蘇亞賓，張瑞臣，李賀德，王應(yīng)品，鄭洪濤

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272000

1 單鋼輪壓路機車架的特點

壓路機是道路施工及維護中一種路面壓實設(shè)備，大部分結(jié)構(gòu)件為不同板厚的鋼板焊接而成（見圖1）。主機架［1］是其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件之一，屬框架結(jié)構(gòu)，由中厚鋼板焊接而成。工件外形尺寸≥2600mm×800mm×800mm（長×寬×高），重量≥3000kg，材質(zhì)主要包括Q235和Q355，板材件厚度在6～60mm，焊接坡口的形式包括角接、搭接和對接，焊腳高度3～20mm。

圖1 壓路機主機架結(jié)構(gòu)

2 焊接變位機的選擇和焊接系統(tǒng)的設(shè)計

（1）焊接變位機的選擇 設(shè)計與機器人聯(lián)動的焊接變位機時充分考慮工件特點，選擇座式焊接變位機演變出的L形雙回轉(zhuǎn)焊接變位機，分別集成焊接機器人系統(tǒng)中的兩個外部軸自由編程，可與機器人系統(tǒng)聯(lián)合進行軌跡插補（見圖2）。變位機上面的夾具采用工件的鉸接座與橋板及工件的中心定位，在鉸接處和橋板處進行上部壓緊，在工件的側(cè)面進行頂緊。

根據(jù)工件的重量及外形尺寸選擇L形焊接變位機，如圖3所示，伺服電動機采用德國Siemens驅(qū)動減速機，通過獨有的齒輪無間隙傳動技術(shù)，齒輪在轉(zhuǎn)動過程中始終與回轉(zhuǎn)支撐嚙合，驅(qū)動變位機轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。配置一個外部控制盒，也可以控制變位機的傾翻和旋轉(zhuǎn)，方便操作人員進行補焊操作。

圖2 變位機選擇和裝夾方式

圖3 L形焊接變位機

（2）焊接系統(tǒng)的設(shè)計 采用倒掛式六軸機器人系統(tǒng)［2］（見圖4），增加X、Y、Z三個外部軸，所有軸都采用免維護交流伺服電動機驅(qū)動，使用無間隙的傳動組件和絕對編碼器。所有機器人軸全部配有剎車裝置和溫度檢測安全裝置。優(yōu)化驅(qū)動能力，高精度位置檢測系統(tǒng)，大功率伺服系統(tǒng)，保證了機器人具有高度的動態(tài)特性和良好的精度。

圖4 焊接機器人系統(tǒng)

焊接系統(tǒng)還包括：焊接電源、水箱及機器人接口、送絲機、水冷焊槍、防碰撞和清槍站等裝置。其中焊接電源采用多功能逆變焊接電源，MIG/MAG脈沖焊接和標準焊接，整體裝置系統(tǒng)方案如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)方案

3 焊接參數(shù)的選擇和自動化焊接工藝的應(yīng)用

（1）焊接參數(shù)的選擇 機器人自動化主要包括焊槍運行和擺動控制、焊接參數(shù)大小控制、焊槍角度姿態(tài)及焊絲干伸長控制，以及送絲速度、多層多道焊的控制等[3]。

下面對機器人焊接工藝過程控制進行闡述：首先，焊槍擺動參數(shù)包括擺動方式、擺動類型、擺動頻率以及擺動寬度極點位置停留時間，通過調(diào)整以上參數(shù)，確定焊槍的角度和焊絲干伸長，不同坡口類型及坡口尺寸選擇合適的擺動方式、擺動類型、擺寬。其次，焊接參數(shù)控制：焊接參數(shù)主要包括起弧點和收弧點焊接電流、電弧電壓，焊接過程中焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量。各個參數(shù)之間要合理匹配，只有經(jīng)過工藝驗證才能使用，否則會造成焊接時飛濺增多堵住焊槍口，或者產(chǎn)生未焊透、咬邊、弧坑等缺陷。由于該焊機為一元化調(diào)節(jié)，設(shè)置合理的焊接電源和焊接速度即可，焊接參數(shù)根據(jù)不同焊腳大小選擇，具體參數(shù)見表1。由于主機架屬于關(guān)鍵部件，關(guān)鍵焊縫焊腳比較大，多為15mm以上，這時需要采用多層多道命令才能完成要求，焊接機器人設(shè)置有多層多道焊命令，調(diào)用該命令時，需調(diào)整焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)方可完成。

表1 不同焊腳對應(yīng)的焊接參數(shù)

（2）自動化焊接工藝的應(yīng)用 通過在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用和驗證，該機器人焊接系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，本體及控制系統(tǒng)通過電弧跟蹤、接觸傳感、焊接專家數(shù)據(jù)庫等智能化功能，對工件中厚板焊接中存在的工件尺寸和焊腳尺寸較大、焊接坡口加工和工件組對精度較差等問題進行了解決，焊縫成形效果和焊接穩(wěn)定性都比較好，明顯降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，如圖6所示。

圖6 機器人自動化焊接和焊縫焊接效果

4 焊接機器人的發(fā)展趨勢

焊接機器人在廣泛應(yīng)用的同時向自動化與智能化方向發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的先進機器人焊接技術(shù)，這些新技術(shù)從生產(chǎn)效率、精度保證、可操作性、適應(yīng)性等方面顯示了焊接機器人技術(shù)從研發(fā)逐漸向生產(chǎn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，也不斷地在工程機械結(jié)構(gòu)件中得到廣泛應(yīng)用。