弧焊机器人系统是机器人技术、弧焊技术和系统工程技术的综合产物。随着技术的不断进步，机器人系统在安全性、柔性生产和高效生产方面得到了完美的体现。近年来，随着国民经济的快速发展，机器人技术作为国家现代化的标志，得到了越来越多的应用。首钢摩托人机器人有限公司(以下简称“首钢摩托人”)经过多年的努力，在机器人系统方面积累了丰富的经验，尤其是在弧焊方面，使其在实际生产中得到了很好的应用(见图1)。以汽车排气件的生产为例，简要介绍了首钢Motorman弧焊机器人系统的功能和特点。图1弧焊机器人工作现场弧焊工艺分类排气系统是排气消声的重要组成部分，主要由歧管、催化净化器、波纹管、抑制和后抑制组成。主要作用是将发动机燃烧过程中产生的废气从多个气缸中收集起来，通过催化净化器净化，消声后再引至车尾排放。其整体结构如图2所示。(1-歧管2-催化净化器3-波纹管4-中消5-后消)图2排气系统的组成根据主要功能模块与发动机的距离，排气系统可分为热端和冷端两部分。热部分直接连接发动机排气口，主要包括歧管、净化器、风箱、二次净化器、挂钩法兰等附件。由于底盘位置紧凑，其部件外观变化较大，焊缝分布复杂。同时，由于其主要功能是净化尾气，焊缝的密封性要求较高。冷端部分接收热端，主要包括散热、余热排出、挂钩法兰等辅助部分。组件的冷端通常尺寸较长，焊缝多为小直径环缝。尾部消声包为焊接结构时，通常需要压装焊接，焊缝较大。消声器进排气管的焊缝由三层薄板焊接而成，对焊缝成形要求高。焊接单元机器人典型布局排气件焊接单元主要由弧焊机器人、焊接设备、清枪和线切割机构、定位器、焊接夹具、安全保护系统、电气控制系统、工件检测设备和物流系统组成。根据不同种类工件的焊接特点，布局形式主要有以下几种：1 .弯管管汇焊接装置的布置。弯管管汇焊缝空间分布复杂，需要使用两台机器人协调焊接或使用两轴变位机获得合适的焊接姿态。其布局如图3和图4所示。图3双机协调焊接布局下页图4双轴定位器布局2。冲压半壳歧管、净化器和波纹管的焊接单元布局。冲压半壳歧管的焊缝主要分布在半壳一侧的弧面上，使用单轴定位器可以达到合适的焊接位置。这类工件与净化器、波纹管等尺寸较小、单焊缝分布的工件一起，可以使用单座单轴变位机的双位布局(见图5)。图5单座单轴定位器3的双工位布局。热端组件焊接装置的布局。热端工件是由管汇、净化器、波纹管、二次净化器、挂钩法兰等装配工件焊接而成的装配工件。是汽车排气件最复杂的焊接工件，通常需要分3 ~ 4道工序焊接。紧凑布局，多工艺夹具分布在单个机器人焊接单元中。当产量需求较大时，可以使用多个机器人焊接单元组成U型线，优化物流。4.半壳消声器大包装焊接单元布置图。焊接时，半壳消声器的大包装需要加压80kN以上，需要使用专用的双轴定位器，可以安装液压模具实现焊接。布局如图6所示。图6半壳消声器5大包装布局。冷端组件焊接单元的布局。排气系统冷端组件的工件通常由fla
系统双冷端组件焊缝分布范围广，更适合水平旋转3轴位移布局。图7垂直翻转三轴位移焊接机组布局nextpage图8水平旋转三轴位移焊接机组布局系统特点首钢Motoman机器人有限公司依托日本安川电机公司MOTOMAN弧焊机器人的技术优势，与全球排气系统两大供应商佛吉亚、天纳克紧密合作，不断引进最新技术的高品质机器人弧焊焊丝和排气零件焊接设备，具有技术先进、系统安全可靠、快换性能强的特点。1.技术优势：日本安川电机公司于2001年底研发并推出世界上第一台弧焊专用机器人MOTOMAN-EA1400，并于2002年在中国销售。EA1400机器人将焊炬电缆和焊炬内置于机械臂中，避免了焊炬电缆和焊炬与周围物体的相互干扰，使机器人示教过程更加简单，大大增强了焊炬的可达性。机器人一经发射，就被迅速安置在汽车车轴、消声器等处。
气系统零部件以及座椅骨架等焊接领域受到了好评。多家焊枪生产企业都为该机器人研制了专用焊枪。目前除了空冷焊枪和伺服焊枪进行焊接以外，还可以使用水冷焊枪实现较高电流的连续焊接。2007年初，MOTOMAN-SSA2000型机器人问市。SSA2000在保持EA1400结构优势的基础上大幅提高了轴动作速度，单轴速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成为世界最快的弧焊机器人之一。
