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      機器人焊接系統說明

      機器人焊接系統說明
      2012-10-14 21:11:44

      機器人焊接系統說明
      (本系統主要針對于工程機械機器人的焊接)
      所謂工業焊接機器人,一般指6軸機器人本體,第六軸夾持重量為6KG或10KG ;另外,還應包括一套控制系統和焊接系統(焊接電源、焊槍及水冷系統、焊接軟件系統等)。其它:起始點尋找、焊縫跟蹤等,需要特殊訂貨。為完成一項弧焊機器人工程,除需要弧焊機器人以外,還需要實用的周邊設備?;『笝C器人與周邊設備組成的系統,稱弧焊機器人集成系統。
          周邊設備的設計依據是上機焊接的工件,由于焊件的差異很大,需要的周邊設備的差異也就很大,繁簡不一。從焊件的焊接要求分析,周邊設備的用途大致可分為三種類型。
          其一,簡易型,周邊設備僅用來支持機器人本體和裝夾焊件,如:C型架、平臺以及夾具等。
          其二, 工位變換型, 該型除具有上述功能外,還具有工位變換功能。其周邊設備除具有上述裝置外,還可能包括單、雙回轉和傾翻x%回轉式變位機等;
          其三, 協調焊接型, 該型除具有上述功能外,還具有協調焊接功能。其周邊設備除具有上述設備外,還可能包括一個或多個做成外部軸的變位機、龍門架及滑板、地軌及滑板等。
      弧焊機器人是成熟、標準、批量生產的高科技產品,價格不貴。但設計一項弧焊機器人集成系統, 其上述周邊設備是非標準的。這些設備需要專業設計和非標產品制造,其價格是比較昂貴的。
          在結構件生產上,企業的競爭一方面要裝備弧焊機器人,提高產品質量;另一方面要減少設備投資,降低產品成本。這是企業家考慮的事。
          另外,從技術方面考慮,購置機器人不能脫離企業技術現狀。采用機器人焊接的前道工序,下料精度,組對精度都有嚴格要求。如果達不到要求,就會導致機器人應用失敗。尤其是復雜焊件,問題更比較突出。
          筆者從現實技術和優化投資的角度綜合考慮,提出了發展、裝備經濟型弧焊機器人集成系統的思路。這種思路于九十年代在某合資企業已經成功應用。
          1 工程機械行業弧焊機器人集成系統裝備及應用情況
      工程機械行業是國民經濟支柱產業之一,始建于1961年。在六、七十年代,工程機械分為八大類。自“七五”以后,隨著國民經濟、國防建設的發展, 給工程機械提供了較大的發展空間,產品品種、產量均有大幅度增長。中國工程機械工業協會把工程機械擴展到18類122組產品,形成了18個協會分支,會員單位約1000個生產廠家。本文所討論的問題僅涉及到工程機械行業的主要企業,即:挖掘機械、裝載機、推土機和工程起重機等生產廠家。在“八五”期間,由部委專項經費支持,一些裝載機、推土機廠家裝備了焊接機器人集成系統和柔性生產線。
           1.1 機器人集成系統裝備和應用的基本情況
      據筆者不完全統計,擁有弧焊機器人集成系統的廠家約20余家。其中,裝載機行業大約9家,推土機行業5家, 工程起重機行業大約3家,挖掘機行業大約5家。其中,包括多條弧焊機器人柔性生產線。這些弧焊機器人集成系統,全部是進口的。包括:igm、cloos、FANUC等廠家的產品。設備購置費用很高,一個焊接單400-500萬元;一條柔性生產線1500-3000萬元。昂貴的設備投資,應用情況基本為不理想。相比之下,一些外資企業,要么沒有裝備焊接機器人;要么裝備的焊接機器人,應用效果很好。
      應用的具體情況如下:
          (1)幾條焊接機器人柔性生產線,全部不能實現設計功能。較好的生產線,做單機使用;    應用比較差的生產線,差到千余萬元的設備,一次沒有應用;
          (2)弧焊機器人單機也沒有達到設計要求。使用較好的, 可焊率達到設計要求的40-50%,或20-30%應用差的,差到幾百萬元的設備沒有應用;
          (3)筆者見到應用機器人焊接較好的例子,大都用在焊縫簡單的焊件上。如挖掘機動臂中段、斗桿、履帶架、中間架環縫;裝載機橋殼、動臂;推土機臺車架(履帶架)等。在焊縫分布復雜的中厚板焊件焊接上,采用機器人焊接,尚未看到應用較好的例子。如裝載機的前車架,大約可焊率僅能達不到20%-50%,需要二次上變位機焊接
          1.2 焊接機器人應用效果不良的原因
      首先,在工藝設計中,對設備選型沒有深入研究,以為機器人是“萬能”的。選擇的焊件,焊縫分布復雜,機器人難以適應。一個焊件,幾十道甚至百道焊道,即使機器人具有起始點尋找和跟蹤功能,由于待焊焊道的偏差,機器人在完成焊接20%-30%,多者40%-50%焊接以后,夾持的焊槍就可能偏離焊道了。有這樣的一個設計,要求用一條機器人柔性焊接生產線,完成推土機幾個大焊件的焊接,這幾乎是不可能的。
          其次,焊坯制造精度低。焊接的前序,存在兩個問題:一是下料精度低,達不到要求;二是組對(焊坯的拼裝、點焊)設備精度低。由于切割下料的熱變形,焊件的板坯誤差較大。下道工序又在低精度的搭焊模(拼點機或焊胎) 上組對、制坯。這樣, 生產的焊坯, 其待焊焊縫的“互換”性很差,滿足不了示教精度要求。筆者目睹,某主梁6條主要待焊焊道的間隙,大小相差約10mm之多。進口的機器人,就在車間里,沒法使用。
           2 經濟型弧焊機器人及其應用
           2.1 經濟型弧焊機器人集成系統
           所謂經濟型弧焊機器人集成系統是價格便宜的系統。如果一個焊接工作單元,由一臺焊接機器人和一臺或兩臺焊接變位機組成,價格在百萬之內,這個價格是非經濟型機器人系統的1/3-1/5,可稱經濟型系統。主要用在焊縫分布簡單,焊接工作量大,焊接勞動強度大、焊接環境惡劣的工件。
           一般焊接機器人要求周邊設備的傳動精度偏高,如要求變位機傳動精度1米直徑,容差±0.15(±1’)。而普通的回轉支承,1米直徑的徑向跳動量, 超過0.3mm普通減速機的傳動間隙也達不到要求。
          這些要求是可以放寬的,我們用普通電機、減速機和回轉支承作成的變位機, 與機器人組成的集成系統已經在外資公司服役七年, 仍在正常工作。證明這種經濟型的設備是實用的。
          2.2 典型應用實例
          2.2.1 傾翻回轉式變位機-機器人自動焊接系統
          這個系統由傾翻回轉調速式變位機、焊接機器人和plc 集中控制系統等組成。變位機的兩套傳動系統,工作臺回轉加編碼器,傾翻工位變換,采用行程開關。這套系統的控制,由兩套控制系統組成,除焊接機器人控制系統外,還另做一套變位機的PLC控制系統。在作業過程中,兩控制系統信息交換,協調工作。
      變位機的功能有二,其一, 工位變換,工作臺的工位為0°、45° 、90°; 其二,回轉傳動為交流變頻調速系統,滿足環焊縫焊接速度要求, 焊接過程可無人操作。這個系統也可以做成焊接專機系統(變位機1操作機)。如果專機系統沒有焊槍跟蹤、擺動,焊接過程需要人工時實監控、跟蹤。機器人系統解決了專機不能解決的全部問題。
           2.2.2 雙坐單回轉式變位機-機器人自動焊接系統
      這個系統由變位機、焊接機器人及落地滑板(外部軸)等組成。變位機為單回轉式,回轉傳動加編碼器。變位機的功能為回轉定8個工位。變位機不參與協調焊接。這套變位機-焊接機器人系統。
           配焊接機器人的工位變換變位機,有立式和臥式兩類產品,工位數可有2、4、8等?;驹砼c上述產品大致相同。8工位的變位機,機器人發給變位機的轉角指令為3bit信號, 由000、001、011、100、101、110、111構成八種工作狀態。
           這個用普通電機、減速機、編碼器做成的工位變換系統很多。根據配套的焊接機器人不同和工件不同,設計的細節也不同。對薄板焊接件,不能跟蹤,其工位定位還可加氣動銷。對中厚板焊件的工位定位,不需要那么嚴格,傳動到位即可。如, 挖掘機履帶架、斗桿、動臂中段焊接等,均獲得成功。
          3 關于裝備焊接機器人集成系統的思考
         (1) 支持發展經濟型焊接機器人集成系統。在工程機械結構件生產中,總體工藝水平外資高于內資企業。外資企業的焊接機器人裝備情況,不如內資企業(大、中型)裝備率高。但某外資企業采用了經濟型焊接機器人集成系統,比較經濟、合理,這是值得借鑒的經驗。

