摘 要：在自动化浪潮下，工业机器人在新时代推动下，迅速迈入高信息化、高智能化、高数字化、高柔性时代，产研一体企业层出不穷。工业机器人行业中KUAU、AB、FANUC、YASKAWA机器人依旧在国内业内备受关注的四大类工业机器人。针对公司内传统翼子板手工焊接分散式工作站，展示出不便于零件运输、管理、运行效率低。设计基于应用自主研发SGMW-220机器人、商科焊接控制器、发信修模器、发信水单元、伺服焊枪、安全光幕、罗克韦尔可编程控制器组成控制系统，建立柔性翼子板焊接工作站。利用离线编程功能对SGMW-220机器人建立工作站生产模式虚拟仿真环境进行动态模拟，有效合理分配柔性工装拼台位置、生产节拍、人工上件工位的人机工程问题等等，工作站设计Auto、Manual、Maintain、TryoutMode以及Bypass功能等。

關键词：SGMW自主研发机器人 辅助设备 离线编程仿真

Abstract：Under the wave of automation， driven by the new era， industrial robots have rapidly entered the era of high informatization， high intelligence， high digitization and high flexibility， and enterprises integrating production and research emerge one after another. In the industrial robot industry， KUAU， AB， FANUC and Yaskawa robots are still the four categories of industrial robots that have attracted much attention in the domestic industry. Aiming at the traditional manual welding decentralized workstation of fender in the company， the article shows that it is not convenient for parts transportation， management and low operation efficiency. The control system is designed based on the application of self-developed sgmw-220 robot， commercial welding controller， sending mold repair device， sending water unit， servo welding gun， safety light curtain and rockwell programmable controller， and the flexible fender welding workstation is established. The off-line programming function is used to dynamically simulate the virtual simulation environment of workstation production mode established by sgmw-220 robot， effectively and reasonably allocate the position of flexible tooling assembly table， production beat， ergonomic problems of manual loading station， etc. The workstation is designed with Auto、Manual、Maintain、TryoutMode and Bypass functions.

Key words：SGMW self-developed robot， auxiliary equipment， off-line programming and simulation

汽车行业形状随着汽车行业消费市场升级，以及产品多元化的汽车消费终端市场新车型层出不穷、款式时尚新颖、活力无限、个性化强，终端产品给消费者多一个选择性，在汽车产业链中制造设备也随着更新迭代，通过优化改善升级制造设备助力汽车快速响应市场变化。从单一性制造设备单元到复杂柔性制造系统。快速形成强有力的制造力、响应力，完成新一代的市场需求。

1 工作站硬件连接介绍、上位控制系统原理

点焊机器人工作站属于智能制造系统主体以焊接机器人为主集成度高、柔性化高、多种辅助设备组成的工作站，根据项目成本原因设计集中式生产满足多种车身生产，同时满足少人化、高节拍、人机工程合理。工作站网络结构由Ethernet TCP/IP组成网络构架如下图所示。

工作站分别设计人工上件工位四个，及四个柔性工装夹具拼台。根据排产计划进行柔性生产车型，通过PLC控制采集不同拼台状态及设定车型，调用不同的程序车型快速实现柔性车型焊接，此设计从手工作业模式转变到自动化生产模式不仅提高设备利用率高、高柔性化、高自动化、少人化一体式工作站。

2 工作站硬件设备

2.1 机器人

智能制造领域，机器人控制系统核心技术被国外垄断情况，国内机器人不断更新换代升级系统控制算法完成自主一套核心控制系统。工作站选用SGMW自主研发六轴自由度工业机器人，采用了伺服闭环控制驱动系统重复定位精度在±0.11mm，每个轴工作范围速度均在120°/s，腕部最大负载为220 Kg，臂长2666mm机器人柔性灵活空间大，适用到后期不断增加新车型兼容性大。

2.2 焊接控制器

工作站采用国产天津商科电阻焊控制器，三相交流50/60Hz电源输入，经整流、滤波变成平滑的输出焊接直流电、焊接效果好同时更加稳定高效。控制器应用Ethernet TCP/IP网络通讯协议实现联网功能，同时能快速修改焊接工艺参数、递增器数据、在线监控焊接电流、控制器逆变主板参数设置备份，控制器面板提供直观可量化的数据目视功能，同时提供了PHA监控功能焊接段导通比，有效发现电极帽无电流导致零件未焊接状态，造成质量问题逃逸。

2.3 水单元

WeldSaver水单元控制冷却水流量及保障电极帽温度正常，确保了冷却水带走电极帽焊接时产生的热量，同时水泵未开和冷却水不足时保护设备避免故障停机。当冷却水不足时会导致焊接零件出现脱焊、虚焊质量问题发生。

2.4 柔性管线包

工作站采用莱尼柔性管线包，管线包主要作用防护线缆及连接机器人末端设备如快换装置、抓手、伺服焊枪设备等。莱尼管线包采用高柔性线缆满足工作站高效率高柔性性能要求，安装快捷维护简单，外观整洁，伸缩机构灵活，波纹管保护性好材料轻盈耐磨寿命长优势，机器人在复杂的工作姿态与高速运转中有效起到保护线缆作用。

