機(jī)電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

郭磊

摘要： 通過對該技術(shù)的應(yīng)用，可以促進(jìn)焊接生產(chǎn)向著自動化和智能化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的改造升級。本文從焊接機(jī)器人和生產(chǎn)線兩個方面對機(jī)電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望對焊接生產(chǎn)工作能夠有所裨益。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化；焊接生產(chǎn)；焊接機(jī)器人

引言：現(xiàn)代化的焊接生產(chǎn)已早已擺脫了手工操作的模式，它已經(jīng)發(fā)展成為了一種精密加工手段，通過將機(jī)器人、智能化生產(chǎn)線與焊接工藝進(jìn)行集成應(yīng)用，能夠解決傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)存在的質(zhì)量控制難、生產(chǎn)效率低等問題，在使人們獲得高質(zhì)的產(chǎn)品焊接和高效的生產(chǎn)節(jié)奏方面具有重要意義。本文從機(jī)器人和智能生產(chǎn)線兩個方面對機(jī)電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望能對推動焊接生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

1 機(jī)電一體化內(nèi)涵及要求概述

1.1 機(jī)電一體化內(nèi)涵

所謂機(jī)電一體化是指從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)等進(jìn)行綜合應(yīng)用，從而達(dá)到對系統(tǒng)各個功能模塊的合理組織和優(yōu)化配置，進(jìn)而使生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行最佳化的系統(tǒng)工程技術(shù)。從上述定義不難看出，機(jī)電一體化是一個綜合性的概念，它不僅涉及到眾多先進(jìn)技術(shù)的集成應(yīng)用，還包括落實(shí)這些技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品，即機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品。機(jī)電一體化已經(jīng)成為了目前工業(yè)界發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，它帶動很多傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)現(xiàn)了升級改造。在“工業(yè)4.0”等先進(jìn)理念的影響下，在“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略實(shí)施的關(guān)鍵階段，機(jī)電一體化還在不斷地被賦予更多新的內(nèi)涵，這些決定了產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的過程中離不開機(jī)電一體化的應(yīng)用。機(jī)電一體化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù)，它是很多先進(jìn)科技融合應(yīng)用的成果，經(jīng)過實(shí)踐發(fā)展，衍生出了幾項(xiàng)核心技術(shù)。

1.2 工業(yè)領(lǐng)域?qū)C(jī)器人的應(yīng)用要求

1.2.1 機(jī)械零件制造精度

工業(yè)機(jī)器人屬于中小型的精密加工制造設(shè)備，相對于大型機(jī)械制造設(shè)備而言，其設(shè)計(jì)精度要求較高，對機(jī)器人中各個零件精度要求較高，由于機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用較為精密，因此為了保證最終的運(yùn)動精度，在機(jī)器人各個機(jī)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(jī)器人運(yùn)動精度的要求。

1.2.2 傳動系統(tǒng)精度

機(jī)器人運(yùn)動必然涉及到動力的傳遞，從機(jī)器人各軸的驅(qū)動電機(jī)傳送至末端位置的過程中，各個傳動件的精度都會影響機(jī)器人末端的運(yùn)動精度。由于工業(yè)機(jī)器人對運(yùn)動精度要求較高，目前國內(nèi)的技術(shù)無法制造高精度減速器，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)器人的減速器大多采用日本生產(chǎn)的RV減速器和行星齒輪減速器。

1.3 機(jī)電一體化核心技術(shù)分析

將對機(jī)電一體化的主要核心技術(shù)進(jìn)行簡單介紹：

1.3.1 機(jī)械技術(shù)

機(jī)電一體化是“機(jī)”和“電”的有機(jī)結(jié)合，而“機(jī)”主要指代的就是機(jī)械設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)，所以機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。目前為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢，機(jī)械技術(shù)也更加注重對各種高新技術(shù)的應(yīng)用，力求在結(jié)構(gòu)、材料以及性能上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，縮小體積、提升穩(wěn)定性和性能。

1.2.2 計(jì)算機(jī)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)涉及各種信息數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、計(jì)算分析以及決策等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)離不開計(jì)算機(jī)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

1.3.3 系統(tǒng)技術(shù)

機(jī)電一體化的本質(zhì)是一門工程系統(tǒng)技術(shù)，它是相關(guān)高新科技綜合應(yīng)用的結(jié)果，離不開系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。只有從系統(tǒng)和全局的角度出發(fā)，將生產(chǎn)系統(tǒng)分解成若干功能的模塊，對這些模塊進(jìn)行合理組織和優(yōu)化配置，才能促使生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效益得到最佳。

1.3.4自動控制技術(shù)

機(jī)電一體化與傳統(tǒng)的人工操作模式有著顯著差異，這種差異的一個重要體現(xiàn)就是自適應(yīng)控制，包括對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)、對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行自動校正、對生產(chǎn)加工質(zhì)量進(jìn)行自動檢測和誤差補(bǔ)償?shù)龋@些也都是自動控制技術(shù)的研究應(yīng)用領(lǐng)域。

