工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)研究

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摘要：在我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用愈加廣泛，在節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)的人力成本投入的同時(shí)，也大大提升了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。而在工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)生產(chǎn)中，焊接工作就是其主要應(yīng)用方向，因此對工業(yè)機(jī)器人的焊接生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人使用的重要基礎(chǔ)。本文對工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，對其焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究，為工業(yè)生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人的使用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；焊接生產(chǎn)線；設(shè)計(jì)；要點(diǎn)

引言

工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)械裝置，是適用于多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或者是多自由度的功能性機(jī)器，具有自動執(zhí)行工作的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了高度重視。工業(yè)機(jī)器人中包含移動機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、激光加工機(jī)器人、真空機(jī)器人以及潔凈機(jī)器人等等，而在工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的機(jī)器人種類就是點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。在機(jī)器人焊接作業(yè)開展中，前提基礎(chǔ)就是對焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與研究，是保證機(jī)器人正常運(yùn)行的前提。

1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成及其焊接工藝介紹

工業(yè)機(jī)器人作為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)代機(jī)械裝置，為我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展做成了巨大貢獻(xiàn)。工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代機(jī)械的重要代表，其主要結(jié)構(gòu)組成分為三個方面：即主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人的主體就是其基座和執(zhí)行機(jī)械組織，包括機(jī)械臂、機(jī)械腕和機(jī)械手，甚至有部分工業(yè)機(jī)器人還具備行走機(jī)構(gòu)[1]。驅(qū)動系統(tǒng)就是工業(yè)機(jī)器人的動力裝置和傳動系統(tǒng)，是工業(yè)機(jī)器人正常使用的動力基礎(chǔ)。最后的控制系統(tǒng)就是生產(chǎn)指令輸入的程序結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)工作的指令基礎(chǔ)。焊接是工業(yè)機(jī)器人主要的生產(chǎn)作業(yè)之一，現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人焊接使用中，其主要的焊接工藝就是電阻焊和電弧等，而在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用較為廣泛的就是電阻焊和電弧焊。電阻焊的焊接原理就是利用電極電流以工件為載體實(shí)現(xiàn)熱量的傳輸，進(jìn)而給電極之間的焊接結(jié)構(gòu)施加熱能，實(shí)現(xiàn)對焊接部件的加熱融化，最終實(shí)現(xiàn)金屬焊接。而電弧焊則和電阻焊有一定的區(qū)別，主要就是在其兩者之間的熱效率和焊縫上，電阻焊的熱效率更高，并且焊縫也更為致密，在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的焊接工藝使用中，如果沒有特殊要求，多采用電阻焊進(jìn)行作業(yè)，以提升工業(yè)焊接的質(zhì)量。在工業(yè)機(jī)器人的焊接過程中，多采用點(diǎn)焊的方式進(jìn)行，并且需要對焊接部件的表面狀態(tài)、焊槍電極壓力以及加熱溫度進(jìn)行全面把控，避免這三方面影響工業(yè)機(jī)器人電阻焊過程中的接觸電阻。在工業(yè)機(jī)器人的焊接工藝中，需要焊接生產(chǎn)線的前提基礎(chǔ)，為其焊接作業(yè)的開展奠定生產(chǎn)線基礎(chǔ)，保證對焊接部件焊接作業(yè)的順利開展，因此在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人焊接使用時(shí)，首要的任務(wù)就是對工業(yè)機(jī)器人的焊接生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，為工業(yè)機(jī)器人焊接作業(yè)的順利開展提供保障。

