探析焊接机械手在起重机制造上的应用

时间：2021-09-14 10:27:42 所属分类：机械 浏览量: 182

随着工业自动化和智能制造的全面发展，起重机制造行业也必须紧跟时代潮流，用自动化程度高、组装和焊接更加便捷精准的自动化焊接设备。例如焊接机器人、龙门焊等代替人工焊接是起重机制造业焊接技术的发展趋势。 通过先进的焊接设备生产自动化机械取代人工这

　　随着工业自动化和智能制造的全面发展，起重机制造行业也必须紧跟时代潮流，用自动化程度高、组装和焊接更加便捷精准的自动化焊接设备。例如焊接机器人、龙门焊等代替人工焊接是起重机制造业焊接技术的发展趋势。

　　通过先进的焊接设备生产自动化机械取代人工这一举，措不仅将焊工从污染严重，空气不流通、空间狭小、视线差这一极度恶劣的作业环境中解脱出来，与此同时也大大提高了工作效率，降低人工投资成本,为整个生产线最终将发展成为柔性制造系统打下基础,满足现代机械行业自动化生产的要求。

　　在起重机制造行业由于产品的非标性、焊缝形式复杂以及内部空间狭窄导致的作业环境恶劣、人工组装精度差等问题，焊接机械手均可以解决。

　　1、 起重机焊缝自动焊接

　　1.1、 主梁截面焊接要求

　　焊接时，为了不影响产品的使用性能，要确保起重机的主梁刚度满足设计要求，控制主梁腹板的波浪度避免焊接后不达标。因此，在设计上需要定距离设置隔板，主梁腹板上焊接加强角钢，这些举措导致了起重机梁内部焊缝极其复杂，同时，将焊工可进行焊接操作的空间减小，作业环境污染严重，空气不流通。

　　1.2、 焊缝焊接问题

　　起重机主梁尺寸大、质量大，使得每次放置后位置容易出现偏差，这一因素导致沿长度方向筋板位置的变化;起重机制造的非标性使得结构尺寸有较大的差异，且样式多变，造成焊接上的难度加大;起重机主梁设计要求存在一定的拱度，这意味着每件筋板焊接原点都不在一条直线上，而是在尺寸不定的弧线上。

　　2、 焊接机械手结构与控制系统

　　焊接机械手的应用必须由整体结构、操作流程、专业焊接夹具的设计(模块化)和物流等方面综合考虑，协同配合。

　　单一使用焊接机械手无法满足现代化生产的要求，要实现焊接机械手的优势功能必须整个系统协调合作。焊接机械手功能组成如图1所示。

　　2.1、 执行操作部分

　　焊接机械手的执行操作部分是为了完成焊接任务用来传递力或力矩，并执行具体动作的机械机构包括有机身、臂、腕、手(焊枪)等。焊接机械手中的执行操作部件由手臂和手腕构成，通过机构的旋转运动和往复运动实现焊接任务的执行。

　　焊接机械手有着多种多样的结构形式，但因为大多数执行部件中手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，所以，结构的自由度一般为3～10个，工业机器人一般为3～6个自由度。多自由度手臂、手腕的机构的存在使焊接运动具有通用性和灵活性，这也是焊接机械手的特点。焊接机械手为了完成焊接任务用来传递力或力矩，并执行具体动作的机械机构。

　　根据与物件焊接的形式不同，焊接机械手的手部可分为夹持式和吸附式两大类，以不同的方式来完成工件的焊接。

　　2.2、 控制部分

　　焊接机械手的控制部分是指控制机械结构按照设定的程序和要求的轨迹，在规定的位置之间完成焊接作业的计算机设备，控制机构有记忆、存储数据、通信等功能，与焊接件输送装置之间进行信息交换，协调各构件之间的相互动作等功能。

