一、项目背景

汽车排气系统零部件各个部位的结构特点和焊接要求都不尽一致，按照不同种类工件的外形及其焊接特性，焊接单元的工艺布局有多种形式。

近年来，我国汽车产业飞速发展，车型更新换代很快，汽车产量和品种迅速增加。为了提高生产效率，不断提升并稳定产品质量，同时降低工装投资成本，高柔性的机器人焊接系统在汽车制造业中得到了广泛的应用。

客户痛点

客户是山东一家汽车配件企业，主要的产品是汽车排气管。目前是人工在焊接，采用的气保焊，一个月20几个人能焊接几千个；现在想引进自动化设备代替人工，实现设备自动找焊缝。

二、实施方案

方案描述

排气系统是汽车排放和消声的重要部分，主要由歧管、催化净化器、波纹管、中消及后消等部件组成，各个部位的结构特点和焊接要求都不尽一致。按照主要功能模块距离发动机的远近，排气系统也可以分为热端、冷端两部分。

1、热端部分

热端工件是由歧管、净化器、波纹管、二级净化器和挂钩法兰等分总成工件焊接在一起的总成工件，是轿车排气零部件焊接工件中最复杂的一种，通常需分为3～4道工序焊接完成，将采用多道工序夹具分布在单个机器人焊接单元内的紧凑型布局。当产量需求较大时，可以用多个机器人焊接单元组成U型线，优化物流。

半壳类消声器大包在焊接过程中需要加压到80kN以上，需要使用可安装液压模具的特殊双轴变位机实现焊接工艺。

2、冷端部分

冷端部分承接热端，主要包括中消、后消及挂钩法兰等附属部件。冷端总成通常尺寸较长，焊缝多为小直径环缝，当后消声器包为焊接结构时，通常要求压装焊接，焊缝量较大。消声器包进出气管处焊缝为三层薄板焊接，焊缝成形要求高。

排气零部件机器人焊接单元主要由弧焊机器人、焊接设备、清枪剪丝机构、变位机、焊接夹具、安全防护系统、电气控制系统、工件检测设备及物流系统等组成。按照不同种类工件的外形及其焊接特性，焊接单元的工艺布局有多种形式。

弯管类歧管的焊缝空间分布较复杂，将使用两台机器人协调焊接或应用双轴变位机取得合适的焊接姿态。冲压半壳类歧管的焊缝主要分布在半壳一侧的弧面上，应用单轴变位机即可达到合适的焊接位置。此类工件与净化器、波纹管等尺寸小且焊缝分布单一的工件一起，可使用单座单轴变位机双工位布局。

排气系统冷端总成工件通常由法兰、进出气管、消声器大包、挂钩支架等部件焊接组成。按排量大小分为单、双系统两种形式。冷端总成工件的长度通常为2～3m，焊接单元常用布局为立式翻转三轴变位和水平回转三轴变位两种。双系统冷端总成焊缝分布范围较大，更适用于水平回转三轴变位布局。

便捷的夹具快换可大大提高焊接系统的设备利用率，使用户可以根据需求随时调整生产，减少重复性投资和设备闲置。同时，利用夹具快换功能，还可实现在新产品试制和小批量生产阶段先投夹具，在现有机器人焊接线上生产，批量生产阶段前再建新的焊接线。

（1）整根夹具梁快换的设计和快换方式

夹具梁和变位机间的快换连接：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。这种快换结构简便可靠，定位重复性效果好，已经成为通用快换结构标准。

夹具重量通常为200～400kg，要想快捷省力地更换夹具，就需要使用辅助工装来升降和移动夹具。单梁夹具的辅助工装可以使用液压堆高叉车改造，在叉车上加装夹具梁锁紧结构防止夹具侧翻，或者在夹具梁上安装可快速拆换的叉车靴套。

（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。

小件夹具或快换的部件人工更换时重量要控制在20kg左右，否则需要专用辅助工装。部件更换时，气缸与阀间的气管可通过多路快换接头拆开，阀留在夹具梁上，供替换夹具重复使用。电控线缆连接采用多针航空插头断开。

应用上述快换结构，单套夹具更换时间可控制在10分钟内，可大大提高机器人焊接系统的整体生产效率。

三、方案效果

橙色云提供的汽车排气管自动焊接机械手设备方案，极大地提高了该企业的生产效率。自动化代替大部分人力，工厂由原来的22个人，变成引进设备后的4个人，不仅为工厂的自动化升级起到了推动作用，焊接质量也直线上升，且能确保标准化。整体效益明显好转。