淺談機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要：隨著機電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，制造業(yè)逐漸向自動化、智能化發(fā)展，焊接生產(chǎn)中通過廣泛應(yīng)用機器人、自動化生產(chǎn)線，能夠提高生產(chǎn)效率和焊接品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：機電一體化；焊接；機器人；生產(chǎn)線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.046

近年來，機電一體化技術(shù)飛速發(fā)展，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。通過機電一體化技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，推動了生產(chǎn)系統(tǒng)向自動化、智能化發(fā)展，實現(xiàn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級。焊接是制造業(yè)最重要的工藝技術(shù)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已從簡單的構(gòu)件連接方法發(fā)展成為制造業(yè)中生產(chǎn)精密產(chǎn)品的手段，傳統(tǒng)手工焊接已不能滿足現(xiàn)在高技術(shù)產(chǎn)品制造的質(zhì)量、數(shù)量要求。因此，焊接生產(chǎn)通過與機器人、生產(chǎn)線等機電一體化技術(shù)的融合運用，能夠大幅提高生產(chǎn)效率，得到穩(wěn)定的產(chǎn)品焊接質(zhì)量和均衡的生產(chǎn)節(jié)奏。

本文將從焊接生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的焊接機器人和焊接生產(chǎn)線兩方面來探討機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 焊接機器人

焊接機器人是工業(yè)機器人與現(xiàn)代焊接技術(shù)相結(jié)合，用以完成焊接作業(yè)任務(wù)的典型的機電一體化產(chǎn)品，是自動化焊接生產(chǎn)線中的基本單元。焊接機器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是焊接過程高度自動化的一個標(biāo)志。自工業(yè)機器人誕生以來，大約有半數(shù)是焊接機器人。

焊接機器人的技術(shù)發(fā)展可分為三代[1]：

第一代是指基于示教再現(xiàn)工作方式的焊接機器人。由于其具有操作簡便、不需要環(huán)境模型、示教時可修正機械結(jié)構(gòu)帶來的誤差等特點，在焊接生產(chǎn)中得到大量使用，是目前應(yīng)用最廣泛的機器人。

第二代是指基于一定傳感器信息的感覺控制型機器人。在第一代機器人上加傳感器系統(tǒng)（視覺、力覺等），對環(huán)境的變化可進行一定范圍的適應(yīng)性調(diào)整，目前已進入推廣應(yīng)用階段。

第三代：智能型機器人。它不僅具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃的能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境，自行做出決策，規(guī)劃動作，即按任務(wù)編程。

焊接機器人是焊接自動化的革命性進步，它突破了焊接剛性自動化的傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式。剛性自動化設(shè)備通常都是專用的，僅適用于大、中批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，小批量產(chǎn)品焊接中則以手工焊接為主。而焊接機器人可以替代手工實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的自動化焊接生產(chǎn)。

與人工焊接相比，機器人焊接具有明顯的優(yōu)勢。人工焊接時，焊接工人經(jīng)常會受到心理、生理條件變化及周圍工作環(huán)境的影響，在惡劣的焊接環(huán)境下，工人易疲勞，難以長時間保持焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性；而焊接機器人不會疲勞，可以24小時連續(xù)生產(chǎn)，工作狀態(tài)和焊接質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，勞動安全衛(wèi)生條件得到明顯改善。

焊接機器人按用途分為點焊機器人和弧焊機器人[2]：

（1）點焊機器人。點焊機器人能進行點焊自動作業(yè)，受控運動方式是點位控制。點焊機器人按照示教程序規(guī)定的動作和參數(shù)進行點焊作業(yè)，只在目標(biāo)點位上完成操作。點焊機器人能夠快速完成小節(jié)距的多點定位，定位精度高，以保證焊接質(zhì)量。從最初的增強焊作業(yè)發(fā)展到定位焊作業(yè)，點焊機器人的作業(yè)性能更加全面。

