近年來，隨著國家經濟的飛速發展，作為國家現代化程度標志的機器人技術也得到了越來越多的應用。經過多年的努力，首鋼莫托曼機器人有限公司（以下簡稱“首鋼莫托曼”）在機器人系統尤其是弧焊方面的技術積累了豐富的經驗，使其在實際生產中得到很好的應用。下面以轎車排氣零部件的生產為例，簡單介紹首鋼莫托曼弧焊機器人系統的功能和特點。

弧焊工藝分類

排氣系統是排放和消聲的重要部分，主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消和后消等部件組成。主要功能是把發動機在燃燒過程中產生的廢氣從多個氣缸內收集、通過催化凈化器凈化并消聲后引到車后排放。其整體結構如圖2所示。

按照主要功能模塊距離發動機的遠近，排氣系統可劃分為熱端和冷端兩部分。

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、二級凈化器以及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤位置空間緊湊，所以其部件外形變化較大，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、后消以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，其焊縫量較大。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、工件檢測設備以及物流系統等組成。按照不同種類工件的焊接特性，其布局形式主要有以下幾種：

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2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。

2. 沖壓半殼類歧管、凈化器和波紋管焊接單元布局

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。此類工件和凈化器、波紋管等尺寸小、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。

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、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3～4道工序焊接完成。

其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。當產量需求大時，可以用多個機器人焊接單元組成U型線，優化物流。

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。其布局如圖6所示。

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。按排量大小需要可分為單、雙系統兩種形式。

冷端總成工件的長度通常為2～3m，常用布局為立式翻轉3軸變位和水平回轉3軸變位兩種。雙系統冷端總成焊縫分布范圍較大，更適用于水平回轉3軸變位布局。

系統特點

首鋼莫托曼機器人有限公司依托日本安川電機MOTOMAN弧焊專用機器人的技術優勢，與全球兩大排氣系統供應商FAURECIA和TENNECO緊密協作，不斷以最新技術推出優質的排氣零部件機器人弧焊線和焊接裝備，使其具有技術領先、系統安全可靠和快換性能強的特點。

1. 技術優勢

日本安川電機于2001年底研制推出了世界上首臺弧焊專用機器人MOTOMAN-EA1400，并于2002年在中國銷售。EA1400機器人將焊槍電纜與焊槍內置在機器人臂中，避免了焊槍電纜和焊槍與周圍物體的相互干擾，使機器人示教過程變得更為簡單，同時大大增強了焊槍的可達性。該機器人一經推出，便迅速在汽車車橋、消音器等排氣系統零部件以及座椅骨架等焊接領域受到了好評。多家焊槍生產企業都為該機器人研制了專用焊槍。目前除了空冷焊槍和伺服焊槍進行焊接以外，還可以使用水冷焊槍實現較高電流的連續焊接。

2007年初，MOTOMAN-SSA2000型機器人問市。SSA2000在保持EA1400結構優勢的基礎上大幅提高了軸動作速度，單軸速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成為世界最快的弧焊機器人之一。

2008年底，安川公司又推出了新一代機器人控制器DX100，同時將SSA2000機器人進化為世界第一臺7軸弧焊專用機器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在傳統工業機器人第一俯仰臂上增加了1個回轉關節，具有冗余的自由度，使機器人本體的機動性和可達性提升到了前所未有的高度。在保持同一焊槍角度的情況下，其他手臂可以自由地采用多種姿態。焊接過程中不會因為本體和夾具的干涉而改變焊槍和工件的夾角。新的7軸機器人為焊接工裝設計、生產空間布局以及焊接姿態優化增加了更多的優化空間。

MOTOMAN機器人不斷推出的領先技術，使其目前穩居弧焊機器人世界年銷售量首位，是首鋼莫托曼在轎車排氣零部件焊接領域廣泛應用的技術基礎。

2. 可靠的安全性能

機器人自動焊接技術為汽車制造業帶來勞動條件改善、生產能力可控、生產效率更高和產品質量有保證等優點的同時，也存在著不可忽視的安全隱患。弧光輻射、有害氣體污染、操作機本體碰撞、變位機動作、夾具壓手等諸多因素對操作工的傷害都時有發生。

首鋼莫托曼設計制造的排氣零部件機器人弧焊系統在以下幾方面制訂了嚴格的安全標準，為用戶提供了安全可靠的應用系統。

（1）操作區域的安全防護設計。操作區域與工作維護區域是否完全隔離，是判斷安全防護空間是否安全的重要指標。安全圍欄的設計中嚴格要求操作工無法從操作安全區域直接進入到工作維護區域。安全圍欄與地面間縫隙小于180mm，確保維護人員只能從維護門進入工作維護區域。此外，操作工進出操作安全區域處設還設置了光柵保護。當操作安全區域范圍可允許操作工停留時，必須設區域掃描傳感器保護。在操作工的正常操作安全區域與機器人的動作范圍重合時，必須在機器人本體的水平第一軸處增設原點檢測傳感器。

（2）夾具的防夾手安全設計。在常用的氣動夾具操作順序中，操作工需要安裝完一個零件后，按一個按鈕使氣缸夾緊，此操作過程中，如將手放在夾具上，容易發生手夾傷事故。

為避免此類安全事故，夾具設計中采用了以下方法：操作工進入安全區域時，所有夾具控制電磁閥處于中位排氣狀態，安裝工件散件后，先手動試壓緊，將壓頭按在零件上，所有工件均安裝并試壓緊后，再雙手按動啟動按鈕。此時電磁閥為氣缸供氣，使氣缸夾緊，檢查零件安裝夾緊狀態，退出操作安全區域，按預約啟動鈕啟動焊接。其中，所有的電磁閥均使用三位五通中位排氣型電磁閥，所有夾緊機構采用帶手柄可手動自鎖壓緊式夾緊機構。例如DESTACO 手柄型。此種夾緊機構在斷氣狀態下可實現手動自鎖壓緊，發現零件狀態不合適時，可以再次手動打開。