王文濤

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

1 教學(xué)實驗設(shè)計

1.1 焊接機器人應(yīng)用技術(shù)典型案例展示

以圖片展示的方式，展示當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)生產(chǎn)過程中典型的焊接機器人用途，對焊接機器人應(yīng)用效果和發(fā)展作簡單闡述。例如，某汽車車身焊接生產(chǎn)線、火車側(cè)梁弧焊系統(tǒng)、激光焊接系統(tǒng)、等離子焊接系統(tǒng)等。

1.2 實驗?zāi)繕?biāo)

（1）進(jìn)一步掌握焊接機器人CO2氣體保護(hù)焊的工作原理和優(yōu)勢。

（2）熟悉庫卡焊接機器人KR10 R1420 軸關(guān)節(jié)式機器人的組成結(jié)構(gòu)和性能。

（3）掌握編程原理和“示教-再現(xiàn)”應(yīng)用方法。

（4）通過完成指定操作掌握完整的操作流程方法。

1.3 實驗設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)

表1 實驗設(shè)備準(zhǔn)備及參數(shù)指標(biāo)一覽表

驅(qū)動方式 交流伺服電機保護(hù)氣體 CO2,AR+CO2,AR+CO2+O2焊絲 直徑0.9、1.2、1.6mm 實心焊絲或藥芯焊絲如H08Mn2SiA 等

1.4 實驗原理及操作解析

利用庫卡焊接機器人KR10 R1420 型焊接機器人實施CO2氣體保護(hù)焊在實際操作過程中需要在確保安全的前提下，實現(xiàn)控制系統(tǒng)與輔助設(shè)備的通力配合才能達(dá)到預(yù)期效果，因此操作前必須明確掌握該機器人焊接系統(tǒng)的各構(gòu)成部分的工作原理和操作方法。

1.4.1 焊接機器人系統(tǒng)的主要組成

（1）機器人操作機。作為焊接機器人系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，主要由驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、機器人壁、關(guān)節(jié)和內(nèi)部傳感器（編碼器）等部分組成，六個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使其能夠獲得充足的工作空間，并能選擇最優(yōu)路徑準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。保證末端操作器正常工作運行且得到高精度、高質(zhì)量的結(jié)果。

（2）機器人控制器。作為機器人焊接系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，控制器主要由計算機軟、硬件和專用電路組成。處理焊接機器人工作過程中的所有信息并控制每一個運行動作是其重要作用

1.4.2 坐標(biāo)系對應(yīng)運動方式

（1）直角坐標(biāo)系。通過直角坐標(biāo)實現(xiàn)的主要是多軸合成的運動方式，即以焊絲尖端為坐標(biāo)原點，沿直角坐標(biāo)系運動，適用于機器人需做小范圍姿態(tài)調(diào)整和示教的情況。

表2 直角坐標(biāo)系運動分析

圖1 直角坐標(biāo)系示意圖

2 問題思考與實驗

通過完成教學(xué)實驗中焊接機器人CO2氣體保護(hù)焊的示例操作，學(xué)生基本掌握到了焊接機器人CO2氣體保護(hù)焊的操作方法，接下來，以影響焊縫成形的因素為問題導(dǎo)向，運用已掌握的操作方法通過幾組簡單的焊接操作實驗，分析影響焊縫成形的兩種常見問題因素，進(jìn)而探索提高機器人焊接工藝質(zhì)量的方法。

上坡焊與下坡焊實驗：在CO2氣體保護(hù)焊操作中，受焊件空間位置影響，僅靠水平方向上的操作不一定能夠完成焊接操作，常需用到自上而下或自下而上的焊接過程，即上坡焊與下坡焊。采用相同的參數(shù)設(shè)置包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長等，分別以上坡焊與下坡焊的方式焊接兩條焊縫。在焊接過程按一定規(guī)律適時調(diào)整焊接機器人和焊接工件面的傾斜角度，然后對完成的焊縫進(jìn)行記錄分析，結(jié)果如圖2、3。

分析可得：焊絲伸出長較長情況下弧長（焊絲與焊件的距離）增大，縫熔寬變寬、熔深變淺，易產(chǎn)生飛濺，會降低焊縫焊接的牢固性。而焊絲伸出長較短的情況下，余高明顯增加，易影響到焊縫動荷載承受能力。鑒于此，要求學(xué)生在每一次機器人焊接準(zhǔn)備工作中，必須根據(jù)實際的焊接條件、材料和要求合理設(shè)計選用適宜的焊絲伸出長。

圖2 上坡焊焊縫成形結(jié)果

圖3 下坡焊焊縫成形結(jié)果

3 結(jié)束語

通過指導(dǎo)學(xué)生完成以上教學(xué)設(shè)計的全部實驗操作，使學(xué)生對應(yīng)設(shè)備實物熟悉時下焊接機器人CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)主流應(yīng)用的6 軸關(guān)節(jié)式機器人的結(jié)構(gòu)和性能，掌握操作手法，磨煉焊接軌跡的設(shè)定和焊接工藝參數(shù)設(shè)計能力。明確上、下坡焊和焊絲伸出長兩大焊縫成形影響因素的作用和改善方法，全面完成教學(xué)設(shè)計目標(biāo)。

以實現(xiàn)對學(xué)生焊接專業(yè)技能培養(yǎng)的教學(xué)目的，以期推動學(xué)生專業(yè)素質(zhì)不斷提高，為適應(yīng)和推動現(xiàn)代化工業(yè)社會的發(fā)展提供人才資源和動力。