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[摘 要]介绍焊接机器人在汽车无刷发电机转子总成生产制造中的应用，并对焊接工装和焊接工艺进行探讨。
[关键词]无刷发电机；转子总成；爪极；焊接机器人
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0148-02
焊接是制造业中一项繁重的且对工人健康影响较大的作业之一，是目前工业机器人应用最多的行业，而焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。本文介绍汽车无刷发电机转子总成利用焊接机器人取代手工弧焊的应用，为今后类似课题的解决，提供一些可行的参考方法。
1 无刷发电机转子总成特点
汽车无刷发电机与有刷发电机相比，取消了电刷和滑环，可以避免电刷和滑环可能出现的故障，提高了发电机工作的可靠性和使用寿命。转子总成是发电机切割磁感线的重要部件，它由轴、前极爪、后极爪和连接环组成，见图1。前、后极爪依靠焊接固定在连接环上，连接环采用不导磁的1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。生产制造采用传统手工电
弧焊，焊条、焊件和药皮在高温作用下，产生大量的有害烟尘，严重危害作业人员的健康。此工序不仅工作强度高、对作业人员技能要求更高，且焊件质量不稳定、效率低下，已无法满足企业发展的需求，因此引入新的生产方式已迫在眉睫。
2 机器人焊接的实施
随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人， 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：
1）稳定和提高焊接质量，焊枪不会震动，焊接条件恒定，能得到均匀、漂亮的焊缝；
2）提高劳动生产率；
3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；
4）降低了对工人操作技术的要求；
5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。
因此，在各行各业已得到了广泛的应用，该项目的实施重点在于焊接工装和焊接程序的設计。
2.1 焊接机器人系统组成
电弧焊接机器人主要由以下几部分组成，见图2。
1） 电弧焊机器人
2） 电弧焊用控制器
3） 电弧焊柜
4） 电弧焊用其它装置（焊接电源、送丝机、保护气体供应单元、电缆等）
5） 其它可选装置（清枪器、焊接工装、变位机等）
2.2 焊接工装设计
有了焊接机器人还要有焊接工装才能实现焊接工件的快速装夹和定位，保证焊接质量降低人员的劳动强度。一般来讲，使用工装的最根本目的就是在保证产品零件的质量稳定，满足技术要求的前提下，要达到提高产品零件的生产率，获得较好的经济效益的目的。分析汽车发电机转子爪极的形状结构可知各个爪极均布且为回转体，前、后极爪装配后各个爪极相互错开，且间距要均匀（图3所示），最大限度减少因制造不良转子磁通的泄漏造成性能下降。根据产品特点工装设计方案如图4.1-4.5所示。
具体作业流程为：⑴人工放置前极爪置头架→⑵人工放置后极爪组件到尾座→⑶按键→⑷粗定位销伸出→⑸人工转动后极爪使爪极边靠上粗定位销→⑹按键→⑺定位销缩入→⑻按启动键→⑼尾座靠上头架→⑽后极爪导入头架定位卡块→⑾机器人过来焊接一组位置→⑿头架定位卡块下降→⒀工件旋转一个角度机器人继续焊接，重复N次直至焊完（次数跟爪极的极对数有关）→⒁焊接完成→⒂尾座退开→⒃人工拿出工件。
2.3 焊接程序、焊接工艺的制订
2.3.1焊接工艺分析
分析汽车发电机爪极的形状结构可知各个爪极均布且为回转体，焊接程序可以简化为只焊爪极4个边（图5）为一组，通过伺服电机配合程序循环调用达到转动一圈即可。
2.3.2焊接程序的编制
根据产品特点焊接程序由1个主程序加3个子程序组成，主程序“a703”负责循环重复调用子程序，3个子程序由焊接路径程序“1703”、旋转角度程序“a6”、和位置归零程序“a00”组成，见图6。
其中“a703”为主程序名，“1703”为焊接路径程序，“a6”为伺服电机旋转角度程序，“a00”为伺服电机归零程序。主程序如表1所示，其余程序不在此详述。
2.3.3焊接工艺参数的制订
焊接工艺参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称，一个好的焊接工艺是焊接质量的保证。机器人气保焊工艺参数由焊接速度（时间）、焊接电压、焊接电流和保护气体配比组成，对焊接质量的优劣有直接的影响。本厂通过大量测试焊接参数设置成表2效果最佳，飞溅也在可接受的范围。
2.4 焊接分析对比
由于采用了机器人焊接，剔除了人为因素对焊接质量的影响，焊接质量稳定可靠。
手工焊接与机器人焊接对比：
① 生产效率
机器人焊接：1.5分钟/个
手工焊接：2.5分钟/个（工人熟练程度不同有变化）。
② 焊接品质
机器人焊接：焊接位置美观均匀一致性高。
手工焊接：焊道不美观，容易出现虚焊、漏焊等不良现象。
③ 工资成本
机器人焊接：一次性投资，使用寿命最长可达15年以上，每年约2万元。
