自動(dòng)化焊接設(shè)備的機(jī)械制造應(yīng)用

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摘要：自動(dòng)化焊接設(shè)備在機(jī)械工程制造中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，是提升機(jī)械生產(chǎn)制造能力的關(guān)鍵。文章首先對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備進(jìn)行總體概述，分別介紹焊接專機(jī)與焊接機(jī)器人的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，探討自動(dòng)化焊接設(shè)備的工程應(yīng)用，包括控制系統(tǒng)、焊接電源、龍門架、軟件系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等的應(yīng)用，并分析其應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化焊接設(shè)備；工程機(jī)械制造；自動(dòng)化焊接專機(jī)；焊接機(jī)器人；應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

前言

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)制造中的應(yīng)用極大的提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要源動(dòng)力。無論是從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度還是提升企業(yè)核心競(jìng)爭力，都應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，充分發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，減少生產(chǎn)過程中對(duì)人的依賴性，從而降低人工成本和工作勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，應(yīng)結(jié)合技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和工程實(shí)際應(yīng)用情況展開研究，對(duì)加速工程機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)展都有重要的戰(zhàn)略意義。

1自動(dòng)化焊接設(shè)備概述

在工程機(jī)械制造行業(yè)，自動(dòng)化焊接設(shè)備主要是指焊接專機(jī)和焊接機(jī)器人，自動(dòng)化焊接設(shè)備能夠穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均勻一致性；提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率；改善工人勞動(dòng)條件；減少了煙塵、弧光及飛濺對(duì)人員健康的危害；降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求；減少了其他相應(yīng)設(shè)備的投資；綜合成本更低。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化焊接設(shè)備在功能和性能也獲得了不斷地提高和突破，不僅能夠高效率的完成傳統(tǒng)人工操作過程，而且能夠?yàn)楫a(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量提供保障。比如由藍(lán)天焊接科技有線公司研制的自動(dòng)化汽車起重機(jī)吊臂焊接線.該設(shè)備屬于自動(dòng)化焊接專機(jī)設(shè)備，此外還有車架箱體焊接機(jī)器人工作站、臂架外焊縫焊接ABB機(jī)器人工作站等，都在實(shí)際工程生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。目前較為先進(jìn)的泵車臂架焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線，綜合運(yùn)用了柔性化組合鉚焊工裝技術(shù)、AGV智能傳輸控制技術(shù)和CLOOS機(jī)器人工作站等，可以實(shí)現(xiàn)小批量、多品種的產(chǎn)品流水線生產(chǎn)[1]。

2焊接專機(jī)與焊接機(jī)器人的特點(diǎn)

2.1焊接專機(jī)

焊接專機(jī)的特點(diǎn)是成本價(jià)格低，性價(jià)比高，適用于長直焊縫、圓環(huán)焊縫等形式的焊接生產(chǎn)，能夠滿足大批量的生產(chǎn)工藝要求。目前使用較多的有自動(dòng)化管件切割機(jī)、耳鉸與弦桿自動(dòng)焊專機(jī)等。由于焊接專機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)在機(jī)械工程中得到廣泛應(yīng)用，但其缺點(diǎn)是柔性較差，因此在柔性化組合鉚焊工藝中，通常需要與自動(dòng)化焊接機(jī)器人工作站配合使用[2]。

2.2焊接機(jī)器人

相比于焊接專機(jī)，自動(dòng)化焊接機(jī)器人的控制精度更高，自動(dòng)化程度和智能化程度也相對(duì)較高。通過模塊化編程技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)器人工作站能夠適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)要求。焊接機(jī)器人廣泛適用于各種機(jī)械生產(chǎn)工況，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快，但成本價(jià)格較高，且對(duì)操作技能有較高要求，目前一般在大型工程中應(yīng)用較多。具有代表性的有ABB、CLOOS、REIS等機(jī)器人工作站[3]。

