楊新華，朱蓉英，孫登科

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽712000）

近年來，隨著中國(guó)制造業(yè)的持續(xù)良好發(fā)展，給焊接行業(yè)帶來了史無前例的機(jī)遇，集柔性制造系統(tǒng)（MS）、工廠自動(dòng)化（FA）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（IMS）于一體的焊接機(jī)器人發(fā)展更是空前昌盛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界已有近140萬臺(tái)機(jī)器人投入應(yīng)用，其中用于完成焊接作業(yè)的焊接機(jī)器人占全部機(jī)器人的40%以上。2012年末我國(guó)焊接機(jī)器人的數(shù)量已達(dá)8 500余臺(tái)，且近年來我國(guó)焊接機(jī)器人的裝機(jī)量年增長(zhǎng)率＞10%，中國(guó)正在成為巨大的焊接機(jī)器人市場(chǎng)。因此，研究、總結(jié)與推廣焊接機(jī)器人技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

目前，我國(guó)焊接機(jī)器人主要集中在汽車、摩托車及工程機(jī)械3個(gè)主要行業(yè)，其中，汽車制造及汽車零部件制造業(yè)中所具有的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的65%，但近年來隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，其他行業(yè)焊接機(jī)器人的應(yīng)用比例呈上升趨勢(shì)。焊接機(jī)器人有弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人2種類型，其中弧焊機(jī)器人用于中厚板焊接，點(diǎn)焊機(jī)器人用于薄板焊接。

1 Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人的功能與結(jié)構(gòu)

焊接機(jī)器人是一種具有仿人操作、自動(dòng)控制、能在三維空間完成各種焊接作業(yè)特點(diǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人為國(guó)內(nèi)主流焊接機(jī)器人之一，是一種典型的示教再現(xiàn)式機(jī)器人。焊接機(jī)器人邊實(shí)際運(yùn)行邊記憶所做的動(dòng)作軌跡，并能夠重復(fù)運(yùn)行動(dòng)作的方式，執(zhí)行程序時(shí)，機(jī)器會(huì)再現(xiàn)所記憶的動(dòng)作，能夠正確地重復(fù)進(jìn)行焊接等工作，即焊接機(jī)器人通過上述示教再現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊接過程［2－3］。

Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人具有6個(gè)自由度（6個(gè)軸），通過6個(gè)軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線軌跡、圓弧軌跡、直線擺動(dòng)軌跡和圓弧擺動(dòng)軌跡4種類型焊接，其他任何復(fù)雜的焊接軌跡都可分解為這4種基礎(chǔ)形式。Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人各軸名稱及含義見表1。

表1 Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人各軸名稱及含義

Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人系統(tǒng)由本體、控制箱（主要由驅(qū)動(dòng)伺服單元、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和輸入／輸出系統(tǒng)接口組成）、焊接電源、示教器及外圍設(shè)備（如清槍剪絲機(jī)構(gòu)和外部軸等）組成，Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人組成示意圖如圖1所示，示教器示意圖如圖2所示。

圖1 Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人組成示意圖

圖2 Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人用示教器示意圖

2 弧焊機(jī)器人典型示教編程技巧

所謂示教編程就是機(jī)器人邊移動(dòng)邊記憶動(dòng)作，下述詳細(xì)介紹Panasonic－TA1400型弧焊機(jī)器人直線擺動(dòng)與圓弧擺動(dòng)2種典型的示教編程方法與技巧［4－6］。

2.1 直線擺動(dòng)示教編程

最典型的單道直線擺動(dòng)示教編程路徑如圖3所示，各示教點(diǎn)的焊槍姿勢(shì)見表2。示教所用鋼板材料為Q235，規(guī)格為100mm×200mm×6mm，焊絲型號(hào)為ER50－6，保護(hù)氣體為二氧化碳（純度為99.9%）。

圖3 直線擺動(dòng)示教編程路徑示意圖

表2 直線擺動(dòng)示教編程焊槍姿勢(shì)

單道直線擺動(dòng)的焊接條件設(shè)定見表3。

表3 直線擺動(dòng)焊接工藝參數(shù)

2.2 圓弧擺動(dòng)示教編程

最典型的圓弧擺動(dòng)示教編程路徑如圖4所示，各示教點(diǎn)的焊槍姿勢(shì)見表4。示教所用鋼板材料為Q235，規(guī)格為100mm×200mm×6mm。

圖4 圓弧擺動(dòng)示教編程路徑示意圖

表4 圓弧擺動(dòng)示教編程焊槍姿勢(shì)

