朱奮飛 常甲興 胡鵬飛

（上海地空防護(hù)設(shè)備有限公司，上海 200441）

0 引言

人防工程防護(hù)設(shè)備簡(jiǎn)稱“防護(hù)設(shè)備”，是指設(shè)置在人防工程的各種孔口部位，用以阻擋或削弱武器的殺傷破壞效應(yīng)進(jìn)入到工程內(nèi)部，保障工程內(nèi)部安全的各種設(shè)備，最基本的防護(hù)功能是防沖擊波和化學(xué)毒劑，主要分為鋼筋混凝土門和鋼結(jié)構(gòu)門，隨著我國(guó)人防事業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)門已經(jīng)成為防護(hù)設(shè)備的主流產(chǎn)品。防護(hù)設(shè)備的生產(chǎn)步序主要包括門框拼裝焊接、門扇拼裝焊接、鉸頁閉鎖等組件的生產(chǎn)裝配，其中雙扇清潔通風(fēng)防護(hù)密閉門包括門框、門扇、鉸頁、閉鎖、密閉小門、懸板活門等部件。

焊接機(jī)器人的基本原理是示教再現(xiàn)，由用戶引導(dǎo)機(jī)器人，一步步按實(shí)際焊接軌跡操作一遍，在引導(dǎo)過程中機(jī)器人會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成可連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。焊接機(jī)器人完成一項(xiàng)焊接任務(wù)，只需一次示教，即可精確的再現(xiàn)示教的每一步操作。以日本川崎BA006N垂直多關(guān)節(jié)6軸焊接機(jī)器人為核心，根據(jù)零件規(guī)格尺寸，設(shè)計(jì)伺服旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，進(jìn)行工位切換，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)柔性工裝夾具，操作人員示教編程后，只需把物料裝載到夾具上，機(jī)器人將在對(duì)應(yīng)的工位上自動(dòng)焊接，降低對(duì)工人操作的難度，改善勞動(dòng)條件，保證焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。

1 焊接站組成與布局

機(jī)器人焊接工作站以弧焊機(jī)器人為核心，周邊配備必要的設(shè)備，使之構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，互相協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，成為弧焊柔性制造單元。本站采用封閉空間，長(zhǎng)7000mm，寬6000mm，高2000mm，主要由焊接機(jī)器人，焊機(jī)（包括焊槍、防撞器、弧焊電源、送絲機(jī)和氣瓶等），伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，工裝夾具，安全護(hù)欄組成，另設(shè)備附近要求提供：壓縮空氣6BAR，電源380V。采用人工上件的方式，手動(dòng)夾緊工件的形式，焊接完成后，人工下料。

為滿足工作效率最大化，可單次裝入4件同樣規(guī)格的產(chǎn)品，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分四個(gè)工位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切換，采用柔性工裝夾具，定位精度≤±1mm，選配工將夾具安裝到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，確認(rèn)上件完成之后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)至待焊工位，機(jī)器人自動(dòng)焊接，焊接期間人工繼續(xù)上件，確認(rèn)焊接完成，啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)器人自動(dòng)焊接，焊接期間人工卸件，卸件后繼續(xù)上件，保證整個(gè)工序連續(xù)。本自動(dòng)焊接站焊接工件材質(zhì)以Q235/Q345為主，45#為副，工件最大尺寸范圍：B450×350×H360。機(jī)器人焊接站的整體布局如圖1所示。

圖1 焊接工作站布局圖Fig.1 The layout plane of welding station

2 工裝夾具設(shè)計(jì)

為降低焊接過程中焊接熱變形的影響，保證焊接物料正確的相對(duì)位置，給焊槍提供足夠的焊接空間，降低物料定位的復(fù)雜程度，提高焊接速度，使工件處于最佳的施焊部位，形成良好的焊縫，便于裝卸焊接，根據(jù)鉸頁座、閉鎖支座、承重臂等零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)柔性工裝夾具。

工裝夾具的底板在不同的位置上加工螺紋孔，當(dāng)工件大小不同時(shí)，調(diào)節(jié)定位器到不同的位置，選擇合理的夾緊力作用點(diǎn)，為降低成本，采用手動(dòng)杠桿鉸鏈加緊機(jī)構(gòu)，搖柄和連桿在一條直線上時(shí)，壓緊桿與工件垂直，形成自鎖，操作方便，夾頭開度大，便于裝卸工件，加緊元件壓塊材料采用橡膠，防止在加緊過程中損壞加緊機(jī)構(gòu)，加緊機(jī)構(gòu)如圖2所示；根據(jù)鉸頁座零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)鉸頁座工裝夾具如圖3所示；根據(jù)支座零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)支座工裝夾具如圖4所示；根據(jù)承重臂零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工裝夾具如圖5所示。使用SolidWorks建立零件及工裝夾具模型，進(jìn)行干涉檢查、碰撞實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)仿真，效果良好。出圖加工后，工裝夾具的剛度，機(jī)械結(jié)構(gòu)均滿足機(jī)器人焊接要求。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工裝夾具工作良好，將進(jìn)一步完善其他零配件的工裝設(shè)計(jì)，形成配套標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

