淺析焊接自動化方案（淺析焊接自動化方案）

2023-10-07 16:05:36 1

本文以電梯下梁的自動化項目為例，介紹了在電梯轎廂生產中，自動化焊接項目的準備及準備方案，並分析了在項目製造過程中的產品設計及實際應用的相關性。

隨著智能製造進入到製造領域後，自動化生產已經成為公司提高其影響力和擴大產品規模的有效途徑，成為公司贏得市場的有效手段。自動化工作站項目，從常規堆垛、焊接、搬運轉移到數據收集、智能製造，都是一步一步前進的，本文從焊接自動化項目的三個方面，方案的前期設計，工裝夾具說明，場地布局及節拍進行分析和闡述說明。

焊接機器人的選型

機器人自動化焊接項目必須對所選擇的機器人型號，性能有所熟悉和掌握，特別是項目所針對的產品材料信息、來料狀態、工藝需求及檢驗要求是否有特殊的規定和特定的需求，同時也應了解設備的功能、技術參數信息以及應用的環境等方面的內容，綜合性地給出規劃的方案信息。

機器人常規為6 軸機器人（工裝夾具使用的為7 軸或多軸均為外部軸，配合機器人的製造所使用），根據焊接產品的工藝需求（MIG,MAG,TIG,SUP,CO2 等）、尺寸參數（臂展長度、載重量等）、結構狀態進行設備型號的選擇。本次舉例選擇ABB 1410-5/1.44 型機器人，配合MAG 焊接工藝，來對電梯下梁產品進行焊接，具體參數信息見表1。

表1 焊接產品信息 （單位：mm）

需要根據具體的參數信息、工藝信息，選擇機器人型號，產品最大尺寸為1400mm，選擇機器人型號為ABB1410-5/1.44 ，即可覆蓋產品尺寸規格變化範圍，同時考慮機器人的重複定位精度，是否在控制範圍內，因為重複精度決定了焊接過程的一致性，高度的重複定位精度不僅體現了機器人的準確度，也避免因重複定位精度差，導致焊接質量達不到要求，最終造成產品的不合格，給企業帶來損失。機器人軌跡圖及參數信息見圖1。

圖1 機器人軌跡圖參數信息

在初步選擇機器人型號的同時，需要考慮到，因布局和產地的限制，需要查閱機器人的功能說明表和軌跡圖，確保焊接的可達性，避免降低工作效率，目前可以通過機器人示教軟體進行生產模擬和仿真，對機器人的焊接範圍，產品空間位置擺放，進行項目的前期評估和確認，提前對機器人生產帶來的問題進行識別和改進。

外部設備說明

在前期的模擬和仿真過程中，往往缺少對工裝、外部軸、滑臺的評估，造成大量的精力放在工裝、外部軸、滑臺的改造上，增加項目周期和企業的損失。所以需要對工裝、外部軸、滑臺等外部設備提前進行評估。

焊接工裝

焊接工裝對項目整體進度起到了重要的作用，工裝設計是一門學科，需要經驗的積累，機械、電氣知識的積累以及對產品的深度認識，在此不過多進行闡述，只是提供一種思路，應對焊接工裝的設計。

一般來說，機器人適合標準、重複性低的產品，從而進行大規模製造，所以對焊接工裝的一致性（意義等同於機器人重複定位精度的一致性），夾持順序、定位精度、剛度以及同機器人配合的位置要求，都是設計焊接工裝的關鍵因素，既要保證焊接產品在工裝定位位置的準確性，也要保證可以控制焊接完成後的焊接應力變形，需要有適合的剛度。大部分焊接工裝的定位選用氣動結構，液壓、電動或手動作為支撐氣動結構來使用，同時隨著技術進步，可以考慮使用磁力固定來進行，但是僅針對無磁偏吹的特殊工裝，在此需要根據實際情況來選擇。同時為了提高產品散熱和剛度，常用紫銅和合金材料來製作特殊的襯墊（圖2、圖3）。

圖2 特殊材料模塊

圖3 紫銅材料模塊

外部軸變位器

變位器作為機器人外部軸來進行使用，它的定位精度、翻轉、迴轉精度都直接影響了機器人的重複定位精度和焊接質量，影響著產品最終的質量。

配合焊接工裝的變位器的前期設計需要考慮所承擔載重，包含工裝重量、產品重量，避免超重，選擇使用回差小，轉動精度高的減速機及齒輪、齒圈，從而減少變位器的轉動慣性，加減速度響應快，提高精度需求。變位器參數信息表見表2。

表2 變位器參數信息表

焊接系統配置

根據焊接項目要求，焊接系統中應包含：焊接電源、送絲機、焊槍、冷卻系統（有些集成在焊接電源中）、清槍、剪絲系統、防撞系統，如有特殊需求，可考慮增加雷射巡位、視覺跟蹤、原點TCP 校準等設備輔助系統來提高焊接的質量和效率。

項目存在的問題分析

任何的自動化項目都會存在問題和挑戰，在此挑選了常規過程中易發的幾個問題進行說明。

焊接工裝沿用手動工裝

焊接工裝沿用手動工裝，是部分企業常用的一種生產模式，簡單的用機器人替代員工， 但是從製造的角度看，人的靈活度高於機器人的靈活度，人腦的控制高於機器人，由於焊工在焊接過程中是觀察著熔池和焊槍的軌跡，隨時可以進行調整，相比機器人在生產過程中是根據程序來完成焊接的，在調整和跟蹤上存在劣勢，這就容易造成簡單的照搬手動工裝，不僅無法和之前的生產效率相一致，而且可能會因為機器人是大規模生產，從而造成大批量的不良和返工風險。

在製作工裝上，思路可以借鑑手動工裝，但是從強度、重複精度的角度，需要通過特殊工藝或更改工裝設計來滿足機器人的製造需求。

焊縫可達性不足

如上述介紹，項目評估前因識別的不全面及工裝設計滯後，導致項目在驗收階段發現焊接過程中存在有些焊縫無法完成焊接，或因為焊接位置不適合（如由船型焊更改為立向下焊接），導致產品的焊接質量不良。所以焊接前的仿真模擬，以及對機器人說明書的理解都是必要的。

機器人焊接工藝的選擇

機器人的焊接工藝（例如焊接參數、焊接順序等）不同於人工焊接，機器人的輸出參數較為穩定，人工操作的焊接參數，可能無法照搬到機器人上來使用，如照搬參數和工藝，可能會帶來焊接變形增加，所以針對機器人製造的特殊性，需要根據項目考慮重新評估焊接工藝。

焊接原材料的管理

機器人對原材料的變化十分敏感，所以使用機器人焊接，需要考慮對焊接的原材料進行控制，所以企業和項目管理人對機器人的理解，不能僅停留在機器替代人工生產的角度。

結束語

機器人的使用是非常廣泛的，焊接機器人是其中的一個種類，已經廣泛應用於各個行業中，而它與其他類型機器人相比是有其特殊性的，從原材料管理，設備的選擇，工藝的確認，人員的培訓等方面，都需要進行關注，從而通過機器人工作站來提高公司產品的效率、質量，降低員工的勞動強度。但從企業的角度看，自動化方案的準備和製造不是一朝一夕的，而它的影響和意義也不僅僅是機器替代人，而應該是產業的整體升級，即投之以技術和經驗，報之以質量和市場。

——摘自《鈑金與製作》 2020年第5期