机电一体化在焊接生产中的应用分析

郭磊

摘要： 通过对该技术的应用，可以促进焊接生产向着自动化和智能化的方向发展，实现对传统焊接生产系统的改造升级。本文从焊接机器人和生产线两个方面对机电一体化在焊接生产中的应用进行了探讨，希望对焊接生产工作能够有所裨益。

关键词： 机电一体化；焊接生产；焊接机器人

引言：现代化的焊接生产已早已摆脱了手工操作的模式，它已经发展成为了一种精密加工手段，通过将机器人、智能化生产线与焊接工艺进行集成应用，能够解决传统焊接生产存在的质量控制难、生产效率低等问题，在使人们获得高质的产品焊接和高效的生产节奏方面具有重要意义。本文从机器人和智能生产线两个方面对机电一体化在焊接生产中的应用进行了探讨，希望能对推动焊接生产技术的发展提供借鉴。

1 机电一体化内涵及要求概述

1.1 机电一体化内涵

所谓机电一体化是指从系统的角度出发，对机械技术、电子技术、计算机信息和网络技术、自动化控制技术以及传感器技术等进行综合应用，从而达到对系统各个功能模块的合理组织和优化配置，进而使生产系统运行最佳化的系统工程技术。从上述定义不难看出，机电一体化是一个综合性的概念，它不仅涉及到众多先进技术的集成应用，还包括落实这些技术应用的产品，即机电一体化技术产品。机电一体化已经成为了目前工业界发展的重要技术基础，它带动很多传统工业实现了升级改造。在“工业4.0”等先进理念的影响下，在“中国制造2025”等重大战略实施的关键阶段，机电一体化还在不断地被赋予更多新的内涵，这些决定了产业升级转型的过程中离不开机电一体化的应用。机电一体化是一项系统工程技术，它是很多先进科技融合应用的成果，经过实践发展，衍生出了几项核心技术。

1.2 工业领域对机器人的应用要求

1.2.1 机械零件制造精度

工业机器人属于中小型的精密加工制造设备，相对于大型机械制造设备而言，其设计精度要求较高，对机器人中各个零件精度要求较高，由于机器人在工业领域中的应用较为精密，因此为了保证最终的运动精度，在机器人各个机械部件的制造加工過程中对其精度有较高的要求，否则无法满足机器人运动精度的要求。

1.2.2 传动系统精度

机器人运动必然涉及到动力的传递，从机器人各轴的驱动电机传送至末端位置的过程中，各个传动件的精度都会影响机器人末端的运动精度。由于工业机器人对运动精度要求较高，目前国内的技术无法制造高精度减速器，国内现有的机器人的减速器大多采用日本生产的RV减速器和行星齿轮减速器。

1.3 机电一体化核心技术分析

将对机电一体化的主要核心技术进行简单介绍：

1.3.1 机械技术

机电一体化是“机”和“电”的有机结合，而“机”主要指代的就是机械设备及其相关技术，所以机械技术是机电一体化的基础。目前为了适应工业生产机电一体化的发展趋势，机械技术也更加注重对各种高新技术的应用，力求在结构、材料以及性能上实现优化，缩小体积、提升稳定性和性能。

1.2.2 计算机信息和网络技术

机电一体化系统涉及各种信息数据采集、传输、存储、计算分析以及决策等功能，这些功能的实现离不开计算机信息和网络技术的应用。

1.3.3 系统技术

机电一体化的本质是一门工程系统技术，它是相关高新科技综合应用的结果，离不开系统技术的应用。只有从系统和全局的角度出发，将生产系统分解成若干功能的模块，对这些模块进行合理组织和优化配置，才能促使生产系统的运行效益得到最佳。

1.3.4自动控制技术

机电一体化与传统的人工操作模式有着显著差异，这种差异的一个重要体现就是自适应控制，包括对系统的运行状态进行实时调节、对系统设备进行自动校正、对生产加工质量进行自动检测和误差补偿等，这些也都是自动控制技术的研究应用领域。