2.5 伺服焊枪

根据工作站焊接材质和零件板厚，零件的形状和焊点在零件上的位置，工装夹具位置分布及高效率生产、高柔性条件下采用整体式X型伺服焊枪。伺服电机高性能可控扭力控制力度均匀，位置能随时变化，可更好的控制重复精度，从而提高了焊接质量。

2.6 电极帽修磨器

工作站采用发信修磨器，通过DeviceNet网络结构模式，数字信号有效自动控制修磨器电机旋转、吹气系统。修磨器刀座兼容性强同时能兼容单刃、双刃及三刃刀片，此采用三刃式刀片具有良好的切削能力及排屑系统和铜屑收集系统、吹气系统、电机旋转检测系统，修磨器电机转速稳定性好，刀片更换简易便捷寿命长同时焊枪修磨压力200daN。

3 工作站动作逻辑与工艺流程

3.1 PLC程序逻辑要求

（1）操作站选定生产车型PLC采集数据与拼台夹具进行匹配，当车型选择错误无法读取当前车型，指示灯红色快速闪报警提示。（2）柔性工装拼台夹具需要与生产车型相匹配。（3）拼台检测感应器需有效检测当前零件状态，感应器检测错误PLC无法采集数据拼台当前状态发送给机器人。（4）PLC控制远程模块报警无法采集现场平台夹具应报警提示。

3.2 机器人动作顺序

（1）机器人接收到PLC输出的PNS数字信号，并机器人收到PNS Strobe此信号机器人调用工作程序，反馈接收的PNS数字信号PLC。（2）机器人工作完成后进行执行CAP-WEAR电极帽损耗补偿程序，消除电极帽氧化产生质量问题。（3）机器人电极帽修磨次数递增至最大设定值，机器人执行换帽动作。（详细动作分解如标题5展现）

3.3 人工工位操作如下

（1）人工把翼子板零件安装在对应车型拼台，人员退到安全区域操作站按下光栅复位按钮，再按下上件完成，自动状态下关闭拼台气缸夹具。（2）拼台夹具关闭完成，拼台夹具气缸感应器检测到位及拼台零件感应器进行防错检测完成机器人收到对应的车型进行柔性焊接工作。（3）机器人焊接工艺完成，拼台夹具自动打开完成，如操作站指示灯绿灯常亮提示员工可进行下一步动作步骤。

4 工作站仿真可行性

采用离线仿真技术模拟机器人实际工作环境，防止机器人运动过程中碰撞损坏其他辅助设备，解决再现示教难度大并节省调试时间，验证工装夹具位置合理性、优化伺服焊枪选型、机器人位置可达性及运行轨迹合理性，不断优化路径及指令保证高精度生产，均衡生产节拍。通过仿真技术降低设计周期，有效提升现场调试阶段时间优化。

5 工作站机器人伺服焊枪自动修磨原理

汽车行业中白车身车间广泛应用到点焊工艺，伺服焊枪上下电极杆施加压力电极帽与零件贴合，焊机控制器输出焊接电流，零件之间存在电阻，电流产生热量使零件融合一起。电极帽焊接过程流过大电流使铜制电极帽损耗，伺服焊枪压力和电流热量工况中电极帽端面与零部件接触面累积性变化，电流流过零部件密度量发生变化，焊点核心减少，导致零件出现脱焊、虚焊、焊不牢等质量问题。通过焊接控制器计数焊点次数到达预设值焊接控制器发出修磨请求信号，机器人接受到信号，反馈PLC判断完成逻辑条件机器人自动执行自动修磨程序，从而满足质量要求，保证铜制电极帽维持在边界样板标准范围。流程下图所示。

6 工作站的柔性精益生产

6.1 生产批量大车型、切换频次减少

工作站设计四工位，两工位定位生产订单量大的车型通过大批量生产车型连续性，减少切换频次，高生产效率。并可根据每季度生产计划进行調整产品生产的需求来进行切换，减少切换频次，避免了设备停机、停线问题消除损耗时间，降低成本。同时设备变化点少、保证了设备故障率稳定从而实现精益生产准则。

6.2 生产批量小车型、快速切换

工作站设计另两个工位针对单一产品量小车型，多品种车型量小或备件、下线类型的品种零件，组成柔性生产系统。通过切换工装夹具可快速响应切换车型实现产能变化及物料变化，应变能力强。

7 结语

（1）集中式生产工作站提升焊接效率及降低设备占地空间，自动化程度高，操作简单，工作站人机交互功能简单易懂，减少人机工程安全风险，保证零件质量稳定输出，具有良好的收益成果推广至其他基地应用此工作站。（2）通过可编程控制器及SGMW-220机器人组成柔性生产系统，实现了“分散式焊接模式”转化到“柔性智能制造工作单元”模块化生产模式，提高设备利用率实现高柔性化、少人化、高自动化工作站。

参考文献：

[1]孙文彬.点焊机器人工作站在轿车悬架横梁制造中的应用，电焊机，2003年2月.

[2]方健.国产机器人在汽车焊接生产线的应用，人工智能与机器人，2020年第05期.

作者简介

谢志新：（1995.08—），男，汉族，广西人，本科。研究方向：工业机器人应用。