3 機(jī)器人焊接流程

在防護(hù)設(shè)備焊接中，以二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊為主，本站焊接機(jī)器人末端執(zhí)行器是弧焊焊槍時(shí)，可高度柔性化地進(jìn)行弧焊焊接作業(yè)。機(jī)器人焊接參數(shù)的設(shè)定是通過程序來實(shí)現(xiàn)的，為提高機(jī)器人焊接工藝性能，必須熟練焊接機(jī)器人編程。

圖2 加緊機(jī)構(gòu)Fig.2 Tightening mechanism

圖3 鉸頁座工裝Fig.3 Hinge seat fixture

圖4 支座工裝Fig.4 Support fixture

圖5 承重臂工裝Fig.5 Load-bearing arm fixture

AS語言是用于川崎機(jī)器人而研制的機(jī)器人控制語言，屬于面向機(jī)器人的語言。執(zhí)行程序時(shí)，從上開始順序按各個(gè)步驟使機(jī)器人進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作。因程序和位置數(shù)據(jù)是分離的，所以可對(duì)位置數(shù)據(jù)命名，即機(jī)器人示教當(dāng)前位置時(shí)，對(duì)示教的點(diǎn)命名，使其存儲(chǔ)2種位置信息，即機(jī)器人的位置和姿勢(shì)，可使用此語言完成復(fù)雜精確的編程任務(wù)。另外本站可使用示教器進(jìn)行直接示教，快速地在基礎(chǔ)坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系之間切換，快捷而準(zhǔn)確地獲取信息，將每一步示教等空間位置、焊槍姿態(tài)及焊接參數(shù)等，順序精確的存儲(chǔ)，使機(jī)器人能將示教信息再現(xiàn)，在再現(xiàn)模式下，循環(huán)往復(fù)的對(duì)工件進(jìn)行焊接。

本站焊接工藝及流程與傳統(tǒng)焊接工藝及流程主要區(qū)別：

（1）增加了工裝制作，工裝是為了方便將待焊接的材料（備料）固定在機(jī)器人的待焊接區(qū)域內(nèi)，從而保證機(jī)器人快速、高效地焊接操作。

（2）在裝配上，傳統(tǒng)的焊接一般由鉚工裝配，再由電焊工進(jìn)行焊接作業(yè)；而機(jī)器人焊接，需要操作工將備料固定在工裝上，然后固定好工裝，由機(jī)器人自動(dòng)焊接。本站焊接流程：①吊裝選定產(chǎn)品的工裝夾具，安裝在選裝臺(tái)上；②確認(rèn)上件完成之后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，待焊工件轉(zhuǎn)至待位位置；③人工繼續(xù)上件，焊接機(jī)器人示教再現(xiàn)，進(jìn)行焊接；④確認(rèn)焊接完成，啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，人工卸件，焊接機(jī)器人示教再現(xiàn)，進(jìn)行焊接；⑤循環(huán)進(jìn)入重復(fù)執(zhí)行流程。

4 焊接效果及檢驗(yàn)

從圖6可以看出，焊縫成形美觀一致，表面波紋細(xì)密，焊接質(zhì)量好。根據(jù)GB/T19866-2005《焊接工藝評(píng)定及評(píng)定的一般規(guī)則》和GB/T19868.3-2005《基于標(biāo)準(zhǔn)焊接規(guī)程的工藝評(píng)定》，我廠根據(jù)焊接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)焊接試件如圖7所示，進(jìn)行對(duì)接焊縫焊接工藝與角焊縫焊接工藝的評(píng)定，使用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接后，送至第三方資質(zhì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行抗拉檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合要求。

圖6 機(jī)器人焊接實(shí)際效果圖Fig.6 The actual renderings of Robot welding

圖7 實(shí)驗(yàn)試件Fig.7 Test specimen

5 結(jié)束語

采用焊接機(jī)器人代替人工操作已成為焊接生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)方向，不僅僅能保證焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，還能改善工人的作業(yè)環(huán)境，降低人工成本。應(yīng)用焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化革命性進(jìn)步，突破了焊接剛性自動(dòng)化傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動(dòng)化方式。因此我公司積極引進(jìn)焊接機(jī)器人，在防護(hù)設(shè)備制造行業(yè)進(jìn)行設(shè)備升級(jí)的探索，也是本行業(yè)對(duì)機(jī)器人焊接技術(shù)的探索，目前只是部分工件的批量生產(chǎn)，將進(jìn)一步完善焊接機(jī)器人在防護(hù)設(shè)備生產(chǎn)中的應(yīng)用。

[1]趙唯.SolidWorks在人防工程防護(hù)設(shè)備生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2016，8.

[2]川崎機(jī)器人操作手冊(cè)[Z].

[3]GB/T19866-2005《焊接工藝評(píng)定及評(píng)定的一般規(guī)則》[S].

[4]GB/T19868.3-2005《基于標(biāo)準(zhǔn)焊接規(guī)程的工藝評(píng)定》[S].