机器人焊接站在人防设备生产中的应用

机器人焊接站在人防设备生产中的应用

要磊磊徐敏

（西安航天动力试验技术研究所陕西省西安市710100）

摘要：焊接是液压支架产品制造中最为主要的加工工艺，占其总生产周期的50%以上。按目前国内液压支架产品的年产量计算，每年用于液压支架生产的钢材用量约为200多万t，而焊缝充填量占工件总重量的3%~4%，焊丝的有效消耗量达8万t，焊接量非常大。然而，由于结构的特殊性和焊接工艺的复杂性，液压支架目前还以手工焊接为主，工人劳动强度大，且无法保证焊接工作的稳定性和焊接质量的一致性，生产效率也无法进一步提高。

关键词：机器人；焊接站；人防设备；生产；应用；分析

引言：机器人的诞生是人类在20世纪取得的重大科学技术成就之一，是20世纪自动控制领域最有说服力的成就，代表了当代自动化行业的最高水平。伴随着机器人技术的不断成熟，机器人的工业化应用越来越广泛，极大地提高了社会生产效率。随着《中国制造2025》的提出，中国传统的制造行业迎来了转型发展期。如何提高资源利用率和生产效率也成为了传统制造业必须面对的重要课题。

1.焊接站组成与布局

机器人焊接工作站以弧焊机器人为核心，周边配备必要的设备，使之构成一个系统，互相协调的进行工作，成为弧焊柔性制造单元。本站采用封闭空间，长7000mm，宽6000mm，高2000mm，主要由焊接机器人，焊机（包括焊枪、防撞器、弧焊电源、送丝机和气瓶等），伺服转台，工装夹具，安全护栏组成，另设备附近要求提供：压缩空气6BAR，电源380V。采用人工上件的方式，手动夹紧工件的形式，焊接完成后，人工下料。为满足工作效率最大化，可单次装入4件同样规格的产品，采用伺服电机驱动，分四个工位进行旋转切换，采用柔性工装夹具，定位精度≤±1mm，选配工将夹具安装到旋转台上，确认上件完成之后，启动转台至待焊工位，机器人自动焊接，焊接期间人工继续上件，确认焊接完成，启动转台，机器人自动焊接，焊接期间人工卸件，卸件后继续上件，保证整个工序连续。本自动焊接站焊接工件材质以Q235/Q345为主，45#为副，工件最大尺寸范围：B450×350×H360。

2.工装夹具设计

为降低焊接过程中焊接热变形的影响，保证焊接物料正确的相对位置，给焊枪提供足够的焊接空间，降低物料定位的复杂程度，提高焊接速度，使工件处于最佳的施焊部位，形成良好的焊缝，便于装卸焊接，根据铰页座、闭锁支座、承重臂等零件结构，设计柔性工装夹具。工装夹具的底板在不同的位置上加工螺纹孔，当工件大小不同时，调节定位器到不同的位置，选择合理的夹紧力作用点，为降低成本，采用手动杠杆铰链加紧机构，摇柄和连杆在一条直线上时，压紧杆与工件垂直，形成自锁，操作方便，夹头开度大，便于装卸工件，加紧元件压块材料采用橡胶，防止在加紧过程中损坏加紧机构；根据铰页座零件结构，根据支座零件结构，根据承重臂零件结构。使用SolidWorks建立零件及工装夹具模型，进行干涉检查、碰撞实验、运动仿真，效果良好。出图加工后，工装夹具的刚度，机械结构均满足机器人焊接要求。在实际生产过程中，工装夹具工作良好，将进一步完善其他零配件的工装设计，形成配套标准化生产。

3.双变位机设计

本文设计的变位机主要用于双工位切换并实现工件绕自身轴线的翻转，该变位机具有3个转动自由度，工作时可以极大地提高焊接工作效率，当机器人对其中一个工位进行焊接工作时，另一个工位可以同时进行上下料操作。该变位机主要由转台、主动轴、从动轴、框架和屏风组成。该变位机可实现包括夹具在内的最大质量为1000kg的工件的变位操作。采用模块化设计，提高了变位机的使用寿命，减少了变位机的维护工作。

4.供配电设计

电池托盘围框焊接工作站项目供电用到了工业三相电380V、单相电220V和直流24V等3种电源。焊接机器人使用的是三相电380V，其余机柜里的风扇等设备使用的是单相电220V，PLC以及相应外围设备、电磁阀和接近开关使用的是24V电源。

5.机器人焊接流程

在防护设备焊接中，以二氧化碳气体保护电弧焊为主，本站焊接机器人末端执行器是弧焊焊枪时，可高度柔性化地进行弧焊焊接作业。机器人焊接参数的设定是通过程序来实现的，为提高机器人焊接工艺性能，必须熟练焊接机器人编程。AS语言是用于川崎机器人而研制的机器人控制语言，属于面向机器人的语言。执行程序时，从上开始顺序按各个步骤使机器人进行规定的动作。因程序和位置数据是分离的，所以可对位置数据命名，即机器人示教当前位置时，对示教的点命名，使其存储2种位置信息，即机器人的位置和姿势，可使用此语言完成复杂精确的编程任务。另外本站可使用示教器进行直接示教，快速地在基础坐标系、关节坐标系、工具坐标系之间切换，快捷而准确地获取信息，将每一步示教等空间位置、焊枪姿态及焊接参数等，顺序精确的存储，使机器人能将示教信息再现，在再现模式下，循环往复的对工件进行焊接。本站焊接工艺及流程与传统焊接工艺及流程主要区别：首先增加了工装制作，工装是为了方便将待焊接的材料（备料）固定在机器人的待焊接区域内，从而保证机器人快速、高效地焊接操作。其次在装配上，传统的焊接一般由铆工装配，再由电焊工进行焊接作业；而机器人焊接，需要操作工将备料固定在工装上，然后固定好工装，由机器人自动焊接。本站焊接流程：一是吊装选定产品的工装夹具，安装在选装台上；二是确认上件完成之后，启动转台，待焊工件转至待位位置；三是人工继续上件，焊接机器人示教再现，进行焊接；四是确认焊接完成，启动转台，人工卸件，焊接机器人示教再现，进行焊接；五是循环进入重复执行流程。

6.焊接效果及检验

通过分析可以看出，焊缝成形美观一致，表面波纹细密，焊接质量好。根据GB/T19866-2005《焊接工艺评定及评定的一般规则》和GB/T19868.3-2005《基于标准焊接规程的工艺评定》，根据焊接检验标准设计，进行对接焊缝焊接工艺与角焊缝焊接工艺的评定，使用焊接机器人进行焊接后，送至第三方资质机构进行抗拉检验，实验结果符合要求。

总结：采用焊接机器人代替人工操作已成为焊接生产发展的一个方向，不仅仅能保证焊接质量，提高生产效率，还能改善工人的作业环境，降低人工成本。应用焊接机器人是焊接自动化革命性进步，突破了焊接刚性自动化传统方式，开拓了一种柔性自动化方式。因此我公司积极引进焊接机器人，在防护设备制造行业进行设备升级的探索，也是本行业对机器人焊接技术的探索，目前只是部分工件的批量生产，将进一步完善焊接机器人在防护设备生产中的应用。

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