浅析焊接自动化方案（浅析焊接自动化方案）

本文以电梯下梁的自动化项目为例，介绍了在电梯轿厢生产中，自动化焊接项目的准备及准备方案，并分析了在项目制造过程中的产品设计及实际应用的相关性。

随着智能制造进入到制造领域后，自动化生产已经成为公司提高其影响力和扩大产品规模的有效途径，成为公司赢得市场的有效手段。自动化工作站项目，从常规堆垛、焊接、搬运转移到数据收集、智能制造，都是一步一步前进的，本文从焊接自动化项目的三个方面，方案的前期设计，工装夹具说明，场地布局及节拍进行分析和阐述说明。

焊接机器人的选型

机器人自动化焊接项目必须对所选择的机器人型号，性能有所熟悉和掌握，特别是项目所针对的产品材料信息、来料状态、工艺需求及检验要求是否有特殊的规定和特定的需求，同时也应了解设备的功能、技术参数信息以及应用的环境等方面的内容，综合性地给出规划的方案信息。

机器人常规为6 轴机器人（工装夹具使用的为7 轴或多轴均为外部轴，配合机器人的制造所使用），根据焊接产品的工艺需求（MIG,MAG,TIG,SUP,CO2 等）、尺寸参数（臂展长度、载重量等）、结构状态进行设备型号的选择。本次举例选择ABB 1410-5/1.44 型机器人，配合MAG 焊接工艺，来对电梯下梁产品进行焊接，具体参数信息见表1。

表1 焊接产品信息 （单位：mm）

需要根据具体的参数信息、工艺信息，选择机器人型号，产品最大尺寸为1400mm，选择机器人型号为ABB1410-5/1.44 ，即可覆盖产品尺寸规格变化范围，同时考虑机器人的重复定位精度，是否在控制范围内，因为重复精度决定了焊接过程的一致性，高度的重复定位精度不仅体现了机器人的准确度，也避免因重复定位精度差，导致焊接质量达不到要求，最终造成产品的不合格，给企业带来损失。机器人轨迹图及参数信息见图1。

图1 机器人轨迹图参数信息

在初步选择机器人型号的同时，需要考虑到，因布局和产地的限制，需要查阅机器人的功能说明表和轨迹图，确保焊接的可达性，避免降低工作效率，目前可以通过机器人示教软件进行生产模拟和仿真，对机器人的焊接范围，产品空间位置摆放，进行项目的前期评估和确认，提前对机器人生产带来的问题进行识别和改进。

外部设备说明

在前期的模拟和仿真过程中，往往缺少对工装、外部轴、滑台的评估，造成大量的精力放在工装、外部轴、滑台的改造上，增加项目周期和企业的损失。所以需要对工装、外部轴、滑台等外部设备提前进行评估。

焊接工装

焊接工装对项目整体进度起到了重要的作用，工装设计是一门学科，需要经验的积累，机械、电气知识的积累以及对产品的深度认识，在此不过多进行阐述，只是提供一种思路，应对焊接工装的设计。

一般来说，机器人适合标准、重复性低的产品，从而进行大规模制造，所以对焊接工装的一致性（意义等同于机器人重复定位精度的一致性），夹持顺序、定位精度、刚度以及同机器人配合的位置要求，都是设计焊接工装的关键因素，既要保证焊接产品在工装定位位置的准确性，也要保证可以控制焊接完成后的焊接应力变形，需要有适合的刚度。大部分焊接工装的定位选用气动结构，液压、电动或手动作为支撑气动结构来使用，同时随着技术进步，可以考虑使用磁力固定来进行，但是仅针对无磁偏吹的特殊工装，在此需要根据实际情况来选择。同时为了提高产品散热和刚度，常用紫铜和合金材料来制作特殊的衬垫（图2、图3）。

图2 特殊材料模块

图3 紫铜材料模块

外部轴变位器

变位器作为机器人外部轴来进行使用，它的定位精度、翻转、回转精度都直接影响了机器人的重复定位精度和焊接质量，影响着产品最终的质量。

配合焊接工装的变位器的前期设计需要考虑所承担载重，包含工装重量、产品重量，避免超重，选择使用回差小，转动精度高的减速机及齿轮、齿圈，从而减少变位器的转动惯性，加减速度响应快，提高精度需求。变位器参数信息表见表2。

表2 变位器参数信息表

焊接系统配置

根据焊接项目要求，焊接系统中应包含：焊接电源、送丝机、焊枪、冷却系统（有些集成在焊接电源中）、清枪、剪丝系统、防撞系统，如有特殊需求，可考虑增加激光巡位、视觉跟踪、原点TCP 校准等设备辅助系统来提高焊接的质量和效率。

项目存在的问题分析

任何的自动化项目都会存在问题和挑战，在此挑选了常规过程中易发的几个问题进行说明。

焊接工装沿用手动工装

焊接工装沿用手动工装，是部分企业常用的一种生产模式，简单的用机器人替代员工， 但是从制造的角度看，人的灵活度高于机器人的灵活度，人脑的控制高于机器人，由于焊工在焊接过程中是观察着熔池和焊枪的轨迹，随时可以进行调整，相比机器人在生产过程中是根据程序来完成焊接的，在调整和跟踪上存在劣势，这就容易造成简单的照搬手动工装，不仅无法和之前的生产效率相一致，而且可能会因为机器人是大规模生产，从而造成大批量的不良和返工风险。

在制作工装上，思路可以借鉴手动工装，但是从强度、重复精度的角度，需要通过特殊工艺或更改工装设计来满足机器人的制造需求。

焊缝可达性不足

如上述介绍，项目评估前因识别的不全面及工装设计滞后，导致项目在验收阶段发现焊接过程中存在有些焊缝无法完成焊接，或因为焊接位置不适合（如由船型焊更改为立向下焊接），导致产品的焊接质量不良。所以焊接前的仿真模拟，以及对机器人说明书的理解都是必要的。

机器人焊接工艺的选择

机器人的焊接工艺（例如焊接参数、焊接顺序等）不同于人工焊接，机器人的输出参数较为稳定，人工操作的焊接参数，可能无法照搬到机器人上来使用，如照搬参数和工艺，可能会带来焊接变形增加，所以针对机器人制造的特殊性，需要根据项目考虑重新评估焊接工艺。

焊接原材料的管理

机器人对原材料的变化十分敏感，所以使用机器人焊接，需要考虑对焊接的原材料进行控制，所以企业和项目管理人对机器人的理解，不能仅停留在机器替代人工生产的角度。

结束语

机器人的使用是非常广泛的，焊接机器人是其中的一个种类，已经广泛应用于各个行业中，而它与其他类型机器人相比是有其特殊性的，从原材料管理，设备的选择，工艺的确认，人员的培训等方面，都需要进行关注，从而通过机器人工作站来提高公司产品的效率、质量，降低员工的劳动强度。但从企业的角度看，自动化方案的准备和制造不是一朝一夕的，而它的影响和意义也不仅仅是机器替代人，而应该是产业的整体升级，即投之以技术和经验，报之以质量和市场。

——摘自《钣金与制作》 2020年第5期