劉寧

摘要：伴隨著我國軌道交通建設(shè)步伐的加快，對軌道交通裝備制造的要求也越來越高。焊接機(jī)器人憑借其自動化、智能化和柔性化等特點，在軌道交通裝備制造中發(fā)揮了重要作用。因此文章重點就焊接機(jī)器人在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用展開相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人;軌道交通;裝備制造;應(yīng)用

焊接機(jī)器人這一系統(tǒng)具有綜合性和復(fù)雜性，為良好應(yīng)用焊接機(jī)器人，應(yīng)該將應(yīng)用對象選擇好，將工藝準(zhǔn)備和工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計工作做好，保證上道工序產(chǎn)品生產(chǎn)管理以及質(zhì)量可以滿足焊接機(jī)器人開展工作的要求。并在長時間的使用中積累更多經(jīng)驗，從而在制造軌道交通裝備過程中將焊接機(jī)器人作用充分發(fā)揮出來。

1焊接機(jī)器人技術(shù)

1.1 焊縫跟蹤技術(shù)

在焊接機(jī)器人中焊縫跟蹤技術(shù)十分重要，在焊接過程中，使用焊接跟蹤技術(shù)智能化診斷焊接過程，以此結(jié)合實際焊接狀況調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，將焊接質(zhì)量提高。這一焊接技術(shù)主要是以悍接機(jī)器人布置的傳感器為基礎(chǔ)，通過傳感器對焊接過程進(jìn)行檢測，并運用控制理論方法，對焊接路線會產(chǎn)生的偏移值進(jìn)行計算，進(jìn)而向控制中心及時傳送數(shù)據(jù)，對焊接機(jī)器人焊接的路徑加以控制?，F(xiàn)階段神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊數(shù)字技術(shù)有著較為廣泛的應(yīng)用，這能夠在一定程度上提高這一技術(shù)的智能化程度，目前我國開始推廣使用系統(tǒng)化焊接機(jī)器人的焊接跟蹤系統(tǒng)。

1.2 離線編程和規(guī)劃路徑技術(shù)

離線編程和規(guī)劃路徑技術(shù)是通過控制器編程來設(shè)定控制焊接機(jī)器人的程序，此外按照焊接任務(wù)實際內(nèi)容與質(zhì)量要求等參數(shù)有效編程焊接路徑。編程焊接路徑過程中應(yīng)該重視焊接軌跡以及溫度等，從而全自動化控制焊接過程?，F(xiàn)階段離線編程和規(guī)劃路徑技術(shù)較為成熟，通過編程可以達(dá)到焊接機(jī)器人自動化焊接這一目的，也可以確保焊接質(zhì)量一致性。但是因為焊接機(jī)器人存在較為復(fù)雜的焊接路徑，無法達(dá)成全自動編程。

1.3 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)

在焊接機(jī)器人實際應(yīng)用過程中，因為焊接目標(biāo)通常有較大的體積，所以大多數(shù)情況下需要使用多個焊接機(jī)器人共同作業(yè)。基于這一情況，應(yīng)該使用多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制技術(shù)來協(xié)調(diào)多個機(jī)器人工作路徑和工作面。現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了越來越多的焊接目標(biāo)大型化情況，為確保多焊接機(jī)器人安全、順利開展復(fù)雜焊接操作流程，十分有必要提前對控制機(jī)器人的工作路徑和動作進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2焊接機(jī)器人在制造交通軌道裝備中的具體應(yīng)用

2.1 焊接機(jī)器人在制造交通軌道裝備中的具體應(yīng)用

在制造交通軌道裝備過程中焊接機(jī)器人的應(yīng)用有以下幾種：①焊接 HXD3C 型電力機(jī)車的底架牽引梁橫梁、中梁橫梁以及旁承梁橫梁等外部焊縫;②焊接 HXD3C 型的電力機(jī)車底架牽引梁整體、中梁整體以及旁承梁整體等外部焊縫;③焊接 HXD3C 型電力機(jī)車的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架牽引梁、前端梁、后端梁、中梁、右側(cè)梁及左側(cè)梁等外部焊縫;④焊接 LTZ-800 型處理路基車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁外部焊縫;⑤焊接各類出口機(jī)車和調(diào)車機(jī)車的箱型梁外部焊縫;⑥焊接風(fēng)缸環(huán)焊縫以及縱焊縫。焊接機(jī)器人的特點是具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量、優(yōu)美焊縫外觀等，其可通過尋找以及示教功能，利用編程對程序進(jìn)行優(yōu)化，以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。在這

