基于焊接機器人CO2 氣體保護焊教學設計的探究

王文濤

（蘭州現代職業學院，甘肅 蘭州 730000）

1 教學實驗設計

1.1 焊接機器人應用技術典型案例展示

以圖片展示的方式，展示當前工業制造業生產過程中典型的焊接機器人用途，對焊接機器人應用效果和發展作簡單闡述。例如，某汽車車身焊接生產線、火車側梁弧焊系統、激光焊接系統、等離子焊接系統等。

1.2 實驗目標

（1）進一步掌握焊接機器人CO2氣體保護焊的工作原理和優勢。

（2）熟悉庫卡焊接機器人KR10 R1420 軸關節式機器人的組成結構和性能。

（3）掌握編程原理和“示教-再現”應用方法。

（4）通過完成指定操作掌握完整的操作流程方法。

1.3 實驗設備及技術指標

表1 實驗設備準備及參數指標一覽表

驅動方式 交流伺服電機保護氣體 CO2,AR+CO2,AR+CO2+O2焊絲 直徑0.9、1.2、1.6mm 實心焊絲或藥芯焊絲如H08Mn2SiA 等

1.4 實驗原理及操作解析

利用庫卡焊接機器人KR10 R1420 型焊接機器人實施CO2氣體保護焊在實際操作過程中需要在確保安全的前提下，實現控制系統與輔助設備的通力配合才能達到預期效果，因此操作前必須明確掌握該機器人焊接系統的各構成部分的工作原理和操作方法。

1.4.1 焊接機器人系統的主要組成

（1）機器人操作機。作為焊接機器人系統的執行機構，主要由驅動器、傳動機構、機器人壁、關節和內部傳感器（編碼器）等部分組成，六個旋轉關節使其能夠獲得充足的工作空間，并能選擇最優路徑準確到達指定位置。保證末端操作器正常工作運行且得到高精度、高質量的結果。

（2）機器人控制器。作為機器人焊接系統的神經中樞，控制器主要由計算機軟、硬件和專用電路組成。處理焊接機器人工作過程中的所有信息并控制每一個運行動作是其重要作用

1.4.2 坐標系對應運動方式

（1）直角坐標系。通過直角坐標實現的主要是多軸合成的運動方式，即以焊絲尖端為坐標原點，沿直角坐標系運動，適用于機器人需做小范圍姿態調整和示教的情況。

表2 直角坐標系運動分析

圖1 直角坐標系示意圖

2 問題思考與實驗

通過完成教學實驗中焊接機器人CO2氣體保護焊的示例操作，學生基本掌握到了焊接機器人CO2氣體保護焊的操作方法，接下來，以影響焊縫成形的因素為問題導向，運用已掌握的操作方法通過幾組簡單的焊接操作實驗，分析影響焊縫成形的兩種常見問題因素，進而探索提高機器人焊接工藝質量的方法。

上坡焊與下坡焊實驗：在CO2氣體保護焊操作中，受焊件空間位置影響，僅靠水平方向上的操作不一定能夠完成焊接操作，常需用到自上而下或自下而上的焊接過程，即上坡焊與下坡焊。采用相同的參數設置包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長等，分別以上坡焊與下坡焊的方式焊接兩條焊縫。在焊接過程按一定規律適時調整焊接機器人和焊接工件面的傾斜角度，然后對完成的焊縫進行記錄分析，結果如圖2、3。

分析可得：焊絲伸出長較長情況下弧長（焊絲與焊件的距離）增大，縫熔寬變寬、熔深變淺，易產生飛濺，會降低焊縫焊接的牢固性。而焊絲伸出長較短的情況下，余高明顯增加，易影響到焊縫動荷載承受能力。鑒于此，要求學生在每一次機器人焊接準備工作中，必須根據實際的焊接條件、材料和要求合理設計選用適宜的焊絲伸出長。

圖2 上坡焊焊縫成形結果

圖3 下坡焊焊縫成形結果

3 結束語

通過指導學生完成以上教學設計的全部實驗操作，使學生對應設備實物熟悉時下焊接機器人CO2氣體保護焊技術主流應用的6 軸關節式機器人的結構和性能，掌握操作手法，磨煉焊接軌跡的設定和焊接工藝參數設計能力。明確上、下坡焊和焊絲伸出長兩大焊縫成形影響因素的作用和改善方法，全面完成教學設計目標。

以實現對學生焊接專業技能培養的教學目的，以期推動學生專業素質不斷提高，為適應和推動現代化工業社會的發展提供人才資源和動力。