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摘要：近年來(lái)，工程機(jī)械焊接自動(dòng)化已經(jīng)不是一個(gè)新鮮的詞匯，中國(guó)的工程機(jī)械制造行業(yè)迎來(lái)了歷史的轉(zhuǎn)型期，自動(dòng)化焊接設(shè)備的接入決定了企業(yè)的生產(chǎn)能力及核心競(jìng)爭(zhēng)力。文章針對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化焊接設(shè)備；工程機(jī)械制造；自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)；焊接機(jī)器人；焊接電源

工程機(jī)械制造業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要一環(huán)，無(wú)論是從國(guó)家戰(zhàn)略角度，還是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度，加速工程機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)展都是重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。在這種環(huán)境下，要想成為行業(yè)的領(lǐng)軍人物和領(lǐng)跑者，如何應(yīng)對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備這項(xiàng)機(jī)遇和挑戰(zhàn)成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵。本文將就自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)和焊接機(jī)器人作為切入點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)上的比較分析，并對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。

1自動(dòng)化焊接設(shè)備

1.1自動(dòng)化焊接設(shè)備概述

焊接自動(dòng)化是指將自動(dòng)化、智能化的控制系統(tǒng)和焊接工具有機(jī)結(jié)合，如焊接胎夾具、裝夾定位和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)效率、質(zhì)量的大浮動(dòng)提升和人工等成本的降低，主要應(yīng)用于大規(guī)模的批量生產(chǎn)。自動(dòng)化焊接設(shè)備主要常用設(shè)備包括自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)和焊接機(jī)器人等。自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)和機(jī)器人的使用大大提高了生產(chǎn)效率，提升了制造質(zhì)量，同時(shí)也減輕了工人的工作量和工作強(qiáng)度，最為重要的是自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了二十四小時(shí)的連續(xù)穩(wěn)定工作，極大程度地代替了人工勞動(dòng)。在工程機(jī)械、礦山機(jī)械和船舶制造等需要廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)的行業(yè)，自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用是一項(xiàng)重大的科技改革，起到了提高企業(yè)生產(chǎn)能力的決定作用。

1.2自動(dòng)化焊接設(shè)備的主要特點(diǎn)

自動(dòng)化焊接設(shè)備主要具備以下四個(gè)特點(diǎn)：

1.2.1大型化、組合化。目前已研制成功多種大型的自動(dòng)化焊接設(shè)備，用于大型或中型的焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，如中重型厚壁容器焊接中心、箱型梁焊接生產(chǎn)線、集裝箱外殼整體組裝焊接中心等。有些大型的焊接中心占地面積可達(dá)整個(gè)車(chē)間。

1.2.2數(shù)字化、智能化。焊接過(guò)程中的數(shù)字化、智能化的實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜得多。數(shù)字化、智能化控制不僅需要考慮到焊件接縫裝配間隙的誤差，還要考慮到焊件的形狀和焊接過(guò)程發(fā)生的熱變形等，因此對(duì)傳感技術(shù)的要求特別高，同時(shí)還需要先進(jìn)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)作為技術(shù)支持。針對(duì)復(fù)雜程度較高的焊接工作，甚至還需要計(jì)算機(jī)軟件的輔助。

1.2.3高精度、高質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，焊接機(jī)器人和焊接操作機(jī)行走機(jī)構(gòu)的定位精度在0.1毫米之內(nèi)，與焊接機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)的定位精度在0.05毫米以?xún)?nèi)，因此自動(dòng)化焊接設(shè)備一直受到大型工程機(jī)械制造企業(yè)的青睞。

1.2.4管控一體化。利用多種計(jì)算機(jī)軟件，通過(guò)局域網(wǎng)將生產(chǎn)、制造的管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)工作和遠(yuǎn)程監(jiān)控等，在出現(xiàn)故障時(shí)，也可以通過(guò)自動(dòng)化的管控實(shí)現(xiàn)診斷和維修。

2自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)與焊接機(jī)器人的比較分析

2.1自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

2.1.1自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)結(jié)構(gòu)。自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)主要由焊接系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。需要人工或機(jī)械手來(lái)上下工件，通過(guò)焊接夾具完成工件的固定和定位，并自動(dòng)啟動(dòng)電源的電弧，自動(dòng)送絲、自動(dòng)移動(dòng)、自動(dòng)退回，人工或機(jī)械手再取下工件。焊接系統(tǒng)包括焊接電源和焊槍?zhuān)瑱C(jī)械系統(tǒng)主要由床身機(jī)構(gòu)、工裝夾具、工件輔助支撐機(jī)構(gòu)、焊槍微調(diào)機(jī)構(gòu)、焊接工件和焊槍移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。電氣系統(tǒng)主要控制夾具的裝夾和定位，焊機(jī)的啟動(dòng)和停止，焊槍或工件的運(yùn)動(dòng)，輸送裝置等。