         (2)合理選擇應用對象。應當選擇焊接工作量大,焊縫分布簡單(如,長直、圓周環焊縫等)的工件,作為機器人焊接工件。就目前的工業水平而言,普通數控切割下料,普通的裝焊工藝,裝備焊接機器人柔性生產線是不實際的。在我國,迄今為止,弧焊機器人系統,購置不少。用在中厚板復雜焊件焊接上,尚無成功范例。復雜焊件或焊縫分布復雜的焊件,大量采用變位機焊接是合理的。
         (3)焊接機器人應用是一個系統工程。結構件焊接水平應與下料、組對等生產工藝水平同步提高。某外資企業,板材下料已經采用多臺激光切割機;
      組對采用高精度“搭焊模”-拼點機。也有不少企業,已經采用水等離子和精細等離子下料。
         (4)周邊設備的高精度要求有待研究。標準機器人有著廣泛的用途,不僅僅用在焊接上。而焊接機器人的周邊設備就是用在焊接上。周邊設備的精度要求應與焊件和焊縫的精度要求相匹配。按著這種思路,周邊設備的制造精度可以適當降低要求,降低造價。而且,實踐證明是可行的。
          焊接機器人的應用,與產品批量、勞動力成本、勞動保護及工件質量要求有關。進入中國的外資企業,按中國勞動力成本計算,一些企業并沒有裝備弧焊機器人。某些企業采用焊接機器人,也是用在簡單、量大的焊件上,采用了“經濟型焊接機器人集成系統”。這些經驗,不僅值得工程機械行業的廠家借鑒,其它行業的廠家也可以參考。


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