焊接機器人操作與維護

馮 琛

（陜西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721001）

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，焊接作為“工業(yè)裁縫”，是重要的生產(chǎn)方式。焊接技術(shù)的進步可以有效保障產(chǎn)品品質(zhì)，為我國產(chǎn)業(yè)升級奠定堅實的基礎(chǔ)，大大推進工業(yè)4.0時代的到來，因而對焊接的自動化、柔性化和智能化的要求日益提高，焊接機器人可有效滿足焊接的時代需求，其推廣應(yīng)用已成為必然趨勢[1]。

1 焊接機器人規(guī)?；瘧?yīng)用意義

焊接機器人規(guī)?；瘧?yīng)用極具意義，既提高了經(jīng)濟效益，又改善了勞動條件，為社會、企業(yè)和個人的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。其重要意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）改善和保障焊接質(zhì)量，滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求。焊接機器人的參數(shù)設(shè)置如焊接機器人路徑、速度、焊接電流、電壓等，對于焊接質(zhì)量起著決定性作用。采用機器人焊接時，焊接機器人的參數(shù)通過系統(tǒng)程序保障，從而可通過機器人系統(tǒng)確保每條焊縫品質(zhì)的恒定，焊縫質(zhì)量受人為因素的影響大大減少。既降低了企業(yè)培養(yǎng)工人的成本，又降低了對操作技術(shù)的要求，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定；而人工焊接會受到操作人員不同的影響，很難保障質(zhì)量的穩(wěn)定性，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求。

2）改善了操作員工作條件。采用焊接機器人焊接，自動線體正常運行時其焊接過程均由機器人完成，操作員只需要將焊接部件通過上料單元送往相應(yīng)自動線體，從而避免操作員受焊接弧光、煙霧和飛濺等傷害。尤其是汽車行業(yè)白車身的焊接基本采用點焊，通過機器人點焊讓操作員免于使用笨重的手工焊鉗，使其從高強度的體力勞動中解脫出來。

3）提高企業(yè)生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。焊接機器人自動線體可實現(xiàn)不間斷連續(xù)生產(chǎn)，既提高了生產(chǎn)效率，又確保了企業(yè)的經(jīng)濟效益。尤其是采用機器人焊接，在縮減培養(yǎng)操作人員的成本與時間、大大降低企業(yè)用人成本的同時，也保障了焊接質(zhì)量，從而為企業(yè)的長久發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4）生產(chǎn)周期明確，實現(xiàn)產(chǎn)量控制。焊接機器人自動線體的生產(chǎn)具有節(jié)拍性且是固定的，生產(chǎn)效率因節(jié)拍固定而確定。因此，生產(chǎn)計劃安排具有精確性，生產(chǎn)目標(biāo)可明確化。

5）簡化產(chǎn)品改進換代的周期，減少對相應(yīng)設(shè)備的投資?？蓪崿F(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化，焊接機器人可以通過修改機器人程序來改變焊接路徑、速度等參數(shù)，方便完成各類產(chǎn)品的焊接工作[2]，進而縮短生產(chǎn)與改型周期，同時焊接機器人具有柔性，減少因產(chǎn)品換代而引起的設(shè)備投資。

2 焊接機器人應(yīng)用現(xiàn)狀

焊接機器人應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等制造行業(yè)，如貴州吉利汽車有限責(zé)任公司焊裝車間工業(yè)機器人覆蓋率已超過80%，因而焊接機器人操作與維護已成為企業(yè)職工的必備技能。但我國工業(yè)機器人起步晚，且焊接機器人工作環(huán)境惡劣，往往故障較多，雖已經(jīng)設(shè)計出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊接機器人系列產(chǎn)品[3]，如沈陽新松機器人，但卻未能得到推廣，形成規(guī)模效應(yīng)，究其原因，有以下幾點。