之中焊接機(jī)器人選用L型變位機(jī)的，因為變位機(jī)能夠靈活地進(jìn)行位置擺放，設(shè)計開發(fā)其工裝，在焊接多種鋼結(jié)構(gòu)上都適用。

2.2 實例分析

機(jī)車底架是車體與轉(zhuǎn)向架之間的連接部件，它是機(jī)車車體的關(guān)鍵承載部件，其焊接質(zhì)量直接影響機(jī)車的運行安全。目前機(jī)車車體的許多部件，比如枕梁、邊梁、箱型梁、弦梁等，均實現(xiàn)了自動焊，大幅降低了勞動強度，并保證了焊接質(zhì)量。但是，由于底架是由多個大部件組焊而成的復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，受到焊接收縮的影響，底架的裝配一致性差;并且機(jī)車底架吊運采取兩臺天車同時協(xié)作的方式，底架在變位機(jī)上的重復(fù)定位精度低，不能滿足自動化焊接高精度的要求，因此，車體底架的焊接仍在采用手工焊，存在勞動強度大、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的情況，亟需對機(jī)車底架的自動焊進(jìn)行工藝攻關(guān)。

2.2.1底架的結(jié)構(gòu)組成

HXD1底架是一個由底架地板、牽引梁、枕梁、變壓器梁、邊梁等多個大部件組焊而成的復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，長度為17 086 mm，寬度為3100mm，質(zhì)量為18 687 kg。

2.2.2底架自動焊設(shè)備

底架的自動化焊接采用型號為QRC 410E 的焊接機(jī)器人（以下簡稱“底架二轉(zhuǎn)機(jī)器人”），主要由2套機(jī)械手、2 套 C 型架、1 套直線導(dǎo)軌和 2 個轉(zhuǎn)胎組成。該機(jī)器人系統(tǒng)共有 13 個軸，其中 7 個機(jī)器人軸、6 個外部軸，可以滿足底架正、反面焊縫的焊接要求。為了使機(jī)器人可以焊接主要車型的底架，底架二轉(zhuǎn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)胎部分進(jìn)行了通用化設(shè)計。轉(zhuǎn)胎由底部支撐、齒圈支撐座、支撐齒圈、下壓齒圈、側(cè)翻預(yù)防塊、側(cè)面頂緊螺桿、扶手、吊環(huán)和電機(jī)等部分組成。2個轉(zhuǎn)胎可分別在底部支撐上移動，移動范圍為5 700 mm，可夾持長度范圍為7000～ 15000mm。轉(zhuǎn)胎上的側(cè)面頂緊裝置和側(cè)翻預(yù)防裝置可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn) 2.6～3.3 m 不同寬度工件的裝夾?；谀K化、柔性化的設(shè)計理念，轉(zhuǎn)胎采用齒輪傳動方案，使其滿足了高精度的傳動要求，實現(xiàn)了所有主型機(jī)車底架的通用。

2.2.3自動焊工藝的應(yīng)用

為了驗證底架的自動焊工藝，制作了比例為1∶1的 HXD1 底架試件。如圖1所示，采用先進(jìn)的電弧跟蹤技術(shù)和激光傳感技術(shù)，按照上述底架的自動焊工藝方案，在底架二轉(zhuǎn)機(jī)器人上對 HXD1 底架試件進(jìn)行了自動化焊接。底架正反面焊縫的表面成型美觀，無氣孔、咬邊等焊接缺陷產(chǎn)生。底架地板的焊接變形小，底架地板的平面度在2mm/2m以內(nèi)。對底架試件自動焊焊縫進(jìn)行了取樣，其中典型的焊縫如：底架地板與邊梁梁體對接焊縫 6HV/6HV、底架地板與牽引梁上蓋板連接焊縫 6HV /6HV及底架地板與箱型梁立板連接焊縫 10HY、a5。從焊接接頭宏觀金相可以看出焊縫熔合良好，

不存在未熔合、咬邊等焊接缺陷，說明底架的自動焊工藝方案滿足底架的自動化焊接要求。最終實現(xiàn)了機(jī)車底架的自動化焊接，并完成了HXD1底架的自動焊批量化生產(chǎn)。

總之，通過采用模塊化、柔性化的設(shè)計理念，轉(zhuǎn)胎采用齒輪傳動方案，使工裝滿足了自動焊高精度的傳動要求。通過采用先進(jìn)的電弧跟蹤技術(shù)和激光傳感技術(shù)，解決了底架裝配一致性差的問題;對機(jī)車底架自動化焊接工藝展開了系統(tǒng)的研究，確定了合理的焊接順序，在機(jī)車行業(yè)首次實現(xiàn)了底架的自動化焊接。

參考文獻(xiàn)：

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