3自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中的具體應(yīng)用

3.1控制系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)際工程中機(jī)器人工作站的使用越來越多。在一個(gè)焊接機(jī)器人工作站中，控制器和機(jī)器人本體是其核心組成部分，本體一般采用6軸關(guān)節(jié)形式，具有較高的結(jié)構(gòu)剛性和負(fù)載能力，所使用的材料不具有放射性和腐蝕性，使用年限一般在15年以上。關(guān)節(jié)軸一般采用交流伺服電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，具備先進(jìn)的數(shù)字化路徑測(cè)量系統(tǒng)，能夠提供絕對(duì)位置信息，使其具有較高的焊接精度，重復(fù)定位精度誤差可以控制在0.1mm以內(nèi)。此外，系統(tǒng)中還包含斷電剎車裝置，能夠?yàn)槭褂冒踩峁┍Ｕ?。整個(gè)系統(tǒng)以全數(shù)字化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，由數(shù)字總線連接各個(gè)部分，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制，可以有效抵抗配電系統(tǒng)電磁場(chǎng)干擾，確保焊接的絕對(duì)在再現(xiàn)。其中央處理單元采用多處理器設(shè)計(jì)方案，穩(wěn)定性強(qiáng)，具有可擴(kuò)展功能，能夠保證高速運(yùn)行狀態(tài)下的軌跡精度。系統(tǒng)中包含有示教器，具有友好的操作界面，能夠方便操作者學(xué)習(xí)使用。在操作界面中顯示焊接工藝的關(guān)鍵參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化控制。此外，電控柜和操作系統(tǒng)等均有防塵處理措施，或設(shè)置有專門的控制室，能夠保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

3.2焊接電源的應(yīng)用

焊接電源的應(yīng)用要優(yōu)先選用國際先進(jìn)品牌，比如福尼斯牌全數(shù)字逆變脈沖焊接電源，一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型企業(yè)也可以使用本公司自主研發(fā)的焊接電源，提高工藝的配套性。在選擇焊接電源時(shí)，要注意與控制系統(tǒng)接口的匹配性。一般較為先進(jìn)的產(chǎn)品帶有焊接專家參數(shù)系統(tǒng)，能夠?qū)附訁?shù)進(jìn)行數(shù)字化顯示。主要數(shù)據(jù)通過示教器輸入，在焊接生產(chǎn)過程中，可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行在線修正。先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品收弧成功率較高，可以確保焊接回收脈沖收弧能夠填滿弧坑，而且沒有凸起。焊接中斷點(diǎn)的覆蓋與重熔、外觀焊縫、焊滴脫離的準(zhǔn)確度都較高。利用其平行擺動(dòng)功能能夠快速、有效的識(shí)別出焊縫并進(jìn)行填充。使用的焊槍無漏電、漏油等現(xiàn)象。一般使用盤裝或桶裝焊絲，其送絲速度可以達(dá)到0~24m/min。由于焊接機(jī)器人的焊絲規(guī)格較大，在選擇電源規(guī)格時(shí)，應(yīng)確保其暫載率能夠達(dá)到100%。

3.3龍門架的應(yīng)用

龍門架即自動(dòng)化焊接機(jī)器人的外部軸行走部分，該部分結(jié)構(gòu)是擴(kuò)大機(jī)器人工作范圍的關(guān)鍵，目前在工程中應(yīng)用的機(jī)器人工作站均為機(jī)器人本體配備的外部行走框架。該部分控制功能由控制系統(tǒng)統(tǒng)一負(fù)責(zé)，采取一體化控制方式，能夠確保外部軸運(yùn)動(dòng)與本體運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致。在系統(tǒng)中，機(jī)器人本體通常倒掛在龍門架上，使焊槍具有較高的可達(dá)性。為了確保在外部軸行走狀態(tài)下的焊接精度，應(yīng)采用國際先進(jìn)品牌的導(dǎo)軌、軸承和齒輪等構(gòu)件，并配備性能優(yōu)越的服務(wù)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)，同時(shí)做好導(dǎo)軌的潤滑、防塵和防飛濺保護(hù)措施。在外部軸運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)器人本體要保持平穩(wěn)，避免發(fā)生較大幅度的搖晃和抖動(dòng)，平均重復(fù)精度誤差應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)。

