焊接機(jī)器人在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用

耿一萌 石永樂 劉梓晗

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們不再僅僅追求溫飽，而更加追求生活的便利。由于人們提出的要求，我國軌道交通不斷發(fā)展，以滿足人們對便利生活的要求。然而，為了促進(jìn)軌道交通的不斷發(fā)展，研究者提出利用焊接機(jī)器人作用于軌道交通裝備的制造，促進(jìn)軌道交通裝備的發(fā)展。本文主要探究焊接機(jī)器手在軌道交通裝備制造中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人;焊接;軌道交通裝備制造

1焊接機(jī)械手設(shè)備系統(tǒng)的簡單介紹

該設(shè)備設(shè)計(jì)為一大型龍門行走機(jī)構(gòu)，龍門縱向行程 115 米;軌道長 120 米，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪/齒條和同步控制雙側(cè)驅(qū)動(dòng)，焊接電源、控制柜、空氣壓縮機(jī)和丙烷氣瓶等裝置置于龍門架之上。龍門架上懸掛兩臺焊接機(jī)械手，可沿龍門架橫向移動(dòng)，軌道中心間距 5.5 米，橫行行程4.5米。每臺機(jī)械手配置一個(gè)激光傳感器和一套焊接煙塵凈化裝置。系統(tǒng)從平行布置在地面導(dǎo)軌一側(cè)的銅排取電。同時(shí)在龍門系統(tǒng)上增加了清理氧化膜及焊接黑灰裝置，此裝置安裝在一套伺服系統(tǒng)控制的豎向滑軌上，此滑軌可以通過示教系統(tǒng)編程控制，同時(shí)可以編程打磨角度。此外還加裝了自動(dòng)拾取加熱槍，可以在濕度過高的情況下，通過程序自動(dòng)拾取焊槍進(jìn)行預(yù)加熱功能。在不使用的情況下，自動(dòng)放置在一旁，不影響焊接程序執(zhí)行。該焊接機(jī)械手設(shè)備系統(tǒng)在軌道交通裝備制造之中主要是從局部到整體的順序，其首先應(yīng)用于較為簡單，且需要大批生產(chǎn)部件焊接工作之中所使用，主要包括軌道交通裝備各分片的焊接。在焊接機(jī)械手的應(yīng)用達(dá)到熟練之后，可將其應(yīng)用于軌道交通裝備整個(gè)交通裝備骨架與車架總成的焊接工作之中。

2焊接機(jī)械手設(shè)備的優(yōu)勢

焊接機(jī)器手設(shè)備各方面的優(yōu)勢，有助于復(fù)雜的軌道交通裝備制造工作，尤其是對軌道交通裝備各部分的焊接精準(zhǔn)性以及效率方面的提升。

（1）系統(tǒng)整體剛性好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠?？梢员ＷC鋁合金焊接的高精度需要

（2）地面整潔，僅需布置導(dǎo)軌，占地面積小，方便夾具布置和工件裝卸以及操作人員行走

（3）成熟的設(shè)計(jì)，故障率低

（4）機(jī)器人可以沿龍門運(yùn)動(dòng)，充分保證最佳工作姿態(tài)

（5）靈活性高，適用面廣。龍門架下可以縱向布置四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)客車工位。采用一套設(shè)備，可以滿足焊接各種型號的鋁合金客車大部件的要求。

（6）采用最為先進(jìn)的激光傳感器系統(tǒng)，保證焊縫位置偏差的跟蹤和填充量變化的自動(dòng)補(bǔ)償

（7）電氣裝置皆置于龍門架上，無需拖動(dòng)復(fù)雜的電源電纜和氣路管線，大大簡化維修工作

（8）采用最為先進(jìn)的數(shù)字化逆變焊接電源，配以鋁合金專用焊接軟件，近一步保證焊接質(zhì)量

（9）豐富的弧焊軟件，中文 Windows 界面，簡化操作，提高效率

（10）打磨等輔助工具也可以通過編程進(jìn)行控制，可以有效地減少人工操作的時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.焊接機(jī)械手系統(tǒng)各部分技術(shù)描述

