梁為國(guó)，李榮軍

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州545007）

隨著柳工的快速發(fā)展，裝載機(jī)銷量已經(jīng)連續(xù)多年居中國(guó)首位，但是，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，有的國(guó)內(nèi)裝載機(jī)焊接生產(chǎn)線還是沿用半自動(dòng)焊或手工焊作業(yè)，很大程度上制約著裝載機(jī)制造的發(fā)展。因此，發(fā)展和掌握更高的焊接機(jī)器人技術(shù)就可以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的、用來(lái)搬運(yùn)物料、零件、工具的機(jī)械手，可進(jìn)行弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、噴漆、檢測(cè)、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)，機(jī)器人焊接（圖1）由于具有安全、快速、方便、變形小等特性被機(jī)械制造企業(yè)廣泛使用。在柳工結(jié)構(gòu)件廠，從1992年第一次使用IGM焊接機(jī)器人（圖2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的焊接生產(chǎn)，到現(xiàn)在的唐山開元焊接機(jī)器人系統(tǒng)作業(yè)，焊接機(jī)器人已使結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量大大提升，并且在員工保護(hù)方面，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了焊工職業(yè)健康的危害。

圖1 機(jī)器人焊接

圖2 IGM焊接機(jī)器人

1 前車架焊接特點(diǎn)（問(wèn)題描述）

前車架（圖3）都是由鋼板焊接而成的組合結(jié)構(gòu)，焊接量較大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接尺寸大小不等，容易發(fā)生焊接變形，控制前車架制造質(zhì)量的關(guān)鍵，在于焊縫成型和焊接變形。這就對(duì)車架的生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求，催生了焊接機(jī)器人在柳工生產(chǎn)制造中深入廣泛的應(yīng)用。雖說(shuō)焊接機(jī)器人在車架生產(chǎn)制造中得到廣泛應(yīng)用，焊接質(zhì)量與半自動(dòng)焊和手工焊對(duì)比得到了極大的改善，而且有效提高了生產(chǎn)效率，但目前焊接機(jī)器人在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用仍有諸多問(wèn)題有待解決，經(jīng)過(guò)以下對(duì)原前車架焊接生產(chǎn)線中唐山開元焊接機(jī)器人存在的問(wèn)題進(jìn)行工藝優(yōu)化和新技術(shù)的應(yīng)用，減少了機(jī)器人工位的生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，編寫的程序能有效的進(jìn)行焊接作業(yè)順序優(yōu)化。

圖3 前車架結(jié)構(gòu)圖

2 原因分析與工藝優(yōu)化

（1）問(wèn)題1：焊縫接頭多、變位機(jī)翻轉(zhuǎn)次數(shù)過(guò)多，焊縫的外觀（起弧和收尾）沒(méi)有得到很好處理，手工補(bǔ)焊的外觀一致性也較差。

原因分析：編程沒(méi)有經(jīng)過(guò)有效的驗(yàn)證對(duì)比，編制程序過(guò)程中一步到位，在機(jī)器人驗(yàn)證過(guò)程中沒(méi)有持續(xù)改進(jìn)程序，沒(méi)有形成一個(gè)良好的程序。

焊接程序優(yōu)化：與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，考慮機(jī)器人變位機(jī)的定位和裝夾部位，在設(shè)計(jì)時(shí)避免在焊槍沒(méi)有干涉的結(jié)構(gòu)下，提高機(jī)器人焊接可達(dá)率，經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比，最后優(yōu)化程序，最后實(shí)現(xiàn)了焊縫數(shù)量、焊縫接頭、工裝翻身次數(shù)的減少，焊后達(dá)到了焊縫方向和焊縫外觀的統(tǒng)一（見圖4）[1]。

圖4 焊接程序優(yōu)化后的焊縫

（2）問(wèn)題2：起始點(diǎn)檢測(cè)報(bào)警平均次數(shù)過(guò)多和出現(xiàn)焊接跟蹤偏移的現(xiàn)象。

原因分析：三方向傳感起始點(diǎn)、焊槍角度和焊槍位置選擇錯(cuò)誤。

焊縫工藝優(yōu)化：根據(jù)拼搭造成的尺寸誤差來(lái)調(diào)整三方向傳感起始點(diǎn)，通過(guò)驗(yàn)證來(lái)調(diào)整焊槍角度和焊槍位置，基本消除傳感起始點(diǎn)跟蹤偏移造成的焊接缺陷和報(bào)警[2]。

（3）問(wèn)題3：清槍次數(shù)過(guò)多。

原因分析：子程序過(guò)多。

接頭設(shè)計(jì)優(yōu)化：在滿足強(qiáng)度要求的條件下，盡量設(shè)計(jì)焊縫的連續(xù)焊接，采用最少的焊道進(jìn)行焊接，焊縫全部翻轉(zhuǎn)成船型焊縫進(jìn)行焊接，提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及效率，子程序數(shù)量從8個(gè)降到了4個(gè)。

（4）問(wèn)題4：拐角處焊縫只有少量工件能達(dá)到質(zhì)量要求，焊接過(guò)程質(zhì)量不穩(wěn)定，補(bǔ)焊后外觀質(zhì)量較差。

