鮑燕舞

隨著制造業(yè)勞動本錢的上漲，機器人產(chǎn)品價格的不斷下降，人們更加追求更舒適的工作條件，機器人的應(yīng)用每年遞增，為了追求更高的焊接品質(zhì)，焊接機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程機械各類產(chǎn)品。焊接機器人由操縱機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操縱、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、進(jìn)步產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)步生產(chǎn)效率改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作業(yè)，如下：

焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的產(chǎn)業(yè)機器人，它主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分，目前在工程機械起重機、履帶吊、泵車、攪拌車等產(chǎn)品生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用分為點焊機器人和弧焊機器人，其中特點如下：

1、點焊機器人的特點

由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以點焊機器人的變壓器必須盡量小型化。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，產(chǎn)業(yè)上已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進(jìn)行二次整流，用直流電焊接，焊接參數(shù)由定時器調(diào)節(jié)。目前，新型定時器已經(jīng)微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，用電伺服點焊鉗，焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅(qū)動，碼盤反饋，使焊鉗的張開度可以根據(jù)實際需要任意選定并預(yù)置，而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)。

電伺服點焊鉗具有如下優(yōu)點：

（1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低，由于焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程，焊鉗就可以開始閉合;而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后，焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機器人再移動。

（2）焊鉗張開度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉，可盡可能減少張開度，以節(jié)省焊鉗開度，節(jié)省焊鉗開合所占的時間。

（3）焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，可減少撞擊變形和噪聲。

2、弧焊機器人的特點

弧焊機器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。

近年來，國外機器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，在這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)插進(jìn)相應(yīng)的接口板，所以弧焊機器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。應(yīng)該指出的是，在弧焊機器人工作周期中，電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應(yīng)按持續(xù)率100%來確定電源的容量。送絲機構(gòu)可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長，當(dāng)機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量，所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的題目。

3、焊接機器人的意義

焊接機器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機器人總量的40%以上，與焊接這個特殊的行

業(yè)有關(guān)，焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：

（1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結(jié)果起決定作用。采用機器人焊接時，對于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是變化的，因此很難做到質(zhì)量的均一性。

（2）改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗，使工人從大強度的體力勞動中解脫出來。

（3）提高勞動生產(chǎn)率。機器人沒有疲勞，一天可24h連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機器人焊接，效率提高的更加明顯。

（4）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確。

（5）可縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資?？蓪崿F(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。機器人與專機的最大區(qū)別就是他可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。

4、焊接機器人工程機械應(yīng)用中存在的題目和解決措施

（1）出現(xiàn)焊偏題目：可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現(xiàn)題目。這時，要考慮TCP（焊槍中心點位置）是否正確，并加以調(diào)整。假如頻繁出現(xiàn)這種情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

（2）出現(xiàn)咬邊題目：可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當(dāng)調(diào)整。

（3）出現(xiàn)氣孔題目：可能為氣體保護(hù)差、工件的底漆太厚或者保護(hù)氣不夠干燥，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就可以處理。

（4）飛濺過多題目：可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長，可適當(dāng)調(diào)整機器功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來調(diào)整混合氣體比例，調(diào)整焊槍與工件的相對位置。

（5）焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑題目：可編程時在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。

5、在焊接過程中，機器人系統(tǒng)常見的故障

（1）發(fā)生撞槍：可能是由于工件組裝發(fā)生偏差或焊槍的TCP不正確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

（2）出現(xiàn)電弧故障，不能引弧：可能是由于焊絲沒有接觸到工件或工藝參數(shù)太小，可手動送絲，調(diào)整焊槍與焊縫的間隔，或者適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。

（3）保護(hù)氣監(jiān)控報警：冷卻水或保護(hù)氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護(hù)氣管路。

6. 焊接機器人的編程技巧

（1）選擇公道的焊接順序，以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定焊接順序。

（2）焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。

（3）優(yōu)化焊接參數(shù)，為了獲得最佳的焊接參數(shù)，制作工作試件進(jìn)行焊接試驗和工藝評定。

（4）采用公道的變位機位置、焊槍姿態(tài)、焊槍相對接頭的位置。工件在變位機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調(diào)整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置。同時，要不斷調(diào)整機器人各軸位置，公道地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置必須通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結(jié)積累經(jīng)驗。

（5）及時插進(jìn)清槍程序，編寫一定長度的焊接程序后，應(yīng)及時插進(jìn)清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導(dǎo)電嘴，保證焊槍的清潔，進(jìn)步噴嘴的壽命，確保可靠引弧、減少焊接飛濺。

（6）編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會形成一個好程序。

7、焊接機器人的最新技術(shù)

（1）TCP（tool center point工具中心點）自動校零技術(shù)

焊接機器人的工具中心點就是焊槍的焊絲的端點，因此TCP的零位精度直接影響著焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。但在實際生產(chǎn)中不可避免會發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預(yù)見性因素導(dǎo)致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動進(jìn)行機器人TCP校零，但一般全過程需要30min才能完成，影響生產(chǎn)效率。TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術(shù)，它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時，激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比較與計算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時，機器人會自動運行校零程序，自動對每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整，并在最少的時間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。

（2）雙絲焊接技術(shù)

近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業(yè)的高速發(fā)展，對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發(fā)展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時可以顯著提高焊接速度，達(dá)到3～6m/min，焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其他的工藝特點：在熔敷效率增加時保持較低的熱輸入，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。

結(jié)束語

隨著工程機械發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化、柔性化與智能化已成為必然趨勢。目前，采用機器人焊接已成為焊接自動化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。焊接機器人由于具有通用性強、工作可靠的優(yōu)點，受到工程機械越來越多的重視。