用于機(jī)車(chē)車(chē)體的焊接機(jī)器人

引言

　　電力機(jī)車(chē)車(chē)體底架的牽引梁、枕梁作為機(jī)車(chē)的關(guān)鍵部件，其焊接質(zhì)量好壞直接影響著機(jī)車(chē)運(yùn)行的安全。

　　為了提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。提高生產(chǎn)效率，改善工人的勞動(dòng)條件和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，株洲電力機(jī)車(chē)有限公司引進(jìn)了奧地利IGM焊接機(jī)器人，用于枕梁、牽引梁的焊接生產(chǎn)。

1 IGM焊接機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　IGM焊接機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、變位機(jī)、示教器、遠(yuǎn)程控制盒、跟蹤系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等組成。

　　控制系統(tǒng)采用奔騰CPU及全數(shù)字式信號(hào)通訊，能夠控制機(jī)器人6軸、三維龍門(mén)機(jī)架x ，y，z 軸及變位機(jī)軸，能擴(kuò)展2個(gè)外部軸。機(jī)器人本體采用6軸肘節(jié)式結(jié)構(gòu)。作為人機(jī)交換界面的示教器和遠(yuǎn)程控制盒用來(lái)進(jìn)行機(jī)器人控制。跟蹤系統(tǒng)采用接觸式噴嘴傳感器、電弧傳感器、ELS激光傳感器三種跟蹤方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)V形、單V型、角焊縫、塞焊縫等多種形式焊縫的跟蹤。焊接系統(tǒng)采用Fronius TPS5000全數(shù)字化控制的逆變焊接電源。另外，系統(tǒng)還配置有高效的焊接煙塵吸收凈化裝置和自動(dòng)清槍、剪絲、噴防飛濺油裝置。

2 在機(jī)車(chē)車(chē)體制造中的應(yīng)用

2．1 單軸變位機(jī)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于枕梁焊接

　　枕梁焊接采用單軸頭尾架式變位機(jī)。枕梁由上、下蓋板、立板和隔板等組焊成箱形結(jié)構(gòu)，組裝完畢后對(duì)兩側(cè)4條焊縫、上下表面直焊縫進(jìn)行船形焊接。

2．2 雙軸變位機(jī)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于牽引梁焊接

　　牽引梁焊接采用2臺(tái)雙軸框架式變位機(jī)系統(tǒng)。牽引梁是一個(gè)復(fù)雜的多箱體結(jié)構(gòu)，組裝完畢后進(jìn)行機(jī)器人焊接，由于空問(wèn)較小，機(jī)械手的擺放自由度小，編程時(shí)問(wèn)長(zhǎng)，對(duì)編程技能要求較高。

3 焊接機(jī)器人應(yīng)用中存在的問(wèn)題和解決措施

3．1 焊接缺陷分析及處理

　　機(jī)器人焊接采用的是富氬混合氣體保護(hù)焊，焊接過(guò)程中出現(xiàn)的焊接缺陷一般有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析如下：

　　(1)出現(xiàn)焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)，要考慮TCP(焊槍中心點(diǎn)位置)是否準(zhǔn)確，并加以調(diào)整。如果頻繁出現(xiàn)這種情況就要檢查一下機(jī)器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

　　(2)出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對(duì)，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來(lái)改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的相對(duì)位置。

　　(3)出現(xiàn)氣孔可能為氣體保護(hù)差、工件的底漆太厚或者保護(hù)氣不夠干燥，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就可以處理。

　　(4)飛濺過(guò)多可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、氣體組分原因或焊絲外伸長(zhǎng)度太長(zhǎng)，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來(lái)改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來(lái)調(diào)整混合氣體比例，調(diào)整焊槍與工件的相對(duì)位置。

　　(5)焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑，編程時(shí)在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。

3．2 機(jī)器人故障分析與處理

　　在焊接過(guò)程中機(jī)器人系統(tǒng)遇到一些故障，常見(jiàn)的有以下幾種：

　　(1)發(fā)生撞槍�？赡苁怯捎诠ぜ�組裝發(fā)生偏差或焊槍的TCP不準(zhǔn)確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

　　(2)出現(xiàn)電弧故障，不能引弧�？赡苁怯捎诤附z沒(méi)有接觸到工件或工藝參數(shù)太小，可手動(dòng)送絲，調(diào)整焊槍與焊縫的距離，或者適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。

　　(3)保護(hù)氣監(jiān)控報(bào)警。冷卻水或保護(hù)氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護(hù)氣管路。

4 焊接機(jī)器人應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

4．1 工件質(zhì)量

　　作為示教一再現(xiàn)式機(jī)器人，要求工件的裝配質(zhì)量和精度必須有較好的一致性。應(yīng)用焊接機(jī)器人應(yīng)嚴(yán)格控制零件的制備質(zhì)量，提高焊件裝配精度。零件表面質(zhì)量、坡口尺寸和裝配精度將影響焊縫跟蹤效果�？梢詮囊韵聨追矫鎭�(lái)提高零件制備質(zhì)量和焊件裝配精度。

