焊接機器人在軌道交通裝備制造中的應用

耿一萌 石永樂 劉梓晗

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，人民生活水平不斷提高，人們不再僅僅追求溫飽，而更加追求生活的便利。由于人們提出的要求，我國軌道交通不斷發展，以滿足人們對便利生活的要求。然而，為了促進軌道交通的不斷發展，研究者提出利用焊接機器人作用于軌道交通裝備的制造，促進軌道交通裝備的發展。本文主要探究焊接機器手在軌道交通裝備制造中的實際應用。

關鍵詞：焊接機器人;焊接;軌道交通裝備制造

1焊接機械手設備系統的簡單介紹

該設備設計為一大型龍門行走機構，龍門縱向行程 115 米;軌道長 120 米，運動系統采用齒輪/齒條和同步控制雙側驅動，焊接電源、控制柜、空氣壓縮機和丙烷氣瓶等裝置置于龍門架之上。龍門架上懸掛兩臺焊接機械手，可沿龍門架橫向移動，軌道中心間距 5.5 米，橫行行程4.5米。每臺機械手配置一個激光傳感器和一套焊接煙塵凈化裝置。系統從平行布置在地面導軌一側的銅排取電。同時在龍門系統上增加了清理氧化膜及焊接黑灰裝置，此裝置安裝在一套伺服系統控制的豎向滑軌上，此滑軌可以通過示教系統編程控制，同時可以編程打磨角度。此外還加裝了自動拾取加熱槍，可以在濕度過高的情況下，通過程序自動拾取焊槍進行預加熱功能。在不使用的情況下，自動放置在一旁，不影響焊接程序執行。該焊接機械手設備系統在軌道交通裝備制造之中主要是從局部到整體的順序，其首先應用于較為簡單，且需要大批生產部件焊接工作之中所使用，主要包括軌道交通裝備各分片的焊接。在焊接機械手的應用達到熟練之后，可將其應用于軌道交通裝備整個交通裝備骨架與車架總成的焊接工作之中。

2焊接機械手設備的優勢

焊接機器手設備各方面的優勢，有助于復雜的軌道交通裝備制造工作，尤其是對軌道交通裝備各部分的焊接精準性以及效率方面的提升。

（1）系統整體剛性好，運行穩定可靠?？梢员ＷC鋁合金焊接的高精度需要

（2）地面整潔，僅需布置導軌，占地面積小，方便夾具布置和工件裝卸以及操作人員行走

（3）成熟的設計，故障率低

（4）機器人可以沿龍門運動，充分保證最佳工作姿態

（5）靈活性高，適用面廣。龍門架下可以縱向布置四個標準客車工位。采用一套設備，可以滿足焊接各種型號的鋁合金客車大部件的要求。

（6）采用最為先進的激光傳感器系統，保證焊縫位置偏差的跟蹤和填充量變化的自動補償

（7）電氣裝置皆置于龍門架上，無需拖動復雜的電源電纜和氣路管線，大大簡化維修工作

（8）采用最為先進的數字化逆變焊接電源，配以鋁合金專用焊接軟件，近一步保證焊接質量

（9）豐富的弧焊軟件，中文 Windows 界面，簡化操作，提高效率

（10）打磨等輔助工具也可以通過編程進行控制，可以有效地減少人工操作的時間和勞動強度。

3.焊接機械手系統各部分技術描述

焊接機械手的應用需具備系統性，使用單個的焊接機械手不能夠發揮其在軌道交通裝備制造中的作用。因此，焊接機械手的使用需要從整體上來規范其操作的步驟與流程，從各個模塊進行綜合性的考慮，在焊接機械手使用初期可以先從較為典型的軌道交通裝備制造開始，設計符合裝備制造的焊接方案，通過考慮裝備的類型來進行焊接機械手的應用。

3.1焊接機器人，型號 RTi 456-S

精密的 RTi 456-S 焊接機器人為 6 軸旋轉關節式設計，每個軸臂都采用堅固的鑄鋁結構。傾斜式主軸設計，各關節的高自由度以及短小靈活的軸臂為此機器人的主要特點，即使對于難以接近的位置，仍然可以保證其很大的工作范圍和最佳的焊接角度。此機器人腕關節的焊槍連接器為空心軸式設計，其上裝有碰撞保護開關，此獨特的設計為機器人的焊接工作提供了 最大的靈活性，同時也避免了焊接電纜和機器人手臂的纏繞，在最大程度上保證了焊接機器人對軌道交通裝備各復雜部分的焊接。為保證各軸的平穩動力傳 遞，采用獨特的預緊式雙蝸輪傳動設計，通過行星齒輪、齒圈達到平穩的無音噪的運行，使用壽命長，無需重新調整。

