焊接机器人在车身生产线中的规划设计　
黄水儿　
（东南（福建）汽车工业有限公司 福州 ３５０１１９）　
摘 要：焊接机器人是实现汽车生产批量化、自动化及车体品质稳定的重要工具，已被当今的汽车制造业越来越大量采用。

本文重点介绍如何合理规划焊接机器人系统之方法，以在达成目的的同时投资尽可能减少。

　
关键词：点焊机器人 规划 生产节拍（周期）　
中图分类号：ＴＰ２４３．３　Ｕ４６８．２＋２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－４８０１（２００４）０１－００６８－０５　
１前言　
随着我国加入ＷＴＯ保护具有高新技术特点的新兴产业日程的临近，各行业竟相将先进科技成果导入应用，以提高自身的竟争优势。

在当今的汽车市场中，汽车除了应具备它的一般属性——实用性外，还应具备有更高的安全性、品质性、更应富有自身产品的个性，要实现这些特点科技成果的应用是非常必要的，焊接机器人作为先进制造工艺技术正被越来越广泛地应用于汽车车身的焊接中。

　
２汽车车身的焊装工艺及焊接机器人的导入　
一台白车身一般由近千件大小不同的钣金件经过各道工序焊装而成，现今汽车工业中车身的焊装工艺主要是电阻焊和电弧焊。

据相关统计，在每辆约４０００个焊点的焊接中电阻焊占了９５％，电阻焊工艺在汽车工业中的广泛应用，使得车身制造的自动化成为可能。

尽管电阻焊工艺在汽车车身制造中得到了大量使用，但因人工作业存在着作业人员的疲劳及安全因素，使得车身焊点的焊接质量无法始终如一，为确保车体质量的稳定性以及降低作业员的劳动强度，在焊装生产线上导入焊接机器人势在必行。

　
２．１焊接机器人的基本概念　
纵观国内外众多汽车制造厂应用焊接机器人的实绩，点焊机器人常用的型式为落地式和天井式，常用的承载有：１２０ＫＧ、１５０ＫＧ、２００ＫＧ三种。

图１是机器人本体基本构成，图２是焊接机器人系统构成。

图1 机器人本体基本构成
表１ 机器人本体部件　
序号　部品名称　序号　部品名称　
１　回转基座　９　Ｖ轴马达　
２　本体骨架　１０　Ｒ２轴马达　
３　平衡块　１１　Ｂ轴马达　
４　第二轴臂　１２　Ｒ１轴马达　
５　第一轴臂　１３　Ｓ轴过位保护开关　
６　手首轴　１４　Ｈ轴过位保护开关　
７　Ｓ轴马达　１５　轴臂干涉极限开关　
８　Ｈ轴马达
图２ 焊接机器人系统基本构成　
表２ 组成焊接机器人各系统　
序号　设备名称　序号　设备名称　序号　设备名称　
１　机器人系统　２．３　异常指示盒　５　机器人水气系统　
１．１　机器人本体　２．４　焊机控制器　５．１　机器人水气控制盘　
１．２　机器人控制器　３　电极研磨系统　５．２　机器人气压阀（含电控比例阀）　１．３　机器人操作盒　３．１　研磨机　６　电控系统　
１．４　机器人示教盒（Ｔ／Ｐ）　３．２　吹屑器　６．１　系统控制盘　
２　焊接设备　４　焊枪交换系统　６．２　系统操作盘　
２．１　焊枪　４．１　机器人侧
２．２　中继盒　４．２　焊枪侧
３焊接机器人在车身生产线中的合理规划　
３．１前提及原则　
要合理的规划一条生产线各作业站所使用的机器人（含焊枪），必须要知道：①该生产线的设备最大产能，②该生产线的生产节拍，③生产线各作业站的生产工艺，④车型所有焊点的分布图档等前提条件。

规划全车哪些焊点要用机器人进行作业应依：　①人工作业困难的焊点，②人工作业存在安全隐患的焊点，③车体设计时品质面要求高的焊点，④能够提高工效的焊点等先后次序进行考虑。

　
３．２机器人焊枪的选取方法　
如何选取焊枪是规划的重点，以下为选枪的一般方法：①依工程站的打点位置进行分类，②依各类　焊点位置的钣金段面及外形设定焊枪的初步形式，③将相近的焊枪统一整合以尽可能减少焊枪的种类，　④制作模型枪进行模拟，⑤初步设计并进行三维动态模拟，⑥若生产线上已有悬挂点焊枪机器人焊枪可依此进行参考设计。

