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（天津七所高科技有限公司，天津 300400）

0 前言

風機網罩制造工藝主要包括下料、打圈、折彎、對焊、骨架弧焊、點焊/弧焊水拉線、打磨、電泳等，其中點焊水拉線目前基本是半自動（專機）形式或手工焊接形式。大型風機網罩加上夾具的質量為10～20 kg，需要2～3個人手工搬運至固定式點焊機上找正焊接，生產效率低、勞動強度大。雖然有一些網罩產品可以采用半自動生產，如專機形式[1]，但隨著產品的更新?lián)Q代，該類產品無法適應多品種小批量生產。隨著自動化焊接的發(fā)展，工業(yè)焊接機器人的應用越來越廣泛，而采用機器人焊接風機網罩可以滿足目前風機網罩柔性化生產的要求，并降低勞動強度、提高產品質量。

1 風機網罩產品的結構

風機網罩產品具有多樣化的特點，以某企業(yè)A產品為例進行說明。

網罩焊接產品包含徑向骨架及周向水拉線如圖1所示。焊接骨架包括電機座、平墊圈、徑向骨架、徑向支架以及周向水拉線如圖2所示。網罩外圈直徑860 mm，高度190 mm，質量約為9 kg。

弧焊序將電機座、平墊片、骨架、徑向支架以及粗的水拉線焊接在一起。點焊序將細的水拉線以及弧焊序焊接的產品焊接在一起。其中徑向骨架直徑10 mm，徑向支架直徑6 mm，水拉線直徑2.5 mm，徑向骨架每次與5根水拉線焊接在一起，A產品合計需要點焊焊接96次。

圖1 焊接產品

圖2 焊接骨架

為提高水拉線與骨架排焊的焊接效率，研發(fā)了基于該類產品的點焊機器人工作站。

2 點焊機器人工作站的組成及特點

點焊機器人工作站由點焊焊接機器人系統(tǒng)、機器人伺服焊鉗、中頻焊接控制器、三軸回轉變位機、焊接夾具、PLC控制系統(tǒng)、水氣單元、圍欄及其他附件組成，如圖3所示。

圖3 工作站的組成

機器人系統(tǒng)配有良好的人機操作界面及啟動按鈕，考慮安全因素，在人機交互位置增加了安全光柵，在維修門處增加了安全門鎖，防止機器人及回轉臺對操作人員造成傷害。

2.1 機器人系統(tǒng)

機器人選用FANUC公司生產的R-2000iC型6軸點焊機器人，其末端負載為210 kg，工作半徑達2 655 mm，本體質量1 090 kg。其負載滿足選用的伺服焊鉗質量，臂展也滿足網罩產品焊接要求。

機器人配置管線包，用于將機器人末端伺服焊鉗中的外部軸電機線纜、變壓器三相線纜和信號線纜、進回水路連接至機器人末端。在機器人6軸末端與焊鉗連接側安裝有過渡法蘭，可以減少管線對機器人6軸的限制，在5軸上安裝有支架和彈簧圈，使機器人手腕在運動時管線包過渡更加平滑。

機器人控制器選用FANUC公司M30iB產品，占地空間小，放置于焊接控制器上方。其內置機器人焊接標準軟件包可實現機器人路徑編程、焊接、焊鉗標定、焊鉗快換等動作，且可選多種形式的總線協(xié)議以及I/O信號通信。點焊機器人與PLC之間選用Profibus-DP總線通訊協(xié)議。

機器人編程示教器型號為FANUC iPendant，具有友好和簡易的編程界面，可轉換中/英文顯示方式，方便操作者。

2.2 機器人伺服焊鉗

機器人焊鉗選用天津七所艾莘公司的C型伺服機器人焊鉗，焊鉗依靠與機器人配套的外部軸電極驅動，最大壓力達600 kg。機器人焊臂采用鑄銅結構，冷卻水管預埋在鑄造焊臂中。焊臂喉寬和喉深分別達480 mm、400 mm，最大行程210 mm，滿足半徑1 m以內的網罩焊接要求。