　　(1)編制焊接機(jī)器人專用的焊接工藝，對(duì)零件尺寸、焊縫坡口、裝配尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的工藝規(guī)定。一般零件和坡口尺寸公差控制在±0．8 mm，裝配尺寸誤差控制在±1．5 mm以內(nèi)，焊縫出現(xiàn)氣孔和咬邊等焊接缺陷機(jī)率可大幅度降低。 ．

　　(2)采用精度較高的裝配工裝以提高焊件的裝配精度。

　　(3)焊縫應(yīng)清洗干凈，無(wú)油污、鐵銹、焊渣、割渣等雜物，允許有可焊性底漆。否則，將影響引弧成功率。定位焊由焊條焊改為氣體保護(hù)焊，同時(shí)對(duì)點(diǎn)焊部位進(jìn)行打磨，避免因定位焊殘留的渣殼或氣孔，從而避免電弧的不穩(wěn)甚至飛濺的產(chǎn)生。

4．2 焊絲的要求

　　機(jī)器人根據(jù)需要可選用桶裝或盤(pán)裝焊絲。為了減少更換焊絲的頻率，機(jī)器人應(yīng)選用桶裝焊絲，但由于采用桶裝焊絲，送絲軟管很長(zhǎng)，阻力大，對(duì)焊絲的挺度等質(zhì)量要求較高。當(dāng)采用鍍銅質(zhì)量稍差的焊絲時(shí)，焊絲表面的鍍銅因摩擦脫落會(huì)造成導(dǎo)管內(nèi)容積減小，高速送絲時(shí)阻力加大，焊絲不能平滑送出，產(chǎn)生抖動(dòng)，使電弧不穩(wěn)，影響焊縫質(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，使機(jī)器人停機(jī)，故要及時(shí)清理焊絲導(dǎo)管。

4．3 編程技巧

　　(1)選擇合理的焊接順序。以減小焊接變形、焊槍行走路徑長(zhǎng)度來(lái)制定焊接順序。

　　(2)焊槍空間過(guò)渡要求移動(dòng)軌跡較短、平滑、安全。

　　(3)優(yōu)化焊接參數(shù)。為了獲得最佳的焊接參數(shù)，制作工作試件進(jìn)行焊接試驗(yàn)和工藝評(píng)定。

　　(4)合理的變位機(jī)位置、焊槍姿態(tài)、焊槍相對(duì)接頭的位置。工件在變位機(jī)上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時(shí)不斷調(diào)整變位機(jī)，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置，同時(shí)，要不斷調(diào)整機(jī)器人各軸位置，合理地確定焊槍相對(duì)接頭的位置、角度與焊絲伸出長(zhǎng)度。工件的位置確定之后，焊槍相對(duì)接頭的位置通過(guò)編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。

　　(5)及時(shí)插入清槍程序。編寫(xiě)一定長(zhǎng)度的焊接程序后，應(yīng)及時(shí)插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導(dǎo)電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確�？煽恳�弧、減少焊接飛濺。

　　(6)編制程序一般不能一步到位，要在機(jī)器人焊接過(guò)程中不斷檢驗(yàn)和修改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會(huì)形成一個(gè)好程序。

4．4 運(yùn)行成本及管理

　　進(jìn)口機(jī)器人配件價(jià)格較高，應(yīng)努力從各方面降低運(yùn)用成本。潤(rùn)滑油可以在國(guó)內(nèi)尋找性能、效用相同的低價(jià)替代品。焊接過(guò)程加強(qiáng)維護(hù)，提高易耗件如噴嘴、導(dǎo)電嘴等的使用壽命。另外，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)，可以有效提高元器件的使用壽命。

　　高素質(zhì)的管理人員、技術(shù)人員和操作人員是機(jī)器人充分發(fā)揮效率的必要條件。一個(gè)企業(yè)焊接機(jī)器人使用的好壞，很大程度在于人，因此要保證有一支穩(wěn)定的工作隊(duì)伍。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　焊接機(jī)器人在電力機(jī)車(chē)車(chē)體牽引梁、枕梁制造中的應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率。焊接機(jī)器人應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的、綜合的過(guò)程，對(duì)焊件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、焊接工藝、零部件質(zhì)量、焊件的裝配質(zhì)量等各方面提出了新的、更嚴(yán)格的要求。同時(shí)，相關(guān)工作人員的穩(wěn)定性也影響著機(jī)器人應(yīng)用的好壞，應(yīng)當(dāng)在長(zhǎng)期的應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，以最大程度發(fā)揮機(jī)器人效益。