夏旭新

(中國(guó)航天科技集團(tuán)公司 長(zhǎng)征機(jī)械廠，四川 萬源 636371)

焊接機(jī)器人在工程中的應(yīng)用

夏旭新

(中國(guó)航天科技集團(tuán)公司 長(zhǎng)征機(jī)械廠，四川 萬源 636371)

針對(duì)大型復(fù)雜曲面鋁合金結(jié)構(gòu)焊接的機(jī)器人工作站，從項(xiàng)目規(guī)劃、工裝夾具設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試、工藝試驗(yàn)，到工程應(yīng)用中存在的具體問題，進(jìn)行了分析和改進(jìn)。并通過生產(chǎn)應(yīng)用和實(shí)例驗(yàn)證，取得了預(yù)期的效果。

大型復(fù)雜曲面；鋁合金結(jié)構(gòu)；焊接機(jī)器人；工裝夾具；重復(fù)定位精度

0 前言

焊接機(jī)器人是從事焊接加工的工業(yè)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，以弧焊為例，則由焊接電源(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(jī)(弧焊)、焊槍(鉗)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[1-2]。

焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于人們對(duì)上述技術(shù)的融合程度[3]。焊接機(jī)器人的研究已經(jīng)歷了三個(gè)階段：包括示教再現(xiàn)、離線編程和自主編程的智能機(jī)器人，當(dāng)前的應(yīng)用水平處于第二階段[3]。示教型焊接機(jī)器人具有焊縫軌跡重復(fù)性好，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性高，柔性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械和兵器工業(yè)等領(lǐng)域。但在大型焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)應(yīng)用中仍存在著不少問題，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和提高，尤其是對(duì)于大型復(fù)雜曲面鋁合金結(jié)構(gòu)而言，推廣與使用焊接機(jī)器人技術(shù)有相當(dāng)大的難度。如不從系統(tǒng)集成角度去設(shè)計(jì)和規(guī)劃，會(huì)使整個(gè)項(xiàng)目處于停頓，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。

1 機(jī)器人工作站規(guī)劃設(shè)計(jì)

機(jī)器人工作站制造商必須對(duì)用戶要求用機(jī)器人焊接的工件有所了解和掌握，特別是用戶現(xiàn)有的工藝制造方法，根據(jù)工件焊接材料性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、焊接質(zhì)量要求，規(guī)劃設(shè)計(jì)出機(jī)器人工作站可實(shí)施的方案。

1.1 機(jī)器人選型

機(jī)器人工作站常用的為六軸機(jī)器人，根據(jù)焊接工件結(jié)構(gòu)、焊縫位置、焊接方法(TIG、MIG、MAG、CO2)、機(jī)器人焊接過程、路徑，以TIG焊為例，為使焊縫熔池調(diào)整到近似水平、船形等最佳位置，應(yīng)使焊槍近似垂直熔池，或需配置外部軸或機(jī)器人滑臺(tái)，以確定空間軌跡的協(xié)調(diào)方式。常用的工件變位機(jī)有一軸或兩軸，常用的機(jī)器人滑臺(tái)有一軸、兩軸、三軸。根據(jù)工件焊縫結(jié)構(gòu)和空間位置，初步估算出所設(shè)計(jì)焊接工件的定位裝置、裝配模臺(tái)、焊接夾具大小和質(zhì)量。初步計(jì)算出三者的總質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，確定變位機(jī)結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動(dòng)方式，減速機(jī)的傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)矩等。減速機(jī)構(gòu)常用的有RV減速機(jī)、諧波減速機(jī)等。根據(jù)傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)速度，確定外部軸的輸出功率。

