焊接機器人在工程機械制造業(yè)的應(yīng)用

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摘要：通過介紹工程機械鏟刀體的結(jié)構(gòu)及焊接工藝、變位機裝夾工裝的設(shè)計以及KUKA焊接機器人自主進(jìn)行編程、焊接工藝設(shè)定、優(yōu)化焊接程序，闡述了工程機械鏟刀體采用機器人焊接在焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)和柔性化管理等方面的特點。

關(guān)鍵詞：焊接機器人；工程機械；鏟刀體；柔性化

1.概述

我公司主要生產(chǎn)平地機、壓路機等工程機械，鏟刀作為平地機關(guān)鍵核心部件之一，其組對尺寸、焊接質(zhì)量、加工精度以及外觀質(zhì)量都非常重要。尤其對于鏟刀的結(jié)構(gòu)件鏟刀體的焊接質(zhì)量要求達(dá)到一級焊縫，這就對焊接人員的焊接技能、設(shè)備性能、設(shè)備穩(wěn)定性等方面提出了較高要求。工業(yè)機器人不僅能夠?qū)崿F(xiàn)焊接自動化生產(chǎn)，解放勞動力，提高焊接效率，而且焊接質(zhì)量穩(wěn)定，可保證精度和產(chǎn)品焊縫美觀，也便于組織生產(chǎn)和自動化管理，因此工業(yè)機器人在我公司被廣泛應(yīng)用。本文就KUKA機器人在平地機鏟刀體自動化焊接應(yīng)用狀況及技術(shù)特點進(jìn)行闡述。

2.鏟刀體結(jié)構(gòu)及焊接工藝

鏟刀體主要由刀架板、上滑道、下滑道及油缸座板等組成，屬于典型的長條形框架類結(jié)構(gòu)，不僅焊縫數(shù)量多，大部分為長焊縫，而且整體焊縫質(zhì)量要求很高，尤其是刀架板弧形板處連接焊縫要求為一級，其他處焊縫也要達(dá)到二級要求，焊縫外觀質(zhì)量全部要求為一級。平地機生產(chǎn)初期，由于制造水平落后，人力成本高，工業(yè)機器人等自動化設(shè)備還沒在工程機械制造業(yè)應(yīng)用，公司平地機焊接生產(chǎn)處于機械化階段，鏟刀體制造主要采取機械式工裝進(jìn)行組對，然后進(jìn)行人工地攤式焊接。在焊接過程中需要用焊接支撐架固定焊接，為得到較好焊接位置需要用行車吊裝翻轉(zhuǎn)至船型位置，這樣不僅存在較大的不安全因素，而且由于焊縫長約4m，工人無法一次性焊完，需要停留幾次才能完成一道焊縫。采用上述方法，導(dǎo)致鏟刀體焊縫質(zhì)量受人員技能水平的影響，一些關(guān)鍵焊縫會出現(xiàn)氣孔、未熔合、未焊透、弧坑等焊材缺陷，經(jīng)常返修，不僅降低了鏟刀的生產(chǎn)效率，而且人員操作環(huán)境惡劣，焊接勞動強度大。

3.工藝改進(jìn)

隨著企業(yè)的發(fā)展，公司越來越重視生產(chǎn)能力的提升，組織實施了產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的升級換代，為此引進(jìn)一臺工業(yè)機器人應(yīng)用于鏟刀體的焊接。我公司選用KUKAKR16L6-2型六軸天吊式焊接機器人，采用KUKAKRC2控制器，德國原裝進(jìn)口EWM焊機，一套頭尾式標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)變位機以及龍門式3軸移動裝置組成的焊接機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作時焊接機器人和變位機能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動，完成焊接過程。具體操作如下：

（1）機器人焊接裝夾工裝

鏟刀體采用機器人焊接前，需要一套固定裝夾工裝。首先進(jìn)行了變位機的裝夾方案制定與驗證工作。利用原有裝夾工裝基礎(chǔ)上改造，并結(jié)合鏟刀體的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化定位方式、裝夾方式，兩端采用弧形固定板，直接焊接在原有工裝上，不影響原有工裝的使用，達(dá)到了工裝的通用性；然后在弧形固定板上按照鏟刀體的鏟刀安裝孔的位置鉆通孔，通過孔對中和弧面貼合鏟刀體放置到工裝上，用螺栓和螺母將其固定牢靠，可實現(xiàn)變位機360°旋轉(zhuǎn)。

