機電一體化在焊接生產中的應用分析

郭磊

摘要： 通過對該技術的應用，可以促進焊接生產向著自動化和智能化的方向發展，實現對傳統焊接生產系統的改造升級。本文從焊接機器人和生產線兩個方面對機電一體化在焊接生產中的應用進行了探討，希望對焊接生產工作能夠有所裨益。

關鍵詞： 機電一體化；焊接生產；焊接機器人

引言：現代化的焊接生產已早已擺脫了手工操作的模式，它已經發展成為了一種精密加工手段，通過將機器人、智能化生產線與焊接工藝進行集成應用，能夠解決傳統焊接生產存在的質量控制難、生產效率低等問題，在使人們獲得高質的產品焊接和高效的生產節奏方面具有重要意義。本文從機器人和智能生產線兩個方面對機電一體化在焊接生產中的應用進行了探討，希望能對推動焊接生產技術的發展提供借鑒。

1 機電一體化內涵及要求概述

1.1 機電一體化內涵

所謂機電一體化是指從系統的角度出發，對機械技術、電子技術、計算機信息和網絡技術、自動化控制技術以及傳感器技術等進行綜合應用，從而達到對系統各個功能模塊的合理組織和優化配置，進而使生產系統運行最佳化的系統工程技術。從上述定義不難看出，機電一體化是一個綜合性的概念，它不僅涉及到眾多先進技術的集成應用，還包括落實這些技術應用的產品，即機電一體化技術產品。機電一體化已經成為了目前工業界發展的重要技術基礎，它帶動很多傳統工業實現了升級改造。在“工業4.0”等先進理念的影響下，在“中國制造2025”等重大戰略實施的關鍵階段，機電一體化還在不斷地被賦予更多新的內涵，這些決定了產業升級轉型的過程中離不開機電一體化的應用。機電一體化是一項系統工程技術，它是很多先進科技融合應用的成果，經過實踐發展，衍生出了幾項核心技術。

1.2 工業領域對機器人的應用要求

1.2.1 機械零件制造精度

工業機器人屬于中小型的精密加工制造設備，相對于大型機械制造設備而言，其設計精度要求較高，對機器人中各個零件精度要求較高，由于機器人在工業領域中的應用較為精密，因此為了保證最終的運動精度，在機器人各個機械部件的制造加工過程中對其精度有較高的要求，否則無法滿足機器人運動精度的要求。

1.2.2 傳動系統精度

機器人運動必然涉及到動力的傳遞，從機器人各軸的驅動電機傳送至末端位置的過程中，各個傳動件的精度都會影響機器人末端的運動精度。由于工業機器人對運動精度要求較高，目前國內的技術無法制造高精度減速器，國內現有的機器人的減速器大多采用日本生產的RV減速器和行星齒輪減速器。

1.3 機電一體化核心技術分析

將對機電一體化的主要核心技術進行簡單介紹：

1.3.1 機械技術

機電一體化是“機”和“電”的有機結合，而“機”主要指代的就是機械設備及其相關技術，所以機械技術是機電一體化的基礎。目前為了適應工業生產機電一體化的發展趨勢，機械技術也更加注重對各種高新技術的應用，力求在結構、材料以及性能上實現優化，縮小體積、提升穩定性和性能。

1.2.2 計算機信息和網絡技術

機電一體化系統涉及各種信息數據采集、傳輸、存儲、計算分析以及決策等功能，這些功能的實現離不開計算機信息和網絡技術的應用。

1.3.3 系統技術

機電一體化的本質是一門工程系統技術，它是相關高新科技綜合應用的結果，離不開系統技術的應用。只有從系統和全局的角度出發，將生產系統分解成若干功能的模塊，對這些模塊進行合理組織和優化配置，才能促使生產系統的運行效益得到最佳。

1.3.4自動控制技術

機電一體化與傳統的人工操作模式有著顯著差異，這種差異的一個重要體現就是自適應控制，包括對系統的運行狀態進行實時調節、對系統設備進行自動校正、對生產加工質量進行自動檢測和誤差補償等，這些也都是自動控制技術的研究應用領域。

