汽车生产中点焊机器人焊接研究毕业论文.doc

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1、重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 汽车生产中点焊机器人焊接研究 学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 年 月 日1注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译

2、文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它1学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师

3、的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日1摘 要摘 要焊接机器人主要分为弧焊机器人和点焊机器人两类，其中点焊机器人被广泛应用在汽车生产中的车身及零部件的焊接。与传统的点焊方法相比，使用点焊机器人进行焊接不仅可提高焊接质量和生产率，而且可以实现柔性化生产。本文对国内外点焊机器人的研究现状进行

4、了系统分析。概括总结了汽车生产中相关设备及工装的应用特点。重点研究了机器人的编程，将在线示教与离线编程进行了详细对比分析。在此基础上，本文以ABB公司出品的编程控制软件RobotStudio为试验平台，对点焊机器人的焊接路径进行了示教编程及运动仿真。在对点焊机器人焊接路径的示教编程中引入了C级车前门的模型,并对其进行了示教编程和运动仿真。本文以0Cr18Ni9型不锈钢代替镀锌钢板，用固定式点焊机代替点焊机器人进行了模拟点焊试验，并对试样进行了撕裂实验。在试验的基础上对机器人点焊质量的影响因素进行了综合分析，并提出了改善措施。通过本文对汽车生产中点焊机器人的研究可以优化汽车点焊生产线，提高生产效

5、率和生产柔性。关键词：点焊机器人 离线编程 RobotStudio 离线示教 运动仿真I重庆科技学院本科生毕业设计ABSTRACTWelding robot are divided into arc welding robot and spot welding robot two groups, in which spot-welding robots are widely used in the production of the car body and parts of welding. Compared with the traditional spot welding method,

6、 use the spot-welding robots for welding can not only improve the welding quality and productivity, also can realize the flexible production.This paper makes a system analysis for current research at home and abroad of spot-welding robots.Summarized in car production related equipment and tooling ap

7、plication characteristics. It focus on the robot programming and makes a comparative analysis for online teaching and off-line programming on details.On this basis, this paper takes the programming control software RobotStudio that produced by ABB company as a test platform.It designs teaching-progr

8、ammings and movement simulations of the welding paths from spot welding robot.In the teaching-programmings of the welding path from spot welding robot,it brings in a model of car door in the front of the grade C car,and makes teaching-programming and movement simulation for the model. This paper use

9、s 0Cr18Ni9 stainless steel to instead galvanized steel plate,uses fixed spot welding machine to instead spot-welding robots for spot welding simulation test,and does the experiment of tearing.On the basis of experiment, it comprehensively analyzes the factors that affecting quality of the robot spot

10、 welding, and put forward the improving measures.Through the researching of spot welding robot in the car production from this paper ,the spot welding production line of car can be optimized,the efficiency and production flexible can be improved. Keywords:spot welding robot ；off-line programming ；Ro

11、botStudio；offline teaching ；movement simulation 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1焊接机器人的发展背景11.2 焊接机器人的结构和系统21.3 焊接机器人的分类21.4 焊接机器人在汽车生产中可行性分析32 汽车生产中点焊机器人的研究现状52.1 汽车生产中点焊机器人的构成52.2汽车生产中点焊机器人的应用现状62.3 汽车生产中焊接机器人的编程应用现状72.4 汽车生产中点焊机器人的发展趋势83 课题的主要研究内容和意义93.1 课题的主要研究内容93.2 课题的主要研究意义104 汽车生产中点焊设备的运用114.1 汽

12、车生产中点焊方法和设备的选择114.2 汽车生产中焊接工装及夹具的应用134.2.1 汽车生产中焊接工装及夹具的特点134.2.2 汽车生产中焊接工装及夹具的分类及应用144.2.3 汽车生产中机器人焊接的工装及夹具174.3 汽车生产中点焊机器人焊钳的应用185 ABB焊接机器人的编程和模拟仿真215.1 ABB焊接机器人的在线示教215.2 ABB焊接机器人的离线编程235.2.1 离线编程的分类235.2.2 ABB焊接机器人的编程语言265.2.3 离线编程的意义275.3 在Robot Studio中对机器人焊接的离线示教编程及模拟仿真285.3.1 Robot Studio操作界面

