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焊接机器人在机车车体制造中的应用3 S5 u/ E0 z4 c c* A, h
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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。
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/ M& U A6 @7 ^3 y7 m( ? 引言
0 q) v% }; q4 R! I6 ?6 G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。$ E, B1 |1 n z8 t4 N: m& A
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。
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$ U4 o9 C7 b# e7 a1 IGM焊接机器人系统简介
( t/ M& a7 _' i* P 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。% W9 W; @1 F0 `% b! c+ t) h% k
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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1 [; Z# Q- c! G; ]; R2 在机车车体制造中的应用% w9 E! t# f+ N
2．1 单轴变位机机器人系统应用于枕梁焊接
& t$ G# X1 z9 U8 L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。
0 g8 G1 _; } F) Q) v2．2 双轴变位机机器人系统应用于牵引梁焊接
9 Y: R4 ?% H- ]5 y- W" j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。
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) k2 f0 h' q2 D4 [1 M+ a/ z3 焊接机器人应用中存在的问题和解决措施' U. }+ W6 b' r5 B. O& H
3．1 焊接缺陷分析及处理4 S; U0 g& P) e* f* j
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：
; [) L/ i, C1 Y! Y (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。* f+ D1 K/ ^4 i
(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。& K$ Q" m5 T/ }& T5 M5 P- j
(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。
# j2 q2 d6 I/ y& W$ m# | (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。
1 w3 R: O1 O7 R/ O (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。
& B1 a1 c2 M( ]3 m5 ^ e3．2 机器人故障分析与处理9 c+ }8 ]# i* R: |, n7 U1 M- _
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：/ l0 w2 f, P8 n3 T' x3 L
(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。! h' l- f: ?2 i" x6 C e9 F
(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。
) y( ]- \ F- J4 U& G5 `. w (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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& b% b: |" D0 I+ ?4 焊接机器人应用经验
0 `2 c/ q k" Y' B7 d1 i) z9 Z4．1 工件质量" X* W8 N; |- R& j# ?5 X' b' L% j
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。+ E% c, i6 t8 q
(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。 ．6 b7 T7 X" t) \" V- n; I
(2)采用精度较高的装配工装以提高焊件的装配精度。/ z+ z+ _7 d$ j' W& R, m
(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。
& l# w- v2 r& |$ R4 S( z! z2 a4．2 焊丝的要求: H) @( h! A2 \1 V" G
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。
) p( T9 s8 W6 Y# Y5 @' f- U' Z4．3 编程技巧' Z; n* r& G; R7 B! m3 W
(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。; @2 q/ ?9 n! I0 c/ o0 }; |) [) j
(2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。
* [2 n7 }' y3 Y' Z, N/ 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。
' O; t$ H; U3 G$ _, f (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。
; u- ^* s$ R- d9 u; N- F( f+ 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。( S% G8 m2 S# V+ D5 B
(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。
# {4 k+ j! ~9 i8 F- l4．4 运行成本及管理
O7 w$ ^: W* x* O) t 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。* D1 y5 X% F" I' }* t
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。
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, \. G" t z% V, b3 Z, X/ ^5 结束语' s; ~. O! C% X% k: G0 V# n
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