機(jī)器人的工作空間位置有一定限度，從說明書提供的軌跡圖看，有些空間位置是焊接無法進(jìn)行有效工作的。確定機(jī)器人的安裝方式(常用的有立式、側(cè)壁、倒掛)，依據(jù)變位機(jī)安裝上模臺(tái)、工件、焊接夾具后的結(jié)構(gòu)，確定是否需要滑臺(tái)，最好使用專業(yè)協(xié)調(diào)軟件，模擬上述兩者(機(jī)器人與變位機(jī))、三者(機(jī)器人與變位機(jī)、滑臺(tái))之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)模擬協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)結(jié)果，初步確定機(jī)器人的安裝方式、操作臂長(zhǎng)短、變位機(jī)結(jié)構(gòu)、滑臺(tái)結(jié)構(gòu)以及三者之間的相對(duì)安裝位置。

根據(jù)機(jī)器人焊接工件要求，配置相應(yīng)的焊槍、送絲機(jī)及附加傳感器(AVC、激光)，各部件質(zhì)量相加，初步確定機(jī)器人手腕承重。

依據(jù)確定的不同焊接方式所需配置的焊接電源接口、附加的傳感器(AVC、激光)接口、以太網(wǎng)接口、機(jī)器人與周邊設(shè)備接口，初步確定機(jī)器人的通信接口方式。

通過以上選擇初步確定機(jī)器人的規(guī)格和型號(hào)，配置的外部軸數(shù)量、功率大小以和減速機(jī)的數(shù)量、傳動(dòng)比及輸出轉(zhuǎn)矩。

1.2 焊接工藝裝備確定

1.2.1 工裝夾具

一般來說，機(jī)器人適合于大批量生產(chǎn)應(yīng)用，重復(fù)性好，但對(duì)焊接工件的一致性、裝夾、定位有著很高的精度和位置要求，工件裝配模臺(tái)、焊接夾具的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，既要保證焊接工件在模臺(tái)上精確定位，又要保證貼合良好，還能給焊縫提供足夠的拘束力，對(duì)焊槍和機(jī)器人操作臂運(yùn)動(dòng)軌跡不產(chǎn)生干涉。大部分的焊接定位裝置、壓緊裝置，選用氣動(dòng)結(jié)構(gòu)較多，少部分選用液壓或手動(dòng)。根據(jù)工件焊接要求，在裝配模臺(tái)上鑲有合適的焊漏墊板(如選用不銹鋼或紫銅等)。

1.2.2 變位機(jī)

變位機(jī)承載著定位裝置、裝配模臺(tái)、焊接工件和焊接夾具，既要有穩(wěn)定的支撐性，又要有良好的傳動(dòng)性和較小的傳動(dòng)誤差，確保機(jī)器人的重復(fù)定位精度接近于±0.2 mm。變位機(jī)的協(xié)調(diào)位置精度對(duì)機(jī)器人焊接至關(guān)重要。初步設(shè)計(jì)中盡量減輕定位裝置、裝配模臺(tái)、焊接夾具的質(zhì)量，以減少變位機(jī)的承重，并盡量降低重心，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。選用回差小、傳動(dòng)精度高的減速機(jī)及齒輪、齒圈。使變位機(jī)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，加減速度響應(yīng)快等[4]。

1.2.3 機(jī)器人工作滑臺(tái)

對(duì)于大型結(jié)構(gòu)的焊接，在空間的某些位置，焊槍自身是無法達(dá)到的，只能靠外部軸來改變機(jī)器人底座位置，使焊槍達(dá)到這些位置并保證槍姿。機(jī)器人滑臺(tái)常用的有：一自由度的上下Z滑臺(tái)、兩自由度的X-Y滑臺(tái)、三自由度的X-Y-Z滑臺(tái)。對(duì)兩個(gè)以上工位的，可采用工位轉(zhuǎn)臺(tái)，剛性好。若選用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，要有定位檢測(cè)鎖緊裝置。

1.2.4 焊接系統(tǒng)

根據(jù)工件焊接技術(shù)要求，配置相應(yīng)的焊接設(shè)備系統(tǒng)，包括：焊接電源、焊槍、送絲機(jī)、冷卻循環(huán)水箱等，有條件的可額外配置AVC弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器、焊縫起始點(diǎn)尋找傳感器、激光焊縫軌跡跟蹤器等。