2008年底，安川公司又推出了新一代机器人控制器DX100，同时将SSA2000机器人进化为世界第一台7轴弧焊专用机器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在传统工业机器人第一俯仰臂上增加了1个回转关节，具有冗余的自由度，使机器人本体的机动性和可达性提升到了前所未有的高度。在保持同一焊枪角度的情况下，其他手臂可以自由地采用多种姿态。焊接过程中不会因为本体和夹具的干涉而改变焊枪和工件的夹角。新的7轴机器人为焊接工装设计、生产空间布局以及焊接姿态优化增加了更多的优化空间。
MOTOMAN机器人不断推出的领先技术，使其目前稳居弧焊机器人世界年销售量首位，是首钢莫托曼在轿车排气零部件焊接领域广泛应用的技术基础。
2. 可靠的安全性能
机器人自动焊接技术为汽车制造业带来劳动条件改善、生产能力可控、生产效率更高和产品质量有保证等优点的同时，也存在着不可忽视的安全隐患。弧光辐射、有害气体污染、操作机本体碰撞、变位机动作、夹具压手等诸多因素对操作工的伤害都时有发生。
首钢莫托曼设计制造的排气零部件机器人弧焊系统在以下几方面制订了严格的安全标准，为用户提供了安全可靠的应用系统。
（1）操作区域的安全防护设计。操作区域与工作维护区域是否完全隔离，是判断安全防护空间是否安全的重要指标。安全围栏的设计中严格要求操作工无法从操作安全区域直接进入到工作维护区域。安全围栏与地面间缝隙小于180mm，确保维护人员只能从维护门进入工作维护区域。此外，操作工进出操作安全区域处设还设置了光栅保护。当操作安全区域范围可允许操作工停留时，必须设区域扫描传感器保护。在操作工的正常操作安全区域与机器人的动作范围重合时，必须在机器人本体的水平第一轴处增设原点检测传感器。
（2）夹具的防夹手安全设计。在常用的气动夹具操作顺序中，操作工需要安装完一个零件后，按一个按钮使气缸夹紧，此操作过程中，如将手放在夹具上，容易发生手夹伤事故。
为避免此类安全事故，夹具设计中采用了以下方法：操作工进入安全区域时，所有夹具控制电磁阀处于中位排气状态，安装工件散件后，先手动试压紧，将压头按在零件上，所有工件均安装并试压紧后，再双手按动启动按钮。此时电磁阀为气缸供气，使气缸夹紧，检查零件安装夹紧状态，退出操作安全区域，按预约启动钮启动焊接。其中，所有的电磁阀均使用三位五通中位排气型电磁阀，所有夹紧机构采用带手柄可手动自锁压紧式夹紧机构。例如DESTACO 手柄型。此种夹紧机构在断气状态下可实现手动自锁压紧，发现零件状态不合适时，可以再次手动打开。
3. 便捷的夹具快换功能
便捷的夹具快换功能大大提高了设备的利用率，使用户根据需求可以随时调整，减少重复性投资和设备闲置。同时，利用快换功能，还可实现在新产品试制和小批量生产阶段先投夹具，在现有机器人焊接生产线上生产，批量生产阶段前再投新焊接线，有助于提高用户的资金利用率。
首钢莫托曼在大量的应用项目中总结并作为标准固定了以下几种夹具快换方式：
（1） 整根夹具梁快换的设计和快换方式。
夹具两侧安装定位销，变位机法兰一侧采用定位销套，另一侧采用键槽的定位方式。连接时，夹具两侧的定位销依靠重力插入销套和键槽中定位，连接板两侧的翻转螺钉压紧连接板。
（2）小件夹具及部件快换的设计和快换方式。
当单根夹具梁上夹具的互换性高时，可以使用标准快换式夹具梁，此时夹具梁上的定位销按标准尺寸分布，小件夹具可用其底板上的标准尺寸定位套与梁配合定位，使用开口快换垫圈快速夹紧。当夹具需要更换部件以适应不同型号的工件在同一套夹具上生产时，也可使用同样的结构。
应用上述快换结构，单套夹具更换时间可控制在10min以内。
结语
随着弧焊机器人在汽车工业的广泛应用，越来越多的人们对它的优越性也有了更深的了解。现在，其他应用领域对弧焊机器人的需求也越来越多，对弧焊机器人的功能也提出了更多的要求。因此，我们也会加强弧焊机器人系统开发的力度，逐步完善我们的产品，使其在更多的领域发挥其更大的优势。
