工業(yè)機(jī)器人，是工廠中提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品品質(zhì)不可或缺的重要機(jī)器。此次給大家就引進(jìn)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)作簡(jiǎn)要說明。

    在這里為廣大希望通過熟練使用機(jī)器人來提高生產(chǎn)效率的年輕工程師們，由于工業(yè)機(jī)器人的引進(jìn)方法因不同的應(yīng)用而各有不同，這里僅以最先完成機(jī)器人化的弧焊機(jī)器人為例，通過Q&A的方式給大家進(jìn)行說明。

    Q1：今后要成為弧焊機(jī)器人的擔(dān)當(dāng)了，但是沒有機(jī)器人以及焊接的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，怎么辦才好？

    A1：過去的弧焊，屬于典型的需要數(shù)年經(jīng)驗(yàn)的熟練操作，而弧焊機(jī)器人問世以來，弧焊正在變成僅需數(shù)日的培訓(xùn)即可實(shí)現(xiàn)的操作。

    但是即使不需要學(xué)習(xí)人工操作弧焊焊槍技術(shù)，為提高焊接品質(zhì)和生產(chǎn)效率、控制不良的發(fā)生、降低生產(chǎn)成本等，對(duì)于弧焊的原理以及機(jī)器人焊接電源等裝置的理解也是必不可少的，全球競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，相比過去更有必要提高設(shè)備相關(guān)技術(shù)人員的技能。

    首先，可以通過接受廠家實(shí)施的機(jī)器人培訓(xùn)，掌握機(jī)器人操作方法，并且觀看實(shí)際使用弧焊機(jī)器人的工作現(xiàn)場(chǎng)的方式，從理解弧焊設(shè)備的概念開始。

    Q2：從事機(jī)器人操作相關(guān)工作時(shí)的注意點(diǎn)有哪些？

    A2：與機(jī)器人占地面積相比，可動(dòng)范圍廣、高速、高輸出的機(jī)械臂活動(dòng)、多樣并自律的動(dòng)作等，機(jī)器人具備其他類機(jī)器所不具備的優(yōu)秀特性。而正

    因?yàn)槿绱?，機(jī)器人有著一般機(jī)器所沒有的危險(xiǎn)性。

    因此在操作前務(wù)必充分閱讀并理解設(shè)備說明書，與此同時(shí)還必須遵守國家制定的法律以及安全衛(wèi)生相關(guān)的規(guī)章等

    在日本國內(nèi)，機(jī)器人操作人員以及管理人員，必須接受與勞動(dòng)安全法第59條，同法第36條、31號(hào)、32號(hào)規(guī)定義務(wù)相關(guān)的特別教育，該教育由機(jī)器人廠商以及機(jī)器人關(guān)聯(lián)廠商負(fù)責(zé)實(shí)施。

    在中國，雖尚不具備與上述法令相當(dāng)?shù)姆?，但由于安全是絕對(duì)必要的，因此也應(yīng)該在機(jī)器人廠商處接受安全相關(guān)教育。

    弧焊的示教操作中，需要設(shè)定1毫米以下的細(xì)小位置和姿勢(shì)，因此操作人員在示教時(shí)有時(shí)會(huì)進(jìn)入機(jī)器人的動(dòng)作范圍，就有必要確保此時(shí)的安全性。機(jī)器人示教器上附帶了3個(gè)安全壓扣，只要操作者不能保持適當(dāng)?shù)奈恢茫欧娫磳⒉粫?huì)啟動(dòng)。

    機(jī)器人操作時(shí)伺服電源為啟動(dòng)狀態(tài)，因此該伺服電源通過只有在確認(rèn)安全后才能啟動(dòng)的方式確保安全。

    弧焊操作中，還需要預(yù)防觸電、燒傷、以及弧光對(duì)眼睛的傷害。

    另外，焊接電流、焊接電壓、焊接速度、瞄準(zhǔn)位置、角度等由弧焊機(jī)器人控制，改變機(jī)器人的程序可能帶來焊接品質(zhì)的改變從而發(fā)生焊接不良。因此需要在充分理解焊接操作內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)器人編程。