圓弧擺動(dòng)的焊接條件設(shè)定見表5。

表5 圓弧擺動(dòng)焊接工藝參數(shù)

3 焊接工藝編制與試驗(yàn)對(duì)弧焊機(jī)器人應(yīng)用的影響

3.1 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制

焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制是生產(chǎn)中的一項(xiàng)技術(shù)措施，它是根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和工廠的生產(chǎn)條件，以科學(xué)理論為指導(dǎo)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際所擬定的加工程序和加工方法。它是一個(gè)改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)，保證焊接質(zhì)量和提高管理水平都具有重要作用［7］。

在傳統(tǒng)的手工與半自動(dòng)焊接過程中，焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程的主要工序有放樣、劃線、下料、成形加工、邊緣加工、裝配、焊接、矯正、檢驗(yàn)和涂裝等。在機(jī)器人自動(dòng)焊接中，同樣需要考慮上述問題，特別是要考慮備料精度、工裝夾具、焊接工藝參數(shù)和焊接變形等問題，只有處理好焊前準(zhǔn)備工作，焊接機(jī)器人才能發(fā)揮高效作用。由此可見，焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝的正確編制是焊接機(jī)器人使用的前提。

焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制是一個(gè)與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的工作，需要豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前我國(guó)焊接機(jī)器人編程人員大部分都年齡偏小，他們雖然具有一定的計(jì)算機(jī)和機(jī)器人知識(shí)，但對(duì)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)卻一知半解，這已成為目前很多企業(yè)遇到的一個(gè)機(jī)器人應(yīng)用難題，也是我國(guó)焊接機(jī)器人推廣應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。

3.2 焊接工藝試驗(yàn)與分析

僅制定了焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝還不能完全保證焊接質(zhì)量，在產(chǎn)品升級(jí)換代、更新的情況下，焊接工藝試驗(yàn)是一項(xiàng)必不可少的工作。焊接工藝試驗(yàn)的一般過程如下：先擬定焊接工藝指導(dǎo)書，主要包括焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量記錄等；然后，進(jìn)行試焊與結(jié)果分析，對(duì)先前的焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行修改，并重復(fù)上述過程，直到得到滿意的焊接結(jié)果；最后，提出合理的焊接工藝，進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)［8］。

焊接工藝試驗(yàn)與分析是焊接機(jī)器人生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前我國(guó)小型企業(yè)由于缺少這樣的崗位設(shè)置，致使焊接機(jī)器人應(yīng)用不好，甚至導(dǎo)致設(shè)備閑置的情況也屢有發(fā)生。進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)與分析崗位設(shè)置，不斷提高焊接試驗(yàn)員的專業(yè)水平，是焊接機(jī)器人推廣應(yīng)用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

1）直線軌跡示教、直線擺動(dòng)軌跡示教、圓弧軌跡示教和圓弧擺動(dòng)軌跡示教是弧焊機(jī)器人操作的基礎(chǔ)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其他復(fù)雜軌跡都是上述4種基礎(chǔ)軌跡的合成。

2）弧焊機(jī)器人的使用雖然帶來了工人勞動(dòng)強(qiáng)度的降低和焊接質(zhì)量的提高，但對(duì)焊接工藝、焊接試驗(yàn)與分析和機(jī)器人操作技能提出了挑戰(zhàn)。

3）弧焊機(jī)器人推廣應(yīng)用是機(jī)器人基本操作與基本設(shè)置、焊接工藝與質(zhì)量分析控制的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，因此，熟練應(yīng)用與推廣弧焊機(jī)器人技術(shù)需要復(fù)合型人才。

［1］李宇劍，巢明.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略探討［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2012（12）：106－108.

［2］辛海波，徐惠忠.采用焊接機(jī)器人生產(chǎn)機(jī)車構(gòu)架［J］.熱加工工藝，2009（23）：193－194.

［3］單玉新，張彩霞.中部槽機(jī)器人焊接缺陷產(chǎn)生原因及對(duì)策［J］.熱加工工藝，2013（15）：194－195.

［4］蘭虎，陶祖?zhèn)?，段宏?弧焊機(jī)器人示教編程技術(shù)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（9）：46－50.

［5］蘭虎.焊接機(jī)器人編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2013.

［6］劉偉.焊接機(jī)器人基本操作及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版業(yè)，2012.

［7］朱小兵.焊接結(jié)構(gòu)制造工藝及實(shí)施［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2011.

［8］陳裕川.焊接工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例分析［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2010.