机器人焊接在三轮摩托车车架上的应用

摘 要：介绍了三轮摩托车车架的结构特点，机器人在三轮摩托车车架上的焊接应用，制订了合理的焊接工艺，并对工装夹具的设计进行改进，应用该机器人焊接工艺，通过在实际生产中的焊接实施，焊接接头力学性能良好，焊接变形可控制到最小范围，产品质量大幅提升，生产效率提高10%。

关键词： 三轮摩托车车架；机器人焊接工艺；工装夹具。

1、三轮摩托车车架的结构特点

三轮摩托车各零部件都直接或间接的装配在车架上，车架是承受载荷的主体，既承受摩托车的静载荷，又承受摩托车运行中的动载荷，因此车架是影响三轮摩托车使用寿命的关键部件之一。

目前，国内载货三轮摩托车一般使用管梁材料焊接车架，诸城车辆厂作为国内三轮摩托车行业的领先者，现以其主导产品山地摩托车来介绍其车架的特点：

该车架主要由矩管和圆管焊合成的纵梁焊合、前竖梁焊合、上横梁焊合、左右支梁焊合焊接成整体构架，车架上平面的平面度误差小于2mm/□1000mm，板簧支架对角线最大偏差不超过2mm，车架上的发动机支架、板簧支架、副簧支架等零件焊接在相应的位置，焊接接头合计有几百处，且不完全对称分布，每一条焊缝的焊接质量直接影响着整个车架的强度和刚度，且车架前半部完全外露，焊缝外观质量要求较高。因此，采用合理的机器人焊接工艺，对车架的焊接质量会有质的改善和提高。

2、焊接工艺性分析

（1）车架结构材料均采用Q235A低碳钢，焊接性好，材料的厚度差异小，在适合的焊接工艺条件下，一般不容易产生气孔和裂纹，不需要再对焊接总成件作特殊处理。

（2）车架是整车的基础载体，其焊缝主要承受车辆行驶过程中的动载作用，车架刚性大，焊后接头存在较大的收缩力，因此必须选用正确的焊接方法及工艺参数，控制焊接变形量。

（3）因整个车架总成是由多条焊缝交织在一起的组合体，焊缝短且分布不规则，焊接加热不均匀且又因补焊时重复加热，焊接接头易产生过热收缩变形而降低接头处的承载能力，因此处理好接头处焊缝的起弧、收弧和衔接，尽量避免补焊，减少重复加热，保证接头的承载强度。

（4）对于车架前竖梁焊合，焊缝分布并非完全对称，尤其是前横梁和内外竖梁焊接，合理安排焊接顺序，尽量采用对称焊，在工件完全压紧的约束状态下，完成整条焊接的焊接，以减少焊接变形。

（5）严格控制工件尺寸公差，保证装配间隙均匀，以减少因工件衔接间隙不均所造成的焊接变形。

（6）工装夹具设计时要考虑在适当的位置增加压紧装置并留有合理装配间隙，处理好车架焊后接头应力与整体变形问题，在满足设计尺寸要求的条件下，接头焊后存在的应力越小越好。

3、机器人车架焊接工艺

机器人焊接工艺已在焊接领域广泛使用，其先进的数字化控制方式，可靠的柔性伺服系统，强大的弧长控制功能，是焊接行业理想的自动焊接系统。应用在三轮摩托车车架上，可实现车架焊接机械化，减少人力资源成本，提高车架承载焊缝的焊接质量，改善工人工作环境，提高摩托车市场竞争力。

（2）工装夹具设计

工装夹具是生产设备中最重要的部分，其设计、制造的优劣直接关系到产品质量的稳定性，也直接关系到操作者操作的便捷程度；在结构设计上应适应人体工程要求，保证操作者顺利的取放件，操作过程不与夹具干涉、焊接操作方便、安全可靠，要有较好的开敞性。

定位基准：工装以前竖梁中心线为基准进行定位块布置，定位基准面表面粗糙度不低于Ra3.2，平面度不低于0.2mm/□1000mm。

工装底板：底板用厚25mm的钢板，并加工翻转焊接的避让口，底部焊接60*60*4的方管进行加固，保证焊接过程中工装夹具的翻转强度；

工装定位及夹紧：采用限位块定位，夹钳夹紧方式固定，定位元件及距焊缝较近的夹紧元件均采用特殊的表面处理，提高其耐磨性能及使用寿命，并能够有效防止焊接飞溅的粘附，保证工件的稳定性；夹具采用电气控制、气动夹紧的方式，夹紧时，采用自锁式的压紧机构，夹紧力足以抑制焊接变形，以有效控制工件的变形量；

（3）工艺实施布局

机器人工作站采用“H”形布局，机器人布置在“H”形布局工位之间。采用一套正装式焊接机器人、2套焊接变位机组合方式的工作站。

该系统由单机器人双工位构成，2个工位能进行预约焊接，焊接工位一焊接时，工位二可装卸工件，如此可将工件装卸时间重叠到焊接时间中，提高了生产效率

设备布局方式：2工位布局；设置半封闭式两面安全遮光围栏。

机器人周边系统：设置清枪装置，程序设定焊枪进行清枪，清枪节拍3-5 s，避免焊枪堵死，造成焊接缺陷；

当焊枪到达清嘴位时，开关检测焊枪是否到位，锁定焊枪后，由电机推动旋转刀片对喷嘴内部粘附的飞溅进行清理。该装置放在机器人的一侧，机器人可以按最舒适的姿态进行清嘴。

（4）焊接实施：操作者按工序装好工件，启动夹紧装置，将所有工件夹紧牢固，按编好的程序启动机器人进行焊接，先焊接连接件的横向焊缝，再焊接纵向焊缝，减少焊缝集中的变形量；因焊缝无飞溅杂渣，均匀美观，不再设打磨工序。

4、结论

由于有机器人合理的焊接工艺和车架焊接夹具的保证，解决了车架前竖梁焊接易变形的难题。通过测试，该车架的制造质量满足了各项技术性能要求，生产效率提高了10%。通过机器人焊接工艺、工装的设计，提高了制造工艺水平，该生产工艺也在同行业得到推广和应用。

作者简介： 黄维忠，（1966- ）男，本科学历，副高级工程师，1988年毕业于山东理工大学机械设计专业主要从事三轮摩托车车辆研究工作。