1）國內(nèi)機器人成本優(yōu)勢減弱。近年來，各類品牌的進口機器人生產(chǎn)基地逐漸轉(zhuǎn)移至國內(nèi)，加上我國部分企業(yè)收購知名機器人企業(yè)，導(dǎo)致進口機器人的價格大幅降低，從40～60萬元/臺降低到10～20萬元/臺，使我國國產(chǎn)機器人價格優(yōu)勢逐漸減弱，尤其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的國產(chǎn)焊接機器人很難打開市場。大型企業(yè)多采用進口品牌機器人，如貴州吉利汽車有限公司焊裝車間均采用德國庫卡焊接機器人。同時，我國機器人發(fā)展尚處于初期階段，未能發(fā)展出與之匹配的零部件產(chǎn)業(yè)，如伺服電機、減速器等，使得機器人關(guān)鍵部件需要進口，成本難以降低，所以國產(chǎn)機器人與進口機器人相比，價格優(yōu)勢逐漸減弱。并且焊接技術(shù)、工藝與國外還存在較大差距，故國產(chǎn)焊接機器人在國內(nèi)各大車企焊裝車間白車身的生產(chǎn)中幾乎所有的裝備都是從國外引進，國產(chǎn)機器人未能打開市場。

2）國產(chǎn)機器人無論是控制系統(tǒng)的集成度、可靠性還是人機互動等方面，與歐美公司相比仍存在不足之處。國外經(jīng)過幾十年的發(fā)展，焊接機器人及配套產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成熟，實現(xiàn)互相促進發(fā)展的局面，并且經(jīng)歷了30多年的應(yīng)用歷程，在生產(chǎn)中積累大量的經(jīng)驗，通過收集實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為焊接機器人的進一步發(fā)展優(yōu)化奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而我國焊接機器人硬件與軟件均處于初步發(fā)展階段，實際生產(chǎn)應(yīng)用較少，相應(yīng)的使用經(jīng)驗與數(shù)據(jù)不足，故焊接機器人的發(fā)展緩慢。

3）國內(nèi)焊接機器人生產(chǎn)及配套廠家多處于起步階段，需要國家政策和資金的扶持。焊接機器人是機電一體化的綜合性產(chǎn)品，單靠個別企業(yè)推動發(fā)展遠遠不夠，需要國家對機器人生產(chǎn)企業(yè)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，制定機器人企業(yè)的發(fā)展側(cè)重點，使機器人的發(fā)展能夠滿足我國產(chǎn)業(yè)升級需求。同時，國家應(yīng)對于使用國產(chǎn)機器人的企業(yè)給予稅收優(yōu)惠，從而促進機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 焊接機器人故障分析

焊接機器人常見故障類型分為機器人系統(tǒng)故障和焊接系統(tǒng)故障[4]。機器人系統(tǒng)故障主要是機器人控制系統(tǒng)不完善造成的問題，如系統(tǒng)停機死機的現(xiàn)象，機器人路徑程序不合理，從而使得內(nèi)部線路磨損嚴(yán)重；焊接系統(tǒng)故障主要是焊接系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)的常見問題，如點焊機器人電極帽磨損及不對中、輔助循環(huán)水冷卻系統(tǒng)濾網(wǎng)堵塞等。

3.1 焊接機器人系統(tǒng)的常見問題

1）由于焊接機器人工作環(huán)境惡劣，伺服電機與解碼器通信存在被干擾等問題，導(dǎo)致焊接機器人零點易丟失，需要重新標(biāo)定零點。

2）焊接機器人由于工作條件復(fù)雜，存在多品種、小批量的生產(chǎn)情況，故為滿足生產(chǎn)要求不可避免地會出現(xiàn)路徑設(shè)置不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接機器人部分線路磨損嚴(yán)重。

3）焊接機器人控制柜存在大量電氣元件，實際生產(chǎn)過程中會頻繁調(diào)試，進而導(dǎo)致電流不穩(wěn)定，損壞控制柜電氣元件[5]。

3.2 焊接及輔助系統(tǒng)[6]的常見問題

1）上下電極對工件施加壓力并通以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將工件加熱至熔化或塑性狀態(tài)，以達到焊接目的。但焊接過程電極帽因壓力、電流等因素，導(dǎo)致磨損較為嚴(yán)重，而且電極帽極易沾到焊接件上的油漆、灰等雜質(zhì)，導(dǎo)致接觸不良，電流無法導(dǎo)通，從而出現(xiàn)缺失電流的現(xiàn)象。

2）電極帽因工作環(huán)境惡劣需頻繁更換，部分工作人員未按規(guī)程更換，極易造成上電極與下電極位置偏移，進而使得上下電極無法對中，影響焊接質(zhì)量。

