焊接機(jī)器人在重卡行業(yè)應(yīng)用的問(wèn)題分析與對(duì)策

李 陽(yáng) 李國(guó)睿 張峰峰 汶軍科

（陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司岐山分公司，陜西 寶雞722406）

1 焊接機(jī)器人技術(shù)的研究進(jìn)展

焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)焊接工程，而汽車制造業(yè)是其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。與傳統(tǒng)手工焊接相比，焊接機(jī)器人有著明顯的優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，較高的工作效率，基本不受環(huán)境干擾，并實(shí)現(xiàn)了小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化及完成其他人工難以進(jìn)行的焊接作業(yè)等。由于機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，在一條焊接機(jī)器人生產(chǎn)線上能同時(shí)自動(dòng)化批量生產(chǎn)若干焊件，國(guó)內(nèi)一些大型汽車制造商已經(jīng)應(yīng)用焊接機(jī)器人工作站來(lái)實(shí)現(xiàn)車體自動(dòng)化焊接。某重卡公司的機(jī)器人焊接工作站，使用OTC機(jī)器人焊接發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁總成。該工作站采用雙工位結(jié)構(gòu)，機(jī)器人每天工作8h，每小時(shí)焊接成品7件，在夾具上直接裝夾各零件，一次裝夾一次成型；與人工作業(yè)相比，減少了人工點(diǎn)焊工序，提升了工作效率，每名焊接工每天可焊接28件總成，機(jī)器人只需一名員工操作，每天焊接總成50件以上；機(jī)器人焊接的焊縫較人工焊縫外觀光滑飽滿，可靠性高。

另外，廣泛使用焊接機(jī)器人離線編程，使得現(xiàn)場(chǎng)示教人員的工作量大為減輕，基本上所有離線編程軟件均支持第三方的二維、三維繪圖工具圖形導(dǎo)入導(dǎo)出，工作人員可以先在PC上將夾具和機(jī)器人建模后仿真焊接，得到離線程序文件，再使用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備或直接使用網(wǎng)絡(luò)電纜將程序文件拷貝至機(jī)器人控制器，在示教時(shí)只需微調(diào)焊縫即可進(jìn)行焊接作業(yè)；主流的通用編程軟件有加拿大的Robotmaster、德國(guó)的Robcad、意大利的Robomove等，原廠自帶編程軟件的有日本OTC的FD on Desk、美國(guó)ABB的RobotStudio等。

2 焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成

采用機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，是提高焊接質(zhì)量、降低成本、改善工作環(huán)境的重要手段。機(jī)器人焊接作為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志已被國(guó)內(nèi)許多工廠所接受，并且越來(lái)越多的企業(yè)首選焊接機(jī)器人作為技術(shù)改造的方案。焊接機(jī)器人是裝備了焊鉗或各類焊槍的自動(dòng)化焊接設(shè)備，其運(yùn)行控制系統(tǒng)涉及數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制等原理。機(jī)器人焊接技術(shù)需要一系列的配套系統(tǒng)，一般包括5個(gè)部分：

（1）焊接機(jī)器人本體，一般由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成，任務(wù)是精確地控制機(jī)械手末端（焊槍）位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡。焊接機(jī)器人上裝有送絲裝置，大多在第三軸和第四軸之間。

（2）焊接機(jī)器人控制柜是神經(jīng)中樞，一般包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件和專用電路，負(fù)責(zé)收集處理機(jī)器人工作過(guò)程中的全部信息并控制其全部動(dòng)作。

（3）焊接電源系統(tǒng)，包括焊接電源、專用焊槍等。

（4）焊接傳感器及系統(tǒng)安全保護(hù)設(shè)施。

（5）焊接工裝夾具。目前主流的工裝夾具以氣動(dòng)和電動(dòng)夾具為主，由外部I／O接口與機(jī)器人通訊，由機(jī)器人控制本體的6個(gè)電機(jī)與外部軸的伺服電機(jī)。

3 焊接機(jī)器人使用過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題及解決方案

3.1 電纜磨損問(wèn)題

機(jī)器人各個(gè)工作場(chǎng)景均不同，在工作環(huán)境較差的情況下，由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度很快，一些通信電纜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期頻繁的彎曲后會(huì)出現(xiàn)軟管套破裂、電纜線磨損等問(wèn)題，另外，如果電纜長(zhǎng)度設(shè)置過(guò)短，在機(jī)器人工作時(shí)某些大幅度焊接動(dòng)作可能會(huì)拉斷電纜；電纜長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則容易在機(jī)器人變換姿勢(shì)時(shí)鉤住工裝或本體上的棱角導(dǎo)致自身被拉斷。

3.2 供氣、供水問(wèn)題

點(diǎn)焊設(shè)備在工作中需要用循環(huán)水來(lái)冷卻，靠空氣壓力驅(qū)動(dòng)汽缸的打開(kāi)和關(guān)閉。壓縮空氣和水的供應(yīng)質(zhì)量尤為重要，循環(huán)水和空氣必須先經(jīng)過(guò)過(guò)濾，去除水中的雜質(zhì)以及空氣中的顆粒，不然時(shí)間久了會(huì)發(fā)生堵塞或腐蝕，造成水壓、氣壓不足，繼而影響機(jī)器人焊接工作質(zhì)量，也會(huì)縮短機(jī)器人設(shè)備壽命。現(xiàn)在工廠基本都配備空壓站及循環(huán)水處理站，以滿足機(jī)器人工作需要，而有條件的工廠，應(yīng)對(duì)每臺(tái)機(jī)器人加裝過(guò)濾裝置，以保證水、氣的純度。

