近年來，我國汽車產業飛速發展，車型更新換代很快，汽車產量和品種迅速增加。為了提高生產效率，不斷提升并穩定產品質量，同時降低工裝投資成本，高柔性的機器人焊接系統在汽車制造業中得到了廣泛的應用。

首鋼莫托曼機器人有限公司（以下簡稱“首鋼莫托曼公司”）以高性能的MOTOMAN弧焊專用機器人為主要技術優勢，其產品及工藝解決方案在轎車車橋、排氣零部件、座椅等零部件弧焊領域被廣泛應用。本文主要介紹首鋼莫托曼公司轎車排氣零部件弧焊方面的應用技術。在排氣系統領域，首鋼莫托曼公司與全球兩大排氣系統供應商FAURECIA和TENNECO緊密協作，不斷推進機器人弧焊技術及其應用的進步。

排氣零部件弧焊工藝要求

排氣系統是汽車排放和消聲的重要部分，主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消及后消等部件組成（見圖1），各個部位的結構特點和焊接要求都不盡一致。

圖1 排氣系統的構成
按照主要功能模塊距離發動機的遠近，排氣系統也可以分為熱端、冷端兩部分。

熱端部分直接連接發動機排氣口，主要包括歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤位置空間緊湊，所以部件外形變化較大，焊縫分布復雜。同時，因其主要功能為凈化尾氣，故焊縫密封性要求高。

冷端部分承接熱端，主要包括中消、后消及掛鉤法蘭等附屬部件。冷端總成通常尺寸較長，焊縫多為小直徑環縫，當后消聲器包為焊接結構時，通常要求壓裝焊接，焊縫量較大。消聲器包進出氣管處焊縫為三層薄板焊接，焊縫成形要求高。

焊接單元的典型布局

排氣零部件機器人焊接單元主要由弧焊機器人、焊接設備、清槍剪絲機構、變位機、焊接夾具、安全防護系統、電氣控制系統、工件檢測設備及物流系統等組成。按照不同種類工件的外形及其焊接特性，焊接單元的工藝布局有多種形式。

對于各種排氣零部件，焊接單元的典型布局如下：

1.彎管類歧管焊接單元布局

彎管類歧管的焊縫空間分布較復雜，需要使用兩臺機器人協調焊接或應用雙軸變位機取得合適的焊接姿態。歧管及其焊接單元布局如圖2。

圖2 彎管類歧管焊接單元布局
2.沖壓半殼類歧管、凈化器和波紋管的焊接單元布局

沖壓半殼類歧管的焊縫主要分布在半殼一側的弧面上，應用單軸變位機即可達到合適的焊接位置。此類工件與凈化器、波紋管等尺寸小且焊縫分布單一的工件一起，可使用單座單軸變位機雙工位布局（見圖3）。

圖3 半殼類岐管焊接單元的單座單軸變位機雙工位布局
3.熱端總成焊接單元布局

熱端工件是由歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器和掛鉤法蘭等分總成工件焊接在一起的總成工件，是轎車排氣零部件焊接工件中最復雜的一種，通常需分為3～4道工序焊接完成，需采用多道工序夾具分布在單個機器人焊接單元內的緊湊型布局（見圖4）。當產量需求較大時，可以用多個機器人焊接單元組成U型線，優化物流。

圖4 熱端總成焊接的多工位緊湊型布局
4.半殼類消聲器大包焊接單元布局

半殼類消聲器大包在焊接過程中需要加壓到80kN以上，需要使用可安裝液壓模具的特殊雙軸變位機實現焊接工藝，其布局如圖5所示。

圖5 半殼類消聲器大包的焊接工藝布局
5.冷端總成焊接單元布局

排氣系統冷端總成工件通常由法蘭、進出氣管、消聲器大包、掛鉤支架等部件焊接組成。按排量大小分為單、雙系統兩種形式（見圖6）。

圖6 排氣系統冷端總成
冷端總成工件的長度通常為2～3m，焊接單元常用布局為立式翻轉三軸變位和水平回轉三軸變位兩種（見圖7）。雙系統冷端總成焊縫分布范圍較大，更適用于水平回轉三軸變位布局。

圖7 立式翻轉三軸變位焊接單元布局（左）和水平回轉三軸變位焊接單元布局（右）
便捷的夾具快換

便捷的夾具快換可大大提高焊接系統的設備利用率，使用戶可以根據需求隨時調整生產，減少重復性投資和設備閑置。同時，利用夾具快換功能，還可實現在新產品試制和小批量生產階段先投夾具，在現有機器人焊接線上生產，批量生產階段前再建新的焊接線。

首鋼莫托曼公司在大量的機器人焊接系統應用項目中總結并作為標準固定了幾種夾具快換方式。

1.整根夾具梁快換的設計和快換方式

夾具梁和變位機間的快換連接：夾具兩側安裝定位銷，變位機法蘭一側采用定位銷套，另一側采用鍵槽的定位方式。連接時，夾具兩側的定位銷依靠重力插入銷套和鍵槽中定位，連接板兩側的翻轉螺釘壓緊連接板。這種快換結構（見圖8）簡便可靠，定位重復性效果好，已經成為通用快換結構標準。

圖8 夾具梁和變位機間的快換結構
夾具重量通常為200～400kg，要想快捷省力地更換夾具，就需要使用輔助工裝來升降和移動夾具。單梁夾具的輔助工裝可以使用液壓堆高叉車改造，在叉車上加裝夾具梁鎖緊結構防止夾具側翻，或者在夾具梁上安裝可快速拆換的叉車靴套。

2.小件夾具及部件快換的設計和快換方式

當單根夾具梁上夾具的互換性高時，可以使用標準快換式夾具梁（見圖9）。此時夾具梁上的定位銷按標準尺寸分布，小件夾具可用其底板上的標準尺寸定位套與梁配合定位，使用開口快換墊圈快速夾緊。當夾具需要更換部件以適應不同型號的工件在同一套夾具上生產時，也可使用同樣的結構。

圖9 標準快換式夾具梁
小件夾具或快換的部件人工更換時重量要控制在20kg左右，否則需要專用輔助工裝。部件更換時，氣缸與閥間的氣管可通過多路快換接頭拆開，閥留在夾具梁上，供替換夾具重復使用。電控線纜連接采用多針航空插頭斷開。

應用上述快換結構，單套夾具更換時間可控制在10min內，可大大提高機器人焊接系統的整體生產效率。