手工焊接：以一个焊工5000元月薪计算，每年需6万元。
④ 管理成本
机器人焊接：无
手工焊接：各类保险福利以及对工人偷懒、闹情绪等影响造成的品质损失的综合管理成本高
⑤ 稳定性（人员流失率）
机器人焊接：无 手工焊接：社會上愿意从事对身体有伤害的工作的工人越来越难招聘，并且熟练工人的流失率也越来越高。
⑥ 健康和安全（事故率）
机器人焊接：按照保养手册进行保养维护，安全可靠性高。
手工焊接：焊接烟尘和弧光容易对工人造成职业病，为企业留下隐患。
2.5 焊接机器人应用的意义
焊接作为工业“裁缝”，是制造业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，随着人们对健康意识的提升，从事焊接工作的人员也越来越难以招聘。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。目前由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。
焊接机器人应用的意义：
（1）稳定和提高焊接质量焊接过程中焊缝焊接参数都是恒定的，同时减少焊枪抖动等不利因素，保证焊缝的均匀稳定性，提高焊接质量。
（2）提高生产效率焊接机器人可以24h不间断工作，同时随着机械制造技术及自动化技术的发展，机器人焊接效率的提高将更加明显。
（3）降低工人劳动强度，采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。
（4）降低工人操作技术要求焊接机器人的应用，降低了对工人焊接技术的要求，工人只需要对焊接参数进行调整，机器人便可按照指示要求进行工作。
（5）柔性化程度高缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；可实现小批量产品的焊接自动化；机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。
3 结论
通过该项目的实施解决了无刷发电机转子总成生产制造中的工序瓶颈，提高了生产效率。实施该项目后焊缝均匀稳定，焊接质量明显提升。实践证明，机器人自动焊接无刷发电机转子总成这种方案技术可行，工艺先进可靠。
参考文献
[1] 川崎机器人控制器.电弧焊操作手册[Z].2011.
[2] 王启玉，陈志强，于青春.我国焊接机器人的发展现状[J].汽车工艺师，2013 （3）：77-78
[3] 百度百科.焊接机器人.https：//baike.baidu.com/item/%E7%84%8A%E6%8E%A5%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/6027642？fr=aladdin
[关键词]无刷发电机；转子总成；爪极；焊接机器人
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0148-02
焊接是制造业中一项繁重的且对工人健康影响较大的作业之一，是目前工业机器人应用最多的行业，而焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。本文介绍汽车无刷发电机转子总成利用焊接机器人取代手工弧焊的应用，为今后类似课题的解决，提供一些可行的参考方法。
1 无刷发电机转子总成特点
汽车无刷发电机与有刷发电机相比，取消了电刷和滑环，可以避免电刷和滑环可能出现的故障，提高了发电机工作的可靠性和使用寿命。转子总成是发电机切割磁感线的重要部件，它由轴、前极爪、后极爪和连接环组成，见图1。前、后极爪依靠焊接固定在连接环上，连接环采用不导磁的1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。生产制造采用传统手工电
弧焊，焊条、焊件和药皮在高温作用下，产生大量的有害烟尘，严重危害作业人员的健康。此工序不仅工作强度高、对作业人员技能要求更高，且焊件质量不稳定、效率低下，已无法满足企业发展的需求，因此引入新的生产方式已迫在眉睫。
2 机器人焊接的实施
随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人， 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：
1）稳定和提高焊接质量，焊枪不会震动，焊接条件恒定，能得到均匀、漂亮的焊缝；
2）提高劳动生产率；
3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；
4）降低了对工人操作技术的要求；
5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。
因此，在各行各业已得到了广泛的应用，该项目的实施重点在于焊接工装和焊接程序的設计。
2.1 焊接机器人系统组成
电弧焊接机器人主要由以下几部分组成，见图2。
1） 电弧焊机器人
2） 电弧焊用控制器
3） 电弧焊柜
4） 电弧焊用其它装置（焊接电源、送丝机、保护气体供应单元、电缆等）
5） 其它可选装置（清枪器、焊接工装、变位机等）
2.2 焊接工装设计
