潘文彬 陳紅紅

摘 要：焊接機器人是按照事先編好的焊接程序自動對工件進行加工的高效自動化設(shè)備。本文主要介紹CLOOS焊接機器人的工作原理及在蘇州地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CLOOS焊接機器人;CAROLA機械手;焊接構(gòu)架

1 CLOOS焊接機械手系統(tǒng)簡介

我公司使用的焊接機器人是德國CLOOS公司制造的ROMAT系列機器人，通過試驗，調(diào)試，目前已經(jīng)能夠用于所有焊接構(gòu)架的生產(chǎn)。ROMAT系統(tǒng)機器人包括控制柜、機械手、外圍設(shè)備、示教盒、凈化除塵器、焊機、焊絲輸送部件、安全設(shè)備等主要組成部分。焊接電源選用的是CLOOS公司自己生產(chǎn)的QUITOGLC603全數(shù)字化焊機，采用大屏幕液晶顯示，電腦化操作界面。可存儲20000條焊接參數(shù)，內(nèi)置焊接專家系統(tǒng)一元化調(diào)節(jié)，具有在線編輯和脈沖功能，這里著重介紹控制系統(tǒng)的工作原理。機器人控制系統(tǒng)由機械手、驅(qū)動裝置、控制裝置、示教盒和傳感器組成。

焊接機器人的工作過程：首先，操作人員通過示教盒把作業(yè)內(nèi)容編程輸入到計算機的記憶裝置（內(nèi)存），再通過外部啟動使機器人從內(nèi)存中讀取信息，然后通過控制裝置發(fā)出信號給驅(qū)動裝置，由驅(qū)動裝置控制機械手按照給定的程序執(zhí)行給定動作，同時傳感器把檢測的信息反饋到計算機并于給定信號相比較，經(jīng)過數(shù)字處理后發(fā)出控制信號。ROMAT焊接機器人軸的結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計，它具有手和指頭的人的手臂相似，因此在描述機器人機械時，我們經(jīng)常說“機械手”。機械手與外部設(shè)備結(jié)合具備兩種基本運動：旋轉(zhuǎn)運動，平移運動，它可以達到矩形/球形空間的任何一點。這些操作都是通過示教盒示教實現(xiàn)的，而所用的編程語言就是CAROLA——CLOOS高級機器人語言。

2 機器人在焊接構(gòu)架生產(chǎn)中的應(yīng)用

機器人對工件組裝、定位要求相當(dāng)高：首先工件用專用工裝夾緊、定位，工件的組裝尺寸必須在工藝范圍內(nèi)，焊縫表面要求清潔，無油污、灰塵等雜質(zhì)，這樣焊接出來的產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量、外觀都能達到最優(yōu)，能夠更好的反映出整個構(gòu)架的美觀度。當(dāng)然，如工件變形，工裝定位不準(zhǔn)時（在機器人能夠修正的范圍之內(nèi)），焊接時機器人能夠自動利用電弧跟蹤，進行修正補償，也能獲得高質(zhì)量焊縫。

我在蘇州地鐵側(cè)梁焊接程序編制過程中，發(fā)現(xiàn)側(cè)梁的底板和腹板有兩處接近90?的拐角過渡，焊接時會出現(xiàn)鐵水超前，溶池成形不好，容易產(chǎn)生未熔合、咬邊等缺陷，修補后打磨也非常困難，經(jīng)分析后，我決定縮小機械手圓弧過渡半徑，利用機械手的柔性工作特點和直線變圓弧路徑的連續(xù)性對它進行小圓弧過渡，同時加大電壓，放慢擺動頻率使鐵水能夠均勻鋪開。經(jīng)調(diào)試后，拐角處與直線焊縫的過渡非常自然，焊縫外觀得到很大改善;根據(jù)側(cè)梁焊前和焊后的尺寸變化，對焊接工藝參數(shù)和焊接順序進行跟蹤觀察和反復(fù)修改，爭取獲得最佳的工藝參數(shù)和焊接順序。機械手設(shè)有自動清槍系統(tǒng)，但是自動清槍并不能完全保證把焊嘴內(nèi)飛濺清除干凈，為了實現(xiàn)批量生產(chǎn)，減少返修率，我在每兩道焊縫焊完后都加了手工清槍程序，這樣可以減少出氣孔的可能性。經(jīng)過一段時間調(diào)試后，機械手完成的側(cè)梁長焊縫紋路細(xì)膩，外形美觀，程序運行穩(wěn)定，得到工藝部門和質(zhì)量部門的認(rèn)可，批量生產(chǎn)的能力已經(jīng)形成。根據(jù)機器人的焊接的工作特點，編制出相應(yīng)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書。

2.1 焊接工藝（見表1）

在工作內(nèi)存中，選擇焊接程序，按下啟動開關(guān)，開始進行焊接。程序運行過程中，每次焊接停頓間隙，檢查夾具位置防止工件偏移。這樣的焊接順序可以有效的控制和減少焊接變形。焊接時每層焊縫根據(jù)設(shè)定好的擺動幅度進行橫向擺動以獲得圖紙要求的焊縫尺寸。

2.2 焊接檢驗與焊后質(zhì)量控制

（1）焊接結(jié)束后要對焊縫上和周圍的焊渣進行清理，焊縫末端打磨坡口，檢查側(cè)梁的清潔度。

（2）根據(jù)ISO5817標(biāo)準(zhǔn)檢查焊縫尺寸及焊縫外觀成形。

（3）如有不合格處，通知焊接質(zhì)檢人員。

3 機器人在焊接構(gòu)架生產(chǎn)中的意義

據(jù)統(tǒng)計，焊接機器人占整個工業(yè)機器人總量的40%以上，機器人焊接的一致性和穩(wěn)定性克服了人為因素帶來的不足，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣。焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響，歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：

（1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊絲伸長度等對焊接結(jié)果起決定作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時，焊接速度、焊絲伸長等都是變化的，因此很難做到質(zhì)量的均一性。

（2）改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，減少對焊工的傷害，使焊工從大強度的體力勞動中解脫出來。

（3）提高勞動生產(chǎn)率。機器人沒有疲勞，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機器人焊接，效率提高的更加明顯。

（4）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確。

（5）可縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資。

4 結(jié)論

焊接機器人應(yīng)用于焊接構(gòu)架的焊接，能充分發(fā)揮焊接機器人長時間作業(yè)，焊接規(guī)則焊縫的優(yōu)勢。減少轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件的手工焊接，降低了勞動強度和生產(chǎn)成本，大大提高了焊接構(gòu)架的生產(chǎn)效率。

參考文獻：

[1]王長文.焊接自動化技術(shù)及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2017（03）.