3.3 位置偏移后在線示教問(wèn)題

在焊接時(shí)發(fā)生位置偏移，則此時(shí)焊接精度將不再有保證，輕則產(chǎn)生大量焊接廢品，重則會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人撞槍，甚至損毀機(jī)器人，必須停止機(jī)器人乃至整個(gè)生產(chǎn)線的工作，進(jìn)行機(jī)器人在線示教后再運(yùn)行，這個(gè)工作現(xiàn)在需要占用大量的生產(chǎn)時(shí)間。一些零件加工精度要求低，但機(jī)器人對(duì)焊接零件要求極高，位置公差偏移一般不能超過(guò)焊絲直徑的一半，因此重新在線示教的工作量很大，浪費(fèi)時(shí)間，降低了工作效率。處理這種問(wèn)題的關(guān)鍵在于，不能將整個(gè)產(chǎn)品的所有焊縫程序編寫為同一個(gè)文件，正確的方法是，將所有不連續(xù)焊縫進(jìn)行命名，單獨(dú)為每一個(gè)焊縫編制程序，最后使用一個(gè)總程序調(diào)用各個(gè)焊縫程序，這樣示教人員對(duì)于局部發(fā)生變化的零件調(diào)試程序更為便捷。

3.4 機(jī)器人與其他設(shè)備或障礙物碰撞問(wèn)題

不當(dāng)操作會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人或工裝夾具發(fā)生碰撞，例如在重卡發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁焊接工作站中，在卸掉焊完的產(chǎn)品后，如夾具拉手未能及時(shí)歸位，機(jī)器人二次啟動(dòng)后，拉手與工裝干涉，就會(huì)導(dǎo)致外部軸伺服電機(jī)負(fù)載過(guò)大而損壞。因此，必須為機(jī)器人工作站制定與工作環(huán)境相對(duì)應(yīng)的操作規(guī)章制度，培訓(xùn)操作人員合理的操作流程及習(xí)慣，將事故的人為因素完全消除。焊接機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)，也容易發(fā)生誤傷人員的事故，因此機(jī)器人工作時(shí)不應(yīng)允許任何人進(jìn)入其工作范圍，且要保證機(jī)器人工作區(qū)域無(wú)干涉，可采取相應(yīng)可靠的安全措施，如加裝安全防護(hù)欄或加蓋隔離屋等，并在焊接機(jī)器人工位最近處安裝多個(gè)急停開(kāi)關(guān)，一旦發(fā)生危急情況，操作人員可就近急停機(jī)器人。

3.5 機(jī)器人維護(hù)問(wèn)題

目前重卡企業(yè)配備的機(jī)器人大多為FANUC、OTC、MOTOMAN、KUKA等品牌，均為國(guó)外廠商生產(chǎn)；國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有形成規(guī)模的生產(chǎn)廠家，雖然我國(guó)已經(jīng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但無(wú)論從控制水平及可靠性還是成本來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人與國(guó)外均有很大差距。而國(guó)外廠家對(duì)機(jī)器人配件的標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致不同品牌間配件互換性極差，且均須從國(guó)外進(jìn)口，進(jìn)口的機(jī)器人配件不僅價(jià)格高昂，往往采購(gòu)周期也長(zhǎng)，會(huì)影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，增加產(chǎn)品成本。國(guó)內(nèi)機(jī)器人設(shè)計(jì)及維護(hù)的專業(yè)技術(shù)人才也相對(duì)欠缺，機(jī)器人核心技術(shù)領(lǐng)域依然被國(guó)外廠商所壟斷，機(jī)器人關(guān)鍵部位的維修和調(diào)試需要原廠技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，這往往意味著高昂的維修費(fèi)用，唯一的辦法是加強(qiáng)國(guó)內(nèi)行業(yè)人才培養(yǎng)，努力吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)并不斷創(chuàng)新，擺脫技術(shù)壟斷。

4 焊接機(jī)器人的維護(hù)和保養(yǎng)

由于焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般不進(jìn)行全封閉，而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、溫度、濕度等并不能永遠(yuǎn)保持恒定，因此恰當(dāng)?shù)木S護(hù)和保養(yǎng)對(duì)機(jī)器人非常重要。定期正確地對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行保養(yǎng)可以延長(zhǎng)其使用壽命，減少故障。

（1）控制柜與機(jī)器人之間的電纜破損檢查。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電纜應(yīng)經(jīng)常檢查，確保電纜接頭牢固、無(wú)破損，當(dāng)電纜損壞后機(jī)器人可能出現(xiàn)異常，這類故障排除時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)常性的保養(yǎng)檢查可以降低該類故障發(fā)生的頻次。

（2）機(jī)器人與外部撞擊后的檢查。當(dāng)發(fā)生碰撞之后，要及時(shí)檢查機(jī)器人的手臂。

5 結(jié)語(yǔ)

焊接機(jī)器人在重卡行業(yè)的應(yīng)用極大地提高了重卡部件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，一定程度上減少了人工成本。而且，在重卡線上采用手工作業(yè)預(yù)裝和焊接機(jī)器人補(bǔ)焊相結(jié)合的半自動(dòng)生產(chǎn)方式，適度實(shí)施自動(dòng)化，為其培養(yǎng)良好的工作人員，制定合理的操作、保養(yǎng)方案，改善機(jī)器人工作環(huán)境，是生產(chǎn)單位對(duì)技術(shù)和資金進(jìn)行綜合考慮后得到的最佳方案。

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