垛拾取、放置预定位置、定位压紧、高质量的焊接和下料等工序。
在工作区设有多个自动定位销，当机器人上料到位后，定位销自动伸出，将工件固定、夹紧，在焊接完成后，自动缩回定位销，机器人可以取下工件。
磁吸附力更大，夹紧更可靠，电磁吸附力是垂直上下，而夹紧时是水平方向力，基本不会产生干涉，同时两块板的电磁可以采用阴阳两极方式，以消除相互影响，还能根据电压大小改变夹紧力。
焊接夹具采用柔性电磁吸盘，结构示意如图１所示，包括直线焊缝夹具、曲线焊缝夹具和折线焊缝夹具。
１．２汽车板夹紧方式汽车板采用电磁铁夹紧方式，通常汽车板拼焊采用的夹紧方式有真空吸附和电磁铁夹紧两种。
两种方式在国外都有厂家使用，其中瑞士ＳＩＬＯＮ公司采用的是电磁铁夹紧方式，意大利ＰＲＩＭＡ公司采用的亡多＜ａ直线焊缝夹具｜＼＞＜二ｂ曲线焊缝夹具图ｌ汽车板拼焊夹具ｃ折线焊缝夹具１．３直线焊缝错边矫正装置错边矫正装置由电机驱动，与焊接头随动，安装在横梁上，分为上下两个压轮部件，上下两个压焊接头轮部件都具备两个压轮方向，可压住拼焊的两部分板材，压轮压力通过压轮液压调节，调节压力范围｝：碾脏轮ｋｇ，当焊接头移动时，碾压头电机跟随焊接头运动，在焊缝处压紧焊缝，并矫正错边，保证０００为１０～ｌ钢板下碾压轮焊接质量，如图２所示。
２自动控制系统设计汽车板拼焊采用德国西门子８４０Ｄ数控系统。
该系统具有高速高精度运动控制功能、多任务处理能力，内部集成ＰＬＣ功能，实现全系统的有效控制；图２错边矫正装置控制通过激光器控制箱来实现，光路控制结构示意如图３所示。
２．２系统控制数控系统主体方案如图４所示，控制功能包括：轴控制；机器人控制；与高功率激光器的接口；焊接过程中的冷却、保护气、辅助气控制；集成激光切割焊接工艺（数据库）到控制软件；与激光ＣＡＤ／ＣＡＭ配备西门子ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ数字伺服驱动电机及驱动器和数控系统实现全数字化接口。
２．１光路控制光源采取分时分配方式，并具备互锁功能。
分光・６４・ｇ缓一如ｊ缓施垆。
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以一伺服电机西门子８４０Ｄ系统Ｉ爪ＦＮＣｌ６ｌｌＤ自主焊接Ｔ艺控制柜图３激光控制框图一控制电缆线——光纤高级人机界面ＨＭＩ光纤激此器４ｋＷ激光器接口控制系统接口。
图４激光拼焊生产线控制结构釜一气路控制２．３设备操作软件和参数采集系统（１）操作软件专门针对激光焊接进行设计，功能界面如图５所示。
操作方便，界面信息丰富，操作功能为：在界面上实现所有激光焊接机操作，包括机床操作、激光器操作、切割操作、参数设定、文件装卸、系统维护等；强大的图形显示功能，直观表现切割效果，在线监测焊接路径；所有的操作信息都显示在屏幕上，方便操作和维护；基于多年焊接经验的专家数据库系统；焊接回退（Ｒｅｔｒａｃｅ）功能；高速响应的激光功率坡调以保证拐角焊接质量；配备ＵＳＢ接口和网口，文件传输方便。
（２）参数采集系统。
图５操作软件功能界面设计专门的激光焊接工艺参数库，集成在ＨＭＩ操作系统中。
根据工艺设定要求，设计基本加工参数、焊接选项、打孔参数、坡调参数、材料设定等，工艺参数库装载了常用碳钢、不锈钢等多种材料的基本工艺参数，以供客户选择参考。
工艺参数库同时与激光器控制、气体参数控制、机床操作数（板厚、大小、材料）、加工量、加工工艺，以便生产管理和加工资料追溯。
２．４工序设计为了满足直线、曲线或折线焊缝的焊接，拼焊系统有毛坯料和精确料两种来料方式焊接功能，毛坯料采用切一焊组合方式加工，即采用系统的激光切割头分别对待焊钢板进行板边切割处理，再自动拼缝、焊接，此方式的最大特点是除了焊接直线焊缝，控制关联，设定好的参数可以及时用于现场加工中，极大方便了客户操作和工艺试验。
同时试验成功的参数可以选择保存下来，作为批量加工的固定参数。
设计专门的管理参数录入，实时保存来料的参还适合曲线或折线焊缝的焊接，也适合进行激光焊接工艺研究（在同一块料上，可反复进行切割一焊接操作）；精确料主要针对采用其他方式下料或外来孝篇，磊ｔ≥渤；滋蠢矽．镌施・６５・专置讨论重晖拽第４３卷加工提供的材料，采用直接定位、拼缝、焊接方式，主要加工直线焊缝，拼焊工艺如图６所示。
图６拼焊工艺（１）毛坯料拼焊。
毛坯料拼焊原理如图７所示，根据焊缝形式选择夹具，并按焊缝走向摆放。
为了保证焊缝质量，夹具边缘尽可能靠近焊缝；机器人自动上料，并用夹具吸紧两块待拼接钢板；分别对两块钢板进行激光切割，加工待拼焊的焊缝形式；切割完成后，保持一个试板（不等厚时厚板）不动，另一个试板向固定板移动，移动的距离由三部分组成：两试板切缝中心线间的距离、切缝间隙以及微量补给量，微量补给量保证焊缝紧密结合、可靠拼接；两试板拼接好后进行焊接，焊接过程中根据焊缝跟踪系统的位置检测结果对焊接轨迹进行微调。
图７毛坯料焊接原理（２）精确料拼焊。
汽车板拼焊机组能够对外来精确料（即冲压成型和落料系统生产的定尺板料）进行自动上料、焊接和下料。
精确料拼焊原理如图８所示，工件Ａ以定位块为基准放置，气缸Ａ在Ｙ方向上定位工件Ａ；工件Ｂ以定位块为基准放置，气缸Ｂ在Ｙ方向上定位工件Ｂ；夹紧气缸在ｚ方向上定位工件Ａ、Ｂ；夹具吸紧，在ｚ方向上定位工件Ａ、Ｂ；激光焊接。