（2）弧焊機器人?；『笝C器人受控運動方式是連續(xù)軌跡控制，機械手終端按預(yù)期的軌跡和速度運行。在弧焊作業(yè)中，焊槍跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。由于弧焊過程較復(fù)雜，要求機器人運動軌跡的重復(fù)精度、焊槍姿態(tài)、焊槍參數(shù)都要更精確。當(dāng)焊縫短而多時，引弧和收弧較頻繁，要求弧焊機器人具有可靠地引弧和收弧功能。

隨著社會發(fā)展和技術(shù)進步，點焊機器人和弧焊機器人單獨工作有時已不能滿足生產(chǎn)要求，需將點焊機器人和弧焊機器人同時運用在同一工站進行協(xié)同作業(yè)，組成柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，可以方便地實現(xiàn)多種不同類型工件的高效焊接加工，特別是在變換工件的適應(yīng)性方面和生產(chǎn)過程的自動化方面充分顯示其優(yōu)越性。

2 焊接生產(chǎn)線

焊接生產(chǎn)線[1]，是指將焊接生產(chǎn)所需各種備料、裝配、焊接、無損檢測等設(shè)備與焊件的上料、卸料、傳輸?shù)葯C械裝置，按產(chǎn)品加工工藝程序進行有機排列組合而形成的機電一體化作業(yè)線。

焊接生產(chǎn)線按發(fā)展趨勢可分為兩種類型[3]：剛性焊接生產(chǎn)線和柔性焊接生產(chǎn)線。

剛性焊接生產(chǎn)線屬于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，通常把作業(yè)分為多個簡單工序，按分批投入的方式完成上述各簡單工序，屬于單個工序自動化。

柔性焊接生產(chǎn)線屬于柔性制造系統(tǒng)，用于制造小批量、多品種的產(chǎn)品，不同批次產(chǎn)品的不同工序可以重疊投入，以達到較高的設(shè)備利用率，減少加工過程中零件的中間存儲時間，快速響應(yīng)客戶需求。

柔性焊接生產(chǎn)線采用計算器控制，控制中心顯示各單元的焊接狀況及物料運送等待信息。能實時了解生產(chǎn)狀態(tài)、合理進行生產(chǎn)調(diào)度，在制品的中間停留時間可減少到最少。在生產(chǎn)時，將工件放在生產(chǎn)線送料平臺，輸送系統(tǒng)自動識別工件類型，并將工件自動運送到相應(yīng)的焊接單元進行焊接。自動焊接完成后，工件自動運出到下料平臺。工件搬運、上下料均由計算機控制，生產(chǎn)過程自動化程度高，可減少直接人工作業(yè)。

當(dāng)今市場競爭加劇，產(chǎn)品更新周期加快，生產(chǎn)品種越來越多，批量越來越少，而焊接的工件越來越復(fù)雜，對焊縫的要求也越來越高。在生產(chǎn)中，焊接生產(chǎn)線的工作單元通過大量采用機器人和計算機控制進行協(xié)同作業(yè)，可方便實現(xiàn)不同類型工件的高效焊接加工，特別是在變換工件的適應(yīng)性和自動化方面充分顯示出生產(chǎn)線和機器人柔性化的優(yōu)越性。

隨著機電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，焊接生產(chǎn)已從單一的焊接工序自動化向焊接過程、檢測、傳輸、管理等全系統(tǒng)自動化發(fā)展，從單機穩(wěn)定焊接控制向多機焊接控制和智能化系統(tǒng)自動控制發(fā)展。隨著信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，制造業(yè)已從機械化、自動化向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，柔性焊接生產(chǎn)線、無人化車間、無人化工廠的應(yīng)用推廣，將給制造業(yè)帶來巨大變革。

參考文獻：

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]林尚揚，陳善本，李成桐.焊接機器人及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]趙熹華.焊接方法與機電一體化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：李永兵（1982-），男，山西太原人，機械設(shè)計工程師，研究方向：機械設(shè)計制造及自動化。