3.4其他機(jī)具應(yīng)用

其他機(jī)具的應(yīng)用選擇主要包括焊接變位機(jī)、夾具等。為了確保機(jī)器人在焊接作業(yè)時(shí)，焊縫能夠處于船型焊位或平焊位置，應(yīng)為機(jī)器人工作站配備焊接變位機(jī)，將其回轉(zhuǎn)軸作為系統(tǒng)外部軸，與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。在設(shè)置變位機(jī)高度時(shí)，應(yīng)充分考慮裝卸工件的需要，盡量提高施工的方便性。在機(jī)器人焊接站中使用的夾具必須滿足剛性要求，要能夠在需要時(shí)快速加緊，且防止夾持工件出現(xiàn)變形。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮這方面的需求，盡可能縮短裝卸過程中工件在夾具上的時(shí)間。其他機(jī)具的選擇也應(yīng)該盡可能使用較為先進(jìn)的技術(shù)品牌，采用性能優(yōu)越的伺服電動(dòng)機(jī)和精密性較好的減速機(jī)，此外，應(yīng)為變位機(jī)和夾具的焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力退火處理。

3.5軟件和傳感系統(tǒng)應(yīng)用

在軟件和傳感系統(tǒng)應(yīng)用方面，自動(dòng)化焊接機(jī)器人工作站使用的操作軟件及弧焊軟件包功能較為復(fù)雜，具體包括以下幾個(gè)方面：（1）示教編程功能；（2）離線編程功能；（3）數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)功能；（4）數(shù)據(jù)處理和調(diào)用功能；（5）自診斷功能；（6）斷點(diǎn)續(xù)焊功能；（7）多層多道焊接功能；（8）參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整功能；（9）縱向與橫向擺動(dòng)功能；（10）機(jī)器人與外部軸的聯(lián)動(dòng)控制功能；（11）傳感和跟蹤功能。為使系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)中應(yīng)包含多種功能接口，包括焊機(jī)串行控制接口、模擬接口、數(shù)字接口、打印機(jī)接口、局域網(wǎng)接口和域總線系統(tǒng)接口等。其中，傳感系統(tǒng)的功能主要包括電弧跟蹤、焊絲接觸尋位和激光跟蹤等。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電弧跟蹤功能通過對(duì)焊接電壓和電流變化情況的檢測(cè)，自動(dòng)修正焊縫編程位置與實(shí)際位置的偏差。焊絲接觸尋位功能可以找出焊縫起始點(diǎn)。激光跟蹤功能同時(shí)具備上述兩項(xiàng)功能，而且具有較高的抗干擾能力，但激光跟蹤器的成本較高，可以根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

3.6自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

總體來看，在工程機(jī)械制造過程中，自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用主要受機(jī)器人本體、控制器、傳感系統(tǒng)、焊接電源和外部機(jī)具的影響。由于工程機(jī)械制造對(duì)工件制作精度有嚴(yán)格要求，在應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備的過程中，應(yīng)確保設(shè)備與工藝的匹配性，根據(jù)工程實(shí)際情況合理設(shè)置焊接參數(shù)，并充分利用其自診斷功能進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和修復(fù)。目前自動(dòng)化焊接設(shè)備還有較大的提升空間，在未來的應(yīng)用發(fā)展過程中，要集中解決焊縫實(shí)時(shí)跟蹤、尋位效率低、焊縫間隙大時(shí)需要人工打底、經(jīng)過自動(dòng)化焊接后還要進(jìn)行補(bǔ)焊等問題，從而進(jìn)一步提升設(shè)備的自動(dòng)化和智能化程度。

4結(jié)束語

綜上所述，自動(dòng)化焊接設(shè)備目前已經(jīng)在工程機(jī)械制造中得到了廣泛應(yīng)用，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。利用先進(jìn)的自動(dòng)化焊接機(jī)器人工作站，代替以往的人工焊接方式，可以明顯提升焊接工作效率和焊接質(zhì)量。通過合理選擇焊接設(shè)備，設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成方式，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行解釋調(diào)整，可以確保自動(dòng)化焊接設(shè)備的可靠運(yùn)行。

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作者:陳明凱 單位:伊藤機(jī)工有限公司