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我国焊接机器人的工程应用

作者: 发布于:2014/1/15 15:23:06 点击量:

作为焊接机器人的最大用户,预计未来的10年我国汽车年产量要达到千万辆,现在的焊接装备远远满足不了生产需求,对焊接装备的需求量将大幅增加,焊装生产线要求更加自动化和柔性化,以适应多品种、小批量的生产要求,机器人将大量应用于焊接生产线中。对我国的机器人系统集成商来说如何抓住机遇是当前要解决的重要课题,从另一方面讲也决定着国产焊接机器人的命运。

 (1)实行企业联合。机器人系统集成商与汽车制造商联合,消化吸收国外汽车焊装线。

(2)建立自己的焊接装备设计标准及数模,提高设计水平和效率。

(3)加强人才培养建设。机器人焊接生产线是个复杂的系统工程,涉及到机械、电气、物流传输、计算机、汽车设计制造、机器人技术、焊接技术等多种学科,而我国目前还没有关于这方面较为系统的培训机构。

(4)加强与国外公司的合作,通过合作学习提高自己的设计水平。

焊接机器人的最新应用技术

(1)TCP(tool center point工具中心点)自动校零技术

焊接机器人的工具中心点就是焊枪的焊丝的端点,因此TCP的零位精度直接影响着焊接质量的稳定性。但在实际生产中不可避免会发生焊枪与夹具之间的碰撞等不可预见性因素导致TCP位置偏离。通常的做法是利用手动进行机器人TCP校零,但一般全过程需要30分钟才能完成,影响生产效率。TCP自动校零是用在机器人焊接中的一项新技术,它的硬件设施是由一梯形固定支座和一组激光传感器组成。当焊枪以不同姿态经过TCP支座时,激光传感器都将记录下的数据传递到CPU与最初设定值进行比较与计算。当TCP发生偏离时,机器人会自动运行校零程序,自动对每根轴的角度进行调整,并在最少的时间内恢复TCP零位。

(2)双丝焊接技术

近年来由于我国汽车、集装箱、机车车辆、工程机械等行业的高速发展,对高速焊和高熔敷效率焊接的需求越来越多。双丝焊是近年来发展起来的一种高速高效焊接方法,焊接薄板时可以显著提高焊接速度,达到3~6m/min,焊接厚板时可以提高熔敷效率。除了高速高效外,双丝焊接还有其它的工艺特点:在熔敷效率增加时保持较低的热输入,热影响区小,焊接变形小,焊接气孔率低等。

由于焊接速度非常高,特别适合采用机器人焊接,因此可以说机器人的应用也推动了这一先进焊接技术的发展。

目前双丝焊主要有2种方式:1种是Twin arc法,另1种为Tandem法。焊接设备的基本组成类似,都是由2个焊接电源、2个送丝机和1个共用的送双丝的电缆。为了防止同相位的2个电弧的相互干扰,常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法,并保持2个电弧轮流交替燃烧。这样一来,就要求1个协同控制器保证2个电源的输出电流波形相位相差180°。当焊接参数设置到最佳时,脉冲电弧能得到无短路、几乎无飞溅的过渡过程,真正做到“1个脉冲过渡1个熔滴”,每个熔滴的大小几乎完全相同,其大小是由电弧功率来决定。Twin arc法的主要生产厂家有德国的SKS、Benzel和Nimark公司,美国的Miller公司。Tandem法的要厂家有德国的Cloos、奥地利Fronius和美国Lincoln公司。据德国Cloos公司介绍,采用Tandem法焊接2~3mm薄板时,焊接速度可达6m/min,焊接8mm以上厚板时,熔敷效率可达24Kg/h。

(3)激光/电弧复合焊接技术

激光/电弧复合焊接技术是激光焊接与气体保护焊的联合,两种焊接热源同时作用于一个焊接熔池。该技术的研究最早出现在上世纪70年代末,但由于激光器的昂贵价格,限制了其在工业中的应用。随着激光器和电弧焊设备性能的提高,以及激光器价格的不断降低,同时为了满足生产的迫切需求,激光/电弧复合焊接技术近年来成为焊接领域最重要的研究课题之一。

激光/电弧复合焊接技术有多种形式的组合,有激光/TIG、激光/MAG和激光/MAG等。激光/电弧复合焊接技术之所以受到青睐是由于其兼各热源之长而补各自之短,具有1+1>2或更多的“协同效应”。与激光焊接相比,对装配间隙的要求降低,因而降低了焊前工件制备成本;另外由于有填充焊丝消除了激光焊接时存在的固有缺陷,焊缝更加致密。与电弧焊相比提高了电弧的稳定性和功率密度,提高了焊接速度和焊缝熔深,热影响区变小,降低了工件的变形,消除了起弧时的熔化不良缺陷。在这点上特别适合铝及其合金的焊接。

激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的重大发展,焊接同样板厚的材料可降低激光功率一半左右,因此大大降低了企业的投资成本,该技术的发展对推动激光焊接的普及将起重要的作用。

(4)伺服焊钳技术的汽车装焊工艺中的应用

伺服机器人焊钳,就是利用伺服电机替代压缩空气做为动力源的一种新型焊钳。它具有以下优点:

①提高车身的表面质量伺服焊钳由于采用的是伺服电机,电极的动作速度在接触到工件前,可由高速准确地调整到低速,这样,就可以形成电极对工件的软接触,减轻电极冲击所造成的压痕,从而也减轻了后序车身表面修磨处理量,提高了车身质量。而且,应用伺服控制技术可以对焊接参数进行数字化控制管理,可以保证提供出最适焊接参数数据,保证焊接质量。

②改善作业环境由于电极对工件的是软接触,可以减轻冲击噪音,也不会出现使用气动焊钳时所造成的排气噪音。改善了现场的作业环境。

③高生产效率伺服焊钳的加压开放动作由机器人来自动控制。与气动焊钳相比,伺服焊钳的动作路径可以控制到最短化,缩短生产节拍,提高生产效率。

目前,从投资的角度来考虑,购买伺服焊钳设备的一次投入较高,因此,伺服焊钳还不能被广泛采用。但是,考虑到伺服焊钳的优势,例如伺服焊钳的软接触化,对工件的冲击可减轻,从而可以相对减少焊接夹具夹紧机构的数量,削减夹具的费用等,也可以减少生产线的整体投资额,伺服焊钳仍有其广阔的应用空间。因此,随着发展,伺服焊钳会越来越多应用于生产线上。

工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中,发挥了极其重要的作用。随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈,对工业机器人的需求会越来越大,我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战,我们要把握这一机遇,迎接挑战,为我国跻身于机器人强国之列而努力奋斗。


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