焊接机器人的系统_焊接机器人操作系统总体方案

连接板是建筑起重机的常见零件，其结构如图1所示，主要由底板和四个销钉组成。销柱和底板通过环形角焊固定。过去采用手工CO2气体保护药芯焊丝焊接工艺。由于焊缝为环形角焊缝，人工操作容易造成焊缝外观质量差、焊接效率低、焊缝环与焊缝环之间结合不良等缺陷，容易造成“脱焊”。同时，为了保证焊缝的外观质量，焊接后需要用砂轮机打磨焊缝，这也容易增加焊接成本。通过分析，决定工件采用焊接机器人进行焊接，关键是设计合理的焊接机器人操作系统，制定合理的焊接工艺，保证成本和质量的有效统一。

图1连接板结构

1.焊接机器人总体方案

根据连接板的尺寸、结构特点和焊缝形式，认为底板和四个销采用单面焊缝形式，焊缝在工件上规则均匀分布，使所有焊缝在焊接过程中不发生位移。为了降低成本，提高效率，在设计焊接机器人总体方案时，决定不使用翻转工装等机器人外围设备，而是使用固定平台实现工件的焊接定位。同时，为了提高焊接效率，焊接机器人系统方案采用了一机两工位的模式，H型布置方式，如图2所示，即机器人本体固定在两个自制的焊接定位平台之间，一个工位的焊接机器人在工作时自动焊接一侧的工件，另一个工位的工件可以交替装卸。

图2焊接机器人总体方案

为了保证工件安装定位的精度，减少机器人焊接追踪的次数，保证机器人焊接轨迹与工件要求的焊接轨迹一致，在工件和焊接定位平台上设计了定位销孔，通过一侧两个销钉的形式实现连接板在焊接操作平台上的精确定位。

2.机器人本体的选择

机器人本体采用六自由度汤山松下关节式焊接机器人，配有松下全数字脉冲焊机电源，并配有自动清枪、线切割、喷油装置和电弧安全保护装置，满足机器人使用过程中的安全保护和清枪需要。

3.焊接工艺的确定

在焊接过程中，用富氩混合气体实芯焊丝代替原来的CO2气体药芯焊丝。富氩保护焊具有熔池可视性好、操作方便、适合全位置焊接的特点。同时，在保护气体的压缩下，电弧在焊接过程中惰性气体的保护下，热量集中，焊接速度快，熔池小，热影响区窄，焊接变形小，抗裂性好，焊接质量好，非常有利于焊接过程中的机械化和自动化。但由于电弧的强光辐射，在焊接机器人的总体方案设计中，需要设计电弧安全保护装置进行安全保护。为了提高焊接效率，采用一次焊接成型工艺，避免焊接机器人重复定位导致生产效率降低。

4.焊接电源的选择

通过对各种电源的试用，并针对试用过程中出现的问题，结合材料、形状特点、尺寸精度要求、焊缝长度和位置特点、焊接工作量和机器人工作效率，焊接机器人系统采用全数字化脉冲气体保护焊电源，即脉冲MIG焊接工艺电源。众所周知，焊接过程中电弧控制的准确性决定了焊接质量的好坏。由于采用了数字化技术，控制系统的反馈时间比传统焊机减少了几个数量级，提高了反馈的精度和灵敏度。采用脉冲焊接时，可以提供合适的脉冲波形，并有效控制每个脉冲只过渡一个熔滴，使得整个焊接过程中弧长保持不变，焊接过程中几乎没有飞溅，可以实现超低热输入焊接。同时可以克服传统GMA焊机在焊丝末端会形成一个球，影响再燃弧的缺陷，达到焊接质量和焊接效率的最佳匹配。

5.焊丝直径的选择

结合焊接质量和焊接效率的需要，选用f1.6mm实芯焊丝作为焊丝，可以满足连接板的实际焊接需要，有利于焊接效率的提高。

6.焊接参数的确定

(1)电弧电压和焊接电流电弧电压是短路过渡的关键参数。匹配电弧电压和焊接电流可以实现飞溅小、焊缝成形好且稳定的焊接过程。通过多次试验，确定电弧电压为20~25V，焊接电流为200~260A。

(2)焊接速度提高，焊缝宽度、深度和残余高度减小，容易产生咬边、气孔和未焊透等缺陷；如果焊接速度过低，容易造成烧穿、组织粗大、焊接变形大等问题。

通过多次实验，确定焊接速度为400~800mm/min，焊接起弧时间为0.5 s，收弧时间为0.5 s，机器人空走时间为/1.5s。

(3)用80%Ar和20%CO2的混合气体确定气体混合比和流量，CO2气体纯度99.5%。气体流量的确定应充分考虑室内和室外作业场所的差异。气体流量过低，保护气体劲度不足，焊缝容易产生气孔；流量过大容易浪费气体，同时由于可能出现紊流，保护变差，焊缝表面形成灰色氧化层，降低焊缝质量。一般情况下，气体流量应设定在15~25L/min。

(4)焊丝伸出长度当焊丝伸出长度增加时，焊丝上的电阻热增加，焊丝熔化加快，生产效率高。但当伸出长度过大时，焊丝容易过热，导致熔化飞溅严重，使焊接过程不稳定。合适的伸出长度应为焊丝直径的10~12倍，因此确定本次焊接过程中焊丝的伸出长度为16 mm。

7.机器人在连接板焊接中的实际应用。

在上述方案设计的焊接机器人实际焊接作业中，连接板按照每组四块的固定位置安装在定位平台上。在定位过程中，为了避免增加辅助定位基准带来的成本和工艺的增加，在定位方式的选择上充分利用了连接板本身的结构作为定位基准(见图3)。在这种定位方法中，根据工件的尺寸，以预先在定位平台上加工的定位孔和销柱的内孔为基准，插入两个定位销，就可以实现连接板在定位平台上的精确定位。焊接机器人根据固定的运行轨迹和坐标数据进行编程，可有效实现连接板的精确自动焊接操作。

8.影响

焊接机器人采用上述工艺和方案焊接连接板，工件定位精度高，机器人动作精度准确，焊接轨迹与焊缝重合度高。传统焊接工艺和机器人焊接工艺的焊缝成形如图54、所示。从图中可以明显看出，机器人形成的焊缝美观饱满，焊接效率和质量明显提高；而且使用实心焊丝后，不用清理焊渣，对改善工作环境、降低工人劳动强度带来了明显的效果，也为企业全面使用自动化、智能化、高效化的焊接机器人奠定了良好的应用基础。