根據(jù)焊接工件材料和厚度，確定焊接電流大致范圍與負(fù)載持續(xù)率，配置機(jī)器人專用電源，或大功率變極性電源。根據(jù)焊絲材料、直徑大小、送絲精度要求，選擇推式、拉式、推-拉式等機(jī)器人專用送絲機(jī)。

2 機(jī)器人工作站的安裝調(diào)試

機(jī)器人工作站的安裝調(diào)試，涉及機(jī)械、電氣、焊接操作及人員的安全。

2.1 抗干擾措施

焊接系統(tǒng)內(nèi)部存在很大的干擾源，比如焊接電源的高頻高壓引弧，對(duì)機(jī)器人控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)運(yùn)行及數(shù)據(jù)傳輸影響很大。雖然，機(jī)器人在程序設(shè)計(jì)、軟件編寫、控制柜內(nèi)的板卡安裝和布線等方面，已經(jīng)具備了諸多濾波和抗干擾措施，例如有的與周邊控制器采用光纖傳輸，但機(jī)器人安裝手冊(cè)上還是特別要求抑制高頻干擾。在廠房外埋設(shè)幾根專用地線，電阻一般不大于4.0 Ω，分別連接到機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、焊接電源、焊接工裝等，黃／綠導(dǎo)線截面不小于8.0mm2。機(jī)器人供電電壓也有一定的要求，在電源電壓波動(dòng)超過10%的場(chǎng)合，應(yīng)配接三相穩(wěn)壓電源。

2.2 工件裝配模臺(tái)、變位機(jī)、滑臺(tái)、機(jī)器人安裝

機(jī)械電氣設(shè)計(jì)應(yīng)包括設(shè)計(jì)任務(wù)書、總裝配圖、部件裝配圖、零件圖、電氣原理圖、電氣布線圖、地基圖、安裝技術(shù)要求、主要購(gòu)置件說明書等。

按地基圖要求，埋設(shè)好預(yù)置件。在安裝變位機(jī)、裝配模臺(tái)、工件定位裝置、龍門架、滑臺(tái)等過程中，應(yīng)使用水平儀或經(jīng)緯儀進(jìn)行精度檢測(cè)，使機(jī)械安裝精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。按電氣布線圖完成機(jī)器人動(dòng)力電纜、控制電纜安裝與連接，以及焊槍電纜、焊槍安裝；機(jī)器人與焊接電源通信接口電纜安裝；機(jī)器人與周邊控制柜(設(shè)備)通信接口電纜安裝。最終完成送絲機(jī)和導(dǎo)管安裝，冷卻水管、保護(hù)氣管、傳感器控制電纜等安裝，焊接電源、焊接地線電纜和冷卻循環(huán)水箱的安裝。

2.3 機(jī)器人外部軸標(biāo)定

機(jī)器人本體六個(gè)軸在制造過程中已標(biāo)定好，外部軸需在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。外部軸標(biāo)定依據(jù)花盤、工件裝配模臺(tái)或工件的幾何體形狀與機(jī)器人滑臺(tái)、機(jī)器人底座之間的相對(duì)位置，在空間建立直角坐標(biāo)系X-YZ，在水平位置上，利用機(jī)器人第六軸上的工具中心點(diǎn)(TCP)對(duì)準(zhǔn)接觸花盤、工件定位裝置、裝配模臺(tái)或工件上的某些特定幾何點(diǎn)，并記錄。待特定幾何點(diǎn)旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、某一角度，工具中心點(diǎn)(TCP)在對(duì)準(zhǔn)接觸這些特定幾何點(diǎn)，并記錄，重復(fù)校準(zhǔn)上述過程若干次后，接著輸入外部軸的有關(guān)參數(shù)：如電機(jī)型號(hào)、總減速比、運(yùn)動(dòng)范圍、偏置(offset)等，最終完成標(biāo)定。

2.4 焊接試驗(yàn)