　
４规划实例　
东南汽车轿车过度生产线因品质提升需求，要在原生产线上改造规划导入点焊机器人，产量为：３００００台／年．双班，因该线是过度生产，故要求投资成本尽量省，即在能完成指定焊点数目的同时，机器人的站数，数量及焊枪的数量要尽量少。

　４．１该生产线生产节拍计算　
有效生产时间： ［　８×６０－（２０＋１５）］　×９０％×２　＝８００（分钟）　
日产量： ３００００台／年．双班÷１２月÷２１天＝１２０（台／天．双班）　
生产节拍（Ｃ／Ｔ）：　８００分钟÷１２０＝６．６７（分钟／台）　＝４００（秒）　４．２焊点区分　
依据机器人规划原则将人工困难作业，不安全，品质要求高等焊点筛选出来如表３：　
表３ 车体焊点区分　
由表３４．３机器人焊枪种类设定　
按照选枪方法对焊点进行机器人焊枪的种类设定如表４：、　
表４ 机器人焊枪种类　
枪形 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 可焊点数
116
115(8)
78
5(16)
10(58)
44(56)
14
24(67)
由表４可看出要完成这些焊点的作业要有８种不同形式的焊枪，括号内焊点数为Ｇ２，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ８五种焊枪均可作业。

　４．４机器人台数规划　
尽管同一把焊枪可焊的焊点数相当的多，这些焊点可能从车头分布到车尾，由于一台机器人活动的范围有限，故同一形式的焊枪就不止一把。

另在同一机器人活动范围内可能多种类别的焊点，为提高单台机器人的使用率，该机器人就应采＂枪交换＂机构。

单台机器人打点数量应以其作业总时间不超过该生产线的生产节拍为极限。

　
４．４．１机器人台数的初步设定　
表５ 机器人各主要动作时间经验值　
序号　动 作 类 别　
平　均　时　间（秒）　１　预焊　３～４秒／点　２　连续作业焊点　２～３秒／点　３　特殊位置焊点　
５～６秒／点　４　
换枪　
２０
秒　
规划机器人点焊的总时间（每个焊点平均依３．５秒估算） （１５０点＋１３１点＋３３０点）×３．５秒＝２１３９（秒）　机器人台数的概算：　
２１３９秒÷４００
６台　
故机器人的规划依６台初步设定　
４．４．２工作站设定 每个工作站正常状况下仅能布置下４台机器人，　６台机器人必须分２站分布。

因车体焊点一般情况下为左右对称分布，因此每站中的机器人也应左右对称分布为原则。

如图４所示。

　４．５机器人作业周期确认及焊枪数量设定　
将车体各作业站焊接工艺卡中所有要用机器人进行焊点的焊点按各种部位进行分类标注，如图３所示。

　
图３ 车体打点分配示意图　
在各台机器可活动范围内将同一种焊枪能焊到的焊点合理分配给相应的机器人，并对各台机器人所负责的焊点及动作进行时间分析，依单台机器人作业总时间在符合生产节拍内为原则，对焊点进行调整，最终结论如图４所示。

图中分析仅为生产线左侧、右侧与左侧对称相关分析结论与左侧相同。

　
5
3
8
13
14
16
18 19 21
22 23
24
图４ 机器人点焊周期分析　
依图４可以得出结论：为满足３００００台／年．双班（生产节拍４００秒）并将品质要求高，人工作业困难
等焊点规划为机器人点焊，该生产线应购入６台２００ＫＧ级的点焊机器人；６台点焊机器人分２个工作站左
右对称布置，其中一站４台，另一站２台；点焊机器人焊枪共有８种１８把，其中一种为４把，其余７种均为２把；６台点焊机器人均为可换枪形式。

　
４．６电脑三维模拟　
将经规划得出的结论置入电脑中进行三维模拟，进一步校对各台点焊机器人动作的合理性，与周边
设备的干涉性，动作周期的准确性。

经电脑三维模拟确认修正后，即完成了整个的规划工作，进入下阶
段的细部设计、制造工作。

　
５结束语　
焊接机器人导入到车体制造中前期的规划工作是极为关键的，规划的好坏直接影响到最终导入的成败，本文因篇幅有限中间过程无法详细说明，仅对规划方法结合作者的经验进行描述，供相关人员参考。

作者介绍：黄水儿（１９６４～　），男，东南（福建）汽车工业有限公司生技部副主任、工程师，主要从事焊装车间生产线及
设备规划工作。

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