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焊接机器人在机车车体制造中的应用! t' ~$ o$ m8 V7 i
; v. G) Q5 ^( l8 d 介绍了焊接机器人在电力机车车体牵引梁、枕梁制造中的应用情况，分析了焊接机器人系统在应用过程中存在的问题，提出了相应的解决措施，同时介绍了一些在实际应用中积累的经验。# S1 F' }0 p0 k9 k
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引言
( C% o. E9 L: }! |- Y+ r) K2 f% I电力机车车体底架的牵引梁、枕梁作为机车的关键部件，其焊接质量好坏直接影响着机车运行的安全。9 ^3 P3 a/ j' q8 j
为了提高焊接质量的稳定性。提高生产效率，改善工人的劳动条件和降低劳动强度，株洲电力机车有限公司引进了奥地利IGM焊接机器人，用于枕梁、牵引梁的焊接生产。" R& B; z. S8 s2 ~' E/ l
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1 IGM焊接机器人系统简介
6 n% h! t+ }! B* x% Z7 E; } IGM焊接机器人系统由机器人本体、控制系统、变位机、示教器、远程控制盒、跟踪系统、焊接系统和应用软件等组成。
% C) p( G( R# ~' j- E0 o" m* U控制系统采用奔腾CPU及全数字式信号通讯，能够控制机器人6轴、三维龙门机架x ，y，z 轴及变位机轴，能扩展2个外部轴。机器人本体采用6轴肘节式结构。作为人机交换界面的示教器和远程控制盒用来进行机器人控制。跟踪系统采用接触式喷嘴传感器、电弧传感器、ELS激光传感器三种跟踪方式，可实现对V形、单V型、角焊缝、塞焊缝等多种形式焊缝的跟踪。焊接系统采用Fronius TPS5000全数字化控制的逆变焊接电源。另外，系统还配置有高效的焊接烟尘吸收净化装置和自动清枪、剪丝、喷防飞溅油装置。
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: P" R2 ?1 @) x) A2 在机车车体制造中的应用
6 p0 @3 J4 p8 T8 x# @* f3 O$ O2．1 单轴变位机机器人系统应用于枕梁焊接5 W5 \* A" c3 f
枕梁焊接采用单轴头尾架式变位机。枕梁由上、下盖板、立板和隔板等组焊成箱形结构，组装完毕后对两侧4条焊缝、上下表面直焊缝进行船形焊接。. F7 Z$ Y T/ B0 ?4 E0 k* ?
2．2 双轴变位机机器人系统应用于牵引梁焊接
4 M' p" Y8 p/ x牵引梁焊接采用2台双轴框架式变位机系统。牵引梁是一个复杂的多箱体结构，组装完毕后进行机器人焊接，由于空问较小，机械手的摆放自由度小，编程时问长，对编程技能要求较高。! f z7 b, H0 R! ^* v
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3 焊接机器人应用中存在的问题和解决措施: \( h' m! n7 E* x5 ?! K3 ?