13、介绍285.4 机器人点焊路径的离线示教编程及运动仿真315.4.1 空路径机器人点焊的离线示教编程及运动仿真315.4.2 典型工件机器人点焊的离线示教及仿真345.4.3 C级汽车车门模型周边点焊的离线示教编程及运动仿真386 点焊机器人焊接质量分析及工艺参数的确定446.1 机器人点焊试验446.2 机器人点焊焊接质量影响因素分析526.3 机器人点焊焊接工艺参数的确定54结 论56参考文献58致 谢60附录1：试验图片62附录2：试样拉伸曲线1 绪 论1 绪 论1.1焊接机器人的发展背景自1959年美国发明了名为UNIMATE的第一台工业机器人以来，全球各国不断对机器人的应用和技术有不

14、同程度的研究。机器人的发展历程大致可归纳为3个阶段：第一阶段是再现示教型机器人。这类最早的机器人只能根据程序做一些简单的动作，且不能识别和反馈外界信息，虽然操作简单，但难以适应工作环境的变化，因此在当今工业上已经被逐步淘汰。第二阶段是具有一定互动能力的机器人。这类机器人在第一代的基础上新增了许多功能，能够识别和反馈外界信息，从而根据环境的变化实现灵活的操作和调整。此类机器人在现代工业中运用较多。第三阶段是智能型机器人。这种机器人更加完善，具有强大的控制系统。在识别反馈外界信息的同时它能独立的推理、判断，从而可以从事更为复杂的工作。这类机器人还处于试用阶段，没有实现规模化的应用。1图1.1 工业

15、机器人应用分布图图1-1 焊接机器人应用分布图工业机器人在工业上主要应用在焊接、装配、搬运、切割、喷涂、抛光、码垛和检测等领域，其中焊接机器人的应用大致占总百分比的31%2。焊接机器人就是装有焊枪且配合焊接工装及夹具等机件来代替焊工从事焊接工作的工业机器人。中国在1987年自行研制成第一台点焊机器人华宇-型点焊机器人。目前，在世界各地都有对焊接机器人的研究和开发，其中以德国、瑞典、美国、日本和法国等国家的焊机器人最为成熟和完善，处世界先进水平。这些国家中瑞典的ABB、日本的松下和FANUC及德国的KUKA等机器人在中国运用较多。近年来据不完全统计，工业机器人主要应用在汽车、食品、电子电器、汽车

16、零部件、金属制品和其他等工业中，其中汽车工业和汽车零部件工业各占37%和24%（见图1.1）2。可见，焊接机器人在汽车行业的应用较为广泛。1.2 焊接机器人的结构和系统焊接机器人主要由机器人本体、焊接设备和控制系统构成。机器人本体即工业上应用的机器人机械本体，其结构形式较多，一般有直角坐标式、球面坐标式、柱面坐标式、伸缩式、多关节坐标式和爬行式等3。在不同的应用场合需用不同形式的焊接机器人。目前应用最广的是多关节坐标式焊接机器人，这种机器人具有多个自由度，能够非常灵活的运动和调整姿态，操作简单快捷，同时也能完成一些相对复杂路径的焊接。据目前工业中运用现状来看，具有6关节型的焊接机器人应用最多。

17、其6个自由度基本能满足焊枪的位置和空间姿态的控制要求，其中3个自由度（xyz）用于控制焊枪的空间位置，另外3个自由度（ABC）用于控制焊枪的空间姿态4。6关节型焊接机器人主要由腰部、臂部、肘部、腕部和手部组成。焊接设备一般有送丝机构、焊接电源、点焊焊钳、计算机控制系统、连接机构、焊枪和辅助设备等部分。不同的焊接机器人其焊接设备也不尽相同，但大都通过硬件和软件等相连接形成一个统一体。焊接机器人要实现自动焊接其中控制系统必不可少。控制系统是在给定条件（如参数设置等）下通过软件计算从而控制焊接机器人的各结构按预定或非预定的目标进行运动。传统焊接机器人的控制系统只能实现对焊接机器人焊接路径和参数等简单

18、控制。随着科技的发展，机器人控制系统已经具有独立思维、推理、判断的功能。机器人控制系统根据传感识别系统的数据反馈进行分析判断来控制机器人的操作（如：路径更改，机器人报警等），从而实现高效、安全的焊接。1.3 焊接机器人的分类焊接机器人是按“焊接工艺”进行分类的，主要可以分为点焊机器人（图1.2）和弧焊机器人（图1.3）两类。常见焊接工艺可分为电阻焊、电弧焊。焊接机器人主要有：点焊机器人；CO2气体保护弧焊机器人；MIG弧焊机器人；TIG弧焊机器人；MAGW弧焊机器人；等离子弧焊（切割）机器人等5。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成。其中点焊焊接系统主要有焊接