3）焊接輔助系統(tǒng)中，水循環(huán)冷卻輔助系統(tǒng)進行焊接部件的冷卻，循環(huán)過程中極易攜帶雜質(zhì)，從而造成濾網(wǎng)堵塞。

4 焊接機器人操作規(guī)程

焊接機器人操作規(guī)范性要求較高，規(guī)范操作可減少故障率，有助于個人與生產(chǎn)安全，故操作規(guī)程對于焊接機器人的應(yīng)用具有重要意義，是有效保障生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量的重要制度。除了規(guī)范操作流程外，還可以降低人員技術(shù)要求，有助于新員工培訓(xùn)。

4.1 勞保用品穿戴及作用

1）安全帽：防止高處零部件掉落造成傷害；防止機械部件沖擊的傷害；防止污染毛發(fā)造成的傷害。

2）勞保鞋：可以有效防止人員觸電事故；可以防止腳部意外傷害。

3）焊工面罩、防塵口罩：防止或減少空氣中煙塵、粉塵通過呼吸進入人體，從而保護生命安全的個體勞保用品。

4）焊工手套、焊工圍裙：電焊手套可以防護電焊時飛濺的火花，以免燙傷手，還可以防護電焊產(chǎn)生的電弧光對身體的輻射傷害。

5）其他勞保用品（護目鏡、防護耳罩等）：護目鏡減弱光強和改變光譜，避免輻射光對眼部造成傷害；防護耳罩減少噪聲對人體的影響[7]。

4.2 焊接機器人操作與維護作業(yè)要求

4.2.1 作業(yè)前要求

1）正確穿戴勞保物品，并確認(rèn)勞保物品是否完好，禁止穿戴存在安全缺陷的勞保物品；2）檢查焊接機器人系統(tǒng)各指標(biāo)是否完好，急停開關(guān)是否正常，必須符合車間安全要求，存在安全缺陷的禁止使用；3）檢查焊接機器人焊槍是否能夠正常使用，輔助系統(tǒng)有無水、氣泄漏現(xiàn)象，及時清理作業(yè)現(xiàn)場的易燃、易爆物品；4）保養(yǎng)、維修人員進入自動線體必須掛安全鎖、警示標(biāo)志，防止他人誤操作導(dǎo)致安全事故。

4.2.2 作業(yè)中要求

1）焊接機器人自動線體正常自動運行時，PLC必須處于自動狀態(tài)，機器人必須是主程序運行；2）檢查PLC給機器人輸入/輸出信號后，在控制柜用鑰匙打開自動模式，再給機器人上電，最后按下示教器運行按鈕[8]；3）焊接機器人處于手動狀態(tài)時，必須由專業(yè)人員用示教器操作；4）禁止亂按控制柜和示教器上的按鈕，非工作人員禁止在未經(jīng)允許的情況下，對控制柜和示教器進行操作；5）在進入機器人工作區(qū)域內(nèi)進行檢查和操作時，必須有兩人以上，一人注意觀察，防止意外事故的發(fā)生，如遇突發(fā)事件應(yīng)及時按下急停開關(guān)；6）操作者、維修人員必須經(jīng)過嚴(yán)格的機器人技術(shù)培訓(xùn)后方能上崗，使用、維護及保養(yǎng)均配備專職人員；7）操作過程中，一旦發(fā)生意外情況需及時按下示教器或控制柜上的急停按鈕，操作人員應(yīng)及時上報，申請維修人員處理，禁止違規(guī)操作；8）非專職人員不得隨意拆卸零件，專職人員不得在未經(jīng)允許的情況下私自修改機器人程序；9）操作人員在生產(chǎn)任務(wù)完成后應(yīng)及時對焊槍、設(shè)備外表面、清腔區(qū)域及機器人工作區(qū)域的衛(wèi)生進行清掃和擦拭；10）維修人員應(yīng)定期對電源線、信號線、水過濾器及修模器刀具等進行點檢，并對機器人控制箱濾網(wǎng)等設(shè)備進行保養(yǎng)；11）工作結(jié)束后機器人應(yīng)在原位狀態(tài)，只關(guān)閉焊接電源，不關(guān)閉機器人控制電源，防止數(shù)據(jù)丟失；12）機器人控制柜內(nèi)部，在切斷主電源開關(guān)后還有來自外部的電源，檢修時要切斷相關(guān)電源。