2 機電一體化在焊接生產中的應用

2.1 焊接機器人

焊接機器人是機電一體化在焊接生產中的一個典型應用，是完成現代化焊接作業的重要機電產品，也是很多現代化生產系統的重要組成單元。焊接機器人自誕生以來經過了多代發展。早期的焊接機器人因為無法對生產環境和加工結果進行有效感知，僅僅是對工人的操作方式進行再現，存在一定的質量誤差問題。在此基礎上，誕生了具有一定感知能力的焊接機器人產品，這類產品往往集成應用了視覺、力覺等傳感器，可以對外在環境和生產質量進行測量感知，但不具備自行決策功能。目前發展出的最新一代的智能焊接機器人，不僅具有感知功能，還能根據所處環境進行一定程度的自行決策，即按任務進行動作規劃和自適應編程。這也是當前焊接機器人研究的熱點前沿領域。與傳統焊接生產系統不同，焊接機器人的應用開拓了一種柔性自動化生產方式。它使得單件、小批量生產也可以依靠機器實現，克服了傳統生產設備依據專用設計，僅適用于中、大批量生產的缺陷。焊接機器人的應用還彌補了人工操作的缺陷。因為焊接生產環境往往都比較惡劣，工人在這種環境下長期作業很容易產生疲勞，導致人工焊接的質量穩定性和一致性受到影響。焊接機器人不會疲勞，它可以不間斷地進行作業，不僅生產效率極高，而且工作狀態和焊接質量都可以維持穩定，極大地改善了生產條件[1]。按照實際用途分類，焊接機器人又可以進一步被細分為點焊機器人和弧焊機器人兩類，下文對這兩類焊接機器人進行了詳細探討：第一，點焊機器人。該類機器人主要是為了實現點焊操作的自動化，其運動方式主要是點位控制。與人工點焊作業相比，點焊機器人可以根據程序規劃的路徑迅速完成多點定位，具有定位精度高和焊接質量好的優點。第二，弧焊機器人。這種機器人的受控運動方式是基于連續軌跡的，在焊接操作中，焊槍可以按照預期規劃的軌跡和速度運行，進而形成焊縫[2]。在現代化的生產系統中，點焊機器人和弧焊機器人一般會進行結合應用，比如將兩者同時應用在一個工站上進行協同作業。這樣的應用方式更加利于組成柔性生產系統，能夠對不同類型的工件進行高效加工。

2.2 焊接生產線

焊接生產線是將焊接作業過程中需要的各種上料、卸料、焊接以及無損檢測等設備進行集成，并按照焊接操作的工藝流程進行有序排列而形成的機電一體化作業線。焊接生產線主要可以分為剛性和柔性兩種。前者屬于傳統的自動化生產線，其設備一般是根據專用化進行設計，雖然在單獨工序上實現了自動化，但缺乏靈活性，不能很好地適應單件、小批量的生產模式；后者屬于典型的柔性生產系統，它通過不同設備的協同作業，可以滿足工件變位等復雜作業需求，能夠很好地適用小批量、多品種的產品生產方式，對快速響應市場需求具有重要價值。柔性焊接生產線是目前焊接生產線的一個主要發展趨勢[3]。在柔性焊接生產線中，控制主站可以對焊接生產線的各個環節進行信息采集，進而實時地掌握生產狀態。在此基礎上，對生產過程進行合理調度和優化，可達到生產效益的最大化。柔性焊接生產線的工作單元大量采用機器人和計算機控制協同作業的模式，方便對不同工件進行高效加工。

結論：

總之，隨著智能化技術的應用水平在工業生產中不斷提升，將焊接生產線與智能化技術進行深度融合，必將促使柔性焊接生產線向著更加智能化的方向發展，這必將會給制造業帶來巨大的變革。

參考文獻

[1]王曉平.機電一體化技術在機器人領域中的應用[J].電子技術與軟件工程，2018（14）：88.

[2]戴明文.機電一體化在農業機械上的作用分析[J].農機使用與維修，2018（05）：21.

[3]李軒，楊楠.淺談焊接機器人在汽車生產中的應用[J].科技展望，2016，26（08）：66.