焊接機器人工作站在瀝青攪拌站生產中的應用

王 偉

（北京加隆工程機械有限公司，北京101115）

焊接機器人工作站在瀝青攪拌站生產中的應用

王 偉

（北京加隆工程機械有限公司，北京101115）

通過生產應用實例介紹機器人焊接工作站的設計方案、系統結構；詳細列舉焊接工作站的工位布局、焊接夾具和焊接系統，分析機器人焊接工作站在瀝青攪拌站單件、小批量零部件加工中的兩種典型部件人工焊接和機器人焊接對比。焊接機器人系統一次示教完成后，可自動完成同樣工件的全部焊接工作，工人只需要焊接結束后裝卸工件按動按鈕等簡單的操作；改變焊接機器人的程序就能生產不同型號的產品；更改產品時只需要更換夾具和調出相應程序；焊接生產遠離了焊接弧光和煙霧和飛濺等，改善了工人的勞動強度與環境。

焊接機器人工作站；瀝青攪拌站；振動篩篩網鉤；烘干筒抄板

0 前言

瀝青攪拌站由上千個零部件組成，有些零部件年生產近萬，如振動篩篩網勾和干燥筒抄板。產品型號700～5 000，規格及尺寸都有較大的差別并且幾種部件需要兼顧，因此要求相應的焊接機器人工作站具有較好的柔性，并且焊接機器人能夠24 h連續工作，以滿足生產效率和產品焊接質量提升的要求[1]，并降低工人的勞動強度。本系統由唐山松下產業機械有限公司設計、制造和集成。

1 工件的描述及分析

振動篩網鉤由兩個板和一個管組焊成部件，材料Q235，結構緊湊（見圖1）；烘干筒抄板由兩個端部和一彎板組成，材料為高強度板Hardox400。這兩個部件焊縫形式都是角焊縫（見圖2）；焊接方法為MAG焊；采用機器人自動焊接方式，人工搬運上下料；焊前按照圖紙組對點好；焊絲規格φ1.2mm，盤裝焊絲。產品的規格及尺寸差別較大，為了充分滿足需要，工裝應柔性化，一套工裝能夠滿足所有規格尺寸的部件。

圖1 振動篩篩網鉤工件示意

圖2 烘干筒抄板工件示意

2 方案

該機器人工作站是一臺用于振動篩網鉤和烘干筒抄板部件焊接的柔性設備，采用固定機器人加雙工位變位機H型布置格局，機器人和變位機聯動實現部件水平角焊縫的焊接，如圖3所示。機器人工作站分兩個焊接工位。在第一個工位上按啟動按鈕機器人開始焊接，焊接過程中，操作人員進入第二個工位變位機的工作區域對另外一個工件進行裝卸或者補充焊接，完成后按啟動按鈕，機器人焊接完第一個工位后自動轉至第二個工位焊接；在第二個工位機器人焊接過程中，操作人員進入第一工位變位機的工作區域對另一個工件進行裝卸或者補充焊接，完成后按啟動按鈕，機器人焊接完第二個工位后自動轉至第一工位焊接，以此往復。雙工位的優勢在于工件裝卸和人工補焊不占用機器人焊接時間，提高了工效[2]。

圖3 雙工位焊接機器人工作站

3 系統描述

（1）TA-1800機器人。

采用Panasonic TA-1800焊接機器人，6軸獨立關節型，最大可搬運質量8 kg，機器人工作半徑1 796 mm，重復定位精度±0.1 mm（見圖4）。TA-1800機器人采用接觸傳感，接觸傳感是用于檢測對象工件位置偏移的一種手段，當工件一致性不能滿足焊接要求時，在焊接前用其自動判斷焊接偏差。其原理是焊接機器人在焊接前打開此功能，焊絲相對于母材形成電壓差，當焊絲慢慢接近母材，與母材碰觸時將會導電（或放電），此時機器人檢測對象工件，并記憶改變位置。在示教時，接觸傳感器檢測出一個位置（基準位），再現時再檢測出一個工件位置，兩個位置相減，即計算出偏差量，根據偏差量，機器人計算出補償量，并將補償量反應在該點的執行位置上。松下接觸傳感的一個重要特點是跟蹤動作模式圖庫化，傳感動作須根據焊接位置以及開坡口的形狀、朝向、偏移方向等，采用最適合的傳感動作。松下軟件預先已將各種基本傳感動作做成了動作程序庫，對應各種不同形狀的傳感，使用時只需選擇相應動作程序庫，從而大幅度提高工作效率。

圖4 TA-1800機器人焊接機器人工作站

（2）變位機。

機器人工作站內的單軸雙持變位機用于工件焊接變位。變位機采用的是機器人外部軸電機，最大承重500 kg（見圖5），由機器人控制柜統一控制。焊接過程中，變位機與機器人協調運動，可將任何

一段焊縫轉到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接姿態進行焊接。變位機包括一個主動端和從動端。夾具與主動、從動端的法蘭盤連接緊固，通過主動端的動力帶動夾具旋轉變位。重復定位精度為±0.05 mm。夾具回轉變位采用松下標準變位機，由機器人控制柜統一控制，可將焊縫轉到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接姿態進行焊接。