焊鉗線纜與機器人管線包線纜連接采用快換方式，并采取防飛濺保護措施，可方便后期的維修和更換。從管線包進入的冷卻水進回水路分為2路，一路供應給變壓器冷卻，一路供應給焊臂冷卻。

通過修改電極形狀，在不更換焊鉗、只更換焊鉗末端電極的情況下，焊鉗可同時焊接單根骨架和多達7根水拉線，并且完成徑向骨架與周向骨架的點焊，滿足現有網罩點焊工藝的生產要求，提高焊接效率。

2.3 中頻逆變焊接控制器

焊接控制器選用天津七所高科技有限公司生產的中頻焊接控制器，容量125 kVA，最大輸出電流20 kA。配有操作盒及彩色界面編程器，可設置點焊工藝的60多種參數，內部最多可存儲50套焊接規(guī)范，滿足網罩焊接要求。

焊接控制器、PLC控制器與機器人控制器建立通訊聯(lián)系，可直接在機器人界面調用不同的焊接規(guī)范。對于通訊故障或者焊接故障，編程器給出故障代碼，維修人員可快速通過故障代碼查找相關原因。

2.4 三軸回轉變位機

三軸回轉變位機由天津七所自主研發(fā)，主要由伺服電機、精密減速器、結構件及其控制系統(tǒng)組成，其中機器人工作在一側，操作者裝件、卸件在另外一側，中間配備擋光板，操作者免受焊接飛濺影響。

三軸變位機兩側最大負載500 kg，可滿足目前焊接的使用要求，轉臺旋轉180°，時間小于5 s。

2.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用西門子系列PLC，負責轉臺運動、夾具信號采集、與機器人控制器通訊以及安全圍欄、安全光柵、三色燈等外圍器件的信號采集與控制等[2]，其中PLC與機器人和觸摸屏通訊采用Profibus-DP總線通訊協(xié)議，與其他設備的連接采用I/O信號通訊。

3 焊接夾具的設計

點焊機器人工作站焊接夾具是實現工件定位與防止變形的重要手段[3]，在夾具設計中既要兼容產品在前序工藝制造過程中產生的累積誤差，又要解決水拉線的定位問題，還要考慮整個產品在拆裝過程的方便性，這是夾具設計的難點。

圖4 夾具的結構

夾具結構主要包括夾具基座、支撐柱、夾具定位齒及側向旋轉定位齒。夾具上側外圈直徑900 mm，高度650 mm。為了減少焊鉗在運動過程中的干涉，中間位置依靠單根柱支撐，夾具支撐柱上部與梳狀齒夾具有快換結構，方便夾具拆裝。在平面位置的水拉線采用12根梳狀定位齒，考慮到骨架的壓緊及側向水拉線的定位，在側面的水拉線采用12個旋轉形式的梳狀定位齒，為方便搬運和增加剛度，在整個結構上方安裝支撐圈。

4 實際焊接效果與工藝

目前該工作站已進入小批量生產階段。在實際生產過程中，為增加焊接節(jié)拍，采用旋轉小轉臺及附屬夾具的形式，減少機器人移動時間，平均單次焊接時間小于2.5 s，焊接完成A產品所有點焊焊點時間小于4 min。相比焊條電弧焊，效率提升3倍。焊點合格率大于99.8%，滿足網罩自動化焊接的正常生產需要。

主要焊接工藝參數如表1所示。

表1 工藝參數窗口確認

5 結論

采用機器人工作站焊接，滿足風機網罩柔性化、批量化生產要求，降低了勞動強度，提高了焊接質量。焊接夾具是實現工件定位與防止變形的重要手段。所述風機網罩產品焊接示例對其他類型風機網罩產品的焊接具有重要的借鑒意義，為實現風機網罩產品全自動化生產提供寶貴經驗。

[1]楊化愚，杜為民，李慶翰，等.電風扇網罩專用點焊機的研制[J].電焊機，1984，14（2）：9-13.

[2]胡敏，洪濤，王勇.基于總線技術的柔性機器人焊接工作站[J].電焊機，2010，40（5）：95-98.

[3]楊偉國，楊瑞軍.弧焊機器人在汽車拖拽架焊接的應用[J].電焊機，2016，46（11）：71-73.