液压支架机器人焊接研究

杨飞

安徽省矿业机电装备有限责任公司 安徽省淮北市

摘要：结构件焊接在液压支架制造过程，已成为制约生产周期和产品质量的瓶颈环节。机器人焊接为突破常规人工焊接的效率瓶颈，改变人工焊接工作环境，稳步提高焊接质量带来了新的转机。本文针对机器人在矿用液压支架上的焊接应用进行全方面的探究。

关键词：焊接机器人 液压支架 必要性 焊接应用

引言

1. 项目背景概述

我国工业制造领域正在由传统制造向智能化制造转化。工业4.0 ——第四次工业革命，以及其所触发的机器人技术，将成为制造业转向智能工厂潮流的重要支撑。

机器人焊接是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产方式。传统刚性自动化的生产设备通常都是专用的，只适用于中、大批量的自动化生产。因而在很长的一端时期内中、小批量产品的焊接生产中，仍然以手工焊接为主。而焊接机器人的出现，使小批量产品自动化焊接生产成为可能。

2. 项目提出必要性

焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40%以上,与焊接这个特殊的行业有关。焊接作为工业“裁缝”,是工业生产中非常重要的加工工段，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣。焊接的质量对产品质量起决定性的影响。综上所述矿用液压支架采用机器人焊接有下列主要意义:

(1)稳定并提高焊接质量。机器人焊接保证焊接的均一性，焊接参数焊接电流、电压、焊接速度及焊接千伸长度等对焊结果起决定作用,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、干伸长等都是变化的,因此很难到质量的均一性。

(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，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳,使工人从大强度的体力劳动中解放出来。

(3)提高劳动生产。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,因此安全生产计划非常明确。

(5）可缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资,可实现小批量产品的焊接自动化，机器人与专机的大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。

项目内容

1. 机器人焊接应用

从液压支架制造对焊接需求的发展角度来看，机器人焊接系统集成应用主要有：

1. 中厚板的高效高速焊缝性能和薄板高速焊接，人工焊接焊接速度约为30-50cm/min，机器人焊接速度约为60-70cm/min。焊接效率几乎翻倍。

2. 液压支架连杆、侧护板、护帮板、推杆等结构件可完全采用机器人焊接作业，焊接达焊率达90%。

3. 针对Q690及以上高强度板材，针对性调整焊接参数时，机器人固定参数设计存在极大的稳定性的优势。

4. 机器人焊接流程完全可控，更加稳定的焊接质量及其焊接监控、检测，焊接参数的记录和再现。

5. 采用机器人焊接时，焊接时长可控，有利于多工序间协调，大幅减少施工作业窝工浪费的时间。

二、配套平台焊接机器人的应用

焊接机器人按配套平台设施区分为，平台式焊接机器人、变位机焊接机器人、旋转式焊接机器人。各种机器人在工厂里的应用广泛，效果拔萃。

平台式焊接机器人：主要焊接结构件平面焊缝。主要用于小型平面设计结构的结构件焊接，和大型结构件最上层封面焊缝的焊接，多轴传动的焊接机械手能很好的完成多角度连续转弯式的焊缝焊接。此类焊缝属于相对其他焊缝较易焊接的焊缝，但是焊接数量比较大，需要工人花费很长时间才能焊接完成，而机器人的连续作业、不疲劳、重复作业质量稳定的特性完美解决了这项繁重重复的工作，机器人焊接后的表面效果非常好。

带变位机式焊接机器人：主要应用于液压支架箱型立体结构件，焊接箱体结构内腔横竖交错焊缝效果好。经过变位机平台多次翻转后可实现横焊缝与立焊缝交替焊接的效果，确保焊缝间相互作用的目的。液压支架结构件原本需要人工多次翻转作业，现在使用机器人配合翻转平台作业后，大幅降低了等待翻身，定位的准备时间，同时降低了大型结构件立放焊接的危险系数。

旋转平台式焊接机器人：主要焊接双面箱式结构件。可定向旋转的平台机构，可以确保箱体上下面与端头圆弧面焊缝一次焊接成形。在液压支架设计中，前后连杆构成的连杆机构是一个受力很大的结构件。实际使用的工况中，连杆不但可能会承受压力、拉力，还可能在偏载、倾角采煤、移架过程中，受到很大的扭力，所以连杆的焊缝质量尤为重要。人工焊接过程对圆弧焊接质量难以控制，焊缝成型较差，应力集中点多，焊接质量无法保证。焊接机器人配合旋转平台，可以使连杆焊缝一体成型，连续稳定，焊接质量好。

3. 研究重点

液压支架产品的结构特点和生产特征主要表现为: 焊接结构部件都是几何形状比较复杂的多箱形结构, 焊缝多为三维直线和少量的弧线, 且数量多,路径不规则; 焊缝的形状和尺寸多变; 产品的批次变化快。，因此机器人需要具备：

1. 可快速进行路径变换编程：多种焊接结构路径设计 编程路径快速调整切换，特殊路径局部修改。提高焊接机器人对小批量，特殊造型产品的适应性。缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

2. 多路径程序相互兼容，变换：稳定焊接质量 调整适合工业生产用焊接参数，稳定和提高焊接质量，人工焊接质量不可控，使用可编程机器人可以大幅提高焊接质量。

3. 高效稳定的焊接质量：提高劳动生产率 人工焊接工作易疲劳，不能长时间作业，不能确保焊缝质量的稳定性。机器人则不受上述影响，可以日夜连续作业并确保焊接质量。

4. 稳定可控的焊接时长效率：改善工人作业环境 焊接作业属于有害工种，采用机器人焊接，并配备专用除尘设备，可有效改善操作工作工作环境。

5. 大大减少人工成本，改善操作人员作业环境：降低对工人操作技术的要求 传统机器人操作复杂，对于年龄较大的操作工来说学习难度太大，通过更改操作程序，简化工艺流程，使得操作难度大幅降低。

4. 预期技术成果

1、提高生产效率

焊接机器人响应时间短，动作迅速，焊接速度在60-3000px/分钟，这个速度远远高于手工焊接，机器人在运转过程中不停顿也不休息，但是工人上班时是不可能做到不停顿不休息，同时工人的工作效率也受到心情等因素影响，工人会请假、发呆、聊天、抽烟、上厕所，加班要给加班工资，而机器人就没有上述问题，只要保证外部水电气等条件，就可以持续工作，这就无形中提高了企业的生产效率。

2、提高产品质量

焊接机器人在焊接过程中，只要给出焊接参数，和运动轨迹，机器人就会精确重复此动作，焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接焊丝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，从而保证了我们产品的质量。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。

3、降低企业成本

焊接机器人降低企业成本主要体现在规模化生产中，一台机器人可以替代2到4名产业工人，根据企业具体情况，有所不同。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，成本降低的更加明显。

4、便于安排生产计划

由于机器人可重复性高，只要给定参数，就会永远按照指令去动作，因此机器人焊接产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划十分明确。准确的生产计划可应使企业的生产效率、资源的综合利用做到最大化。

5、缩短产品改型换代的周期

机器人焊接可缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。在产品更新换代时只需要从新根据更新产品设计相应工装夹具，机器人本体不需要做任何改动，只要更改调用相应的程序命令，就可以做到产品和设备更新。

结语

焊接机器人在液压支架实际焊接作业中表现出色，在我公司已经得到广泛推广。焊接工已经从繁重的焊接作业中解放出来。液压支架产品质量稳步提高，焊缝外观也有极大提高。但焊接机器人的应用仍有很大的研究和提高空间。