工業(yè)機(jī)器人焊接原理與焊接程序探討

姚雪瓊

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)器人不斷地被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。文章基于工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械制造和數(shù)控設(shè)計(jì)中的焊接技能，首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人和焊接進(jìn)行了相關(guān)的概述，在這個(gè)概述的基礎(chǔ)上提出了工業(yè)機(jī)器人的焊接原理和焊接程序，希冀與同行探討交流。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 焊接原理 焊接程序

中圖分類(lèi)號(hào)：TP249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）07（c）-0077-02

1 工業(yè)機(jī)器人及焊接概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類(lèi)指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用非常廣泛，其中汽車(chē)與汽車(chē)零部件制造業(yè)為最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，電子行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用快的行業(yè)。工業(yè)機(jī)器人行業(yè)正成為受各國(guó)政府財(cái)政扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。

1.2 焊接概述

焊接也稱(chēng)作熔接，是兩種或兩種以上材質(zhì)（同種或異種）通過(guò)加熱、加壓，或兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。目前焊接技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造及其他產(chǎn)品的現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于航空航天、石化、煤炭、冶金、礦山、建筑、橋梁、特種設(shè)備、船舶、汽車(chē)、海洋工程、部件、輕工紡織以及家用電器在等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。

2 工業(yè)機(jī)器人焊接原理

2.1 工業(yè)機(jī)器人焊接系統(tǒng)構(gòu)成

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍?zhuān)ㄣQ）等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。焊接變位機(jī)是專(zhuān)用焊接輔助設(shè)備，適用于回轉(zhuǎn)工作的焊接變位以得到理想的焊接位置、姿態(tài)和焊接速度。變位機(jī)可與機(jī)器人、焊機(jī)配套使用，組成自動(dòng)焊接中心，也可用于手工作業(yè)時(shí)的工件變位。焊接變位機(jī)一般由工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)工作臺(tái)的升降、翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)使固定在工作臺(tái)上的工件達(dá)到所需的焊接角度，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)采用伺服驅(qū)動(dòng)控制，定位精度高，可得到滿意的焊接效果。

2.2 工業(yè)機(jī)器人焊接原理

機(jī)器人焊接主要是外部利用數(shù)字焊機(jī)或模擬焊機(jī)與機(jī)器人本體組合，內(nèi)部通過(guò)GSK-Link總線通信方式、標(biāo)準(zhǔn)I/O和虛擬I/O，使機(jī)器人按照發(fā)送的指令控制機(jī)械手臂和焊機(jī)完成一系列空間軌跡來(lái)完成焊接。

（1）焊接指令：ARCON。

（2）焊接功能：向焊機(jī)輸出引弧條件和引弧指令。

（3）焊接格式。

①ARCON AC電流，AV電壓，V速度，T時(shí)間；②ARCONASF** 引弧條件文件號(hào)；范圍（0～29）。

（4）焊接參數(shù)。

焊接電流 AC：0.0～999.0A；

焊接電壓 AV：0.0～50.0V；

速度 V：0.0～4000.0mm/s；

定時(shí)器 T：0.0～99.0s

（5）焊接說(shuō)明。

①執(zhí)行該指令后，焊機(jī)電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)，按照設(shè)定的電流電壓起弧。②執(zhí)行該指令后，焊接速度以該指令指定速度執(zhí)行，起弧指令到收弧指令間運(yùn)動(dòng)指令指定的速度不起作用。③定時(shí)器T*為起弧后延時(shí)*秒再執(zhí)行插補(bǔ)動(dòng)作。

為了安全起見(jiàn)，機(jī)器人需要通過(guò)【轉(zhuǎn)換】+【應(yīng)用】鍵來(lái)開(kāi)啟使能應(yīng)用，使能應(yīng)用開(kāi)啟后會(huì)在示教盒界面左下方顯示“應(yīng)用有效”。在應(yīng)用有效的情況下，再按[轉(zhuǎn)換]+[應(yīng)用]鍵可以禁用應(yīng)用。另外，無(wú)論焊接指令是否已經(jīng)使能，當(dāng)機(jī)器人處于示教模式時(shí)，機(jī)器人不接受焊接指令，直接跳過(guò)執(zhí)行。對(duì)于點(diǎn)動(dòng)送絲、檢絲、抽絲等焊機(jī)控制功能，僅在機(jī)器人處于示教模式且焊機(jī)指令已經(jīng)使能的情況下方可執(zhí)行。

