朱 影

（廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州510530）

0 引言

隨著國(guó)家智能制造的迅速發(fā)展，高強(qiáng)度、高密度及高危的勞動(dòng)力產(chǎn)業(yè)逐漸被自動(dòng)化操作所取代，焊接作為典型的高強(qiáng)度高危行業(yè)迫切需要得到改善。而焊接變位機(jī)作為焊接自動(dòng)化的常用元素之一，特別是在國(guó)內(nèi)機(jī)器人快速產(chǎn)業(yè)化的背景下，也急需實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化，從而提高焊接生產(chǎn)的效率，降低人力成本，獲得更加優(yōu)異的焊縫質(zhì)量。

本文主要簡(jiǎn)述變位機(jī)在機(jī)器人焊接應(yīng)用中的重要性及必要性。由于變位機(jī)種類(lèi)繁多，在此以頭尾架單軸變位機(jī)與焊接機(jī)器人做7軸聯(lián)動(dòng)的焊接應(yīng)用為例，變位機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 變位機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1—變位底座 2—吊環(huán)/叉車(chē)孔 3—伺服電機(jī) 4—減速機(jī)5—機(jī)頭支座 6—從動(dòng)尾座 7—中空從動(dòng)軸組件8—地線滑環(huán)組件 9—變位連接件 10—變位框架

1 焊接機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展

據(jù)官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)涉及機(jī)器人生產(chǎn)的企業(yè)已逾1000家，其中超過(guò)200家是機(jī)器人本體制造企業(yè)。其中具有代表性的企業(yè)有新松、廣州數(shù)控、埃斯頓、埃夫特、新時(shí)達(dá)、啟帆、歡顏等，這些公司已在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中游和上游進(jìn)行拓展，通過(guò)自主研發(fā)或收購(gòu)等方式掌握了零部件和本體的研制技術(shù)，結(jié)合本土系統(tǒng)集成的服務(wù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外品牌的進(jìn)口替代。

從產(chǎn)品類(lèi)型來(lái)看，當(dāng)前在中國(guó)各行業(yè)工業(yè)機(jī)器人的使用百分比分別如下：弧焊占16%，點(diǎn)焊占15%，物料搬運(yùn)占13%，裝配占22%，噴漆占3%，鑄造占3%，沖壓占3%，上料、卸料占15%，碼垛、檢測(cè)、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)占10%。

中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018—2023年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》中數(shù)據(jù)顯示，2017全年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)到131 079套，預(yù)計(jì)2018年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量將達(dá)到151 286套。

從以上數(shù)據(jù)可以得出，2017年全年中國(guó)焊接機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)到40600多套，預(yù)計(jì)2018年焊接機(jī)器人產(chǎn)量將達(dá)到約46900套。

2 焊接變位機(jī)的功能介紹

焊接變位機(jī)是輔助焊接的重要設(shè)備，通過(guò)焊接變位機(jī)變位功能，可以使得待焊工件獲得理想的焊接位置，并保證平穩(wěn)的焊接速度。焊接變位機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，逐漸作為焊接中心的輔助設(shè)備，與機(jī)器人配套實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化焊接，可滿足特定的焊接工藝要求，大大提高焊接效率，并保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、改善工人的勞動(dòng)條件。并且焊接變位機(jī)的結(jié)構(gòu)也在不斷更新?lián)Q代，現(xiàn)在已經(jīng)從傳統(tǒng)的單自由度小容量的焊接變位機(jī)演變?yōu)殡p自由度、多自由度的大容量焊接變位機(jī)，在未來(lái)市場(chǎng)的應(yīng)用數(shù)量及規(guī)模將不斷增加。

3 焊接變位機(jī)在機(jī)器人焊接應(yīng)用中的重要地位

焊接變位機(jī)主要是通過(guò)電機(jī)及減速機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)工件做軸向±180°轉(zhuǎn)動(dòng)，使工件達(dá)到合適的角度位置，方便機(jī)器人施焊。對(duì)于多面體及結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成所有焊接；對(duì)于相貫線焊接，由于機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)同作業(yè)，保證了焊道的連貫性及一致性，在大大提高了效率的同時(shí)也提升了焊接品質(zhì)。另由于機(jī)器人姿態(tài)及臂展受限，許多大型工件需要變位機(jī)將臂展以外的特征變位至機(jī)器人行程范圍內(nèi)，以方便機(jī)器人焊接。為保證焊接品質(zhì)及焊接的連續(xù)性，在自動(dòng)焊接設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)盡量避免仰焊及橫焊，故變位機(jī)被廣泛應(yīng)用于五金制品、鐵路交通、治金等領(lǐng)域的焊接自動(dòng)化項(xiàng)目。

據(jù)工廠數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用機(jī)器人配套變位機(jī)相對(duì)于機(jī)器人配套人工翻轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)效率上能提升30%以上，并能釋放出30%～50%的人工操作時(shí)間，同時(shí)能節(jié)省約30%的焊接保護(hù)氣體，大大減少了操作工的疲勞強(qiáng)度及工傷事故。

圖2為頭尾架單軸變位機(jī)與焊接機(jī)器人做7軸聯(lián)動(dòng)的焊接應(yīng)用配套簡(jiǎn)圖。

4 焊接變位機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀

我國(guó)正處于智能制造的高速發(fā)展期，很多自動(dòng)化系統(tǒng)配套還不夠完善。目前，也有不少企業(yè)承接變位機(jī)及外部軸制作，但總體現(xiàn)狀可以總結(jié)為兩個(gè)詞：周期長(zhǎng)，成本高。盡管近幾年來(lái)，變位機(jī)在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)有了很大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用，就型式系列和品種規(guī)格而言，已問(wèn)世的約有十余個(gè)系列，百余品種規(guī)格，其中60%以上都是焊割變位機(jī)。然而，相對(duì)機(jī)器人行業(yè)的蓬勃發(fā)展，變位機(jī)產(chǎn)業(yè)還是相對(duì)滯后，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化有待進(jìn)一步加強(qiáng)加深。就周期上講，大多企業(yè)提供變位機(jī)產(chǎn)品需30～45天，而機(jī)器人大都是現(xiàn)貨。根據(jù)筆者多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及工廠數(shù)據(jù)不難得出：如變位機(jī)行業(yè)能像機(jī)器人行業(yè)一樣標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化，則變位機(jī)貨期至少能壓縮一半以上，成本至少能縮減30%以上。

圖2 焊接機(jī)器人7軸聯(lián)動(dòng)應(yīng)用配套簡(jiǎn)圖1—焊接機(jī)器人 2—機(jī)器人控制柜 3—焊槍 4—焊接電源5—清槍剪絲機(jī)構(gòu) 6—單軸變位機(jī) 7—焊接保護(hù)氣

5 結(jié)語(yǔ)

工信部已于2018年4月20日公布了最新的《工業(yè)機(jī)器人行業(yè)規(guī)范條件》，并將于后期不斷完善及補(bǔ)充，從而督催機(jī)器人產(chǎn)業(yè)良性持續(xù)發(fā)展。變位機(jī)行業(yè)作為智能制造的一個(gè)重要元素，同樣需要標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化，從而為我國(guó)順利實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”這一階段性宏偉目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量。

[1]林尚揚(yáng)，陳善本，李成桐.焊接機(jī)器人及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]姜家高.應(yīng)用于焊接機(jī)器人的變位機(jī)控制研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)大學(xué)，2015.

[3]羅輝.焊接機(jī)器人與變位機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[4]陶鳳榮.弧焊機(jī)器人與變位機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)研究[D].柳州：廣西科技大學(xué)，2015.