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牛,KUKA焊接机器人在工程机械制造中原来这么好用啊?

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录公司主要生产平地机、压路机等工程机械,铲刀作为平地机关键核心部件之一,其组对尺寸、焊接质量、加工精度以及外观质量都非常重要。尤其对于铲刀的结构件铲刀体的焊接质量要求达到一级焊缝,这就对焊接人员的焊接技能、设备性能、设备稳定性等方面提出了较高要求。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录工业机器人不仅能够实现焊接自动化生产,解放劳动力,提高焊接效率,而且焊接质量稳定,可保证精度和产品焊缝美观,也便于组织生产和自动化管理,因此工业机器人在我公司被广泛应用。本文就KUKA机器人在平地机铲刀体自动化焊接应用状况及技术特点进行阐述。

2. 铲刀体结构及焊接工艺

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录铲刀体主要由刀架板、上滑道、下滑道及油缸座板等组成(见图1),属于典型的长条形框架类结构,不仅焊缝数量多,大部分为长焊缝,而且整体焊缝质量要求很高,尤其是刀架板弧形板处连接焊缝要求为一级,其他处焊缝也要达到二级要求,焊缝外观质量全部要求为一级。

平地机生产初期,由于制造水平落后,人力成本高,工业机器人等自动化设备还没在工程机械制造业应用,公司平地机焊接生产处于机械化阶段,铲刀体制造主要采取机械式工装进行组对,然后进行人工地摊式焊接。在焊接过程中需要用焊接支撑架固定焊接,为得到较好焊接位置需要用行车吊装翻转至船型位置,这样不仅存在较大的不安全因素,而且由于焊缝长约4m,工人无法一次性焊完,需要停留几次才能完成一道焊缝。采用上述方法,导致铲刀体焊缝质量受人员技能水平的影响,一些关键焊缝会出现气孔、未熔合、未焊透、弧坑等焊材缺陷,经常返修,不仅降低了铲刀的生产效率,而且人员操作环境恶劣,焊接劳动强度大。

3. 工艺改进

随着企业的发展,公司越来越重视生产能力的提升,组织实施了产品生产技术的升级换代,为此引进一台工业机器人应用于铲刀体的焊接。我公司选用KUKA KR16 L6-2型六轴天吊式焊接机器人,采用KUKA KRC2控制器,德国原装进口EWM焊机,一套头尾式标准旋转变位机以及龙门式3轴移动装置组成的焊接机器人系统(见图2)。该系统操作时焊接机器人和变位机能够实现联动,完成焊接过程(见图3)。

图2  KUKA焊接机器人系统示意

图3  机器人焊接铲刀体

具体操作如下:

(1)机器人焊接装夹工装 铲刀体采用机器人焊接前,需要一套固定装夹工装。首先进行了变位机的装夹方案制定与验证工作。利用原有装夹工装基础上改造,并结合铲刀体的结构,优化定位方式、装夹方式,两端采用弧形固定板,直接焊接在原有工装上,不影响原有工装的使用,达到了工装的通用性;然后在弧形固定板上按照铲刀体的铲刀安装孔的位置钻通孔,通过孔对中和弧面贴合铲刀体放置到工装上,用螺栓和螺母将其固定牢靠,可实现变位机360°旋转。

(2)编程顺序 编程属于机器人焊接比较重要的过程,好坏直接关系到工件的焊接质量和焊接效率。我公司采用示教器运行方式,将工件通过变位机旋转至合适位置,移动机器臂空间位置到达需要焊接的位置,建立空间点,调整好机器人焊枪的姿态;为了日后工件焊接位置的稳定性,先编制机器人寻找工件的点,每一个位置寻点全部编制完毕,然后编制焊接程序,通过寻点的位置赋值给焊接的起始点和收弧点。由于铲刀体多为弧形结构,焊接程序设置为圆弧编制,为了获得船型最佳焊接位置,还需要配合变位机同时旋转,记录寻位点和焊接位置点,修改并保存焊接参数,最后模拟焊接过程调整焊枪角度和焊接参数,首件进行工艺验证,寻位功能实现铲刀体批量焊接。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录(3)焊接工艺 采用机器人自动焊接,主要有焊枪摆动控制、焊接参数控制、焊枪角度及干伸长控制、多层多道焊控制。

下面对机器人焊接工艺过程控制进行阐述:首先,焊枪摆动参数包括摆动方式、摆动类型、摆动频率以及摆动宽度极点位置停留时间,通过调整以上参数优化铲刀体的焊枪摆动,确定焊枪的角度和干伸长度。根据不同坡口类型及坡口尺寸选择合适的摆动方式、摆动类型、摆宽。其次,焊接参数控制,焊接参数主要包括起始点和收弧点焊接电流、电弧电压,焊接过程中焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量。各个参数之间要合理匹配,只有经过工艺验证才能使用,否则会造成焊接时飞溅增多堵住焊枪口,或者产生未焊透、咬边及弧坑等焊接缺陷。由于该EWM焊机为一元化调节,所以只需设置合理的焊接电源和焊接速度即可,焊接参数根据不同焊脚大小选择,具体参数如附表所示。由于铲刀体属于关键部件,因此焊缝焊脚比较大,多为15mm以上,这时需要采用多层多道命令才能完成要求。KUKA焊接机器人设置有多层多道焊命令,调用该命令时,需调整焊枪姿态和焊接参数方可完成。

4. 机器人焊接特点

铲刀体机器人焊接具有以下优点:①采用机器人焊接,焊缝可达率90%以上,基本实现了机器人全位置焊接,下来只需人工找点焊补。②通过机器人寻点功能,可实现铲刀体焊接大批量生产。③提高焊接质量,且能保证均一稳定。因为每条焊缝焊接参数都是固定的,焊缝质量受人为因素影响较小,降低对焊工操作技能的要求。④改善焊接环境,工人只需吊装和拆卸铲刀体,焊接时不需要其他操作,避免弧光、烟雾和飞溅。⑤提高生产效率,产量质量容易控制。机器人焊接可以连续作业,节省人工焊接翻转占用行车的时间,同时消除了翻转铲刀体的安全隐患,机器人生产节拍是固定的,安排生产计划明确。⑥生产柔性化,相同类型的铲刀体通过改变焊接机器人程序就可以焊接,不需要购买焊接设备就能实现自动化焊接,体现了焊接机器人在铲刀体焊接的柔性化生产。

焊接机器人在工程机械制造业使用是必然趋势,但由于自身的特点还存在很多不足:例如一次性购买整体设备,投资大,系统结构复杂,本体部件都是进口件,价格昂贵,国内没有可靠的生产能力;对设备维修要求很高,一旦过质保期,厂家维修价格贵;编程、故障排除、软件运行等需要专业培训,才可以上岗。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录经过铲刀体首件工艺验证,所有焊缝达到要求,目前已经批量运用机器人焊接,替代了原来人工地毯式焊接,降低了工人劳动强度,消除了行车翻转存在的安全隐患,同时提高了焊缝质量、生产效率,满足其他类型铲刀体的柔性化设计,符合公司的“降本增效”的要求。下一步将继续推广机器人自动化焊接在工程机械制造业的应用,不断提高焊接自动化水平,提升产品的核心技术竞争力。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录文章来源:《金属加工(热加工)》2018年第9期

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