2 机电一体化在焊接生产中的应用

2.1 焊接机器人

焊接机器人是机电一体化在焊接生产中的一个典型应用，是完成现代化焊接作业的重要机电产品，也是很多现代化生产系统的重要组成单元。焊接机器人自诞生以来经过了多代发展。早期的焊接机器人因为无法对生产环境和加工结果进行有效感知，仅仅是对工人的操作方式进行再现，存在一定的质量误差问题。在此基础上，诞生了具有一定感知能力的焊接机器人产品，这类产品往往集成应用了视觉、力觉等传感器，可以对外在环境和生产质量进行测量感知，但不具备自行决策功能。目前发展出的最新一代的智能焊接机器人，不仅具有感知功能，还能根据所处环境进行一定程度的自行决策，即按任务进行动作规划和自适应编程。这也是当前焊接机器人研究的热点前沿领域。与传统焊接生产系统不同，焊接机器人的应用开拓了一种柔性自动化生产方式。它使得单件、小批量生产也可以依靠机器实现，克服了传统生产设备依据专用设计，仅适用于中、大批量生产的缺陷。焊接机器人的应用还弥补了人工操作的缺陷。因为焊接生产环境往往都比较恶劣，工人在这种环境下长期作业很容易产生疲劳，导致人工焊接的质量稳定性和一致性受到影响。焊接机器人不会疲劳，它可以不间断地进行作业，不仅生产效率极高，而且工作状态和焊接质量都可以维持稳定，极大地改善了生产条件[1]。按照实际用途分类，焊接机器人又可以进一步被细分为点焊机器人和弧焊机器人两类，下文对这两类焊接机器人进行了详细探讨：第一，点焊机器人。该类机器人主要是为了实现点焊操作的自动化，其运动方式主要是点位控制。与人工点焊作业相比，点焊机器人可以根据程序规划的路径迅速完成多点定位，具有定位精度高和焊接质量好的优点。第二，弧焊机器人。这种机器人的受控运动方式是基于连续轨迹的，在焊接操作中，焊枪可以按照预期规划的轨迹和速度运行，进而形成焊缝[2]。在现代化的生产系统中，点焊机器人和弧焊机器人一般会进行结合应用，比如将两者同时应用在一个工站上进行协同作业。这样的应用方式更加利于组成柔性生产系统，能够对不同类型的工件进行高效加工。

2.2 焊接生产线

焊接生产线是将焊接作业过程中需要的各种上料、卸料、焊接以及无损检测等设备进行集成，并按照焊接操作的工艺流程进行有序排列而形成的机电一体化作业线。焊接生产线主要可以分为刚性和柔性两种。前者属于传统的自动化生产线，其设备一般是根据专用化进行设计，虽然在单独工序上实现了自动化，但缺乏灵活性，不能很好地适应单件、小批量的生产模式；后者属于典型的柔性生产系统，它通过不同设备的协同作业，可以满足工件变位等复杂作业需求，能够很好地适用小批量、多品种的产品生产方式，对快速响应市场需求具有重要价值。柔性焊接生产线是目前焊接生产线的一个主要发展趋势[3]。在柔性焊接生产线中，控制主站可以对焊接生产线的各个环节进行信息采集，进而实时地掌握生产状态。在此基础上，对生产过程进行合理调度和优化，可达到生产效益的最大化。柔性焊接生产线的工作单元大量采用机器人和计算机控制协同作业的模式，方便对不同工件进行高效加工。

结论：

总之，随着智能化技术的应用水平在工业生产中不断提升，将焊接生产线与智能化技术进行深度融合，必将促使柔性焊接生产线向着更加智能化的方向发展，这必将会给制造业带来巨大的变革。

参考文献

[1]王晓平.机电一体化技术在机器人领域中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（14）：88.

[2]戴明文.机电一体化在农业机械上的作用分析[J].农机使用与维修，2018（05）：21.

[3]李轩，杨楠.浅谈焊接机器人在汽车生产中的应用[J].科技展望，2016，26（08）：66.