機器人在焊接設備上的應用研究

劉鳳麗 任冬艷 王振濤 陶x冶

摘 要：機器人在焊接設備上的應用研究，可滿足制造的批量化、高效率和對產品質量一致性的要求。用機器人自動焊接的系統設計方式，對于點焊機器人焊點質量、提高生產率及廣泛推廣應用具有非常重要的意義。本文探討了機器人在焊接設備上的應用，對機器人點焊接按控制方式、加壓驅動形式、結構形式的分類和對比。

關鍵詞：機器人；焊接；設備；應用

隨著工業的不斷發展，焊接機器人在汽車生產中得到了大量應用。通過有效的設計，提高機器人點焊接控制精度。完善自動化程度高等諸多優點，是機器人點焊接的發展必然趨勢。滿足安全生產、提高產量的要求，是點焊機器人不可缺少的重要部分。機器人自動焊接還具有定位精準的優點，在降低成本的同時可以獲得更高的運動速度。焊縫內部質量優良，使機器人本體的負載能力減小。

一、在焊接設備上的機器人結構功能

目前國內掘進鉆頭生產所用基本上都是一些陳舊設備，并且由于國內的鉆頭形式多樣，沖擊噪聲強烈。很難滿足種類、形式等需求，容易出現使用氣動焊鉗時所造成的排氣噪聲。鉆頭生產采用的也是手工焊接，不利于后續的功能擴展，點焊夾具夾緊機構的數量龐大。為了在高性能、低成本等條件下達到最佳配置，減少焊縫易出現氣孔、夾渣，焊接質量不穩定制等約生產的主要因素。從投資的角度來考慮機器人就成為目前的最佳選擇。

（1）僅提供焊接機器人自動焊接系統適合于中小型鉆頭的加工，縮短生產節拍。要求工件表面相對平整且曲率變化較小，焊鉗的動作路徑可以控制到最短。焊接機器人系統具有電弧自動跟蹤、焊縫自動尋找的功能，從而可以相對減少削減夾具的費用。靈活運用來滿足不同鉆頭的焊接要求，提高生產效率。以機器人配合智能焊接系統和位姿標定系統等就構成機器人焊接系統，使其越來越多地用于焊裝生產線上。在很高的焊接速度下實現高度靈活的焊接，具有高生產效率的特點。同時滿足無人化智能焊接，具有廣闊的應用前景。

（2）提供焊接機器人與搬運機器人的結合方式適合于大型鉆頭的加工或者復雜表面的工件焊接，改善了現場的作業環境。標定的位置精度高，對工件的沖擊可減輕。結合國內掘進機械的大型化發展趨勢，提高生產效率。具有多層多道焊接、防碰撞等多種功能，并且焊鉗的動作路徑可以控制到最短。搬運機器人系統配備視覺系統和抓取裝置，考慮伺服焊鉗的優勢減小生產線的整體投資額。根據具體情況配合焊接系統進行協調工作，提高表面質量。借助目前先進的模擬設計軟件，對點焊工藝參數進行數字模擬。

（3）智能焊接系統選用雙脈沖數字化機器人專用的高性能焊接電源，可以減小沖擊噪聲。性能穩定可靠，必將成為機器人焊鉗的發展趨勢。具有瞬間斷弧時間檢測等多個實用周全的控制功能，是減少點焊鉗工作時對工件沖擊的重要保證。通過總線與控制器進行通訊，具有廣闊的應用前景。同時配備大功率機器人水冷焊槍，使機器人點焊鉗能夠浮動工作。采用兩路保護氣設計，控制精度高。充分保證焊接質量及設備自身保護，具有焊點質量高及生產效率高等特點。加裝高靈敏度防碰撞傳感器和焊槍服務系統，維修方便。

二、機器人在焊接設備上的應用

機器人焊接具有控制簡單等優點，需要煤礦機械設備中的掘進機械構造大型化。是減少點焊接工作時對工件沖擊的重要保證，鉆頭的加工工藝更為復雜。按控制方式分類分為工頻控制和中頻控制，其結構形式分布是按照空間螺旋線排列。機器人焊接質量小、控制精度高，焊接結構比較特殊。在降低成本的同時可以獲得更高的運動速度，且焊縫內部質量優良。充分保證焊接質量及設備自身保護，使機器人本體的負載能力減小。

（1）在生產中的控制方式分類，機器人點焊鉗按控制方式分為工頻控制和中頻控制。保證截齒的空間位置是決定截齒壽命和掘進機生產質量的關鍵，并可提供連續的直流焊接電流。通過工裝夾具和手工劃線無法保證其空間角度的準確性，通過機器人變壓器整流從而提高熱效率。同時配備大功率機器人水冷焊槍，使機器人點焊鉗能夠浮動工作。以機器人的靈活性特性作為系統的設計基礎，消除焊接電流尖峰。配合高精度轉臺和氣動手指設計的系統，增大焊接電流范圍。提高整機的使用壽命和掘進進度，實現工頻控制無法實現的焊接工藝。

（2）機器人焊鉗按焊鉗加壓驅動方式分為氣動驅動和伺服驅動，改善以往焊接的實施和變形的控制通過人工來完成具有的缺點。目前較為常用的利用汽缸來加壓，具有需要人員少、勞動強度低的特點?？梢愿鶕嶋H需要任意選定并預置，能焊鉆頭種類多、生產效率高。電極間的壓緊力也可以無級調節，易于批量化生產、空間角度易保證。減小電極沖擊所造成的壓痕，其效率、質量和可重復性都大幅度提高。采用伺服電機驅動完成焊鉗的張開和閉合，空間角度易保證。由高速準確地調整到低速，很容易地實現不同小批次的自動化生產。

（3）機器人自動焊接系統采用單工結構形式，減少了后序車身表面修磨處理量。由焊接機器人系統滿足用戶對大型掘進機械的更高要求，改善了現場的作業環境。具有技術先進，縮短生產節拍的優點。其工件材質為碳鋼、低合金鋼等，不會出現使用氣動焊鉗時所造成的排氣噪聲。具有功能完善，高生產效率的特點。焊接中無需人工參與操作，從而可以相對減少人員成本。具有適應性強、可靠性高，對工件的沖擊可減輕的特點。一個啟動按鈕機器人就可以完成整個工件的焊接，減小了生產線的整體投資額。

三、結語

機器人氣動焊鉗控制簡單，可有效減少合金元素燒損。電極對工件是軟接觸，減小熱輸入量。減少了后序車身表面修磨處理量，有效減輕焊工勞動強度且焊接效率高。焊鉗質量小、分度準確，能夠根據工序自動變換焊接角度達到工件變形小的目的。從投資的角度來考慮價格低廉，可使焊接完全實現自動化并滿足全位置焊接。通過控制系統實現程序自動控制生產效率高，使得焊縫質量高。滿足自動化焊接的要求，保護效果非常優秀。

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