原因分析：機(jī)械手焊接順序沒(méi)有考慮焊縫外觀統(tǒng)一，焊接參數(shù)和焊槍姿態(tài)不對(duì)。

焊接順序的優(yōu)化：利用機(jī)器人焊接的穩(wěn)定性，對(duì)焊接順序進(jìn)行了統(tǒng)一優(yōu)化。如利用焊縫覆蓋上一道焊縫的起弧和收尾，提高了焊縫外觀質(zhì)量；取消一部分聯(lián)系焊縫，以消除焊縫外觀缺陷，降低了焊接應(yīng)力，減少焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)件的影響[3]。

（5）存在問(wèn)題5：焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（結(jié)構(gòu)件前車架機(jī)器人焊接前車架（30D1746）時(shí)間為118 min/臺(tái)）。

原因分析：機(jī)器人三方向傳感次數(shù)過(guò)多，變位重復(fù)翻轉(zhuǎn)位置次數(shù)多，無(wú)弧光時(shí)間較長(zhǎng)。

焊接方法優(yōu)化：通過(guò)減少焊縫三方向?qū)の患夹g(shù)運(yùn)用和減短焊槍空間過(guò)渡移動(dòng)軌跡，通過(guò)合理的翻轉(zhuǎn)位置來(lái)減少重復(fù)翻轉(zhuǎn)，避免翻轉(zhuǎn)次數(shù)過(guò)多，減少了無(wú)弧光時(shí)間，提高了機(jī)器人焊接的效率。

（6）存在問(wèn)題6：焊縫出現(xiàn)焊接缺陷（咬邊、氣孔、飛濺、弧坑、焊偏）。

原因分析：焊接數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)和焊槍姿態(tài)欠佳。

焊接工藝參數(shù)優(yōu)化：選用合理的工藝參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行專人管理和定期維護(hù)。

（7）存在問(wèn)題7：系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障（報(bào)警）。

原因分析：培訓(xùn)力度不夠，系統(tǒng)維護(hù)不到位。

焊接工藝文件優(yōu)化：專門編制了《焊接機(jī)器人日常保養(yǎng)作業(yè)規(guī)范》、《弧焊機(jī)器人操作與編程初級(jí)教材》、《焊接機(jī)械手校正作業(yè)指導(dǎo)書》、《焊接機(jī)械手冷卻系統(tǒng)的保養(yǎng)和檢修指導(dǎo)書》、《機(jī)械手送絲系統(tǒng)保養(yǎng)和檢修作業(yè)指導(dǎo)書》，對(duì)操作者進(jìn)行了相關(guān)的培訓(xùn)，定期對(duì)機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)保養(yǎng)和檢修。

3 實(shí)施驗(yàn)證及結(jié)果

為了實(shí)現(xiàn)分析中提出的工藝優(yōu)化，我們進(jìn)行了首件樣件試制、針對(duì)出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了程序修改，修正完畢樣件程序之后，我們又進(jìn)行了9臺(tái)的小批量驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，焊縫的質(zhì)量均滿足工藝要求。這說(shuō)明前車架機(jī)器人工藝優(yōu)化方案可行，根據(jù)小批量驗(yàn)證的數(shù)據(jù)再對(duì)補(bǔ)焊過(guò)程、焊后變形進(jìn)行驗(yàn)證之后，我們的前車架機(jī)器人工藝優(yōu)化效果良好，可以落實(shí)到批量生產(chǎn)上面。

4 效果對(duì)比

（1）成型的改善。通過(guò)對(duì)焊接機(jī)器人的工藝優(yōu)化，接頭數(shù)量減少8處，降低焊接缺陷存在的點(diǎn)數(shù)14個(gè)，焊接過(guò)程質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)量波動(dòng)范圍比程序工藝優(yōu)化前要小很多，焊縫外觀質(zhì)量較好，焊縫均勻、飽滿、無(wú)缺陷等，手工焊焊縫外觀在機(jī)械手焊后基本能形成統(tǒng)一，焊縫達(dá)到了工藝要求。

（2）效率的提升。在焊接效率上，單臺(tái)前車架機(jī)械手焊接時(shí)間降低了20分鐘，效率提升了16%，機(jī)械手報(bào)警現(xiàn)象平均為一次/每臺(tái)，減低了50%的報(bào)警現(xiàn)象，生產(chǎn)節(jié)拍能滿足各工序的時(shí)間需求。

（3）收益。如果按每年生產(chǎn)5 000臺(tái)，每臺(tái)節(jié)約20 min，則節(jié)約成本20×5 000×0.28=25 000元。減少返修效益=（改善前返修率－改善后返修率）×年生產(chǎn)臺(tái)量×單臺(tái)返修工時(shí)×小時(shí)工繳費(fèi)－投入費(fèi)用=（30%-10%）×5 000×20×0.28-1 200=4 400元。

[1]熊 薄，高 鵬，裴續(xù)東.弧焊機(jī)器人操作與編程初級(jí)教材[M].唐山:唐山開元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司出版，2012.

[2]鄧洪軍.焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]賈安東.焊接結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)設(shè)計(jì)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1989.