楊新華，朱蓉英，孫登科

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，陜西 咸陽712000）

近年來，隨著中國制造業(yè)的持續(xù)良好發(fā)展，給焊接行業(yè)帶來了史無前例的機遇，集柔性制造系統(tǒng)（MS）、工廠自動化（FA）和計算機集成制造系統(tǒng)（IMS）于一體的焊接機器人發(fā)展更是空前昌盛。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界已有近140萬臺機器人投入應(yīng)用，其中用于完成焊接作業(yè)的焊接機器人占全部機器人的40%以上。2012年末我國焊接機器人的數(shù)量已達8 500余臺，且近年來我國焊接機器人的裝機量年增長率＞10%，中國正在成為巨大的焊接機器人市場。因此，研究、總結(jié)與推廣焊接機器人技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實意義［1］。

目前，我國焊接機器人主要集中在汽車、摩托車及工程機械3個主要行業(yè)，其中，汽車制造及汽車零部件制造業(yè)中所具有的焊接機器人占全部焊接機器人的65%，但近年來隨著焊接機器人技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，其他行業(yè)焊接機器人的應(yīng)用比例呈上升趨勢。焊接機器人有弧焊機器人和點焊機器人2種類型，其中弧焊機器人用于中厚板焊接，點焊機器人用于薄板焊接。

1 Panasonic－TA1400型弧焊機器人的功能與結(jié)構(gòu)

焊接機器人是一種具有仿人操作、自動控制、能在三維空間完成各種焊接作業(yè)特點的自動化生產(chǎn)設(shè)備，Panasonic－TA1400型弧焊機器人為國內(nèi)主流焊接機器人之一，是一種典型的示教再現(xiàn)式機器人。焊接機器人邊實際運行邊記憶所做的動作軌跡，并能夠重復運行動作的方式，執(zhí)行程序時，機器會再現(xiàn)所記憶的動作，能夠正確地重復進行焊接等工作，即焊接機器人通過上述示教再現(xiàn)功能實現(xiàn)整個焊接過程［2－3］。

Panasonic－TA1400型弧焊機器人具有6個自由度（6個軸），通過6個軸的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)直線軌跡、圓弧軌跡、直線擺動軌跡和圓弧擺動軌跡4種類型焊接，其他任何復雜的焊接軌跡都可分解為這4種基礎(chǔ)形式。Panasonic－TA1400型弧焊機器人各軸名稱及含義見表1。

表1 Panasonic－TA1400型弧焊機器人各軸名稱及含義

Panasonic－TA1400型弧焊機器人系統(tǒng)由本體、控制箱（主要由驅(qū)動伺服單元、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和輸入／輸出系統(tǒng)接口組成）、焊接電源、示教器及外圍設(shè)備（如清槍剪絲機構(gòu)和外部軸等）組成，Panasonic－TA1400型弧焊機器人組成示意圖如圖1所示，示教器示意圖如圖2所示。

圖1 Panasonic－TA1400型弧焊機器人組成示意圖

圖2 Panasonic－TA1400型弧焊機器人用示教器示意圖

2 弧焊機器人典型示教編程技巧

所謂示教編程就是機器人邊移動邊記憶動作，下述詳細介紹Panasonic－TA1400型弧焊機器人直線擺動與圓弧擺動2種典型的示教編程方法與技巧［4－6］。

2.1 直線擺動示教編程

最典型的單道直線擺動示教編程路徑如圖3所示，各示教點的焊槍姿勢見表2。示教所用鋼板材料為Q235，規(guī)格為100mm×200mm×6mm，焊絲型號為ER50－6，保護氣體為二氧化碳（純度為99.9%）。

圖3 直線擺動示教編程路徑示意圖

表2 直線擺動示教編程焊槍姿勢

單道直線擺動的焊接條件設(shè)定見表3。

表3 直線擺動焊接工藝參數(shù)

2.2 圓弧擺動示教編程

最典型的圓弧擺動示教編程路徑如圖4所示，各示教點的焊槍姿勢見表4。示教所用鋼板材料為Q235，規(guī)格為100mm×200mm×6mm。

圖4 圓弧擺動示教編程路徑示意圖

表4 圓弧擺動示教編程焊槍姿勢

圓弧擺動的焊接條件設(shè)定見表5。

表5 圓弧擺動焊接工藝參數(shù)