19、电源、焊钳、传动系统和定位系统等。点焊机器人在焊接时不需填充金属和形成熔池，因此其焊接工艺相对弧焊要简单，具有焊接时间短、效率高等特点。但由于在焊接过程中并未形成熔池，所以其焊接强度比较低，适用于一些对强度要求不高的薄板焊接作业，如汽车车身的焊接等。图1.3 弧焊机器人图1.2 点焊机器人弧焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和弧焊焊接系统几部分组成。其中胡焊焊接系统又分为送丝机构、焊接电源、焊枪、冷却系统和送气系统等。弧焊机器人和常规的弧焊方法一样，需要引燃电弧来实现焊接。其焊接时间相对较长，填充金属后能够实现高性能焊接。由于弧焊机器人可以配合一些保护气体进行焊接，其适用范围比较广，

20、常用于对接头性能要求较高的场合，如汽车车架的焊接等。1.4 焊接机器人在汽车生产中可行性分析汽车生产中有冲压焊接组装喷涂等几大工序6。其中，焊接质量的高低直接影响汽车整体性能（包括安全性能），可见焊接是汽车生产中极为重要的环节。而汽车的焊接又要分为汽车白车身的焊接，汽车零部件的焊接（如：前后桥的焊接、车门的焊接、排气系统的焊接等），汽车底盘的焊接和汽车车架的焊接等。首先，焊接本身是放热的过程，因而焊接场所一般温度较高。其次，焊接过程中有大量有毒气体或烟雾、粉尘等产生，极大危害工人的人身安全。再次，焊接一般是靠电力维持，操作工人很可能有出点的危险。传统的焊接在汽车生产中不仅不能保证焊接质量和效率

21、而且无法保证工人的人身安全，更无法使焊接工人摆脱艰苦的工作环境。随着科技的不断发展，焊接机器人逐渐被引进到汽车生产中。焊接机器人靠供电使用，因此可以长时间不停的进行作业，进而大大延长工作时间。其次，焊接机器人依靠人工编程的软件进行控制，通过计算使焊接机器人在预定的轨迹中运行来完成焊接。焊接机器人受外界的影响较小，且不存在如人工的技术水平和体力等问题，所以机器人焊接更加稳定可靠容易保证焊接质量。使用机器人焊接可大大缩短焊接时间，通过多台机器人联合焊接可以提高大量生产效率。再次，传统焊接人力投入大，长期费用高。而需用机器人进行焊接虽然初期投入较高，但从长远利益来看可以明显减少后期投入和维系费用。

22、焊接机器人结构灵活，操作方便简单，可配合各种焊接设施（如：工装夹具、胎具等）完成快速焊接。随着技术的更新，焊接机器人已具备传感识别功能和离线编成与仿真技术。在这些技术的支撑下，焊接机器人可以实时监测焊接环境防止焊接故障的发生。其次，通过仿真技术可以模拟焊接环境，虚拟调试焊接过程，提高焊接可行性。组建一条机器人焊接生产线可以明显间断产品改型换代的周期，提高生产，即所谓的“柔性化”生产。在使用焊接机器人进行运营生产时只需要一批少数的技术人员即可维持。综上所述，在汽车生产中使用机器人焊接是可行的。32 汽车生产中点焊机器人的研究现状2 汽车生产中点焊机器人的研究现状2.1 汽车生产中点焊机器人的构成

23、汽车生产中点焊机器人主要由机器人本体、控制柜、点焊焊机、点焊焊钳、示教器和PC计算机等组成，以ABB机器人为例（如图2.1）主要有以下组件：图2.1 电焊机器人的构成图 A操纵器（所示为普通型号）B1IRC5控制模块，包含机器人系统的控制电子装置。B2IRC5驱动模块，包含机器人系统的电源电子装置。CRobotWare光盘，包含所有机器人软件。D说明文档光盘E机器人控制器运行的机器人系统软件。系统已通过局域网中的服务器加载到控制器。F安装于PCx上的RobotStudioonlinePC软件。G带Absolute Accuracy选项的系统专用校准数据磁盘。不带此选项的系统所用的校准数据通常随

