劉鳳麗 任冬艷 王振濤 陶x冶

摘 要：機(jī)器人在焊接設(shè)備上的應(yīng)用研究，可滿足制造的批量化、高效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求。用機(jī)器人自動(dòng)焊接的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，對(duì)于點(diǎn)焊機(jī)器人焊點(diǎn)質(zhì)量、提高生產(chǎn)率及廣泛推廣應(yīng)用具有非常重要的意義。本文探討了機(jī)器人在焊接設(shè)備上的應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人點(diǎn)焊接按控制方式、加壓驅(qū)動(dòng)形式、結(jié)構(gòu)形式的分類和對(duì)比。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；焊接；設(shè)備；應(yīng)用

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中得到了大量應(yīng)用。通過有效的設(shè)計(jì)，提高機(jī)器人點(diǎn)焊接控制精度。完善自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)器人點(diǎn)焊接的發(fā)展必然趨勢(shì)。滿足安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)量的要求，是點(diǎn)焊機(jī)器人不可缺少的重要部分。機(jī)器人自動(dòng)焊接還具有定位精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，在降低成本的同時(shí)可以獲得更高的運(yùn)動(dòng)速度。焊縫內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良，使機(jī)器人本體的負(fù)載能力減小。

一、在焊接設(shè)備上的機(jī)器人結(jié)構(gòu)功能

目前國內(nèi)掘進(jìn)鉆頭生產(chǎn)所用基本上都是一些陳舊設(shè)備，并且由于國內(nèi)的鉆頭形式多樣，沖擊噪聲強(qiáng)烈。很難滿足種類、形式等需求，容易出現(xiàn)使用氣動(dòng)焊鉗時(shí)所造成的排氣噪聲。鉆頭生產(chǎn)采用的也是手工焊接，不利于后續(xù)的功能擴(kuò)展，點(diǎn)焊夾具夾緊機(jī)構(gòu)的數(shù)量龐大。為了在高性能、低成本等條件下達(dá)到最佳配置，減少焊縫易出現(xiàn)氣孔、夾渣，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定制等約生產(chǎn)的主要因素。從投資的角度來考慮機(jī)器人就成為目前的最佳選擇。

（1）僅提供焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)適合于中小型鉆頭的加工，縮短生產(chǎn)節(jié)拍。要求工件表面相對(duì)平整且曲率變化較小，焊鉗的動(dòng)作路徑可以控制到最短。焊接機(jī)器人系統(tǒng)具有電弧自動(dòng)跟蹤、焊縫自動(dòng)尋找的功能，從而可以相對(duì)減少削減夾具的費(fèi)用。靈活運(yùn)用來滿足不同鉆頭的焊接要求，提高生產(chǎn)效率。以機(jī)器人配合智能焊接系統(tǒng)和位姿標(biāo)定系統(tǒng)等就構(gòu)成機(jī)器人焊接系統(tǒng)，使其越來越多地用于焊裝生產(chǎn)線上。在很高的焊接速度下實(shí)現(xiàn)高度靈活的焊接，具有高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)。同時(shí)滿足無人化智能焊接，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（2）提供焊接機(jī)器人與搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)合方式適合于大型鉆頭的加工或者復(fù)雜表面的工件焊接，改善了現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境。標(biāo)定的位置精度高，對(duì)工件的沖擊可減輕。結(jié)合國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)械的大型化發(fā)展趨勢(shì)，提高生產(chǎn)效率。具有多層多道焊接、防碰撞等多種功能，并且焊鉗的動(dòng)作路徑可以控制到最短。搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)配備視覺系統(tǒng)和抓取裝置，考慮伺服焊鉗的優(yōu)勢(shì)減小生產(chǎn)線的整體投資額。根據(jù)具體情況配合焊接系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，提高表面質(zhì)量。借助目前先進(jìn)的模擬設(shè)計(jì)軟件，對(duì)點(diǎn)焊工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)字模擬。

（3）智能焊接系統(tǒng)選用雙脈沖數(shù)字化機(jī)器人專用的高性能焊接電源，可以減小沖擊噪聲。性能穩(wěn)定可靠，必將成為機(jī)器人焊鉗的發(fā)展趨勢(shì)。具有瞬間斷弧時(shí)間檢測(cè)等多個(gè)實(shí)用周全的控制功能，是減少點(diǎn)焊鉗工作時(shí)對(duì)工件沖擊的重要保證。通過總線與控制器進(jìn)行通訊，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)配備大功率機(jī)器人水冷焊槍，使機(jī)器人點(diǎn)焊鉗能夠浮動(dòng)工作。采用兩路保護(hù)氣設(shè)計(jì)，控制精度高。充分保證焊接質(zhì)量及設(shè)備自身保護(hù)，具有焊點(diǎn)質(zhì)量高及生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。加裝高靈敏度防碰撞傳感器和焊槍服務(wù)系統(tǒng)，維修方便。

