焊接機(jī)器人在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用

尹光劍 姜立民 邱存寶 王文 賀永輝中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷加強(qiáng)，我國軌道交通行業(yè)獲得良好的發(fā)展。而焊接技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。焊接技術(shù)是在高溫或高壓的條件下，使用焊接材料或＋使用焊接材料來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)母體之間連接的一種操作方法。目前常用的焊接方法有利用輻射加熱脈沖控制的激光焊接、利用電子束高速轟擊的電子束焊接、利用高頻振動(dòng)摩擦使分子層相互熔合的超聲波焊接、不需要母料，通過圓柱針攪拌摩擦達(dá)到焊接目的的攪拌摩擦焊，以及機(jī)械手，機(jī)器人等高度智能化的焊接技術(shù)。

1 焊接機(jī)器人原理

焊接機(jī)器人是一種特殊焊接設(shè)備，采用高度自動(dòng)化焊接程序以及焊接技術(shù)。接機(jī)器人的定義是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。可重復(fù)編程多用途的自動(dòng)控制操作機(jī)。模擬了人類手臂，通過傳感器等感應(yīng)電路以及設(shè)備，可以按照程序進(jìn)行焊接。工作時(shí)，須依賴于各輔助設(shè)備以及控制系統(tǒng)。焊接機(jī)器人的基本構(gòu)造為，變位機(jī)、操作手、控制器以及焊接系統(tǒng)傳感器，中央控制計(jì)算機(jī)和相應(yīng)設(shè)備[1]。

2 焊接機(jī)器人在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用

2.1 焊接機(jī)器人在制造交通軌道裝備中的具體應(yīng)用

①焊接HXD3C 型電力機(jī)車的底架牽引梁橫梁、中梁橫梁以及旁承梁橫梁等外部焊縫；②焊接HXD3C 型的電力機(jī)車底架牽引梁整體、中梁整體以及旁承梁整體等外部焊縫；③焊接HXD3C 型電力機(jī)車的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架牽引梁、前端梁、后端梁、中梁、右側(cè)梁及左側(cè)梁等外部焊縫；④焊接LTZ-800 型處理路基車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁外部焊縫；⑤焊接各類出口機(jī)車和調(diào)車機(jī)車的箱型梁外部焊縫；⑥焊接風(fēng)缸環(huán)焊縫以及縱焊縫。焊接機(jī)器人的特點(diǎn)是具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量、優(yōu)美焊縫外觀等，其可通過尋找以及示教功能，利用編程對程序進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。在這之中焊接機(jī)器人選用L 型變位機(jī)的，因?yàn)樽兾粰C(jī)能夠靈活地進(jìn)行位置擺放，設(shè)計(jì)開發(fā)其工裝，在焊接多種鋼結(jié)構(gòu)上都適用。

2.2 軌道客車轉(zhuǎn)向架制造中的應(yīng)用

在中國中車高速軌道客車轉(zhuǎn)向架制造過程中，焊接過程中無需變位，可以在工作臺面上把工件固。在此種情況下，機(jī)器人與變位機(jī)器可以分別運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)復(fù)合在變位機(jī)上，使焊槍相對于工件運(yùn)動(dòng)既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度以及焊槍姿態(tài)的要求。箱體焊接機(jī)器人工作站由焊槍送焊絲機(jī)構(gòu)、焊接電源、回轉(zhuǎn)雙工位變位機(jī)、弧焊機(jī)器人、工裝夾具和控制系統(tǒng)[2]。

2.3 焊接機(jī)器人參數(shù)

將RTi330—S 型的焊接機(jī)器人作為應(yīng)用對象，這一焊接機(jī)器人運(yùn)用6 軸設(shè)計(jì)，應(yīng)用交流伺服的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所有軸，具有焊槍碰撞傳感器和焊槍座。其系統(tǒng)使用全數(shù)字化控制技術(shù)，其中可數(shù)字化控制各系統(tǒng)部分及焊接電源與控制柜間通信。使用總線連接整個(gè)系統(tǒng)，可以減少連接電纜數(shù)量，將處理數(shù)據(jù)速度提高，進(jìn)行更精準(zhǔn)的控制，降低故障率。焊接系統(tǒng)使用TPS5000 逆變焊接電源，其可進(jìn)行全數(shù)字化控制，適合用CO2/MIG/MAG、脈沖MIG 和脈沖MAG 焊接方法；可在有效焊接區(qū)域開展全方位焊接，使焊縫滿足TB/T1580—1995、EN15085 與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；機(jī)械手使用內(nèi)置蒸餾水與酒精混合防凍液的封閉式循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)置有缺水的報(bào)警裝置；應(yīng)用單絲焊槍，使用一體化水冷焊槍，水冷至噴嘴和導(dǎo)電桿。其可數(shù)字化控制焊接過程，在焊接質(zhì)量及性能上可以反映出控制的可靠性和安全性。將其當(dāng)做胎位開展編程以及焊接工作，其可按照工件形狀在各種焊縫焊接位置進(jìn)行合理應(yīng)用，對于形狀不同的工件有著較高適應(yīng)性。比如HXD3C 型電力機(jī)車的底架牽引梁整體具有復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，可通過L 型變位機(jī)焊接，利用變位機(jī)能夠變化的位置，適應(yīng)那些難以接近的焊縫進(jìn)行焊接。在開發(fā)這一工裝時(shí)，應(yīng)該對其工作狀態(tài)下承載狀況進(jìn)行充分考慮，不應(yīng)超過最大承載重量。

2.4 焊縫跟蹤控制理論與方法

①焊接過程中，在焊接軌跡方向上，焊槍相對工件按照每移動(dòng)固定的距離，就完成一次調(diào)整，或者說，每移動(dòng)固定的距離，控制器向傳感系統(tǒng)發(fā)出一次位置指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行焊接作業(yè)。②在焊接過程中，以固定的時(shí)間間隔控制器向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請求的指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進(jìn)行移動(dòng)，從而進(jìn)行焊接作業(yè)。③焊接過程中，在焊接速度方向上，提前確定焊縫線路，傳感器對焊縫前段（未開始焊接）進(jìn)行跟蹤，向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請求指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行焊接作業(yè)。

2.5 焊后檢查和程序改進(jìn)

由于工件的組裝中存在少數(shù)工件組裝誤差偏大的問題，而對于焊接機(jī)器人來說，需要工件盡可能的保持一致性，才能保證每次焊接生產(chǎn)出來的工件質(zhì)量。而工件的焊縫打底也因焊工不同存在差別，打底層的焊縫薄厚，會影響機(jī)器人焊接的焊縫的成形。在每次安裝工件之前檢查焊縫組裝情況，檢查焊縫打底情況，可能會出現(xiàn)問題的工件，對其填充層進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整參數(shù)，以保證填充層能達(dá)到在編程時(shí)候填充層焊接的填充量和焊角尺寸。這樣，在蓋面層焊接時(shí)就能保證其能按照焊接程序，自動(dòng)跟蹤焊接出美觀結(jié)實(shí)的焊縫[3]。

3 結(jié)語

近年來我國的經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對于能源的需求增大，全自動(dòng)焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。對焊接機(jī)器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。在中國中軌道交通裝備制造行業(yè)中，我國對于城市軌道交通以及運(yùn)輸業(yè)等需求量的不斷增加，對高速列車提速的需求也越來越多。焊接機(jī)器人在軌道交通裝備制造中起了關(guān)鍵性的作用。