3 焊接工藝編制與試驗對弧焊機器人應(yīng)用的影響

3.1 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制

焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制是生產(chǎn)中的一項技術(shù)措施，它是根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和工廠的生產(chǎn)條件，以科學理論為指導，結(jié)合生產(chǎn)實際所擬定的加工程序和加工方法。它是一個改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程，對指導生產(chǎn)，保證焊接質(zhì)量和提高管理水平都具有重要作用［7］。

在傳統(tǒng)的手工與半自動焊接過程中，焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程的主要工序有放樣、劃線、下料、成形加工、邊緣加工、裝配、焊接、矯正、檢驗和涂裝等。在機器人自動焊接中，同樣需要考慮上述問題，特別是要考慮備料精度、工裝夾具、焊接工藝參數(shù)和焊接變形等問題，只有處理好焊前準備工作，焊接機器人才能發(fā)揮高效作用。由此可見，焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝的正確編制是焊接機器人使用的前提。

焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝編制是一個與生產(chǎn)實際緊密聯(lián)系的工作，需要豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗，目前我國焊接機器人編程人員大部分都年齡偏小，他們雖然具有一定的計算機和機器人知識，但對焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)卻一知半解，這已成為目前很多企業(yè)遇到的一個機器人應(yīng)用難題，也是我國焊接機器人推廣應(yīng)用的一個瓶頸。

3.2 焊接工藝試驗與分析

僅制定了焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝還不能完全保證焊接質(zhì)量，在產(chǎn)品升級換代、更新的情況下，焊接工藝試驗是一項必不可少的工作。焊接工藝試驗的一般過程如下：先擬定焊接工藝指導書，主要包括焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量記錄等；然后，進行試焊與結(jié)果分析，對先前的焊接工藝指導書進行修改，并重復上述過程，直到得到滿意的焊接結(jié)果；最后，提出合理的焊接工藝，進行生產(chǎn)指導［8］。

焊接工藝試驗與分析是焊接機器人生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，目前我國小型企業(yè)由于缺少這樣的崗位設(shè)置，致使焊接機器人應(yīng)用不好，甚至導致設(shè)備閑置的情況也屢有發(fā)生。進行焊接工藝試驗與分析崗位設(shè)置，不斷提高焊接試驗員的專業(yè)水平，是焊接機器人推廣應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

1）直線軌跡示教、直線擺動軌跡示教、圓弧軌跡示教和圓弧擺動軌跡示教是弧焊機器人操作的基礎(chǔ)，在實際生產(chǎn)過程中，其他復雜軌跡都是上述4種基礎(chǔ)軌跡的合成。

2）弧焊機器人的使用雖然帶來了工人勞動強度的降低和焊接質(zhì)量的提高，但對焊接工藝、焊接試驗與分析和機器人操作技能提出了挑戰(zhàn)。

3）弧焊機器人推廣應(yīng)用是機器人基本操作與基本設(shè)置、焊接工藝與質(zhì)量分析控制的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，因此，熟練應(yīng)用與推廣弧焊機器人技術(shù)需要復合型人才。

［1］李宇劍，巢明.我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略探討［J］.制造業(yè)自動化，2012（12）：106－108.

［2］辛海波，徐惠忠.采用焊接機器人生產(chǎn)機車構(gòu)架［J］.熱加工工藝，2009（23）：193－194.

［3］單玉新，張彩霞.中部槽機器人焊接缺陷產(chǎn)生原因及對策［J］.熱加工工藝，2013（15）：194－195.

［4］蘭虎，陶祖?zhèn)ィ魏陚?弧焊機器人示教編程技術(shù)［J］.實驗室研究與探索，2011（9）：46－50.

［5］蘭虎.焊接機器人編程及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版業(yè)，2013.

［6］劉偉.焊接機器人基本操作及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版業(yè)，2012.

［7］朱小兵.焊接結(jié)構(gòu)制造工藝及實施［M］.北京：機械工業(yè)出版業(yè)，2011.

［8］陳裕川.焊接工藝設(shè)計與實例分析［M］.北京：機械工業(yè)出版業(yè)，2010.