焊接機(jī)械手的應(yīng)用需具備系統(tǒng)性，使用單個(gè)的焊接機(jī)械手不能夠發(fā)揮其在軌道交通裝備制造中的作用。因此，焊接機(jī)械手的使用需要從整體上來規(guī)范其操作的步驟與流程，從各個(gè)模塊進(jìn)行綜合性的考慮，在焊接機(jī)械手使用初期可以先從較為典型的軌道交通裝備制造開始，設(shè)計(jì)符合裝備制造的焊接方案，通過考慮裝備的類型來進(jìn)行焊接機(jī)械手的應(yīng)用。

3.1焊接機(jī)器人，型號 RTi 456-S

精密的 RTi 456-S 焊接機(jī)器人為 6 軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式設(shè)計(jì)，每個(gè)軸臂都采用堅(jiān)固的鑄鋁結(jié)構(gòu)。傾斜式主軸設(shè)計(jì)，各關(guān)節(jié)的高自由度以及短小靈活的軸臂為此機(jī)器人的主要特點(diǎn)，即使對于難以接近的位置，仍然可以保證其很大的工作范圍和最佳的焊接角度。此機(jī)器人腕關(guān)節(jié)的焊槍連接器為空心軸式設(shè)計(jì)，其上裝有碰撞保護(hù)開關(guān)，此獨(dú)特的設(shè)計(jì)為機(jī)器人的焊接工作提供了 最大的靈活性，同時(shí)也避免了焊接電纜和機(jī)器人手臂的纏繞，在最大程度上保證了焊接機(jī)器人對軌道交通裝備各復(fù)雜部分的焊接。為保證各軸的平穩(wěn)動(dòng)力傳 遞，采用獨(dú)特的預(yù)緊式雙蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，通過行星齒輪、齒圈達(dá)到平穩(wěn)的無音噪的運(yùn)行，使用壽命長，無需重新調(diào)整。

3.2腕部附加拉絲機(jī)

對于鋁合金焊接精確的送絲是非常重要的，任何送絲的波動(dòng)都可能對焊縫形狀和成型產(chǎn)生不良影響。焊絲通過安裝在機(jī)器人笫一軸的送絲機(jī)送出，再由腕部附加拉絲機(jī)送入焊槍。這樣即使焊槍電纜處于運(yùn)動(dòng)中，也能保證精確送絲運(yùn)行功能，因此，通過采用腕部附加拉絲機(jī)，可以保證在運(yùn)動(dòng)過程之中鋁合金焊接精確的拉絲，從而保證軌道交通裝備制造中焊接工作的正常進(jìn)行。

3.3控制系統(tǒng) RCi

機(jī)械手、控制柜和滑軌系統(tǒng)的控制和定位實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，通過 INTERBUS-S 和 HEDA 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其最大優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)輸送不會受任何干擾信號的影響（此為與模擬信號的最大區(qū)別之一），同時(shí)大大的加快了數(shù)據(jù)處理速度，實(shí)現(xiàn)更加精確的控制。標(biāo)準(zhǔn)控制柜可實(shí)現(xiàn) 16 軸聯(lián)動(dòng)控制，從而使得對機(jī)械手等系統(tǒng)的控制更加精準(zhǔn)，從而使得機(jī)械手等系統(tǒng)在軌道交通裝備制造之中應(yīng)用的精確性。

3.4 K5 型示教器

其為與最新的數(shù)字化控制系統(tǒng)而開發(fā)設(shè)計(jì)的，與中央控制系統(tǒng)通過總線連接。根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的示教器重量僅為 1.3 公斤，清晰的按鍵排列和高解析度 VGA 彩色顯示屏充分展示其“指令中心” 的特色。示教編程方式直觀易于掌握，軟件采用 Windows 平臺及視窗界面，不需學(xué)習(xí)使用任何計(jì)算機(jī)語言。

