CLOOS焊接机器人在焊接构架中的应用

潘文彬 陈红红

摘 要：焊接机器人是按照事先编好的焊接程序自动对工件进行加工的高效自动化设备。本文主要介绍CLOOS焊接机器人的工作原理及在苏州地铁转向架构架焊接生产中的实际应用。

关键词：CLOOS焊接机器人;CAROLA机械手;焊接构架

1 CLOOS焊接机械手系统简介

我公司使用的焊接机器人是德国CLOOS公司制造的ROMAT系列机器人，通过试验，调试，目前已经能够用于所有焊接构架的生产。ROMAT系统机器人包括控制柜、机械手、外围设备、示教盒、净化除尘器、焊机、焊丝输送部件、安全设备等主要组成部分。焊接电源选用的是CLOOS公司自己生产的QUITOGLC603全数字化焊机，采用大屏幕液晶显示，电脑化操作界面。可存储20000条焊接参数，内置焊接专家系统一元化调节，具有在线编辑和脉冲功能，这里着重介绍控制系统的工作原理。机器人控制系统由机械手、驱动装置、控制装置、示教盒和传感器组成。

焊接机器人的工作过程：首先，操作人员通过示教盒把作业内容编程输入到计算机的记忆装置（内存），再通过外部启动使机器人从内存中读取信息，然后通过控制装置发出信号给驱动装置，由驱动装置控制机械手按照给定的程序执行给定动作，同时传感器把检测的信息反馈到计算机并于给定信号相比较，经过数字处理后发出控制信号。ROMAT焊接机器人轴的结构为旋转关节设计，它具有手和指头的人的手臂相似，因此在描述机器人机械时，我们经常说“机械手”。机械手与外部设备结合具备两种基本运动：旋转运动，平移运动，它可以达到矩形/球形空间的任何一点。这些操作都是通过示教盒示教实现的，而所用的编程语言就是CAROLA——CLOOS高级机器人语言。

2 机器人在焊接构架生产中的应用

机器人对工件组装、定位要求相当高：首先工件用专用工装夹紧、定位，工件的组装尺寸必须在工艺范围内，焊缝表面要求清洁，无油污、灰尘等杂质，这样焊接出来的产品内部质量、外观都能达到最优，能够更好的反映出整个构架的美观度。当然，如工件变形，工装定位不准时（在机器人能夠修正的范围之内），焊接时机器人能够自动利用电弧跟踪，进行修正补偿，也能获得高质量焊缝。

我在苏州地铁侧梁焊接程序编制过程中，发现侧梁的底板和腹板有两处接近90?的拐角过渡，焊接时会出现铁水超前，溶池成形不好，容易产生未熔合、咬边等缺陷，修补后打磨也非常困难，经分析后，我决定缩小机械手圆弧过渡半径，利用机械手的柔性工作特点和直线变圆弧路径的连续性对它进行小圆弧过渡，同时加大电压，放慢摆动频率使铁水能够均匀铺开。经调试后，拐角处与直线焊缝的过渡非常自然，焊缝外观得到很大改善;根据侧梁焊前和焊后的尺寸变化，对焊接工艺参数和焊接顺序进行跟踪观察和反复修改，争取获得最佳的工艺参数和焊接顺序。机械手设有自动清枪系统，但是自动清枪并不能完全保证把焊嘴内飞溅清除干净，为了实现批量生产，减少返修率，我在每两道焊缝焊完后都加了手工清枪程序，这样可以减少出气孔的可能性。经过一段时间调试后，机械手完成的侧梁长焊缝纹路细腻，外形美观，程序运行稳定，得到工艺部门和质量部门的认可，批量生产的能力已经形成。根据机器人的焊接的工作特点，编制出相应的焊接作业指导书。

2.1 焊接工艺（见表1）

在工作内存中，选择焊接程序，按下启动开关，开始进行焊接。程序运行过程中，每次焊接停顿间隙，检查夹具位置防止工件偏移。这样的焊接顺序可以有效的控制和减少焊接变形。焊接时每层焊缝根据设定好的摆动幅度进行横向摆动以获得图纸要求的焊缝尺寸。

2.2 焊接检验与焊后质量控制

（1）焊接结束后要对焊缝上和周围的焊渣进行清理，焊缝末端打磨坡口，检查侧梁的清洁度。

（2）根据ISO5817标准检查焊缝尺寸及焊缝外观成形。

（3）如有不合格处，通知焊接质检人员。

3 机器人在焊接构架生产中的意义

据统计，焊接机器人占整个工业机器人总量的40%以上，机器人焊接的一致性和稳定性克服了人为因素带来的不足，使产品质量稳定可靠，是工业生产中非常重要的加工手段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响，归纳起来采用焊接机器人有下列主要意义：

（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊丝伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、焊丝伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。

（2）改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光，烟雾和飞溅等，减少对焊工的伤害，使焊工从大强度的体力劳动中解脱出来。

（3）提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。

（4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。

（5）可缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。

4 结论

焊接机器人应用于焊接构架的焊接，能充分发挥焊接机器人长时间作业，焊接规则焊缝的优势。减少转向架关键部件的手工焊接，降低了劳动强度和生产成本，大大提高了焊接构架的生产效率。

参考文献：

[1]王长文.焊接自动化技术及应用[M].机械工业出版社，2017（03）.