（2）編程順序

編程屬于機器人焊接比較重要的過程，好壞直接關(guān)系到工件的焊接質(zhì)量和焊接效率。我公司采用示教器運行方式，將工件通過變位機旋轉(zhuǎn)至合適位置，移動機器臂空間位置到達(dá)需要焊接的位置，建立空間點，調(diào)整好機器人焊槍的姿態(tài)；為了日后工件焊接位置的穩(wěn)定性，先編制機器人尋找工件的點，每一個位置尋點全部編制完畢，然后編制焊接程序，通過尋點的位置賦值給焊接的起始點和收弧點。由于鏟刀體多為弧形結(jié)構(gòu)，焊接程序設(shè)置為圓弧編制，為了獲得船型最佳焊接位置，還需要配合變位機同時旋轉(zhuǎn)，記錄尋位點和焊接位置點，修改并保存焊接參數(shù)，最后模擬焊接過程調(diào)整焊槍角度和焊接參數(shù)，首件進(jìn)行工藝驗證，尋位功能實現(xiàn)鏟刀體批量焊接。

（3）焊接工藝

采用機器人自動焊接，主要有焊槍擺動控制、焊接參數(shù)控制、焊槍角度及干伸長控制、多層多道焊控制。下面對機器人焊接工藝過程控制進(jìn)行闡述：首先，焊槍擺動參數(shù)包括擺動方式、擺動類型、擺動頻率以及擺動寬度極點位置停留時間，通過調(diào)整以上參數(shù)優(yōu)化鏟刀體的焊槍擺動，確定焊槍的角度和干伸長度。根據(jù)不同坡口類型及坡口尺寸選擇合適的擺動方式、擺動類型、擺寬。其次，焊接參數(shù)控制，焊接參數(shù)主要包括起始點和收弧點焊接電流、電弧電壓，焊接過程中焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量。各個參數(shù)之間要合理匹配，只有經(jīng)過工藝驗證才能使用，否則會造成焊接時飛濺增多堵住焊槍口，或者產(chǎn)生未焊透、咬邊及弧坑等焊接缺陷。由于該EWM焊機為一元化調(diào)節(jié)，所以只需設(shè)置合理的焊接電源和焊接速度即可，焊接參數(shù)根據(jù)不同焊腳大小選擇，具體參數(shù)如附表所示。由于鏟刀體屬于關(guān)鍵部件，因此焊縫焊腳比較大，多為15mm以上，這時需要采用多層多道命令才能完成要求。KUKA焊接機器人設(shè)置有多層多道焊命令，調(diào)用該命令時，需調(diào)整焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)方可完成。

4.機器人焊接特點

鏟刀體機器人焊接具有以下優(yōu)點：①采用機器人焊接，焊縫可達(dá)率90%以上，基本實現(xiàn)了機器人全位置焊接，下來只需人工找點焊補。②通過機器人尋點功能，可實現(xiàn)鏟刀體焊接大批量生產(chǎn)。③提高焊接質(zhì)量，且能保證均一穩(wěn)定。因為每條焊縫焊接參數(shù)都是固定的，焊縫質(zhì)量受人為因素影響較小，降低對焊工操作技能的要求。④改善焊接環(huán)境，工人只需吊裝和拆卸鏟刀體，焊接時不需要其他操作，避免弧光、煙霧和飛濺。⑤提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)量質(zhì)量容易控制。機器人焊接可以連續(xù)作業(yè)，節(jié)省人工焊接翻轉(zhuǎn)占用行車的時間，同時消除了翻轉(zhuǎn)鏟刀體的安全隱患，機器人生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，安排生產(chǎn)計劃明確。⑥生產(chǎn)柔性化，相同類型的鏟刀體通過改變焊接機器人程序就可以焊接，不需要購買焊接設(shè)備就能實現(xiàn)自動化焊接，體現(xiàn)了焊接機器人在鏟刀體焊接的柔性化生產(chǎn)。焊接機器人在工程機械制造業(yè)使用是必然趨勢，但由于自身的特點還存在很多不足：例如一次性購買整體設(shè)備，投資大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本體部件都是進(jìn)口件，價格昂貴，國內(nèi)沒有可靠的生產(chǎn)能力；對設(shè)備維修要求很高，一旦過質(zhì)保期，廠家維修價格貴；編程、故障排除、軟件運行等需要專業(yè)培訓(xùn)，才可以上崗。

5.結(jié)語

經(jīng)過鏟刀體首件工藝驗證，所有焊縫達(dá)到要求，目前已經(jīng)批量運用機器人焊接，替代了原來人工地毯式焊接，降低了工人勞動強度，消除了行車翻轉(zhuǎn)存在的安全隱患，同時提高了焊縫質(zhì)量、生產(chǎn)效率，滿足其他類型鏟刀體的柔性化設(shè)計，符合公司的“降本增效”的要求。下一步將繼續(xù)推廣機器人自動化焊接在工程機械制造業(yè)的應(yīng)用，不斷提高焊接自動化水平，提升產(chǎn)品的核心技術(shù)競爭力。

作者：郭亮 惠燕先 楊列超 張瑞臣 王學(xué)讓 單位：山推工程機械股份有限公司道路機械公司