4.2.3 作業(yè)后要求

1）機器人運行到原點位置，并讓機器人主機處于下電狀態(tài)；2）保養(yǎng)擦拭機器人。

4.3 應(yīng)急處理措施

1）觸電急救：首先，使觸電者脫離電源，再判斷傷情狀況。若神志清晰，則將傷者送至通風(fēng)處靜臥；若窒息或昏迷，立即同時使用心肺復(fù)蘇法，再緊急送醫(yī)救治。

2）火災(zāi)急救：立即停止作業(yè)，向班組長或?qū)Ｂ毎踩珕T報告，組織義務(wù)消防員撲救，如火勢無法控制，立即上報，組織人員撤離。

3）人身傷害事故：立即停止作業(yè)，按下急停開關(guān)，關(guān)閉設(shè)備電源，報告班組長或?qū)Ｂ毎踩珕T。如出血則先止血再包扎，如骨折則先固定再搬運，情況緊急時立即送醫(yī)就診。

5 焊接機器人維護規(guī)程

焊接機器人工作環(huán)境惡劣，且工況復(fù)雜，故障相對較多。維護規(guī)程對于減少焊機機器人的故障率、保證其正常使用具有重要作用，且可延長設(shè)備的使用壽命，可規(guī)范化、簡單化及制度化地指導(dǎo)員工維護設(shè)備，還可以降低人員培訓(xùn)及設(shè)備維護成本，故焊接機器人維護規(guī)程對于企業(yè)非常重要。

5.1 日維護要求

1）CO2焊接氣體流量是否存在異常狀態(tài)；

2）焊槍安全保護系統(tǒng)是否完好；

3）焊接機器人系統(tǒng)參數(shù)是否正確。

5.2 周維護要求

1）擦洗機器人各軸，檢查主程序各示教點的準(zhǔn)確度；

2）檢查機器人各軸零點是否存在丟失；

3）清理焊接機器人輔助冷卻水循環(huán)系統(tǒng)過濾網(wǎng)；

4）檢查焊接機器人壓縮空氣進氣口處的過濾網(wǎng)是否積灰；

5）清理焊接機器人電機帽處雜質(zhì)及灰塵，防止點焊工作時缺失電流；

6）確認(rèn)焊接機器人路徑是否存在不合理之處，檢查軟管及線路有無破損及斷裂；

7）檢查焊槍安全保護系統(tǒng)以及外部急停按鈕是否正常。

5.3 月維護要求

1）定期潤滑機器人各軸，保證機器人良好的工況；

2）檢查并給變位機和軌道上的紅色加油嘴加黃油，藍色加油嘴加灰色的導(dǎo)電脂；

3）清理清槍裝置，檢查修磨器的刀片是否正常，如有問題及時更換；

4）用壓縮空氣清理控制柜及焊接機器人易積灰的部件，保證系統(tǒng)正常運行。

6 結(jié)論

焊接機器人的發(fā)展與應(yīng)用，不僅保障了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，而且有力地推進了我國的產(chǎn)業(yè)升級。焊接機器人操作與維護規(guī)程隨其推廣應(yīng)用越來越重要，制度化的管理能夠有效保障產(chǎn)品高品質(zhì)和生產(chǎn)高效率，但焊接機器人相關(guān)應(yīng)用理念和日常維護等方面仍存在不足之處，配套企業(yè)力量也相對較為薄弱[9]。故優(yōu)化焊接機器人操作與維護規(guī)程極具現(xiàn)實意義，有助于嚴(yán)格操作規(guī)范，減少人為因素導(dǎo)致的故障，提高清潔度，降低故障率，保障焊接信息的及時反饋，實現(xiàn)全程焊接跟蹤管理，對企業(yè)焊接機器人管理具有指導(dǎo)意義，促進企業(yè)制度化生產(chǎn)，使社會、企業(yè)與個人三方均從中受益。隨著焊接機器人的發(fā)展，其操作與維護規(guī)程也應(yīng)遵循理論指導(dǎo)實踐、實踐促進理論的理念，不斷完善優(yōu)化，從而體現(xiàn)焊接機器人的應(yīng)用價值，為社會發(fā)展貢獻力量。