24、串行测量电路板（SMB）提供。H与控制器连接的FlexPendant，用于执行何时使用FlexPendant和 RobotStudio Online中定义的任务。 J网络服务器。PC K服务器的用途：1.使用计算机和RobotStudioonline手动存储所有RobotWare 软件。2.手动存储通过便携式计算机创建的全部配置系统文件。3.手动存储由便携式计算机和RobotStudioonline安装的所有机器人说明文档。MRobotWare许可密钥。N处理分解器数据和存储校准数据的串行测量板（SMB）。对于不带Absolute Accuracy选项的系统出厂时校准数据存储在SMB上。PC

25、x计算机可能就是上图所示的服务器。除以上组件外，对于点焊机器人还包括焊接时所用的点焊焊钳，这部分将在第4章中作介绍。2.2汽车生产中点焊机器人的应用现状在这飞速发展的高科技时代，全球对点焊机器人的研究和开发正处历史新热潮。美国的NASA和Rockwell国际科学中心合作开发了一套智能化、自适应的焊接系统。德国的KUKA公司开发了一系列具有高柔性化的焊接机器人。7瑞典的ABB公司在全球多个国家拥有生产线，其精确的定位和人性化操作技术使得ABB与中国合作了多年，因此中国汽车制造中很多厂家的生产线上都安装了ABB焊接机器人。日本的FANUC和松下公司所制造的点焊机器人在性能上也处世界先进水平，由于价

26、格相对低廉因此也被国内厂商大量购用。随着我国综合实力的增强，近年来以奇瑞、吉利、比亚迪、长城、一汽、上汽、广汽、北汽、东风、长安等自主品牌为代表的汽车企业纷纷崛起8。国内汽车生产已基本实现机器人自动焊接，但同国外发达国家相比还存在一定差距。一部轿车的制造完成大致需要4000到6000个点焊焊点，而这些焊点大部分是由点焊机器人来完成的，可见在汽车生产中点焊机器人是必不可少的设备。国内的各大汽车制造厂大都是中外合资，由外国提供设备及技术，中国提供劳动力及一些辅助设备，从而实现生产。在汽车生产中已经广泛形成了汽车的装焊生产线。其生产过程主要是多台焊接机器人连同协作，并与焊接工装和夹具配用来实现装配和

27、焊接（如图2.2）。汽车大部分车体是冲压薄板件适合用点焊机器人进行焊接。点焊机器人主要被应用在汽车车身的焊接、车门的焊接、底板的焊接、门窗框的焊接和汽车零部件的焊接等。其中汽车白车身和底板的总成几乎完全由焊接机器人完成。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短图2.2 机器人联合工作站了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨

28、特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.54mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。2.3 汽车生产中焊接机器人的编程应用现状机器人的编程现在主要有在线示教和离线编程两种编程方法9。在线示教就是必须有机器人的参与工作而进行的编程。离线编程主要是针对在线示教时机器人编程焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的

29、运动指令中增大了编程者的工作量而采取完全离线的编程方法。通过运用计算机的图形技术（如：CAD、CAM等）可以实现虚拟仿真，即在计算机上虚构出焊接环境，模拟进行焊接工作，从而达到控制焊接质量的目的10。美国、英国、日本、法国、加拿大等先后对机器人离线编程有不同程度的研究，主要体现在智能化和自动化上，其技术水平处世界领先地位。目前机器人离线编程系统大致可分为三类：商品化通用系统，企业专用系统和大学研究系统。商品化通用系统有：WorkSpace，IGRIP和ROBCAD等；企业专用系统有：德国NIS公司的RoboPlan，日本松下公司的DTPSII和日本NKK公司的NEWBRISTLAN等；大学研究

30、系统有：Loughborough大学的WRAPS等7。瑞典ABB机器人公司开发的RobotStudio和日本的MOTOMAN公司的MotoSim基于Windows系统，用户操作方便。欧洲FUNAC公司和以色列的CompuCraft合作开发了FunacWorks离线编程软件。德国的CLOOS机器人离线编程系统可精确定位实现高精度焊接。国内南京理工大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学等大学先后不同程度对机器人离线编程进行研究7。深圳富士康公司购买了ABB公司的该系统并运用到生产中。首钢莫托曼公司从05年开始研究离线编程技术，以后逐步应用到具体项目之中，通过不断积累经验，完善提高，使这一