在花盤或裝配模臺(tái)上放置焊接工件試片并用夾具緊固。按試片材料板厚、大小，編制示教焊接程序，檢查機(jī)器人與變位機(jī)、滑臺(tái)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的軌跡，并測(cè)量其偏差，看是否能滿足使用要求，若偏差過大，應(yīng)對(duì)工具中心點(diǎn)(TCP)進(jìn)行校準(zhǔn)，直到滿足要求為止。起弧焊接時(shí)，檢查焊漏墊板、焊接夾具、AVC弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器、激光傳感器、起始點(diǎn)尋跡傳感器能否滿足使用要求。

3 工程應(yīng)用

上面主要描述了焊接機(jī)器人方案規(guī)劃、安裝調(diào)試等方面的內(nèi)容，接下來將敘述焊接機(jī)器人在工程實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和解決方法。

與人工焊接相比，機(jī)器人焊接因一致性好，產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，大批量生產(chǎn)中能顯著降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，在汽車、工程機(jī)械等行業(yè)應(yīng)用較多，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但在單件、大型結(jié)構(gòu)件、小批量生產(chǎn)中，機(jī)器人焊接應(yīng)用較少，主要是因?yàn)闄C(jī)器人工作站設(shè)備投資相對(duì)較高。與人工焊接相比機(jī)器人焊接缺少靈活性，而且機(jī)器人焊接技術(shù)要比普通半自動(dòng)焊接專機(jī)復(fù)雜得多，對(duì)操作者的專業(yè)素質(zhì)和技能要求較高。有些企業(yè)即使購(gòu)置了機(jī)器人工作站，很長(zhǎng)時(shí)間都沒有投入使用或很少使用，問題可能主要是研制過程中經(jīng)費(fèi)不足，方案規(guī)劃、設(shè)計(jì)制造不合理等原因造成。

3.1 存在問題分析

(1)變位機(jī)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致機(jī)器人操作臂旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)中，重復(fù)定位誤差增加或過大，精度達(dá)不到使用要求，翻轉(zhuǎn)軸撓度大，剛性不足等。

變位機(jī)的作用在于工件焊接過程中，使焊縫熔池始終對(duì)準(zhǔn)并近似垂直焊槍。常見問題表現(xiàn)為傳動(dòng)精度低、剛性差。變位機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)選用的是與機(jī)器人配套的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)傳動(dòng)精度高、加減速度快，與普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，要求傳動(dòng)系統(tǒng)齒隙間隙小、回差小，轉(zhuǎn)動(dòng)軸剛性好，整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低。否則，會(huì)出現(xiàn)重復(fù)定位誤差增加或過大、傳動(dòng)軸剛性不足、翻轉(zhuǎn)軸撓度大、整體晃動(dòng)大等問題。

(2)機(jī)器人使用自由度不夠，某些焊縫位置焊槍沒法達(dá)到或位姿無法調(diào)整。

機(jī)器人使用自由度的作用是使焊槍到達(dá)焊縫位置，按示教軌跡實(shí)現(xiàn)直線、曲線移動(dòng)，并保證位姿不變。常見問題表現(xiàn)為某些位置達(dá)不到或位姿無法調(diào)整，或在工作區(qū)域范圍內(nèi)，直線或曲線軌跡不能連續(xù)，在示教盒上常出現(xiàn)報(bào)警信息。

機(jī)器人是按照插補(bǔ)的原理，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、直線、圓弧的軌跡運(yùn)行；為使第六軸端點(diǎn)按軌跡勻速移動(dòng)，六個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度，時(shí)刻都在變化，通過對(duì)軌跡位移、方向的計(jì)算，時(shí)刻調(diào)整六個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度。在第六軸端點(diǎn)處于某一位置、某一姿態(tài)時(shí)，六個(gè)軸中的某一、二個(gè)軸可能會(huì)出現(xiàn)速度急劇上升或下降趨勢(shì)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警、伺服掉電，使端點(diǎn)(焊槍)停止移動(dòng)，這是機(jī)器人軌跡運(yùn)動(dòng)中的奇點(diǎn)，這時(shí)只要任意改變一兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)角，就可避開。

