基于焊接機(jī)器人CO2 氣體保護(hù)焊教學(xué)設(shè)計(jì)的探究

王文濤

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)典型案例展示

以圖片展示的方式，展示當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中典型的焊接機(jī)器人用途，對(duì)焊接機(jī)器人應(yīng)用效果和發(fā)展作簡(jiǎn)單闡述。例如，某汽車(chē)車(chē)身焊接生產(chǎn)線(xiàn)、火車(chē)側(cè)梁弧焊系統(tǒng)、激光焊接系統(tǒng)、等離子焊接系統(tǒng)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

（1）進(jìn)一步掌握焊接機(jī)器人CO2氣體保護(hù)焊的工作原理和優(yōu)勢(shì)。

（2）熟悉庫(kù)卡焊接機(jī)器人KR10 R1420 軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)和性能。

（3）掌握編程原理和“示教-再現(xiàn)”應(yīng)用方法。

（4）通過(guò)完成指定操作掌握完整的操作流程方法。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備及參數(shù)指標(biāo)一覽表

驅(qū)動(dòng)方式 交流伺服電機(jī)保護(hù)氣體 CO2,AR+CO2,AR+CO2+O2焊絲 直徑0.9、1.2、1.6mm 實(shí)心焊絲或藥芯焊絲如H08Mn2SiA 等

1.4 實(shí)驗(yàn)原理及操作解析

利用庫(kù)卡焊接機(jī)器人KR10 R1420 型焊接機(jī)器人實(shí)施CO2氣體保護(hù)焊在實(shí)際操作過(guò)程中需要在確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與輔助設(shè)備的通力配合才能達(dá)到預(yù)期效果，因此操作前必須明確掌握該機(jī)器人焊接系統(tǒng)的各構(gòu)成部分的工作原理和操作方法。

1.4.1 焊接機(jī)器人系統(tǒng)的主要組成

（1）機(jī)器人操作機(jī)。作為焊接機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人壁、關(guān)節(jié)和內(nèi)部傳感器（編碼器）等部分組成，六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使其能夠獲得充足的工作空間，并能選擇最優(yōu)路徑準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。保證末端操作器正常工作運(yùn)行且得到高精度、高質(zhì)量的結(jié)果。

（2）機(jī)器人控制器。作為機(jī)器人焊接系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，控制器主要由計(jì)算機(jī)軟、硬件和專(zhuān)用電路組成。處理焊接機(jī)器人工作過(guò)程中的所有信息并控制每一個(gè)運(yùn)行動(dòng)作是其重要作用

1.4.2 坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)方式

（1）直角坐標(biāo)系。通過(guò)直角坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主要是多軸合成的運(yùn)動(dòng)方式，即以焊絲尖端為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿直角坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)，適用于機(jī)器人需做小范圍姿態(tài)調(diào)整和示教的情況。

表2 直角坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)分析

圖1 直角坐標(biāo)系示意圖

2 問(wèn)題思考與實(shí)驗(yàn)

通過(guò)完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)中焊接機(jī)器人CO2氣體保護(hù)焊的示例操作，學(xué)生基本掌握到了焊接機(jī)器人CO2氣體保護(hù)焊的操作方法，接下來(lái)，以影響焊縫成形的因素為問(wèn)題導(dǎo)向，運(yùn)用已掌握的操作方法通過(guò)幾組簡(jiǎn)單的焊接操作實(shí)驗(yàn)，分析影響焊縫成形的兩種常見(jiàn)問(wèn)題因素，進(jìn)而探索提高機(jī)器人焊接工藝質(zhì)量的方法。

上坡焊與下坡焊實(shí)驗(yàn)：在CO2氣體保護(hù)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(guò)程，即上坡焊與下坡焊。采用相同的參數(shù)設(shè)置包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長(zhǎng)等，分別以上坡焊與下坡焊的方式焊接兩條焊縫。在焊接過(guò)程按一定規(guī)律適時(shí)調(diào)整焊接機(jī)器人和焊接工件面的傾斜角度，然后對(duì)完成的焊縫進(jìn)行記錄分析，結(jié)果如圖2、3。

分析可得：焊絲伸出長(zhǎng)較長(zhǎng)情況下弧長(zhǎng)（焊絲與焊件的距離）增大，縫熔寬變寬、熔深變淺，易產(chǎn)生飛濺，會(huì)降低焊縫焊接的牢固性。而焊絲伸出長(zhǎng)較短的情況下，余高明顯增加，易影響到焊縫動(dòng)荷載承受能力。鑒于此，要求學(xué)生在每一次機(jī)器人焊接準(zhǔn)備工作中，必須根據(jù)實(shí)際的焊接條件、材料和要求合理設(shè)計(jì)選用適宜的焊絲伸出長(zhǎng)。

圖2 上坡焊焊縫成形結(jié)果

圖3 下坡焊焊縫成形結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生完成以上教學(xué)設(shè)計(jì)的全部實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生對(duì)應(yīng)設(shè)備實(shí)物熟悉時(shí)下焊接機(jī)器人CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)主流應(yīng)用的6 軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和性能，掌握操作手法，磨煉焊接軌跡的設(shè)定和焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)能力。明確上、下坡焊和焊絲伸出長(zhǎng)兩大焊縫成形影響因素的作用和改善方法，全面完成教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生焊接專(zhuān)業(yè)技能培養(yǎng)的教學(xué)目的，以期推動(dòng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不斷提高，為適應(yīng)和推動(dòng)現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)的發(fā)展提供人才資源和動(dòng)力。