KUKA機器人在履帶梁驅動架生產中的應用

孫躍

我公司主要生產履帶式起重機產品，履帶梁是起重機支撐和行走機構的基礎，其焊接質量的好壞影響到起重機的可靠性。隨著對產品質量要求的提高，機器人焊接在我公司關鍵結構件生產中很快得到了應用，目前我公司的焊接機器人品牌主要以KUKA、IGM、ABB和日本神鋼為主。下面以結構件分廠提高驅動架焊接質量和效率為例，介紹KUKA機器人系統在履帶梁驅動架焊接中的應用。

1. 履帶梁驅動架結構

驅動架是用于安裝回轉減速機的主體結構，對行走的平穩性有很大的影響。在履帶梁拼焊過程中，驅動架是作為一個小組件拼焊到主體上，某噸位產品驅動架結構（見圖1），主要由底板（厚50mm）、L型板（厚40mm）、腹板（厚80mm）和彎形板（厚40mm）組成，關鍵焊縫為腹板與各板之間的K形焊縫并起25mm角焊縫，采用CO2氣體保護焊接。由于腹板兩側各氣割C30坡口，焊絲填充量大，采用手工焊接，焊接效率低，一名焊工一班最多只能焊接一件；且焊接變形大，導致銑腹板上回轉減速機安裝面時，沿圓周上的銑削深度誤差能達到5～7mm。

2. 驅動架焊接系統構成

隨著生產的擴大化，生產效率低、誤差大的問題日益突出，因此引進了驅動架焊接機器人系統，主要包括一套KUKA焊接機器人及控制系統、一套焊槍與焊接電源、兩套變位機和工裝、一套附屬系統和一套除塵系統，如附表所示。整套系統采用龍門框式結構，懸臂承載整套系統在框架頂部的導軌上移動（X軸）；機器人倒掛在安裝底座上，安裝底座隨懸臂導軌上下移動（Z軸）；配焊接除塵系統，焊絲筒和除塵設備隨懸臂架沿X軸移動； 配置雙回轉變位機構（I軸、J軸），雙工位并列布局，一側準備、另一側作業；機器人六軸和X、Z、I、J軸可以聯動；每套變位機的兩軸既可以參與機器人控制系統聯動，又可與控制系統脫開進行單獨控制（見圖2）。

圖1 履帶梁結構上驅動架結構

機器人系統硬件信息列表

3. 庫卡機器人及焊接電源

機器人本體為肘節式6 軸KUKA的KR16型機器人，最大工作半徑1610mm，末端最大負載16kg，重復定位精度±0.1mm；采用的KRC2型控制系統基于Windows XP 操作系統平臺，中文操作界面，編程控制界面友好易懂，搭配多層多道焊軟件、弧焊軟件和電弧焊縫軟件，具有焊接擺動、焊縫尋找和電弧跟蹤功能；控制編程器具有示教、編程、存儲、檢測、安全保護、絕對位置檢測和軟PLC工能，其獨具特色的6D空間鼠標，可以單手完成機器人6軸運動控制。

系統配備EWM數字化逆變焊接電源PHOENIX 521ForceArc，電弧電壓20 ～40V，焊接電流5～520A，最大功率達到29k VA，具有獨創的Force Arc（超微弧）技術大幅度提高焊接速度和品質，優化的預設JOB（16點/JOB）功能。搭配的PHOENIX DRIVE4L送絲機，送絲速度可達到0.5～24m/min，同時可以滿足盤裝和筒裝焊絲的使用。

圖2 系統整體布置

圖 3

4. 使用效果

采用該驅動架焊接系統后，驅動架的焊接生產效率由每天的1件/班提高至2件/班，工人的勞動強度也得到降低；腹板的變形減小，銑削安裝平面時，沿圓周上的深度誤差平均減小至2～3mm，提高了機械加工效率；焊接質量得到提高，焊縫飽滿，焊渣飛濺少，焊接成形美觀，不再出現之前采用手工焊接時一個人焊接，幾個人打磨的情況（見圖3）；且采用雙工位翻轉機，焊接的同時操作員可以吊裝、裝夾另外一個工件，減少了員工數量，降低了成本。

除了焊接驅動架之外，還逐步擴大到開始焊接如擺腿結構件、回轉臺機構件、平衡梁結構件，從而一機多用，提高了驅動架機器人的焊接利用率。

5. 結語

本公司的KUKA焊接系統已經投入生產幾年時間，焊接完成包含驅動架在內各種零件6000余件，目前尚未出現故障，已經節省人員成本近3 0萬元。之后也陸續引進了座圈焊接機器人系統，主弦管焊接機器人系統，履帶梁雙絲焊機器人系統等，最近正在引進車架轉臺自動化焊接工作站，將在大型結構件快速加熱技術，激光復合焊技術，以及在線監測技術結合起來，形成一整套的焊接解決方案。

隨著工程機械行業的發展與競爭加劇，國內相關企業在產品質量和管理上也與國際企業逐步接軌，由于人工成本的不斷上升帶來的產品制造成本的提高，采用機器人焊接無論在結構件焊接質量、焊接效率、生產成本及安全性方面都具有無與倫比的優越性，人工焊向機器人自動焊過渡是未來的發展趨勢。因此提高機器人焊接的智能化、在線監測技術、焊接自動跟蹤技術、提高編程簡便性，以及對拼點誤差的補償能力，將更加有利于機器人焊接在工程機械領域的應用。