CLOOS焊接機器人在焊接構架中的應用

潘文彬 陳紅紅

摘 要：焊接機器人是按照事先編好的焊接程序自動對工件進行加工的高效自動化設備。本文主要介紹CLOOS焊接機器人的工作原理及在蘇州地鐵轉向架構架焊接生產中的實際應用。

關鍵詞：CLOOS焊接機器人;CAROLA機械手;焊接構架

1 CLOOS焊接機械手系統簡介

我公司使用的焊接機器人是德國CLOOS公司制造的ROMAT系列機器人，通過試驗，調試，目前已經能夠用于所有焊接構架的生產。ROMAT系統機器人包括控制柜、機械手、外圍設備、示教盒、凈化除塵器、焊機、焊絲輸送部件、安全設備等主要組成部分。焊接電源選用的是CLOOS公司自己生產的QUITOGLC603全數字化焊機，采用大屏幕液晶顯示，電腦化操作界面。可存儲20000條焊接參數，內置焊接專家系統一元化調節，具有在線編輯和脈沖功能，這里著重介紹控制系統的工作原理。機器人控制系統由機械手、驅動裝置、控制裝置、示教盒和傳感器組成。

焊接機器人的工作過程：首先，操作人員通過示教盒把作業內容編程輸入到計算機的記憶裝置（內存），再通過外部啟動使機器人從內存中讀取信息，然后通過控制裝置發出信號給驅動裝置，由驅動裝置控制機械手按照給定的程序執行給定動作，同時傳感器把檢測的信息反饋到計算機并于給定信號相比較，經過數字處理后發出控制信號。ROMAT焊接機器人軸的結構為旋轉關節設計，它具有手和指頭的人的手臂相似，因此在描述機器人機械時，我們經常說“機械手”。機械手與外部設備結合具備兩種基本運動：旋轉運動，平移運動，它可以達到矩形/球形空間的任何一點。這些操作都是通過示教盒示教實現的，而所用的編程語言就是CAROLA——CLOOS高級機器人語言。

2 機器人在焊接構架生產中的應用

機器人對工件組裝、定位要求相當高：首先工件用專用工裝夾緊、定位，工件的組裝尺寸必須在工藝范圍內，焊縫表面要求清潔，無油污、灰塵等雜質，這樣焊接出來的產品內部質量、外觀都能達到最優，能夠更好的反映出整個構架的美觀度。當然，如工件變形，工裝定位不準時（在機器人能夠修正的范圍之內），焊接時機器人能夠自動利用電弧跟蹤，進行修正補償，也能獲得高質量焊縫。

我在蘇州地鐵側梁焊接程序編制過程中，發現側梁的底板和腹板有兩處接近90?的拐角過渡，焊接時會出現鐵水超前，溶池成形不好，容易產生未熔合、咬邊等缺陷，修補后打磨也非常困難，經分析后，我決定縮小機械手圓弧過渡半徑，利用機械手的柔性工作特點和直線變圓弧路徑的連續性對它進行小圓弧過渡，同時加大電壓，放慢擺動頻率使鐵水能夠均勻鋪開。經調試后，拐角處與直線焊縫的過渡非常自然，焊縫外觀得到很大改善;根據側梁焊前和焊后的尺寸變化，對焊接工藝參數和焊接順序進行跟蹤觀察和反復修改，爭取獲得最佳的工藝參數和焊接順序。機械手設有自動清槍系統，但是自動清槍并不能完全保證把焊嘴內飛濺清除干凈，為了實現批量生產，減少返修率，我在每兩道焊縫焊完后都加了手工清槍程序，這樣可以減少出氣孔的可能性。經過一段時間調試后，機械手完成的側梁長焊縫紋路細膩，外形美觀，程序運行穩定，得到工藝部門和質量部門的認可，批量生產的能力已經形成。根據機器人的焊接的工作特點，編制出相應的焊接作業指導書。

2.1 焊接工藝（見表1）

在工作內存中，選擇焊接程序，按下啟動開關，開始進行焊接。程序運行過程中，每次焊接停頓間隙，檢查夾具位置防止工件偏移。這樣的焊接順序可以有效的控制和減少焊接變形。焊接時每層焊縫根據設定好的擺動幅度進行橫向擺動以獲得圖紙要求的焊縫尺寸。

2.2 焊接檢驗與焊后質量控制

（1）焊接結束后要對焊縫上和周圍的焊渣進行清理，焊縫末端打磨坡口，檢查側梁的清潔度。

（2）根據ISO5817標準檢查焊縫尺寸及焊縫外觀成形。

（3）如有不合格處，通知焊接質檢人員。

3 機器人在焊接構架生產中的意義

據統計，焊接機器人占整個工業機器人總量的40%以上，機器人焊接的一致性和穩定性克服了人為因素帶來的不足，使產品質量穩定可靠，是工業生產中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環境又非常惡劣。焊接質量的好壞對產品質量起決定性的影響，歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：

（1）穩定和提高焊接質量，保證其均一性。焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度及焊絲伸長度等對焊接結果起決定作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數都是恒定的，焊縫質量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩定的。而人工焊接時，焊接速度、焊絲伸長等都是變化的，因此很難做到質量的均一性。

（2）改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，減少對焊工的傷害，使焊工從大強度的體力勞動中解脫出來。

（3）提高勞動生產率。機器人沒有疲勞，一天可24小時連續生產，另外隨著高速高效焊接技術的應用，使用機器人焊接，效率提高的更加明顯。

（4）產品周期明確，容易控制產品產量。機器人的生產節拍是固定的，因此安排生產計劃非常明確。

（5）可縮短產品改型換代的周期，減小相應的設備投資。

4 結論

焊接機器人應用于焊接構架的焊接，能充分發揮焊接機器人長時間作業，焊接規則焊縫的優勢。減少轉向架關鍵部件的手工焊接，降低了勞動強度和生產成本，大大提高了焊接構架的生產效率。

參考文獻：

[1]王長文.焊接自動化技術及應用[M].機械工業出版社，2017（03）.