淺析ABB機(jī)械臂自動(dòng)化焊接工藝

李天普

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹ABB機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，然后結(jié)合橫梁鋼管與連接座焊接實(shí)例，具體研究ABB機(jī)械臂的自動(dòng)化焊接技術(shù)原理和參數(shù)控制要求，為ABB機(jī)械臂在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用進(jìn)行有益的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：ABB機(jī)械臂；自動(dòng)化焊接工藝；參數(shù)控制

1 ABB機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理

ABB機(jī)械手臂又稱關(guān)節(jié)機(jī)器人，多數(shù)有6軸，6個(gè)關(guān)節(jié)可聯(lián)動(dòng)、也可以單個(gè)的運(yùn)動(dòng)、也可沿著X＼Y＼Z三個(gè)坐標(biāo)方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三維柔性工作。ABB機(jī)械手包括控制裝置、懸式示教作業(yè)操縱按鈕臺(tái)、操作箱和機(jī)器人主體等幾個(gè)部分。除此以外，機(jī)械手上還配裝了兩軸旋轉(zhuǎn)變位機(jī)，適用于轉(zhuǎn)向架橫梁鋼管與連接座、橫向止擋座的焊接作業(yè)。

ABB自動(dòng)化焊接機(jī)械臂的主體結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理如下：控制系統(tǒng)：由微型計(jì)算機(jī)和控制箱組成。控制箱主要包括焊槍位置控制模板、輸入/輸出接口電路以及功率驅(qū)動(dòng)電路等組件；微型計(jì)算機(jī)不單單是指主機(jī)和鍵盤，還應(yīng)該有配套的顯示器和輸入/輸出設(shè)備。焊槍位置控制模板：焊槍位置由相應(yīng)的機(jī)械電弧擺動(dòng)模板、弧壓控制模板以及調(diào)控信號(hào)等組件進(jìn)行調(diào)控。在管道360度自動(dòng)焊接的過程中，操作員應(yīng)該多注意焊槍位置，根據(jù)焊接需要隨時(shí)調(diào)整焊槍的位置。

焊槍焊接方式：用來調(diào)控焊接工藝參數(shù)的旋鈕由專用的焊接電源進(jìn)行控制，調(diào)控按鍵主要分布在機(jī)頭或?qū)ｉT的箱盒內(nèi)。在焊接時(shí)，可對(duì)照所需的工藝參數(shù)，用旋鈕和相應(yīng)的按鍵進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

2 ABB機(jī)械臂焊接工藝

經(jīng)濟(jì)型點(diǎn)焊機(jī)器人適用于任務(wù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度較大、焊點(diǎn)分布相對(duì)簡(jiǎn)單的工況，并且對(duì)作業(yè)環(huán)境不挑剔。通常要求焊接機(jī)器人的傳動(dòng)精度要高于其周邊設(shè)備。要實(shí)現(xiàn)高效率焊接，需要兩個(gè)前提：一是下料精度要，產(chǎn)品一致性高，才能更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。二是工件的裝配精度要高，裝配誤差小于焊絲的直接。

2.1ABB機(jī)械臂自動(dòng)化焊接操作流程

ABB機(jī)械臂自動(dòng)化焊接的操作流程如圖1所示。

2.2關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

2.2.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定

按照焊接要求，焊接機(jī)械臂須采用5軸聯(lián)動(dòng)式運(yùn)動(dòng)模式。其伺服系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)部件通過快速步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行操控。開環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造單一，易于調(diào)整和維護(hù)，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定

為確保主機(jī)傳動(dòng)精度和作業(yè)過程的穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)參考以下幾點(diǎn)來裝配設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置：一是傳動(dòng)元件和導(dǎo)向元件的摩擦系數(shù)盡可能最?。欢莻鲃?dòng)間隙盡可能為零；三是傳動(dòng)鏈不宜過長。

2.2.3確定機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)及布局

①確定機(jī)械臂的外觀尺寸以及各局部結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)布局。②將運(yùn)動(dòng)部件放開到極限自由度，對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)校。③確定控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件和執(zhí)行部件的間距及相對(duì)位置。

2.2.4協(xié)調(diào)控制

按焊接要求對(duì)各機(jī)械臂和變位機(jī)進(jìn)行操控，保持工件與焊槍的相對(duì)姿態(tài)，嚴(yán)防焊接過程中工件與焊槍之間發(fā)生磕碰。

2.2.5精確焊縫軌跡跟蹤

機(jī)械臂的視覺傳感器和激光傳感器支持離線作業(yè)功能，焊接時(shí)應(yīng)該擅用這一功能，通過激光傳感器跟蹤監(jiān)控對(duì)焊縫的焊接過程，以實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂焊接動(dòng)作的柔性，特別是提高機(jī)械臂對(duì)復(fù)雜工件的適用性。

3實(shí)踐研究——ABB機(jī)械臂在梁管焊接中的應(yīng)用

下文以ABB機(jī)械臂在橫梁鋼管和連接座焊接工藝中的應(yīng)用為例，對(duì)ABB機(jī)械臂的焊接工藝進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.1坡口及焊縫型式

橫梁鋼管與連接座為對(duì)接雙面環(huán)焊縫，內(nèi)側(cè)焊縫型式為5V，外側(cè)焊縫型式為10U。橫梁鋼管與連接座的坡口為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

3.2焊絲與保護(hù)氣體

橫梁鋼管與連接座的焊絲選用ISO14341-A-G424MG3Si1，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。

3.3工藝參數(shù)及焊接順序

將橫梁管與連接座放在工裝內(nèi)點(diǎn)固，點(diǎn)固四處，每處點(diǎn)固30～40mm，點(diǎn)固后需將點(diǎn)固焊縫兩側(cè)打磨呈至少50°的斜坡，清除點(diǎn)固焊縫中存在的氣孔、表面裂紋等焊接缺陷。先用機(jī)械手對(duì)稱焊接橫梁鋼管與連接座內(nèi)腔焊縫，背面清根后對(duì)稱交替焊接橫梁鋼管與連接座的打底層、填充層、蓋面層。保證層間溫度低于200℃，焊接參數(shù)如表3所示。

3.4焊后無損探傷

為進(jìn)一步檢測(cè)焊縫內(nèi)部是否存在缺陷，需對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)。磁粉探傷對(duì)于表面和近表面存在的裂紋、未熔合等面積型缺陷具有較高的探測(cè)度。射線探傷可以檢測(cè)出氣孔、夾渣等體積型缺陷，而且可以檢測(cè)出缺陷的具體位置、大小。

4結(jié)束語

ABB機(jī)械手對(duì)于橫梁鋼管和連接座的內(nèi)外環(huán)焊縫具有良好的焊接工藝性。焊縫表面成形美觀、均勻，焊接參數(shù)合理。機(jī)械手電弧跟蹤系統(tǒng)有助于提高焊接質(zhì)量。打磨焊縫后進(jìn)行磁粉探傷檢測(cè)，焊縫表面沒有磁痕和其它缺陷點(diǎn)，焊縫質(zhì)量達(dá)標(biāo)。本文僅僅針對(duì)ABB機(jī)械手對(duì)于橫梁鋼管和連接座的自動(dòng)化焊接工藝進(jìn)行了研究，實(shí)際上ABB機(jī)械臂在自動(dòng)化焊接工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的適用性，在具體操作時(shí)需要結(jié)合實(shí)際工況對(duì)其技術(shù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提高其適用性。

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（作者單位：杭州大和熱磁電子有限公司）