王純祥 程茁 陳楊

(重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶 401331)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，我國制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化裝備的需求迅速增長(zhǎng)，其中，以工業(yè)機(jī)器人在焊接中的應(yīng)用最為廣泛。隨著機(jī)器人控制速度和精度的提高，機(jī)器人電弧焊的應(yīng)用范圍日趨廣泛。目前，國內(nèi)應(yīng)用的焊接機(jī)器人大多為示教再現(xiàn)的工作方式，示教再現(xiàn)型機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在的主要技術(shù)問題有:

(1)機(jī)器人的在線示教編程過程繁瑣、效率低。

(2)示教的精度完全靠示教者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)決定，對(duì)于復(fù)雜路徑難以取得令人滿意的示教效果。

(3)對(duì)于一些需要根據(jù)外部信息進(jìn)行實(shí)時(shí)決策的應(yīng)用無能為力。

示教再現(xiàn)必須停止生產(chǎn)才能對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行在線編程，這種生產(chǎn)與編程的矛盾將會(huì)越來越大，解決矛盾的有效方法就是采用離線編程。因此，研究和應(yīng)用弧焊機(jī)器人離線編程技術(shù)是提高焊接自動(dòng)化水平的必然趨勢(shì)。

本文通過利用Inventor進(jìn)行三維建模，結(jié)合ABB公司開發(fā)的RobotStudio v5.15離線編程和機(jī)器人仿真功能軟件，探討對(duì)復(fù)雜馬鞍形焊縫零部件的機(jī)器人焊接離線編程技術(shù)，并對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試和模擬。

1 機(jī)器人離線編程創(chuàng)建

1.1 工件及工裝夾具的三維造型

由于RobotStudio軟件的三維造型功能弱，因此在三維Inventor軟件中創(chuàng)建焊接件及工裝夾具的三維裝配體CAD圖形如圖1所示。

圖1 工裝夾具的三維裝配體CAD圖

1.2 創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)

為了在Robotstudio軟件中進(jìn)行的模擬與仿真，與實(shí)際機(jī)器人焊接達(dá)到一致，則機(jī)器人工作站系統(tǒng)與Robotstudio軟件中的機(jī)器人系統(tǒng)必須一致，這也是模擬與仿真的基礎(chǔ)，如圖2所示將目前的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行備份，再導(dǎo)入Robotstudio軟件中進(jìn)行的模擬與仿真。

1.3 創(chuàng)建焊接工件目標(biāo)和路徑

創(chuàng)建的機(jī)器人焊接工作站如圖3所示。將被焊工件裝配幾何體導(dǎo)入已創(chuàng)建的RobotStudio焊接機(jī)器人工作站中，以便為RobotStudio在創(chuàng)建焊接作業(yè)路徑曲線時(shí)提供基于精確CAD的管與管馬鞍形三維空間曲線，如圖4所示。

圖2 系統(tǒng)生成器

圖3 機(jī)器人工作站

圖4 焊接軌跡

通過自動(dòng)配置生成的焊接路徑，大多數(shù)不是理想的焊接姿態(tài)。需要通過檢查目標(biāo)方位，調(diào)整焊槍TCP的姿態(tài)(圖5)，以便機(jī)器人的焊槍TCP點(diǎn)到達(dá)整個(gè)空間焊縫和電弧產(chǎn)生的熱量沿焊縫均勻分布，保證焊縫的成型符合要求。

圖5 焊槍姿態(tài)優(yōu)化

1.4 機(jī)器人焊接路徑程序生成

將建立好的工作站同步到虛擬控制器中，會(huì)產(chǎn)生所構(gòu)建的焊接路徑程序，如下所示。然后，在“RAPID”選項(xiàng)中進(jìn)行程序的添加和刪減。

注:v200表示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度數(shù)據(jù);z10表示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)彎速度。

2 離線編程程序指導(dǎo)馬鞍工件焊接

將在弧焊機(jī)器人工作站中生成的程序?qū)氲綑C(jī)器人系統(tǒng)中進(jìn)行馬鞍焊縫焊接，焊接效果見圖6和圖7。離線編程指導(dǎo)實(shí)際工件焊接，焊縫成形質(zhì)量良好，成形均勻。

3 示教編程及焊接

示教編程焊接焊槍路徑流程見圖8。示教編寫馬鞍焊縫程序具體做法如下:

①整個(gè)馬鞍焊縫焊接路徑分為2段，即P2－P6和P8－P13;

②P2至P13為實(shí)際焊縫軌跡;

③Phome為初始位置，即焊槍未工作時(shí)的安全放置處;

④P1、P7為焊接位置控制點(diǎn)，位于焊接開始點(diǎn)上方;

⑤P2為第一段焊接開始點(diǎn)，P8為第二段焊接開始點(diǎn)，用于調(diào)節(jié)焊絲伸出長(zhǎng)度(10～15mm)

⑥P13為焊接結(jié)束點(diǎn);P14為提槍位置點(diǎn)，然后，返回到初始位置，焊槍離開工件，便于檢查。

圖6 離線編程焊接效果1

圖7 離線編程焊接效果2

圖8 焊槍路徑流程

根據(jù)馬鞍型模型中每一點(diǎn)焊槍的位置，示教每一個(gè)焊接點(diǎn)，并且利用示教器進(jìn)行焊接程序編輯，示教焊接程序如下:

利用上述程序進(jìn)行示教焊接，其效果見圖9。

圖9 示教編程焊接效果

4 結(jié)論

(1)Robotstudio軟件可識(shí)別各種CAD格式數(shù)據(jù)，結(jié)合Inventor的三維造型功能，使得機(jī)器人離線編程中空間復(fù)雜曲線軌跡的獲得變得更加方便和準(zhǔn)確。

(2)Robotstudio軟件的路徑優(yōu)化功能使路徑檢查和修正時(shí)間大大縮短，降低了修正難度。

(3)將創(chuàng)建的焊縫路徑程序通過虛擬控制器，裝載到車間生產(chǎn)機(jī)器人上實(shí)施焊接作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了焊接自動(dòng)化的CADCAM生產(chǎn)，保證了焊接的質(zhì)量。

(4)模擬仿真生成的焊接程序指導(dǎo)實(shí)際工件焊接，焊縫成形質(zhì)量良好，成形均勻;示教編程焊接，過程繁瑣，焊縫成型不好，存在很多孔穴、咬邊等現(xiàn)象。

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