圖5 變位機

（3）焊接夾具。

由于生產安排并非穩定，且每個產品也都有其生命周期，為提高產量較低時焊接工作站的利用率，充分考慮高柔性的性能，每個焊接單元均采用柔性接口，夾具采用定位塊+手鉗頂緊、壓緊的形式。如圖6所示，烘干筒抄板上件時以兩邊為基準，兩邊有擋塊，底部有支撐。側邊定好位后將手鉗頂緊，最后將兩個大手鉗壓緊。振動篩網鉤工裝采用定位塊+手鉗頂緊形式（見圖7），篩網鉤工件上件時以底板兩邊為基準，兩邊有擋塊，底邊定位后將手鉗頂緊。

圖6 烘干筒抄板工裝

圖7 振動篩網鉤工裝

（4）焊接系統。

a.采用松下YD-350GR3全數字化機型焊接電源及松下雙驅雙從方式兩點送絲機構與機器人進行配套，以實現機器人焊接和自動焊接等復雜焊接過程的多種擴展機能。

b.清槍剪絲及噴硅油裝置采用賓采爾。進行剪絲清嘴時，一般編制一個專門的程序。當焊槍到達剪絲位置后，自動控制送絲及剪絲動作。當焊槍到達清嘴位時，開關檢測焊槍是否到位，鎖定焊槍后，由氣缸推動旋轉刀片對噴嘴內部粘附的飛濺進行清理。該裝置放在機器人的一側。機器人以最舒適的姿態進行剪絲和清嘴。保證噴嘴內壁清潔及一致的干長度。

c.保護氣檢測裝置。為控制焊接質量，防止因保護氣體壓力太低導致的氣孔等缺陷，系統配有保護氣壓力檢測開關，當保護氣壓低于設定值時機器人自動停止焊接。

4 系統運行

因工件是兩種類型，在外形尺寸和結構形式上差別很大，為了保證焊接效率，先在定位模具上拼焊，然后在機器人焊接專用夾具上施焊。該系統設計了雙工位變位機裝置（2個外部軸）加上機器人本身的6個軸，共有8個自由度。焊接質量和焊道成形明顯優于人工焊接，工效進一步提高，如表1所示。

由表1可知，在相同時間內人工只能焊接一種工件，而機器人焊接系統是雙變位機、雙工位連續焊接系統同時焊接兩種工件，工效提高0.5～1倍；由于機器人焊接系統機器人和變位機自動協調旋轉、移動，工人工作強度明顯降低并且降低了工人技能水平，只需要一名操作工和一名搬運工；機器人焊接系統焊道質量明顯提高；焊材充分利用、自動清槍系統降低了槍頭更換頻率等，節約成本20％～40％。在生產中通過改變焊接機器人的程序就可以生產不同型號的產品；更改產品時只需要更換夾具和調出相應程序，焊接機器人就能自動完成工件的焊接生產。

5 結論

焊接機器人工作站充分利用焊接機器人柔性好、焊接質量穩定可靠的特性，根據產品零部件的特點，設計合適的夾具與變位機相匹配，可適用于多品種小批量結構件的生產。特別是對于多品種小批量生產結構件，焊接機器人與專機的最大區別就

是可以通過修改程序，以適應不同工件的生產，使用效率遠優于專機焊接。機器人沒有疲勞，一天可24 h連續生產；焊接機器人系統一次示教完成后，可自動完成同樣工件的全部焊接工作，基本上不需要人工參與調整，工人只需要焊接結束后裝卸工件、按動按鈕等簡單的操作，遠離了焊接弧光和煙霧和飛濺等，改善了工人的勞動強度和環境。

表1 人工焊接與機器人焊接對比

隨著國際、國內工程機械市場競爭的進一步加劇，產品面臨從數量型向質量型轉變，制造方法、方式逐步接近和達到國際發達國家的水平，機器人由于具有生產過程自動化、勞動強度小、生產效率高，產品焊接質量穩定，可持續作業等特點，加上焊接機器人技術的進一步成熟和成本的越來越低，離線編程與仿真系統的解決，焊接機器人在國內應用會更加廣泛必將取代傳統的手工作業，普及和應用是發展的必然趨勢。

[1]馬蓉.焊接機器人在工程機械制造中的應用[J].焊接，2012（1）：65-69.

[2]杜望.機器人焊接工作站在汽車起重機卷揚箱焊接中的應用[J].電焊機，2009，39（5）：183-185.

Applications of robotic welding workstation in asphalt mixing plant production

WANG Wei
（Beijing CA-LONG Engineering Machinery Co.，Ltd.，Beijing 101115，China）

Describes the robotic welding workstation design and system structure through the production application example；details the welding station layout，the welding jig and welding systems，analyzes the robotic welding workstation in a single piece and small batch asphalt mixing station parts processing of two kinds of typical parts manual welding and robotic welding，robot can automatically complete all of the same workpiece after teaching a welding robot system complete，workers only need to press operation buttons，etc.，robot can weld the different types of products by changing the welding robot program;only need to replace fixtures and call up the corresponding program when changing products，the welding can be away from smoke and spatter，etc.，to improve the labor intensity and the environment.

robotic welding workstation；asphalt mixing plant；vibrating screen hook；drying drum case

TG409

B

1001-2303（2016）08-0063-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.08.15

2016-03-12；

2016-04-16

王偉（1970—），男，碩士，工程師，主要從事應用激光熔覆技術快速成型修復零部件工作。