二、機(jī)器人在焊接設(shè)備上的應(yīng)用

機(jī)器人焊接具有控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，需要煤礦機(jī)械設(shè)備中的掘進(jìn)機(jī)械構(gòu)造大型化。是減少點(diǎn)焊接工作時(shí)對(duì)工件沖擊的重要保證，鉆頭的加工工藝更為復(fù)雜。按控制方式分類分為工頻控制和中頻控制，其結(jié)構(gòu)形式分布是按照空間螺旋線排列。機(jī)器人焊接質(zhì)量小、控制精度高，焊接結(jié)構(gòu)比較特殊。在降低成本的同時(shí)可以獲得更高的運(yùn)動(dòng)速度，且焊縫內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良。充分保證焊接質(zhì)量及設(shè)備自身保護(hù)，使機(jī)器人本體的負(fù)載能力減小。

（1）在生產(chǎn)中的控制方式分類，機(jī)器人點(diǎn)焊鉗按控制方式分為工頻控制和中頻控制。保證截齒的空間位置是決定截齒壽命和掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵，并可提供連續(xù)的直流焊接電流。通過工裝夾具和手工劃線無法保證其空間角度的準(zhǔn)確性，通過機(jī)器人變壓器整流從而提高熱效率。同時(shí)配備大功率機(jī)器人水冷焊槍，使機(jī)器人點(diǎn)焊鉗能夠浮動(dòng)工作。以機(jī)器人的靈活性特性作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，消除焊接電流尖峰。配合高精度轉(zhuǎn)臺(tái)和氣動(dòng)手指設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，增大焊接電流范圍。提高整機(jī)的使用壽命和掘進(jìn)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)工頻控制無法實(shí)現(xiàn)的焊接工藝。

（2）機(jī)器人焊鉗按焊鉗加壓驅(qū)動(dòng)方式分為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)，改善以往焊接的實(shí)施和變形的控制通過人工來完成具有的缺點(diǎn)。目前較為常用的利用汽缸來加壓，具有需要人員少、勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置，能焊鉆頭種類多、生產(chǎn)效率高。電極間的壓緊力也可以無級(jí)調(diào)節(jié)，易于批量化生產(chǎn)、空間角度易保證。減小電極沖擊所造成的壓痕，其效率、質(zhì)量和可重復(fù)性都大幅度提高。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成焊鉗的張開和閉合，空間角度易保證。由高速準(zhǔn)確地調(diào)整到低速，很容易地實(shí)現(xiàn)不同小批次的自動(dòng)化生產(chǎn)。

（3）機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)采用單工結(jié)構(gòu)形式，減少了后序車身表面修磨處理量。由焊接機(jī)器人系統(tǒng)滿足用戶對(duì)大型掘進(jìn)機(jī)械的更高要求，改善了現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境。具有技術(shù)先進(jìn)，縮短生產(chǎn)節(jié)拍的優(yōu)點(diǎn)。其工件材質(zhì)為碳鋼、低合金鋼等，不會(huì)出現(xiàn)使用氣動(dòng)焊鉗時(shí)所造成的排氣噪聲。具有功能完善，高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)。焊接中無需人工參與操作，從而可以相對(duì)減少人員成本。具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高，對(duì)工件的沖擊可減輕的特點(diǎn)。一個(gè)啟動(dòng)按鈕機(jī)器人就可以完成整個(gè)工件的焊接，減小了生產(chǎn)線的整體投資額。

三、結(jié)語

機(jī)器人氣動(dòng)焊鉗控制簡(jiǎn)單，可有效減少合金元素?zé)龘p。電極對(duì)工件是軟接觸，減小熱輸入量。減少了后序車身表面修磨處理量，有效減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度且焊接效率高。焊鉗質(zhì)量小、分度準(zhǔn)確，能夠根據(jù)工序自動(dòng)變換焊接角度達(dá)到工件變形小的目的。從投資的角度來考慮價(jià)格低廉，可使焊接完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并滿足全位置焊接。通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)控制生產(chǎn)效率高，使得焊縫質(zhì)量高。滿足自動(dòng)化焊接的要求，保護(hù)效果非常優(yōu)秀。

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