2 機(jī)電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人是機(jī)電一體化在焊接生產(chǎn)中的一個典型應(yīng)用，是完成現(xiàn)代化焊接作業(yè)的重要機(jī)電產(chǎn)品，也是很多現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成單元。焊接機(jī)器人自誕生以來經(jīng)過了多代發(fā)展。早期的焊接機(jī)器人因?yàn)闊o法對生產(chǎn)環(huán)境和加工結(jié)果進(jìn)行有效感知，僅僅是對工人的操作方式進(jìn)行再現(xiàn)，存在一定的質(zhì)量誤差問題。在此基礎(chǔ)上，誕生了具有一定感知能力的焊接機(jī)器人產(chǎn)品，這類產(chǎn)品往往集成應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，可以對外在環(huán)境和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行測量感知，但不具備自行決策功能。目前發(fā)展出的最新一代的智能焊接機(jī)器人，不僅具有感知功能，還能根據(jù)所處環(huán)境進(jìn)行一定程度的自行決策，即按任務(wù)進(jìn)行動作規(guī)劃和自適應(yīng)編程。這也是當(dāng)前焊接機(jī)器人研究的熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域。與傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)不同，焊接機(jī)器人的應(yīng)用開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式。它使得單件、小批量生產(chǎn)也可以依靠機(jī)器實(shí)現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備依據(jù)專用設(shè)計(jì)，僅適用于中、大批量生產(chǎn)的缺陷。焊接機(jī)器人的應(yīng)用還彌補(bǔ)了人工操作的缺陷。因?yàn)楹附由a(chǎn)環(huán)境往往都比較惡劣，工人在這種環(huán)境下長期作業(yè)很容易產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致人工焊接的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性受到影響。焊接機(jī)器人不會疲勞，它可以不間斷地進(jìn)行作業(yè)，不僅生產(chǎn)效率極高，而且工作狀態(tài)和焊接質(zhì)量都可以維持穩(wěn)定，極大地改善了生產(chǎn)條件[1]。按照實(shí)際用途分類，焊接機(jī)器人又可以進(jìn)一步被細(xì)分為點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人兩類，下文對這兩類焊接機(jī)器人進(jìn)行了詳細(xì)探討：第一，點(diǎn)焊機(jī)器人。該類機(jī)器人主要是為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊操作的自動化，其運(yùn)動方式主要是點(diǎn)位控制。與人工點(diǎn)焊作業(yè)相比，點(diǎn)焊機(jī)器人可以根據(jù)程序規(guī)劃的路徑迅速完成多點(diǎn)定位，具有定位精度高和焊接質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。第二，弧焊機(jī)器人。這種機(jī)器人的受控運(yùn)動方式是基于連續(xù)軌跡的，在焊接操作中，焊槍可以按照預(yù)期規(guī)劃的軌跡和速度運(yùn)行，進(jìn)而形成焊縫[2]。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)中，點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人一般會進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，比如將兩者同時應(yīng)用在一個工站上進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。這樣的應(yīng)用方式更加利于組成柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠?qū)Σ煌愋偷墓ぜM(jìn)行高效加工。

2.2 焊接生產(chǎn)線

焊接生產(chǎn)線是將焊接作業(yè)過程中需要的各種上料、卸料、焊接以及無損檢測等設(shè)備進(jìn)行集成，并按照焊接操作的工藝流程進(jìn)行有序排列而形成的機(jī)電一體化作業(yè)線。焊接生產(chǎn)線主要可以分為剛性和柔性兩種。前者屬于傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)線，其設(shè)備一般是根據(jù)專用化進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然在單獨(dú)工序上實(shí)現(xiàn)了自動化，但缺乏靈活性，不能很好地適應(yīng)單件、小批量的生產(chǎn)模式；后者屬于典型的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，它通過不同設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，可以滿足工件變位等復(fù)雜作業(yè)需求，能夠很好地適用小批量、多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)方式，對快速響應(yīng)市場需求具有重要價值。柔性焊接生產(chǎn)線是目前焊接生產(chǎn)線的一個主要發(fā)展趨勢[3]。在柔性焊接生產(chǎn)線中，控制主站可以對焊接生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行信息采集，進(jìn)而實(shí)時地掌握生產(chǎn)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)過程進(jìn)行合理調(diào)度和優(yōu)化，可達(dá)到生產(chǎn)效益的最大化。柔性焊接生產(chǎn)線的工作單元大量采用機(jī)器人和計(jì)算機(jī)控制協(xié)同作業(yè)的模式，方便對不同工件進(jìn)行高效加工。

結(jié)論：

總之，隨著智能化技術(shù)的應(yīng)用水平在工業(yè)生產(chǎn)中不斷提升，將焊接生產(chǎn)線與智能化技術(shù)進(jìn)行深度融合，必將促使柔性焊接生產(chǎn)線向著更加智能化的方向發(fā)展，這必將會給制造業(yè)帶來巨大的變革。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉平.機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（14）：88.

[2]戴明文.機(jī)電一體化在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的作用分析[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2018（05）：21.

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