2工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

在工業(yè)機(jī)器人的焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)過程中，其主要的設(shè)計(jì)研究內(nèi)容包含了三個方面，即仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)?；诖?，在工業(yè)機(jī)器人的焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，就需要對這三個設(shè)計(jì)要點(diǎn)著重考慮，以保證其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)用性。首先，工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的仿真設(shè)計(jì)中，主要是通過ROBCAD進(jìn)行的，是一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)軟件，主要應(yīng)用在生產(chǎn)線的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及仿真設(shè)計(jì)等領(lǐng)域[2]。工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，就要應(yīng)用ROBCAD的仿真3D模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便設(shè)計(jì)過程中對模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)修改，保證焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的整體效果。在工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要包含對ROBCAD中仿真模型的夾具運(yùn)動動作進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)機(jī)構(gòu)和機(jī)械工具運(yùn)動的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)步驟就是在ROBCAD的Modeling模塊中打開動作設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，然后分別創(chuàng)建Link、Axis以及Joint，Link創(chuàng)建中要設(shè)計(jì)兩個Link，然后通過Axis對焊接生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)中的機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式進(jìn)行定義，然后以Joint定義運(yùn)動步驟，最終實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人夾具運(yùn)動動作的設(shè)計(jì)。在工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)其焊接作業(yè)的實(shí)際情況對機(jī)器人的焊槍類型進(jìn)行選擇，主要有同樣長度上下電極臂構(gòu)成、運(yùn)動形式呈現(xiàn)為張開式上下弧形運(yùn)動的X型焊槍和上下電極臂直線運(yùn)動的C型焊槍，要根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際焊接作業(yè)進(jìn)行科學(xué)化的設(shè)計(jì)選擇。然后，還要在ROBCAD中對機(jī)器人和焊槍的結(jié)合以及生產(chǎn)線中的布局進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，機(jī)器人與焊槍結(jié)合中主要是采用ROBCAD中的Mount功能實(shí)現(xiàn)兩者的結(jié)合，保證焊槍隨機(jī)器人軸進(jìn)行運(yùn)動，然后根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)焊接作業(yè)的實(shí)際需求，在ROBCAD中對機(jī)器人進(jìn)行布局，并要進(jìn)行機(jī)器人碰撞區(qū)測試，以保證工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線作業(yè)過程中不會出現(xiàn)運(yùn)動碰撞的情況。其次，工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)所在，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線焊接作業(yè)自動化控制的重要基礎(chǔ)。在工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)是首要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是以機(jī)器人臺數(shù)以及CPU作為系統(tǒng)PLC的從站和主站進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。以我國工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中常用的CPU為例：其CPU型號為416F-3PN/DP作為工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的PLC主控制器，將所需要的機(jī)器人臺數(shù)進(jìn)行編號作為從站，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PLC對機(jī)器人的外圍設(shè)備動作進(jìn)行全面控制，以實(shí)現(xiàn)其焊接作業(yè)。在硬件組態(tài)設(shè)計(jì)完成后，就要以圖形編程語言進(jìn)行PLC順序控制流程的設(shè)計(jì)，目前階段使用的主要圖形編程語言就是S7-GRAPH。在順序控制流程設(shè)計(jì)結(jié)束后，就要對工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的焊接作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)、區(qū)分，以保證每臺焊接機(jī)器人都能夠完成其焊接作業(yè)。這時(shí)，就要使用到Graph程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，然后分別根據(jù)焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中每臺機(jī)器人焊接作業(yè)的區(qū)分，對其焊接作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。最后，工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在前期設(shè)計(jì)過程中，使用ROBCAD機(jī)器人仿真軟件對焊接生產(chǎn)線的主要模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括了夾具、焊槍以及模型動作，將設(shè)計(jì)好的動作模型與機(jī)器人進(jìn)行的結(jié)合，通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對機(jī)器人布局和控制進(jìn)行了分析。然后又在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對機(jī)器人的控制程序進(jìn)行了順序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的全面控制。這些都屬于工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線的離線設(shè)計(jì)，主要實(shí)地焊接生產(chǎn)線的布局以及機(jī)器人的作業(yè)動作等進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在最后，就是要將離線設(shè)計(jì)實(shí)施到現(xiàn)場之中，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施期，并在現(xiàn)場實(shí)際中對設(shè)計(jì)不足的位置進(jìn)行修正。要先根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)備的安裝，然后將ROBCAD的仿真數(shù)據(jù)輸入到機(jī)器人設(shè)置之中，并將離線程序也下載到機(jī)器人控制之中。完成后，還要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以保證仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行。在PLC離線控制程序的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中也是如此，但是相比較于ROBCAD的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般修改較小，具有很高的適用性。

3結(jié)束語

工業(yè)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中焊接作業(yè)的主要從業(yè)機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過程中，要從仿真系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及最后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的修正三個方面著手，保證生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的科學(xué)性，推動我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者：王立忠 單位：上海高仙自動化科技發(fā)展有限公司