3 工業(yè)機(jī)器人焊接程序

以下圖焊接工件為例，使用弧焊機(jī)器人系統(tǒng)帶外部軸（雙軸變位機(jī)）和夾具，進(jìn)行焊接程序的編輯及工件焊接。

3.1 焊接程序

（1）工件安裝與夾緊：使用平板焊接夾具，將工件放在夾具上進(jìn)行夾緊固定。（2）新建程序：在示教盒打開(kāi)“程序管理”，新建程序。（3）ARCON指令。（4）修改焊接參數(shù)：根據(jù)焊接材料進(jìn)行焊接參數(shù)選擇和修改。（5）確定熄弧點(diǎn)：示教焊接機(jī)器人，使其TCP移動(dòng)到工件上熄弧點(diǎn)，選擇ARCOF指令。（6）焊槍回安全位置或規(guī)定位置手動(dòng)操作焊接機(jī)器人，使焊槍回到安全位置或規(guī)定位置。（7）示教檢查程序：在示教模式下按住【使能開(kāi)關(guān)】鍵再按【前進(jìn)】鍵空載運(yùn)行所編程序，確認(rèn)機(jī)器人TCP的運(yùn)動(dòng)軌跡正確后才能進(jìn)行自動(dòng)焊接。（8）再現(xiàn)運(yùn)行：機(jī)器運(yùn)行到安全位置，調(diào)整焊絲干伸長(zhǎng)度、保護(hù)氣流量；光標(biāo)移到程序第一行，系統(tǒng)切換到“再現(xiàn)模式”并開(kāi)啟伺服使能，按下【轉(zhuǎn)換】+【應(yīng)用】鍵來(lái)開(kāi)啟應(yīng)用使能，按下【啟動(dòng)】鍵開(kāi)始，自動(dòng)運(yùn)行程序。

3.2 焊接程序說(shuō)明

一個(gè)完整的焊接歷經(jīng)了從程序開(kāi)頭到移動(dòng)到安全位置的10個(gè)程序，具體程序和程序說(shuō)明如下：（1）MAIN：程序開(kāi)頭；（2）MOVJP1，V50，Z0：移動(dòng)到待機(jī)位置；（3）MOVJP2，V50，Z0：移動(dòng)到焊接開(kāi)始位置附近；（4）MOVJP3，V50，Z0：移動(dòng)到焊接點(diǎn)；（5）ARCONAC200，AV24，V50，T1：開(kāi)始引弧，開(kāi)始焊接；（6）MOVJP4，V50，Z0：移動(dòng)到焊接結(jié)束位置；（7）ARCOFFAC150，AV22，T1：熄弧，焊接結(jié)束；（8）MOVJP5，V50，Z0：移動(dòng)到焊接結(jié)束位置附近；（9）MOVJP6，V50，Z0：移動(dòng)到安全位置；（10）END：程序結(jié)束。

工業(yè)機(jī)器人在焊接過(guò)程中還需要注意焊槍操作基礎(chǔ)和焊槍運(yùn)行角度以及焊接電壓電流的操作注意點(diǎn)，只有把這些相關(guān)要素都操作好，才能最大限度地降低焊接偏差，如若發(fā)生焊接偏差，則應(yīng)調(diào)整角度采用退后法焊接。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖偉強(qiáng)，趙長(zhǎng)明，馬文姝，等.工業(yè)機(jī)器人在五星腳焊接加工中的軌跡規(guī)劃[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2018（4）：231-234.

[2] 王想實(shí)，周薇，高雅.焊接機(jī)器人控制設(shè)計(jì)與仿真研究[J].機(jī)床與液壓，2017，45（17）：32-35.

[3] 聶云鵬，張培磊，莊喬喬，等.焊接機(jī)器人智能化關(guān)鍵技術(shù)與研究現(xiàn)狀[J].熱加工工藝，2017，46（15）：7-10，14.