在示教器上，通過按鍵控制機(jī)械手到達(dá)焊接位置，在相應(yīng)的界面下選擇所需功能并輸入相關(guān)參數(shù)（ 如電流、焊接速度等） 即可完成焊接程序的編制，所有界面皆為中文顯示。各種坐標(biāo)系統(tǒng)如“工具坐標(biāo)”或“工件坐標(biāo)” （ 可由使用者定義或根據(jù)外部軸情況預(yù)選） 配合以“ Joint 坐標(biāo)” （ 各獨(dú)立軸坐標(biāo)） 和“ World 坐標(biāo)” （ 機(jī)械手系統(tǒng)坐標(biāo)） 聯(lián)合使用，可進(jìn)一步協(xié)助機(jī)器人在工作空間內(nèi)更加方便的定位。各種“宏功能” 如多層焊、焊接順序、弧坑填充、擺動(dòng)方式等，在菜單下直接選用即可，極大的減化了程序的編制過程，使得軌道交通裝備的制造更為簡便有效。

3.5鋁合金焊絲用焊槍，型號 SB395

焊槍是為機(jī)器人進(jìn)行鋁合金焊接而設(shè)計(jì)，采用 Teflon 焊絲襯管。具有優(yōu)良的剛度，碰撞后無需校形。一體式水冷，帶有快速接頭。

焊槍適于進(jìn)行氣動(dòng)清理（通過增壓后的壓縮空氣），噴嘴同時(shí)可做為尋蹤傳感器以進(jìn)行程序轉(zhuǎn)換。

3.6焊槍式焊接煙塵吸收和過濾凈化裝置

弧焊機(jī)械手可配備一個(gè)一體化的除塵裝置，通過安裝在焊槍前部周圍的環(huán)形吸收嘴保證對焊接煙塵的高效清除，焊接煙塵沿著焊槍頸輸送到一個(gè)回轉(zhuǎn)接頭，此接頭安裝在焊槍中央接頭處，然后通過管道送到煙塵清除過濾裝置。

吸收嘴的尺寸能使它安裝在氣體噴嘴的死角后面，從而保證即使在狹窄工件內(nèi)部也不防礙機(jī)械手的可達(dá)性，煙塵導(dǎo)管和旋轉(zhuǎn)式排煙接頭適用于不同類型的焊槍，從機(jī)械手手腕關(guān)節(jié)引出的導(dǎo)管與焊槍連接電纜是平行布置的。對于機(jī)械手特殊設(shè)計(jì)的腕關(guān)節(jié)，配備其一體式排塵接頭，可以最大程度地節(jié)省由于附加吸塵裝置而占用的空間，可以對軌道交通制造裝備所使用的機(jī)械手進(jìn)行除塵，從而保證機(jī)械手在裝備制造過程之中的正常運(yùn)行。

3.焊接機(jī)械手在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用

軌道交通裝備尤其是城際動(dòng)車組制造是一項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品鏈條涉及眾多高新技術(shù)領(lǐng)域，包括新型鋁合金型材、微電子設(shè)備、高精度電氣控制設(shè)備、精密氣動(dòng)設(shè)備等，這些均是技術(shù)含量高、附加值高的先進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域，屬于先進(jìn)制造業(yè)，是珠江三角洲地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，符合珠三角產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。建設(shè)車輛修造基地，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，有利于逐步形成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈條，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。因此，為提升軌道交通裝備制造的效率，采用焊接機(jī)械手來輔助制造過程，在一定程度上促進(jìn)我國軌道交通裝備制造的機(jī)械化與智能化。

參考文獻(xiàn)

[1]王壽福焊接技術(shù)在鐵路機(jī)車車輛工業(yè)中的應(yīng)用[J]，焊接技術(shù)，2004，33（3）：3-7