有了焊接机器人还要有焊接工装才能实现焊接工件的快速装夹和定位，保证焊接质量降低人员的劳动强度。一般来讲，使用工装的最根本目的就是在保证产品零件的质量稳定，满足技术要求的前提下，要达到提高产品零件的生产率，获得较好的经济效益的目的。分析汽车发电机转子爪极的形状结构可知各个爪极均布且为回转体，前、后极爪装配后各个爪极相互错开，且间距要均匀（图3所示），最大限度减少因制造不良转子磁通的泄漏造成性能下降。根据产品特点工装设计方案如图4.1-4.5所示。
具体作业流程为：⑴人工放置前极爪置头架→⑵人工放置后极爪组件到尾座→⑶按键→⑷粗定位销伸出→⑸人工转动后极爪使爪极边靠上粗定位销→⑹按键→⑺定位销缩入→⑻按启动键→⑼尾座靠上头架→⑽后极爪导入头架定位卡块→⑾机器人过来焊接一组位置→⑿头架定位卡块下降→⒀工件旋转一个角度机器人继续焊接，重复N次直至焊完（次数跟爪极的极对数有关）→⒁焊接完成→⒂尾座退开→⒃人工拿出工件。
2.3 焊接程序、焊接工艺的制订
2.3.1焊接工艺分析
分析汽车发电机爪极的形状结构可知各个爪极均布且为回转体，焊接程序可以简化为只焊爪极4个边（图5）为一组，通过伺服电机配合程序循环调用达到转动一圈即可。
2.3.2焊接程序的编制
根据产品特点焊接程序由1个主程序加3个子程序组成，主程序“a703”负责循环重复调用子程序，3个子程序由焊接路径程序“1703”、旋转角度程序“a6”、和位置归零程序“a00”组成，见图6。
其中“a703”为主程序名，“1703”为焊接路径程序，“a6”为伺服电机旋转角度程序，“a00”为伺服电机归零程序。主程序如表1所示，其余程序不在此详述。
2.3.3焊接工艺参数的制订
焊接工艺参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称，一个好的焊接工艺是焊接质量的保证。机器人气保焊工艺参数由焊接速度（时间）、焊接电压、焊接电流和保护气体配比组成，对焊接质量的优劣有直接的影响。本厂通过大量测试焊接参数设置成表2效果最佳，飞溅也在可接受的范围。
2.4 焊接分析对比
由于采用了机器人焊接，剔除了人为因素对焊接质量的影响，焊接质量稳定可靠。
手工焊接与机器人焊接对比：
① 生产效率
机器人焊接：1.5分钟/个
手工焊接：2.5分钟/个（工人熟练程度不同有变化）。
② 焊接品质
机器人焊接：焊接位置美观均匀一致性高。
手工焊接：焊道不美观，容易出现虚焊、漏焊等不良现象。
③ 工资成本
机器人焊接：一次性投资，使用寿命最长可达15年以上，每年约2万元。
手工焊接：以一个焊工5000元月薪计算，每年需6万元。
④ 管理成本
机器人焊接：无
手工焊接：各类保险福利以及对工人偷懒、闹情绪等影响造成的品质损失的综合管理成本高
⑤ 稳定性（人员流失率）
机器人焊接：无 手工焊接：社會上愿意从事对身体有伤害的工作的工人越来越难招聘，并且熟练工人的流失率也越来越高。
⑥ 健康和安全（事故率）
机器人焊接：按照保养手册进行保养维护，安全可靠性高。
手工焊接：焊接烟尘和弧光容易对工人造成职业病，为企业留下隐患。
2.5 焊接机器人应用的意义
焊接作为工业“裁缝”，是制造业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，随着人们对健康意识的提升，从事焊接工作的人员也越来越难以招聘。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。目前由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。
焊接机器人应用的意义：
（1）稳定和提高焊接质量焊接过程中焊缝焊接参数都是恒定的，同时减少焊枪抖动等不利因素，保证焊缝的均匀稳定性，提高焊接质量。
（2）提高生产效率焊接机器人可以24h不间断工作，同时随着机械制造技术及自动化技术的发展，机器人焊接效率的提高将更加明显。
（3）降低工人劳动强度，采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。
（4）降低工人操作技术要求焊接机器人的应用，降低了对工人焊接技术的要求，工人只需要对焊接参数进行调整，机器人便可按照指示要求进行工作。
（5）柔性化程度高缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；可实现小批量产品的焊接自动化；机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。
3 结论
通过该项目的实施解决了无刷发电机转子总成生产制造中的工序瓶颈，提高了生产效率。实施该项目后焊缝均匀稳定，焊接质量明显提升。实践证明，机器人自动焊接无刷发电机转子总成这种方案技术可行，工艺先进可靠。
参考文献
[1] 川崎机器人控制器.电弧焊操作手册[Z].2011.
[2] 王启玉，陈志强，于青春.我国焊接机器人的发展现状[J].汽车工艺师，2013 （3）：77-78
[3] 百度百科.焊接机器人.https：//baike.baidu.com/item/%E7%84%8A%E6%8E%A5%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/6027642？fr=aladdin