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        Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人應(yīng)用探析*

        2015-11-08 03:57:34楊新華朱蓉英孫登科
        新技術(shù)新工藝 2015年2期
        關(guān)鍵詞:弧焊生產(chǎn)工藝圓弧

        楊新華,朱蓉英,孫登科

        (陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jī)遇,集柔性制造系統(tǒng)(MS)、工廠自動化(FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(IMS)于一體的焊接機(jī)器人發(fā)展更是空前昌盛。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全世界已有近140萬臺機(jī)器人投入應(yīng)用,其中用于完成焊接作業(yè)的焊接機(jī)器人占全部機(jī)器人的40%以上。2012年末我國焊接機(jī)器人的數(shù)量已達(dá)8 500余臺,且近年來我國焊接機(jī)器人的裝機(jī)量年增長率>10%,中國正在成為巨大的焊接機(jī)器人市場。因此,研究、總結(jié)與推廣焊接機(jī)器人技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

        目前,我國焊接機(jī)器人主要集中在汽車、摩托車及工程機(jī)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(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的65%,但近年來隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展,其他行業(yè)焊接機(jī)器人的應(yīng)用比例呈上升趨勢。焊接機(jī)器人有弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人2種類型,其中弧焊機(jī)器人用于中厚板焊接,點(diǎn)焊機(jī)器人用于薄板焊接。

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

        焊接機(jī)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(diǎn)的自動化生產(chǎn)設(shè)備,Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人為國內(nèi)主流焊接機(jī)器人之一,是一種典型的示教再現(xiàn)式機(jī)器人。焊接機(jī)器人邊實(shí)際運(yùn)行邊記憶所做的動作軌跡,并能夠重復(fù)運(yùn)行動作的方式,執(zhí)行程序時,機(jī)器會再現(xiàn)所記憶的動作,能夠正確地重復(fù)進(jìn)行焊接等工作,即焊接機(jī)器人通過上述示教再現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)整個焊接過程[2-3]。

        Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人具有6個自由度(6個軸),通過6個軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動實(shí)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(fù)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(jī)器人各軸名稱及含義見表1。

        表1 Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人各軸名稱及含義

        Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人系統(tǒng)由本體、控制箱(主要由驅(qū)動伺服單元、計(jì)算機(jī)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(jī)構(gòu)和外部軸等)組成,Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)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(jī)器人組成示意圖

        圖2 Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)器人用示教器示意圖

        2 弧焊機(jī)器人典型示教編程技巧

        所謂示教編程就是機(jī)器人邊移動邊記憶動作,下述詳細(xì)介紹Panasonic-TA1400型弧焊機(jī)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)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(yàn)對弧焊機(jī)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(xiàng)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(xué)理論為指導(dǎo),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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(dǎo)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(yàn)和涂裝等。在機(jī)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(zhǔn)備工作,焊接機(jī)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(jī)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(shí)際緊密聯(lián)系的工作,需要豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),目前我國焊接機(jī)器人編程人員大部分都年齡偏小,他們雖然具有一定的計(jì)算機(jī)和機(jī)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(jī)器人應(yīng)用難題,也是我國焊接機(jī)器人推廣應(yīng)用的一個瓶頸。

        3.2 焊接工藝試驗(yàn)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(yàn)是一項(xiàng)必不可少的工作。焊接工藝試驗(yàn)的一般過程如下:先擬定焊接工藝指導(dǎo)書,主要包括焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量記錄等;然后,進(jìn)行試焊與結(jié)果分析,對先前的焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行修改,并重復(fù)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(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)[8]。

        焊接工藝試驗(yàn)與分析是焊接機(jī)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(jī)器人應(yīng)用不好,甚至導(dǎo)致設(shè)備閑置的情況也屢有發(fā)生。進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)與分析崗位設(shè)置,不斷提高焊接試驗(yàn)員的專業(yè)水平,是焊接機(jī)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(jī)器人操作的基礎(chǔ),在實(shí)際生產(chǎn)過程中,其他復(fù)雜軌跡都是上述4種基礎(chǔ)軌跡的合成。

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

        3)弧焊機(jī)器人推廣應(yīng)用是機(jī)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(jī)器人技術(shù)需要復(fù)合型人才。

        [1]李宇劍,巢明.我國工業(yè)機(jī)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(jī)器人生產(chǎn)機(jī)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(jī)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)?,段宏?弧焊機(jī)器人示教編程技術(shù)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011(9):46-50.

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

        [6]劉偉.焊接機(jī)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(shí)施[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版業(yè),2011.

        [8]陳裕川.焊接工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版業(yè),2010.

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