從六軸機(jī)器人工作原理來講，一、二、三軸用來使第六軸端點(diǎn)(TCP)到達(dá)指定位置；四、五、六軸用來調(diào)整端點(diǎn)(TCP)位姿。但在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)位置不但要靠四、五、六軸調(diào)整、還要借助一、二、三軸調(diào)整。調(diào)焊槍(如：TIG焊)位姿時(shí)，六軸聯(lián)動(dòng)，機(jī)器人本體調(diào)整不過來時(shí)，需用機(jī)器人滑臺(tái)參與調(diào)整。

(3)用于機(jī)器人焊接的工件裝配模臺(tái)、焊接夾具，不能沿用手工焊接的裝夾技術(shù)或手工焊用的裝配模臺(tái)。

機(jī)器人焊接用工裝夾具設(shè)計(jì)不合理，設(shè)計(jì)思路還停留在手工焊接的工裝夾具上。工件裝配模臺(tái)、焊接夾具復(fù)雜笨重，為防止工件焊接變形，而增加模臺(tái)、夾具剛性，從而不得不增加筋梁框架的板厚和模臺(tái)表面壁厚，使得變位機(jī)承載增加，系統(tǒng)造價(jià)上升。

(4)為保證焊透，不得不開焊縫大坡口，減少鈍邊，坡口裝配留有間隙，從而導(dǎo)致焊縫呈形不均勻，咬邊嚴(yán)重，間隙大的地方易打洞或燒墊板，使焊接難以繼續(xù)下去。

焊縫坡口開大、鈍邊小、裝配間隙大，焊接過程中填充金屬相對(duì)較多，焊縫冷卻后，會(huì)增大焊縫收縮量，從而導(dǎo)致焊接變形應(yīng)力增加，工件變形嚴(yán)重，錯(cuò)縫、錯(cuò)邊。同時(shí)，也增加了裝配模臺(tái)、焊接夾具的損耗。

機(jī)器人焊接屬自動(dòng)焊接，不同于手工焊接，焊接線能量比手工焊接低，產(chǎn)生的焊接變形應(yīng)力也比手工焊低，裝配要求、裝配精度要比手工焊高得多。在應(yīng)變能力上，機(jī)器人的手臂不如人的手臂，電腦不如人腦，機(jī)器人是通過示教編程，而人的眼-腦-手組成了一個(gè)高級(jí)閉環(huán)系統(tǒng)。手工焊接速度相對(duì)較慢，焊接過程中能根據(jù)熔池液面狀況，隨時(shí)調(diào)整焊槍移動(dòng)量、送絲量。在工件裝配中，焊縫坡口下料不直或不均勻，裝配間隙過大、過小，手工焊接都可以彌補(bǔ)，而機(jī)器人焊接不行。

上述問題反映出機(jī)器人焊接工藝技術(shù)特點(diǎn)以及與手工焊接方法或普通半自動(dòng)焊接專機(jī)方法的不同之處。

3.2 改進(jìn)實(shí)例

以下所舉的實(shí)例為大型結(jié)構(gòu)件的機(jī)器人焊接生產(chǎn)提供論證與改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。

某單位有一臺(tái)九軸機(jī)器人工作站，機(jī)器人型號(hào)：Almega EX-V6L，主要用于鋁合金橢球形封頭TIG焊接，工件外形像西瓜皮，有數(shù)條縱縫和兩條環(huán)縫。工作站的應(yīng)用問題出現(xiàn)在變位機(jī)、工件裝配模臺(tái)、焊接夾具上，表現(xiàn)為機(jī)器人外部軸伺服傳動(dòng)誤差很大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，起／停晃動(dòng)量大，顯得剛性不足；再加上氣動(dòng)焊接夾具，變位機(jī)承載顯得不夠。要想徹底解決難度很大。