3．1 焊接缺陷分析及处理
5 ~$ S& W8 h w; A4 Z1 }! c 机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊，焊接过程中出现的焊接缺陷一般有焊偏、咬边、气孔等几种，具体分析如下：
" E1 Q( y' n. G6 ~5 r. D! ] (1)出现焊偏可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。
$ I9 W: Y% g# D" L (2)出现咬边可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调整焊枪的姿态以及焊枪与工件的相对位置。
6 {- T Y7 ?0 y& V4 l1 L0 @. ^ (3)出现气孔可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。
- _/ p) I/ d* b Z/ H, t (4)飞溅过多可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。, ~( g0 J9 y8 C
(5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑，编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。( z G0 a" g2 Y( F& b
3．2 机器人故障分析与处理
& L0 v$ W+ o% _; \$ }5 C* [ 在焊接过程中机器人系统遇到一些故障，常见的有以下几种：, h2 A6 h3 g8 s" B& G$ z
(1)发生撞枪。可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。
) _0 O6 Y& H' I (2)出现电弧故障，不能引弧。可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。
8 L9 j, m0 C, {. j (3)保护气监控报警。冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。
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6 b& F+ R' O9 _0 p. H4 焊接机器人应用经验) e1 N- r7 A+ A# y; g! j e
4．1 工件质量/ G. `- O; Z& L, c
作为示教一再现式机器人，要求工件的装配质量和精度必须有较好的一致性。应用焊接机器人应严格控制零件的制备质量，提高焊件装配精度。零件表面质量、坡口尺寸和装配精度将影响焊缝跟踪效果。可以从以下几方面来提高零件制备质量和焊件装配精度。$ r# N0 R0 m$ r. P# u5 t! \
(1)编制焊接机器人专用的焊接工艺，对零件尺寸、焊缝坡口、装配尺寸进行严格的工艺规定。一般零件和坡口尺寸公差控制在±0．8 mm，装配尺寸误差控制在±1．5 mm以内，焊缝出现气孔和咬边等焊接缺陷机率可大幅度降低。 ．
t# i1 M- \/ T* [+ {+ M (2)采用精度较高的装配工装以提高焊件的装配精度。- L0 J$ X' b- u% T
(3)焊缝应清洗干净，无油污、铁锈、焊渣、割渣等杂物，允许有可焊性底漆。否则，将影响引弧成功率。定位焊由焊条焊改为气体保护焊，同时对点焊部位进行打磨，避免因定位焊残留的渣壳或气孔，从而避免电弧的不稳甚至飞溅的产生。) B1 S: X5 j" ?- f& B
4．2 焊丝的要求- Z" j: k3 t& s+ Y7 a- U- i
机器人根据需要可选用桶装或盘装焊丝。为了减少更换焊丝的频率，机器人应选用桶装焊丝，但由于采用桶装焊丝，送丝软管很长，阻力大，对焊丝的挺度等质量要求较高。当采用镀铜质量稍差的焊丝时，焊丝表面的镀铜因摩擦脱落会造成导管内容积减小，高速送丝时阻力加大，焊丝不能平滑送出，产生抖动，使电弧不稳，影响焊缝质量。严重时，出现卡死现象，使机器人停机，故要及时清理焊丝导管。
7 _8 [5 y) p9 T; i! U; {4．3 编程技巧
" y$ S) h6 q8 z* b (1)选择合理的焊接顺序。以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。- J$ e1 f3 l3 }
(2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。
: L% \. V$ p0 {, Z (3)优化焊接参数。为了获得最佳的焊接参数，制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。- a( s. S9 W0 B* P" B
(4)合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置，同时，要不断调整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后，焊枪相对接头的位置通过编程者的双眼观察，难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。
/ d) \# H2 N& @9 V2 s (5)及时插入清枪程序。编写一定长度的焊接程序后，应及时插入清枪程序，可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴，保证焊枪的清洁，提高喷嘴的寿命，确保可靠引弧、减少焊接飞溅。
" H _7 E0 c- `2 Z2 Y2 j (6)编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。" e* ^) R( g5 n6 `! L
4．4 运行成本及管理
" L2 k( O: s l3 h 进口机器人配件价格较高，应努力从各方面降低运用成本。润滑油可以在国内寻找性能、效用相同的低价替代品。焊接过程加强维护，提高易耗件如喷嘴、导电嘴等的使用寿命。另外，对机器人系统进行预防性的维护，可以有效提高元器件的使用寿命。
q- @: \/ J! k高素质的管理人员、技术人员和操作人员是机器人充分发挥效率的必要条件。一个企业焊接机器人使用的好坏，很大程度在于人，因此要保证有一支稳定的工作队伍。" k# N4 m2 X6 `& B( D! w: g: p, t
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5 结束语, x# G/ Z9 ~; i) l. Q0 ]
焊接机器人在电力机车车体牵引梁、枕梁制造中的应用，大大提高了产品的焊接质量稳定性以及生产效率。焊接机器人应用是一个复杂的、综合的过程，对焊件的设计结构、焊接工艺、零部件质量、焊件的装配质量等各方面提出了新的、更严格的要求。同时，相关工作人员的稳定性也影响着机器人应用的好坏，应当在长期的应用中不断积累经验，以最大程度发挥机器人效益 |
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发表于 2007-9-14 20:03:20