31、技术日趋成熟。离线编程技术的理想目标是实现全自动编程，即只需输入工件模形，离线编程系统中的专家系统会自动制定相应的工艺过程，并最终生成整个加工过程的机器人程序11。机器人离线编程已经成为国内外研究的重点，但目前还没有实现完全自动化编程。2.4 汽车生产中点焊机器人的发展趋势 就机器人本身而言未来焊接机器人很可能在机器人操作机结构、机器人控制系统、机器人传感技术、网络通信功能、机器人遥控和监控技术、虚拟机器人技术、多智能体调节技术等方面进行改进。如：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计，机器人向着模块化、可重构方向发展。通过对机器人控制系统的改进来

32、使其模块化从而增进人机友好，最终实现PC机的开放控制。通过改进机器人传感技术实现焊接过程全自动跟踪，以便增强焊接机器人的环境适应能力。在以上技术改进的基础上机器人最终理想目标即是多智能体调控。机器人与机器人之间创建互相通信，通过信息的传递来建模规划计算，从而实现全自动化焊接。从焊接方法来看激光焊接热影响区小，能量集中可焊接多种材料，焊后变形小，适合焊接新兴的高端材料。汽车生产中可以将机器人点焊与激光焊接相结合，实现高效率、高质量焊接。73 课题的主要研究内容和意义3 课题的主要研究内容和意义3.1 课题的主要研究内容本课题是对点焊机器人在汽车生产中的应用特点进行研究分析并结合现有技术提出相应的

33、改进方案和对策。基于目前工厂所广泛采用的方法和技术手段在操作性和协调性上加以改进以实现汽车的柔性化生产。主要内容有：一、 熟悉焊接机器人在汽车工业中的应用概况；二、对汽车生产中点焊机器人焊钳的应用进行分析；三、了解汽车生产中工装及夹具的运用；四、汽车生产中焊接机器人的离线编程学习；五、根据典型汽车车门的点焊进行相应的软件模拟仿真；六、学习理解焊接机器人示教器的运用；具体内容如下：（1） 通过对汽车生产中焊接机器人应用情况的调查，分析近几年有关汽车生产中焊接机器人的文献和书籍来熟悉焊接机器人在汽车生产中的应用。在了解国内外的应用现状后，对比分析国内外存在的差异。（2） 针对汽车生产中点焊机器人焊

34、钳的应用特点和应用场合进行分析。将其与实例相结合通过对比优缺点熟悉选配原则。（3） 在掌握一般工装夹具工作原理的基础上了解汽车生产中所用到的工装夹具的形式及工作特点。学习对汽车各部件焊接时工装夹具的套用，在演示典型产品焊接时有所体现。（4） 学习机器人的编程，重点熟悉机器人的离线编程原理。（5） 通过对ABB公司的ROBOT STUDIO软件的学习掌握基本的编程和电脑模拟仿真。（6） 通过对实验室ABB IRB 1400弧焊机器人示教器的同比学习，熟悉一般机器人的示教器操作步骤及要领。根据焊接实例进行示教器操作练习。（7） 通过对汽车车门机器人点焊工艺和特点的学习研究，针对典型汽车的车门进行机

35、器人点焊工艺设计，并进行相应的模拟仿真。（8） 以一般点焊机代替点焊机器人进行点焊实验，分析实验结果。根据实验分析理出影响机器人点焊焊接质量的因素及提高机器人点焊焊接质量的措施。（9） 学习机器人点焊焊接方法和设备选用。3.2 课题的主要研究意义社会的进步，历史的革新都离不开科技。在当今这飞速发展的中国，来自世界各地的科技先行国无疑给我们带来了巨大的竞争压力。汽车正逐渐在国内普及，但国产汽车通国外相比还存在相当大的差距，因此，汽车生产的革新迫不及待。而焊接又是汽车生产中不可或缺的重要部分，所以对汽车生产中点焊机器人的研究具有促进国产汽车发展的作用。从个人角度讲，通过对汽车生产的学习和探索可以提