3.3 改進(jìn)方法

針對(duì)變位機(jī)重復(fù)定位誤差較大的問題，采取示教一條，焊接一條的方式，并在焊縫軌跡上增加示教點(diǎn)的數(shù)量，以減少誤差。為減少焊接運(yùn)行過程中焊槍抖動(dòng)和變位機(jī)翻轉(zhuǎn)晃動(dòng)，采取焊槍伺服于工件，除平焊外，有一定量的上坡焊與下坡焊，使變位機(jī)的翻轉(zhuǎn)量減少，翻轉(zhuǎn)角度降低。對(duì)機(jī)器人操作臂采取平緩姿態(tài)，并留有足夠的活動(dòng)余量，送絲導(dǎo)嘴相對(duì)焊槍可旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度。另外，對(duì)每條焊縫上若干個(gè)示教點(diǎn)的坐標(biāo)值，進(jìn)行記錄繪制，找出一條優(yōu)化曲線(平均曲線)，對(duì)偏差較大的點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)校準(zhǔn)，使焊槍與變位機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)趨近平穩(wěn)。這樣一來，焊接試運(yùn)行過程中焊槍沒有出現(xiàn)抖動(dòng)，變位機(jī)也沒有出現(xiàn)晃動(dòng)，示教軌跡能夠滿足橢球曲線的焊接要求。

采用變極性TIG焊接方法時(shí)，焊接電流較半自動(dòng)焊接降低10%～15%，試片焊接后與半自動(dòng)焊接試片相比，抗拉強(qiáng)度相近，而延伸率顯著提高，焊縫收縮量減小，變形減小。從試片焊接夾具的壓條上看，螺釘緊固用力有所降低。焊接過程中，焊接內(nèi)應(yīng)力相對(duì)手工焊接明顯降低，對(duì)焊接工件壓緊的拘束力也可降低。為減輕變位機(jī)的承載，沿用手工焊接夾具(夾具質(zhì)量只有氣動(dòng)夾具質(zhì)量的30%)，對(duì)工件裝配提出高于手工焊接的要求。工件(瓜瓣)坡口，按照試片焊接的要求，減小焊縫坡口尺寸，焊縫對(duì)中不留間隙。曲面形狀的工件，沒有專用機(jī)加設(shè)備，人工下料銑削、修配，難度很大。裝配質(zhì)量直接影響到焊接過程、焊縫成形和焊接質(zhì)量。

圓環(huán)環(huán)縫的拼焊難度很大，完全是在手工焊模臺(tái)上完成的，因?yàn)闆]有合適的焊漏墊板，很多地方貼合不好，或根本貼不上，按照手工焊接順序，將圓環(huán)焊縫分成若干段。采用非同步協(xié)調(diào)，焊接時(shí)工件不轉(zhuǎn)，還是示教一條、焊一條。機(jī)器人操作臂繞圓弧面焊接，亦采用爬坡焊—平焊—下坡焊，焊完這段圓弧焊縫后，機(jī)器人回到起始點(diǎn)，模臺(tái)再旋轉(zhuǎn)至下一段，再進(jìn)行機(jī)器人焊接。由于是手工開的坡口，很難保證裝配一致，每一段的焊接必須依照焊縫狀態(tài)重新修整、校對(duì)示教程序，并根據(jù)坡口狀況，調(diào)整送絲速度、焊接速度。第二層蓋面焊接的起弧點(diǎn)必須與第一層打底層起弧點(diǎn)位置錯(cuò)開。焊接過程中實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電流大小，否則，會(huì)出現(xiàn)末焊透或焊穿缺陷。

3.4 焊接試驗(yàn)結(jié)果和問題分析

整個(gè)工件焊完，與手工焊接相比，焊縫成形好，沒有出現(xiàn)錯(cuò)縫，局部有咬邊現(xiàn)象，可用機(jī)器人進(jìn)行焊接修補(bǔ)。卸臺(tái)后，沒有出現(xiàn)未焊透情況，整個(gè)形面較手工焊接變形小。