3.2腕部附加拉絲機

對于鋁合金焊接精確的送絲是非常重要的，任何送絲的波動都可能對焊縫形狀和成型產生不良影響。焊絲通過安裝在機器人笫一軸的送絲機送出，再由腕部附加拉絲機送入焊槍。這樣即使焊槍電纜處于運動中，也能保證精確送絲運行功能，因此，通過采用腕部附加拉絲機，可以保證在運動過程之中鋁合金焊接精確的拉絲，從而保證軌道交通裝備制造中焊接工作的正常進行。

3.3控制系統 RCi

機械手、控制柜和滑軌系統的控制和定位實現全數字化控制，通過 INTERBUS-S 和 HEDA 總線進行數據交換。其最大優點在于數據輸送不會受任何干擾信號的影響（此為與模擬信號的最大區別之一），同時大大的加快了數據處理速度，實現更加精確的控制。標準控制柜可實現 16 軸聯動控制，從而使得對機械手等系統的控制更加精準，從而使得機械手等系統在軌道交通裝備制造之中應用的精確性。

3.4 K5 型示教器

其為與最新的數字化控制系統而開發設計的，與中央控制系統通過總線連接。根據人體工程學設計的示教器重量僅為 1.3 公斤，清晰的按鍵排列和高解析度 VGA 彩色顯示屏充分展示其“指令中心” 的特色。示教編程方式直觀易于掌握，軟件采用 Windows 平臺及視窗界面，不需學習使用任何計算機語言。

在示教器上，通過按鍵控制機械手到達焊接位置，在相應的界面下選擇所需功能并輸入相關參數（ 如電流、焊接速度等） 即可完成焊接程序的編制，所有界面皆為中文顯示。各種坐標系統如“工具坐標”或“工件坐標” （ 可由使用者定義或根據外部軸情況預選） 配合以“ Joint 坐標” （ 各獨立軸坐標） 和“ World 坐標” （ 機械手系統坐標） 聯合使用，可進一步協助機器人在工作空間內更加方便的定位。各種“宏功能” 如多層焊、焊接順序、弧坑填充、擺動方式等，在菜單下直接選用即可，極大的減化了程序的編制過程，使得軌道交通裝備的制造更為簡便有效。

3.5鋁合金焊絲用焊槍，型號 SB395

焊槍是為機器人進行鋁合金焊接而設計，采用 Teflon 焊絲襯管。具有優良的剛度，碰撞后無需校形。一體式水冷，帶有快速接頭。

焊槍適于進行氣動清理（通過增壓后的壓縮空氣），噴嘴同時可做為尋蹤傳感器以進行程序轉換。

3.6焊槍式焊接煙塵吸收和過濾凈化裝置

弧焊機械手可配備一個一體化的除塵裝置，通過安裝在焊槍前部周圍的環形吸收嘴保證對焊接煙塵的高效清除，焊接煙塵沿著焊槍頸輸送到一個回轉接頭，此接頭安裝在焊槍中央接頭處，然后通過管道送到煙塵清除過濾裝置。

吸收嘴的尺寸能使它安裝在氣體噴嘴的死角后面，從而保證即使在狹窄工件內部也不防礙機械手的可達性，煙塵導管和旋轉式排煙接頭適用于不同類型的焊槍，從機械手手腕關節引出的導管與焊槍連接電纜是平行布置的。對于機械手特殊設計的腕關節，配備其一體式排塵接頭，可以最大程度地節省由于附加吸塵裝置而占用的空間，可以對軌道交通制造裝備所使用的機械手進行除塵，從而保證機械手在裝備制造過程之中的正常運行。

3.焊接機械手在軌道交通裝備制造中的應用

軌道交通裝備尤其是城際動車組制造是一項高技術產業，其產品鏈條涉及眾多高新技術領域，包括新型鋁合金型材、微電子設備、高精度電氣控制設備、精密氣動設備等，這些均是技術含量高、附加值高的先進工業產品領域，屬于先進制造業，是珠江三角洲地區產業發展的方向，符合珠三角產業發展政策。建設車輛修造基地，促進區域經濟產品結構調整和產業優化升級，有利于逐步形成龐大的產業鏈條，帶動地方經濟快速發展。因此，為提升軌道交通裝備制造的效率，采用焊接機械手來輔助制造過程，在一定程度上促進我國軌道交通裝備制造的機械化與智能化。

參考文獻

[1]王壽福焊接技術在鐵路機車車輛工業中的應用[J]，焊接技術，2004，33（3）：3-7