36、高自我能力。因此，研究本课题对于即将步入社会进入汽车制造厂的我具有现实意义。具体意义如下：（1） 稳定焊接过程，提高机器人的灵活性。通过在机器手上安装焊钳结合点焊焊接方法有利于实现稳定化焊接，减少人力投入。（2） 通过对机器人点焊焊钳及工装夹具的研究可以为实际生产提供参考依据。（3） 通过将机器人弧焊和机器人点焊路径的对比离线示教及仿真提高机器人焊接的可行性，实现安全焊接，缩短产品初试周期。（4）通过对焊接机器人离线编程的学习研究，可以为将来程序优化奠定基础。（5）进行机器人点焊模拟试验及撕裂实验，对机器人点焊质量进行分析为改善机器人点焊质量奠定基础。同时为实际生产中提供技术参考。94 汽车生

37、产中点焊设备的运用4 汽车生产中点焊设备的运用 4.1 汽车生产中点焊方法和设备的选择点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法（如图4.1）12。根据点焊时电极向焊接区馈电方式，分为双面点焊和单面点焊。同时，又根据在同一个点焊焊接循环中所能形成的焊点数，将其细分为单面单点焊、单面多点焊、双面单点焊、双面多点焊及带衬垫的点焊等。图4.2 移动式点焊机图4.1 点焊原理单面单点焊是两电极放在焊件同一侧，其中一个工作面较大，以减少其电流密度，不形成焊点。单面单点焊通常使用移动式点焊机（配用焊枪），在汽车生产中很少采用。单面多点焊中所有电极均在焊件一侧

38、用多个焊接变压器供电，一个焊接循环同时完成多个焊点。此种方法主要配用固定式多点焊焊机。双面单点焊是将两电极加压于工件的两面通电加热形成焊点。在汽车生产中由于双面单点焊可较少焊件受热面积提高焊接质量而被广泛运用到汽车车身、门窗及汽车零部件的焊接生产中。双面多点焊是将电极并联或串联在不同或相同的变压器上，同时对电极通电完成多个焊点的方法。其生产效率最高，因此被广泛应用于大型工件的大批量生产中。用于汽车车身焊装用的点焊机主要有三类：普通点焊机、多点焊机和点焊机器人13。普通点焊机是适用于各种场合、各类焊接对象的通用点焊设备，也是组成汽车焊装自动化生产线的主要设备。普通点焊机根据机器结构和应用场合的

39、不同又分为移动式点焊机和固定式点焊机；移动式点焊机根据其结构不同，又分为悬挂式点焊机和手提式点焊机。图4.3 固定式点焊机移动式点焊机（图4.2）是汽车车身焊装自动化生产线上完成汽车车身组焊任务的主要设备，适用于焊接结构尺寸大、形状复杂、不便于移动的焊件和大型薄壁结构工件。移动式点焊机中的手提式点焊机将焊接变压器与焊钳制造为一体，没有成本高、阻抗大、笨重的焊接电缆，也有叫做一体化或一体式点焊机的。该类机型与分体式悬挂点焊机比较减轻重量约70 %；借助于平衡器，焊机可在工作空间上任意移动位置，焊机本身也可作垂直或水平任意方向360转动，焊接系统简便轻巧，操作轻便灵活，能实现全位置焊接。产生焊接电

40、流的焊臂及电极采用插接结构安装于主机上，易拆卸易更换，因此，不同形状、不同长度的焊臂及电极可在同一焊机上互换使用。图4.4 点焊机器人固定式点焊（图4.3）机除了在汽车整车厂得到应用外，还大量应用于汽车零部件制造厂14。多点焊机是为焊装特定工件设计、制造的专用焊接设备，其优点是生产效率高，适合大批量单品种生产，适用于焊装结构形状复杂、焊点密集、接头搭边小、操作困难、焊接质量难以保证等因素的工件。其缺点是设备投资多、专用性强，将逐步由焊接机器人和相应工装夹具组合取代。点焊机器人本体如图4.4所示，一般由6关节组成，机器人本体与点焊焊机系统及控制系统等想连接来进行焊接。通过在机器人手臂上安装不同的

41、焊钳可实现汽车各个部件的点焊。其优点主要是焊接时间短焊点质量高，可实现高效率安全生产。点焊机器人的运作是在机器人控制系统中编入程序，由所编写的可执行程序来引导机器人进行动作。通过对机器人程序的改编可以使点焊机器人具有柔性，即所谓的柔性化焊接。随着计算机技术的发展点焊机器人可进行离线编程和3D仿真，只需在PC机上将所需程序编写完成即可在电脑上进行机器人焊接过程的模拟仿真。通过离线编程和仿真可大大减少不必要的焊接辅助工作，同时也保证焊接的可行性和安全性。但由于点焊机器人设备昂贵，因此在汽车生产中一般用于汽车底板和车身总装的焊接。4.2 汽车生产中焊接工装及夹具的应用 4.2.1 汽车生产中焊接工装