2.1.2自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)的應(yīng)用。自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)主要采用雙絲焊接，如在推土機(jī)的生產(chǎn)中，可以應(yīng)用于主臂焊接、車(chē)架的主焊縫等。焊接專(zhuān)機(jī)的使用大大提高了生產(chǎn)效率，一般為人工單絲焊接的2倍，此外同人工焊接相比，焊接專(zhuān)機(jī)焊接的焊縫沒(méi)有斷弧，且雙絲焊接的熔深比較深，因此提高了焊縫的力學(xué)性能。自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)自適應(yīng)控制類(lèi)專(zhuān)機(jī)，是一種自動(dòng)化程度較高的焊接設(shè)備，通過(guò)配備的傳感器和電子檢測(cè)線路，對(duì)焊縫的軌跡自動(dòng)跟蹤導(dǎo)向，有的甚至可以完成對(duì)參數(shù)的設(shè)置和調(diào)試。此外還有智能化的焊接專(zhuān)機(jī)，能夠利用高等級(jí)的傳感器，如視覺(jué)傳感器、觸角傳感器和光敏傳感器，配合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)智能化的參數(shù)調(diào)試，人工操作簡(jiǎn)便，但是由于很多條件限制，實(shí)際生產(chǎn)工作中還很少被應(yīng)用。與焊接機(jī)器人相比，自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)具有更高的性?xún)r(jià)比。焊接自動(dòng)化專(zhuān)機(jī)對(duì)焊件的直線和曲線焊縫的焊接具有一定優(yōu)勢(shì)，適合大批量的生產(chǎn)。不但焊接效率高，焊接過(guò)程中焊件變形小，焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)操作簡(jiǎn)便、成本低廉、工作安全可靠，因此在實(shí)際工程機(jī)械制造中得到廣泛的應(yīng)用。

2.2焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

2.2.1焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要有機(jī)器人本體和控制器、焊接電源、機(jī)器人外部軸行走機(jī)構(gòu)、焊接變位機(jī)和夾具、操作軟件和弧焊軟件包、傳感系統(tǒng)、工作站輔助及除塵系統(tǒng)等。機(jī)器人本體和控制器是焊接機(jī)器人工作站的重中之重，一般為六軸關(guān)節(jié)型，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力和堅(jiān)固的剛性結(jié)構(gòu)，使用壽命較長(zhǎng)，一般可使用十五年以上。機(jī)器人系統(tǒng)采用數(shù)字化控制技術(shù)，通過(guò)數(shù)字總線連接系統(tǒng)的各個(gè)部分，保證其不受周?chē)拇艌?chǎng)干擾。機(jī)器人控制系統(tǒng)采用多處理器的中央處理系統(tǒng)，具有充分的擴(kuò)展空間和穩(wěn)定性，保證焊接的高精度和高質(zhì)量。在焊接電源的選擇方面，由于焊接機(jī)器人需要較大規(guī)格的焊絲和電流，因此應(yīng)保證在該電流下暫載率達(dá)到100%。建議選擇國(guó)際一流品牌的全數(shù)字的逆變脈沖焊接電源或機(jī)器人公司自有品牌，以保證良好的接口。機(jī)器人的外部軸行走機(jī)構(gòu)是為了應(yīng)對(duì)大型焊件，用來(lái)擴(kuò)大機(jī)器人的工作范圍使用。機(jī)器人外部軸行走機(jī)構(gòu)由機(jī)器人控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制，外部軸與本體軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在選擇方面，同樣建議選擇國(guó)際一流品牌以確保高精度焊接，具有良好的穩(wěn)定性和靈活性，避免發(fā)生較大搖晃和抖動(dòng)情況發(fā)生。焊接變位機(jī)和夾具是為了保證焊接時(shí)焊縫的位置，一般將變位機(jī)的回轉(zhuǎn)軸作為機(jī)器人外部軸，在焊接時(shí)與機(jī)器人相互協(xié)調(diào)。優(yōu)質(zhì)的夾具有足夠的剛性，能夠夾緊焊件而不變形。操作軟件和弧焊軟件包應(yīng)具備基本的常用功能，如外部軸與機(jī)器人控制功能、傳感跟蹤功能、協(xié)調(diào)參數(shù)功能、自我診斷功能、數(shù)據(jù)庫(kù)及編程功能等。此外還需要足夠的功能接口，如打印機(jī)、傳感器和局域網(wǎng)連接接口等。一般來(lái)說(shuō)，傳感系統(tǒng)要包括焊絲接觸尋位、電弧跟蹤和激光跟蹤等。焊絲的接觸尋位主要用于尋找焊縫的起始點(diǎn)。電弧跟蹤主要起到修正焊縫偏差的功能，焊槍在擺動(dòng)中，通過(guò)檢測(cè)電壓和電流，進(jìn)行位置的調(diào)整。激光跟蹤功能具有較強(qiáng)的抗干擾能力，兼具尋位和電弧跟蹤動(dòng)能，一般在打開(kāi)激光跟蹤時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電弧跟蹤和接觸尋位，精度較高，并且速度快，因此價(jià)格也很高。最后一部分即工作站輔助裝置和除塵系統(tǒng)，如保障工作人員安全和保養(yǎng)設(shè)備、增加使用壽命的作用。在有人進(jìn)入機(jī)器人工作的封閉環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)安全模式，停止工作。