焊完工件經(jīng)X光探傷，氣孔、夾渣明顯少于手工焊接工件，只是有幾處裂紋。裂紋出現(xiàn)在頂蓋圓環(huán)上，由于頂蓋與圓環(huán)貼合狀態(tài)不同，頂蓋貼合緊密一些，圓環(huán)貼合則相對(duì)松一些，焊接過程中，頂蓋側(cè)散熱較圓環(huán)散熱快，使得焊縫兩邊產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不同，冷卻結(jié)晶過程中頂蓋側(cè)焊縫收縮較快，容易產(chǎn)生裂紋。說明焊接熱輸入量不夠，提高焊接電流5%，效果會(huì)更好。

裂紋經(jīng)手工挖除修補(bǔ)后，工件經(jīng)過水壓試驗(yàn)，達(dá)到并超過設(shè)計(jì)壓力，焊接質(zhì)量合格，達(dá)到了預(yù)期的目的。

3.5 安全使用

焊接機(jī)器人技術(shù)集機(jī)械工程、電子技術(shù)、數(shù)控及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用靈活、生產(chǎn)效率高。但也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，操作不當(dāng)，容易碰撞焊槍，甚至碰撞機(jī)器人本體操作臂，并有可能危及操作者自身或站內(nèi)其他作業(yè)人員的生命，操作安全極其重要。焊接機(jī)器人使用，對(duì)操作者的專業(yè)素質(zhì)和技能要求較高，必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)。焊接機(jī)器人的安全生產(chǎn)必須時(shí)時(shí)處處注意。

4 結(jié)論

(1)焊接機(jī)器人本體重復(fù)精度很高，但當(dāng)外部軸與變位機(jī)聯(lián)接組成后，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度可能因變位機(jī)的設(shè)計(jì)制造問題而有所降低，甚至達(dá)不到工作站的設(shè)計(jì)要求，以致影響到整個(gè)項(xiàng)目的完成。

(2)特別是針對(duì)較大的工藝裝備時(shí)，采用非同步協(xié)調(diào)，焊槍伺服于變位機(jī)，同樣可以滿足焊接精度要求?？墒棺兾粰C(jī)的設(shè)計(jì)制造難度降低，成本下降，方法是可行的。

(3)機(jī)器人焊接不同于手工焊接或半自動(dòng)專機(jī)焊接，對(duì)工件的一致性，裝配精度要求很高。

(4)機(jī)器人工作站設(shè)備及專業(yè)人員培訓(xùn)投資較大，成本較高，在企業(yè)推廣有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)工藝技術(shù)能力、員工素質(zhì)，也是企業(yè)推廣使用機(jī)器人工作站需要考慮到的。

(5)機(jī)器人工作站用于部分形面堆焊、咬邊缺陷補(bǔ)焊是可行的。

[1]王 政.焊接工裝夾具及變位機(jī)械—性能、設(shè)計(jì)、選用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]林尚揚(yáng).焊接機(jī)器人及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000(先進(jìn)焊接制造技術(shù)叢書).

[3]譚一炯，周方明，王江超，等.焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電焊機(jī)，2006，36(3)：6-10.

[4]符婭波，邊美華，許先果.弧焊機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006(3)15-19.

Application of welding robot in engineering

XIA Xu-xin
(Changzhen Machinery Works，China Aerospace Science and Technology Corporation-CASC，Wanyuan 636371，China)

As to the welding robot station of large complex curved surface of aluminum alloy structure，the author have done analysis and improvements from the project planning，design of frock clamp，site installation and commissioning，process testing to concrete problems in engineering applications,and obtained the desired results through the production application and instance verification.

large complex curved surface；aluminum；welding robots；frock clamp；repeated accuracy of positioning

TG409

B

1001-2303(2011)05-0017-05

2011-03-15

夏旭新(1960—)，男，江蘇高郵人，工程師，主要從事焊接設(shè)備、工裝的調(diào)試與維修工作。