42、及夹具的特点汽车装焊与一般的焊装夹具一样，基本结构也是由定位件、夹紧件、导向支架和骨架组成，定位、夹紧的原理和原则也基本一样。但由于汽车焊装构件本身结构形状的特殊性，对于汽车的不同部位的零件必须使用与之对应的焊接工装与夹具，其装焊夹具主要有以下特点：(1) 汽车装焊夹具的结构特点由于汽车本身就是一个外形复杂，拥有多个曲面和孔槽的结构体，因而其焊装夹具结构也相当复杂，体积较庞大。汽车车身的总装夹具一共有三个装配基准：底板、左侧围、右侧围，车身的平面都要求加工上基准槽与坐标线，其定位夹紧的组合单元应严格的按照各自的基准槽来进行转配、检测，最后组合三大部分成一套完整的夹具。对于汽车零部件的焊装夹紧则

43、相对较为简单。由于汽车零部件体积较小且受约束较少，因此对这部分的焊装夹具只需按对应的基准线进行定位夹紧即可。 （2） 汽车焊装夹具的定位特点汽车是一个具有空间曲面，外形复杂的结构件，焊装时按其外形定位诸多，因此定位件的定位表面大多是形面，而且定位元件的布置也具有空间位置特点，定位元件一般是由几个零件所组成的定位器15。焊装夹具在定位的时候要对被焊接的工件分别进行定位，保证其之间没有干扰；其次在固定定位元件的时候要充分的利用每个工件装配的相互因爱关系来进行自然定位支承。汽车焊装构建大多是薄板冲压件构成，刚性小、易变形，因而采用工件表面或形面过定位方式定位，但应尽量减小过定位面的接触面积。对于孔洞

44、较多的结构采用形面和销钉的综合定位元件进行定位。（3） 汽车焊装夹具的夹紧特点由于汽车大部分都是采用薄板冲压件，其刚性小、易变形 ，因而在焊装夹紧时常常采用柔性夹紧。对于面积较大的结构一般采用多项夹紧或者整体夹紧以保证其形状。对于面积较小或结构复杂的部件则采用局部夹紧以简化夹具、节约时间，同时也保证焊枪的可达性。图4.5 四连杆手动夹具1夹紧杆 2手柄杆 3连杆 4支座 5螺杆4.2.2 汽车生产中焊接工装及夹具的分类及应用 汽车生产中焊装夹具一般分为手动夹具和气动夹具两大类14。其中手动夹具是指依靠人力推动夹紧机构来夹紧工件，所用的夹紧器一般为四连杆的自锁机构。气动夹具是指通过压缩空气作为动

45、力来推动气缸工作夹紧工件的夹紧机构。图4.5为典型四连杆手动夹具，用手推动手柄杆带动连杆运动，从而带动夹紧杆对工件进行夹紧，当连杆垂直于夹紧杆时进入自锁状态。在汽车生产中手动夹具主要用于车架、车门、检测和矫正等工序，其主要是由多个四连杆夹具和其他定位元件及卡紧装置所构成。下面列出一些具有代表性的汽车焊装夹具如图4.6。在汽车生产中气动焊装夹具和手动焊装夹具夹紧原理差不多，一般由气缸、夹紧机构和气动元件与管路等三部分组成如图4.7所示16。其工作过程是由供气管道来的压缩空气经分水滤清器调压阀单向阀及配器阀等附件进入气缸从而推动气缸工作。分水滤清器的作用是滤去压缩空气中的污物和水分，以避免零件生锈。调压阀的作用是控制进入气缸的空气压力，并使压力保持稳定，当对气压大小严格要求时，夹具不至于立即松开而造成事故。配器阀的作用是控制进气方向，操纵气缸工作，实现活塞往返运动和带动夹紧机构夹紧工件。aa c 图4.6 工装夹具a汽车车架焊装夹具 b汽车车门焊装夹具 c汽车零部件焊装夹具图4.7 气动夹具1气缸 2连杆 3夹紧杆 4