　　通常由步进电机或直流伺服电机驱动机械臂各关节。步进电机首先从驱动器获得一系列的脉冲信号，这些脉冲信号可以使步进电机轴产生一定的角位移。利用步进电机驱动机械臂各关节一般不需要反馈回路和位置编码器，这类控制比较简单。当系统采用直流伺服电机驱动机械臂各关节时，系统将测速器和角度编码作为反馈装置，根据反馈信息能够精确地控制机械臂关节轴的运动，直流伺服电机工作状态平稳，可以连续调节旋转速度，焊接机械臂的加速和减速指令都能迅速作出反应，实现精准定位。

　　焊接机械手工作的时候，控制系统对执行机构发出指令，为避免动作有错误或发生故障，必要时可对机械手的动作进行监视。当出现故障时，可以迅速发出报警信号。位置检测装置的作用就是将执行机构的实际位置实时，反馈给控制系统进行比较，当与预设的位置出现偏差时由控制系统进行调整，从而使执行机构满足精度要求。

　　2.3、 动力源及其传递部分

　　焊接机械手的驱动机构为操作部分提供和传递机械能，动力源以电动为主，也有液压动力源。

　　根据不同的动力源，焊接机械手大致可分为四类：液压、气动、电动和机械驱动。液压驱动具有动力大、惯量大、快速响应、易于实现直接驱动等特点;气压驱动具有速度快、系统结构简单、容易维修、价格低廉等特点，在中小负载的系统中比较常见;电动机构驱动机械手的优点体现在电动机构的结构简单、体积小、易操作、对使用者的要求不高。

　　3、 焊接机械手实施效果

　　焊接机械手通过编程完成各种预期作业，在性能上完美地融合了人和机器的优点，将焊工从恶劣的作业环境中解放出来，与此同时也弥补了人工无法长时间连续工作的问题。焊接机械手在起重机制造中具有响应时间短、动作迅速、焊接速度快、焊缝质量高等特点，机械手在运转过程中可长时间连续工作，提高产品质量和生产效率。在焊接过程中，给定焊接参数和运动轨迹后焊接机械手就会精确地完成焊接作业，而焊接结果的好坏则直接取决于焊接电流、电压、焊接速度及焊接焊丝长度等焊接参数。由于焊接机械手工作时对每条焊缝的运行参数都是恒定的，因此，焊缝质量受人为因素影响较小，这就降低了对焊接工人的技术要求，间接降低了对人工成本的投入，焊接质量的稳定保证了产品的质量。

　　焊接机械手的控制系统能够记录焊接轨迹，这样大大节省了编程时间。执行部分能实现高精度定位、高速运行、焊接速度稳定等焊接要求。焊接机械手机器操作简单，无须专业焊工，普通工人便可以。焊接机械手降低了整个焊接过程的运营成本，高质量的焊接提高了产品质量与一致性。与此同时，焊接机械手的出现改善了员工工作条件，保障焊工的健康安全，减少了焊接原料的浪费，成品率和产量都得到了大幅度提高。焊接机械手所具备的先进焊接技术、稳定的生产效率、焊枪的空间位置和姿态调至任意状态等优点满足了焊接作业的需要，焊接机械手将是起重机制造业中广泛应用的一种焊接设备。

　　4、 结语

　　焊接机械手可以实现高度自动化的焊接，它提高了焊接质量，降低焊接成本，改善了焊接工人的工作环境，在起重机制造中，焊接机械手可以降低人工运营的成本，提升焊接产品质量与一致性，改善员工工作环境，减少焊接原料浪费，提高成品率，利用焊接机械手代替人工焊接作业，将是起重机制造业的发展趋势。

　　参考文献

　　[1]李静宇,王京伟,董凯.焊接机械手在起重机制造上的应用[J].起重运输机械,2019(01):130-132.

　　[2]张抒楠,郭永存,肖超海.3吨叉车车架机械手焊接的研究与应用[J].机械工程师,2017(08):78-79.

　　[3]王春生,刘庆祝.焊接技术在轨道客车制造行业的推广应用[J].焊接,2015(01):1-6+70.

　　作者：李圭艳

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