2.2.2焊接機(jī)器人的應(yīng)用。目前知名的焊接機(jī)器人仍占主導(dǎo)地位，焊接機(jī)器人具有柔性化和數(shù)字化程度高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接精度高等特點(diǎn)，在改善焊接產(chǎn)品質(zhì)量、提高機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)力方面起到了重要作用。焊接機(jī)器人能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)試以適應(yīng)不同的焊件，特別適合工程機(jī)械制造中品種多、批量小、更新速度快的特點(diǎn)。在復(fù)雜的焊件中，焊接機(jī)器人的表現(xiàn)也更好，能夠適應(yīng)復(fù)雜的焊縫。但同樣，焊接機(jī)器人也具有成本高、操作難度較大的缺點(diǎn)，如弧焊機(jī)器人，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且涉及到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、變位系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品依賴(lài)較大，暫時(shí)還不具備生產(chǎn)水平，價(jià)格較高，因此主要應(yīng)用于大型機(jī)械制造企業(yè)。除了成本高和操作難度大等問(wèn)題，在零件的制作和組裝的精度上還需要進(jìn)一步提高，尤其體現(xiàn)在工程機(jī)械制造行業(yè)：一方面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊縫無(wú)法跟蹤的情況，采用接觸尋位的效率也不盡如人意；另一方面，在焊縫間隙過(guò)大時(shí)，需要手工打底，要提高零件的精度不但成本過(guò)高，而且也無(wú)法保證位置精度。此外，在焊接機(jī)器人焊接完成后，往往還需要人工補(bǔ)焊，如焊槍無(wú)法進(jìn)入的較小的縫隙和位置偏離。顯然，人工智能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人類(lèi)智能，因此還需要不斷改進(jìn)和研究。

3自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

3.1自動(dòng)化焊接設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

由于工程機(jī)械制造企業(yè)之間生產(chǎn)水平和綜合能力相差較大，在自動(dòng)化焊接設(shè)備的使用上也存在較大差距。通過(guò)對(duì)工程機(jī)械制造企業(yè)的調(diào)查比較，如三一重工、山推、太原重工等國(guó)內(nèi)知名企業(yè)和部分中小型企業(yè)，比較發(fā)現(xiàn)，我國(guó)自動(dòng)化裝備在工程機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用率還比較低。隨著工業(yè)水平的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化焊接設(shè)備所占比重也逐年增加，尤其是大型工程機(jī)械制造企業(yè)，是焊接機(jī)器人的主要使用群體，而中小型的機(jī)械制造企業(yè)還相對(duì)落后，急需提高自動(dòng)化焊接設(shè)備的使用率。

3.2自動(dòng)化焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

近十年來(lái)，自動(dòng)化焊接設(shè)備的類(lèi)型和種類(lèi)都有很大的發(fā)展，自動(dòng)化焊接技術(shù)也有了長(zhǎng)足進(jìn)步。從傳統(tǒng)的焊接操作機(jī)、座式變位機(jī)、滾輪架和翻轉(zhuǎn)機(jī)等，到如今系統(tǒng)化、智能化的焊接專(zhuān)機(jī)、焊機(jī)生產(chǎn)線和機(jī)器人設(shè)備。就焊接操作機(jī)而言，從傳統(tǒng)的立柱橫梁式操作機(jī)，到現(xiàn)在多種結(jié)構(gòu)形式的龍門(mén)式、門(mén)框式、臺(tái)式、側(cè)梁式等，可以發(fā)現(xiàn)，焊接操作機(jī)的種類(lèi)越來(lái)越多，規(guī)格越來(lái)越大型化，如10m×10m的重型載人立柱橫梁式操作機(jī)，自動(dòng)化焊接設(shè)備不斷滿(mǎn)足人們的生產(chǎn)需求，在探索、實(shí)踐中不斷完善和進(jìn)步。自動(dòng)化焊接設(shè)備不但具有高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)，還能夠有效地減少傳統(tǒng)手工焊接作業(yè)對(duì)工人的身體健康造成的危害。傳統(tǒng)手動(dòng)焊接作業(yè)很容易受到弧光和高溫的輻射，同時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，不適合于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作。另外，自動(dòng)化焊接設(shè)備能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代生產(chǎn)工藝對(duì)品質(zhì)的更高要求，對(duì)提升企業(yè)形象和核心競(jìng)爭(zhēng)力具有關(guān)鍵作用?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著世界制造產(chǎn)業(yè)重心的轉(zhuǎn)移和我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，高度自動(dòng)化的焊接設(shè)備應(yīng)用已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

隨著工程機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)質(zhì)量和產(chǎn)能的要求也越來(lái)越高，自動(dòng)化水平較高的自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)和焊接機(jī)器人由于其高質(zhì)量、高效率等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到眾多工程機(jī)械制造企業(yè)的青睞和推崇，因此，自動(dòng)化焊接設(shè)備的推廣和普及是工業(yè)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

作者:田鵬 廖秋琴 單位:長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院

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