焊接机器人在轨道交通装备制造中的应用

焊接机器人在轨道交通装备制造中的应用

程骋

中车大连机车车辆有限公司机车开发部

摘要：焊接机器人这一系统具有综合性和复杂性，为良好应用焊接机器人，应该将应用对象选择好，将工艺准备和工装结构设计工作做好，保证上道工序产品生产管理以及质量可以满足焊接机器人开展工作的要求。并在长时间的使用中积累更多经验，从而在制造轨道交通装备过程中将焊接机器人作用充分发挥出来。
关键词：焊接机器人;轨道交通;装备制造;应用;

引言

随着我国科技水平的提高，工业生产智能化也得到快速发展，焊接工艺作为产品制造加工过程中重要工艺之一，在机械加工、汽车制造、船舶制造、航天航空等领域广泛应用。在人工智能技术的快速发展下，焊接机器人得到了快速发展。焊接机器人可以提高产品的生产效率，改善工作人员的劳动环境，能够保证产品质量的稳定，易于实现产品的优量化生产，并能够推动相关产业自动化升级改造。焊接的自动化以及智能化已经成为制造业发展的必然趋势，焊接机器人已经成为现代化与自动化紧密结合的一大标志.

1焊接机器人技术

焊接机器人通常使用六轴设计来满足所需的焊接要求。所有轴都由交流伺服电机控制，该伺服电机将传感器实时焊接到焊接机上，将传感器接收到的物理信号通过模块反相器转换为数字信号，传递给控制中心进行处理，将执行“焊接燃烧器”操作的相应指令传递给组件，并控制焊接符号和焊缝之间的碰撞。整个系统由完全数字控制控制，系统组件(从电源到焊接)之间的通信速度快、精度高。但是传感器不如经验丰富的工人，他们随时都能补偿正确的动作，所以弯曲的焊接机器人细化了这一功能。喇叭形坡口自动机具有确定焊缝间隙尺寸、深度偏差、凹槽宽度偏差等的能力，并自动调整振动条件和焊接速度，以尽可能精确地补偿偏差。弧形焊接机器人已经是焊接机器人的主要特点。焊接尺寸和零件不同，尤其是在大多数大型组件中，大多数常用焊接方法都很困难，即使焊接很少发生，也可能导致焊接质量差和安全风险。因此，通常焊接的机器人有相应的变压器和刀具夹紧装置。当焊接部位难以到达或无法到达理想焊接位置时，变电站工具会在工作站之间切换。这大大提高了焊接的灵活性和自动化程度，消除了人工焊接的限制和危险。焊接准备工具的运行方式与普通夹紧装置类似，主要适用于各种形式的焊接。它将焊机的位置与每个轴的自由度相结合，以获得良好的焊接效果。保证焊缝质量，提高焊道效率，易于使用。焊接机器人通常配置有清洗枪，使用机器手枪在工作时间内从清洗模板中清洗，以清洗安装在焊接喷嘴上的焊接准备，或者设置相应的传感器，以便对焊接喷嘴的位置作出实时反应并处置。

2焊接机器人的分类

2.1工艺方法分类

结合市场的需求，焊接机器人主要有弧焊机器人、点焊机器人、激光焊机器人、等离子焊机器人和搅拌摩擦焊机器人等，目前弧焊机器人和点焊机器人在生产中应用较为广泛。弧焊机器人作业方式主要是熔化极焊接作业和非熔化极焊接两种，作为连续性可进行长时间焊接作业特种设备，其特点是生产效率高、焊接质量高和稳定性好等；点焊机器人结构组成主要是焊接机器人的本体、驱动系统、控制系统、焊接系统等组成，点焊机器人具有结构简单、易操作、生产率高等优点，同时点焊工艺主要应用于金属薄板的焊接，被广泛用于汽车制造业和航空航天生产等工业领域.

2.2驱动方式分类

按照驱动方式主要将焊接机器人分为液压驱动型、气压驱动型和电气驱动型。液压驱动是将压力能转变成机械能实现的，其工作介质为液压油。该驱动方式特点是具有较高的功率重量比，驱动力较大，在重载运输上具有较大优势，结构简单，体积小，控制性能好，精度较高，对外部环境要求不高，有很强的适应能力；气压驱动和液压驱动相同，也是将压力能转变成机械能实现力的传递，但其工作介质为空气。空气通过空气压缩机后，具有可控的压力作为输出动力源，实现能量的传递。气压驱动系统的特点是成本低、气源方便、系统安全可靠、结构简单，同时，因为空气的物理特性，被压缩后不会产生黏性过大的特征，因此，使用气压驱动装置可以实现执行动作迅速变化，控制速度和执行速度快，其产生的废气不会污染环境，但精度较差；电气驱动主要是利用各种电动机，电机产生力和力矩进行控制机器人运动，电机输出动力经过机械传动去驱动执行机构，从而使机器人实现各种运动。电气驱动易于操作且成本较低，适合用于大功率机器人。电气驱动常见有：步进电机驱动、直流伺服电机驱动和交流伺服电机驱动，其中步进电机的定位精度高，但控制系统复杂，且速度的调节范围较小.

3焊接机器人及其应用

3.1焊接机器人在制造交通轨道装备中的具体应用

在制造交通轨道装备过程中焊接机器人的应用有以下几种：①焊接HXD3C型电力机车的底架牵引梁横梁、中梁横梁以及旁承梁横梁等外部焊缝；②焊接HXD3C型的电力机车底架牵引梁整体、中梁整体以及旁承梁整体等外部焊缝；③焊接HXD3C型电力机车的转向架构架牵引梁、前端梁、后端梁、中梁、右侧梁及左侧梁等外部焊缝；④焊接LTZ-800型处理路基车转向架构架的侧梁外部焊缝；⑤焊接各类出口机车和调车机车的箱型梁外部焊缝；⑥焊接风缸环焊缝以及纵焊缝。焊接机器人的特点是具有稳定的焊接质量、优美焊缝外观等，其可通过寻找以及示教功能，利用编程对程序进行优化，以实现批量生产。在这之中焊接机器人选用L型变位机的，因为变位机能够灵活地进行位置摆放，设计开发其工装，在焊接多种钢结构上都适用。

3.2焊接件要求

因为焊接机器人可以熔透的缝隙最大为1mm，超出1mm后，将会烧穿把坡口，使铁液流出，阻碍着焊接工作顺利进行。能否进行打底焊，需要按照焊缝不同的使用经验，以此总结出了焊接间隙控制数据。

3.3选择合理的机器人焊接设备

自动化焊接机器人生产线是由多种机械设备所组建而成的。这些设备自身的性能和技术参数也成为影响整条生产线生产效率和质量的关键问题所在。当前只有得出最佳的生产线匹配机械，才能够发挥出最佳的生产效能。如若是所提供的各种夹具等小部件不符合加工的需求，则会导致质量事故出现。
结束语

通过上述分析可知，工业生产中应用焊接机器人进行焊接，将比传统人工焊接效率高很多，也可以将焊接质量提高，有效呈现出焊接的智能化、自动化和柔性化优势。在制造轨道交通装备中，使用焊接机器人是现阶段发展技术的一个重要方向。加强对焊接机器人应用的研究，不断在实践中积累经验，推广焊接机器人在铁路机车生产中的应用，促进这一技术进一步发展。
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