焊接機器人在欄桿智能化制造中的應用

李強雄

（安徽馬鋼工程技術集團有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

目前，鋼結構欄桿制作一般采用人工下料、組裝、焊接，智能化應用不多。這種制造的弊端是：1） 純手工操作，效率低；2） 欄桿焊接鋼管的相貫線通過手工火焰切割，割口粗糙，導致欄桿之間的裝配間隙過大且不均勻，以致焊接質量不合格，外觀成形不美觀；3） 手工焊接導致欄桿相貫線無法焊透，焊縫強度不合格，存在事故隱患。隨著智能機器人的發展，欄桿智能化制造變得可行。

1 裝置概況

智能化欄桿制造裝置以弧焊機器人、焊機電源、機器人焊接工裝組成，欄桿制作以6 米為主，欄桿高度1050mm，欄桿間距1000mm，鋼管規格φ42.25mm、φ33.5mm，主要由下料、鋼管相貫線加工、組裝、焊接機器人編程、焊接機器人調試、焊接6 部分過程。

1.1 欄桿下料

根據設計圖紙和相貫線加工的特性計算好欄桿橫桿和立桿的下料長度：欄桿立桿φ42.25mm，長度1017mm，允許偏差-1mm；欄桿橫桿①φ33.5mm，長度966mm，允許偏差-1mm；欄桿橫桿②φ33.5mm，長度485mm，允許偏差-1mm；欄桿橫桿③φ42.25mm，長度6000mm，允許偏差-1mm；下料過程中保證下料尺寸，確保精度要求，無毛刺。

1.2 欄桿鋼管相貫線加工

欄桿鋼管相貫線成型質量決定了欄桿組裝的精度和焊接質量，從而決定欄桿外觀和焊接質量，因此必須控制好欄桿鋼管相貫線加工的成型質量和精度。欄桿鋼管相貫線切口一般采用火焰切割，割口粗糙，切割不圓滑且毛刺多，導致欄桿之間的裝配間隙過大且不均勻，影響欄桿相貫線處焊縫質量，以致焊接質量不合格，需多次焊接補足接頭處空隙，欄桿外觀成型不美觀。

為了提高欄桿鋼管相貫線切割成形質量采取如下措施：①針對火焰切割鋼管相貫線存在質量問題，采用沖孔模具加工鋼管相貫線切口；②制作相貫線加工固定支架提高相貫線切口垂直度、和雙頭相貫線切口的一致性，減小欄桿裝配間隙，提高欄桿組裝質量，進而提高欄桿焊接質量。

1.3 欄桿組裝

欄桿下料和鋼管相貫線加工后在機器人焊接工裝上組裝，控制組裝間隙，允許偏差-1mm，組裝過程中保證端頭橫桿對齊，替換組裝空隙大的零件，以保證欄桿的整體組裝精度。針對組裝空隙大的零件，分析原因調整下料尺寸和相貫線加工裝置。針對相貫線切口垂直度、和雙頭相貫線切口的一致性不滿足要求的檢查下料的尺寸精度和相貫線加工固定裝置，防止加工時鋼管上下左右擺動影響相貫線切口的垂直度和成型質量。

1.4 焊接機器人編程

欄桿各零件在機器人焊接工裝上組裝完成后，通過機器人配套的示教器編入加工程序。機器人系統主要包括機器人本體、控制柜、編程示教器三部分。機器人本體上一般有6個軸，6 個軸都是旋轉軸。示教器是一個人機交互設備。通過它操作者可以操作機器人運動、完成示教編程、實現對系統的設定、故障診斷等。通過示教器文件操作菜單新建程序文件，打開后到程序界面，編程根據焊縫位置分段編程：通過示教器的按鍵控制機器臂上的焊槍定位到焊縫位置，插入關節運動，延時指令，引弧指令，定位到下一個焊點，直線運動指令，定位到下一個焊點，直線運動指令，完成一段焊縫后執行收弧指令，延時指令，依次完成各段焊縫焊接。通過對焊縫定位編程實現自動焊接，通過插入I/O 指令控制機器人焊接工裝翻轉對反面編程。

1.5 焊接機器人調試

程序編寫完成后需單步運行一遍檢查程序是否正確，焊接點位是否控制到位，針對組裝間隙大小優化程序，避免漏焊和焊接不到位現象；針對下料長度精度相貫線加工精度不斷優化程序更新點位；針對機器臂有可能與焊接工裝相碰，及時調整機器臂角度，更新程序。

1.6 焊接

欄桿組裝和編程調試完成后裝置整體運行，以弧焊機器人、焊機電源、機器人焊接工裝實現欄桿的自動焊接。通過編好的程序，焊接機器人的機器臂自動定位到焊縫位置，實現引弧、焊接、收弧，分段完成欄桿的焊接。焊接過程中及時觀察，確保機器人周圍無人，發生緊急情況按下急停按鈕。

2 與傳統手工制作對比

欄桿傳統手工制作采用人工下料，欄桿焊接鋼管的相貫線通過手工火焰切割，手工焊接。智能化欄桿制造裝置以相貫線加工裝置提高欄桿鋼管相貫線成型質量，組裝空隙小，手工火焰切割易造成鋼管組裝空隙大，不利于焊接。智能化欄桿制造裝置以弧焊機器人定位焊縫，焊接實現編程控制，可實現批量化制造，自動焊接，與手工焊相比焊縫質量高，成形美觀。

3 結語

可以看出，智能化欄桿制造裝置相較傳統手工制造，有利于提高焊縫質量和外觀，是鋼結構智能化制造的一小步。