  Q3：弧焊機(jī)器人設(shè)備是如何構(gòu)成的？

    A3：弧焊機(jī)器人設(shè)備由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、變位機(jī)、系統(tǒng)控制盤、操作盤、焊接機(jī)、送絲裝置、配管組件、安全圍欄、擋板、噴嘴濾清器、治具、焊接用絲、保護(hù)氣體、焊接電極等構(gòu)成。

    其中，機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、變位機(jī)、系統(tǒng)控制盤、操作盤、焊接機(jī)、送絲裝置、配管組件、安全圍欄、噴嘴濾清器為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、需要向機(jī)器人廠商這樣的設(shè)備廠商購買。

    由于需要根據(jù)焊接對(duì)象工件制作不同的治具，因此可以向治具廠商購買或者由用戶自行設(shè)計(jì)。在對(duì)焊接熱應(yīng)變通過實(shí)際焊接進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí)進(jìn)行焊接對(duì)象工件的精度矯正，因此對(duì)工件進(jìn)行定位的治具，需要在對(duì)象焊接工件的實(shí)際焊接中逐步調(diào)整。

    焊絲、焊接電極等要向焊接材料廠商購買，保護(hù)氣體則要向氣體廠商分別購買。

    下圖顯示弧焊機(jī)器人設(shè)備可以簡(jiǎn)單設(shè)置于1張地墊大小的空間。

圖 電弧焊接設(shè)備

    Q4 弧焊機(jī)器人是什么樣的機(jī)器人呢？

    A4：手持焊槍進(jìn)行電弧焊接的機(jī)器人稱為弧焊機(jī)器人。

    弧焊機(jī)器人分為，如圖4所示的焊槍電纜非內(nèi)置類型和如圖5所示焊槍電纜內(nèi)置類型。將焊槍電纜內(nèi)置后可以避免產(chǎn)生焊槍電纜和機(jī)器人手臂之間的干涉，因此具有提高焊絲的送給效率和提升機(jī)器人自由度等的優(yōu)點(diǎn)。

    由于弧焊要求軌跡的精度，弧焊機(jī)器人會(huì)高精度地完成直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。同時(shí)弧焊機(jī)器人在非焊接區(qū)間盡可能通過高速動(dòng)作縮短生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間。

    弧焊機(jī)器人的控制柜與焊接電源以及可以任意變更姿勢(shì)的變位機(jī)連接在一起。由機(jī)器人控制柜進(jìn)行控制，與焊槍動(dòng)作和焊接電源同步，正確控制焊接電流電壓，從而確保焊接品質(zhì)。

    焊槍位置的設(shè)定，通過由操作人員操作示教器，讓機(jī)器人在工件的焊接位置工作，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行工作點(diǎn)示教，并讓其重復(fù)動(dòng)作的方式進(jìn)行。

    圖6為示教器。示教器中上有讓機(jī)器人在6軸的正方向和反方向活動(dòng)的軸操作鍵12個(gè)，通過選擇坐標(biāo)，可以在Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ的正方向和反方向上動(dòng)作。同時(shí)按數(shù)個(gè)軸操作鍵，可讓機(jī)器人在斜面上動(dòng)作，也可讓機(jī)器人的基本3軸和手腕3軸分別進(jìn)行動(dòng)作。

圖4 通用高速弧焊機(jī)器人

圖5 焊槍電纜內(nèi)置型高速弧焊機(jī)器人

圖6 機(jī)器人示教器

    Q5：機(jī)器人用焊接電源的特征是什么？

    A5：人工焊接和機(jī)器人焊接不同，機(jī)器人用的焊接電源具有以下特征。

焊接速度=人工焊接速度為每分鐘30～50cm，而機(jī)器人則為每分鐘60～200cm的高速焊接,因此需要高速且穩(wěn)定的焊接性能。

焊接次數(shù)=機(jī)器人在非焊接區(qū)間高速動(dòng)作，因此和人工相比可以壓倒性多次進(jìn)行焊接。電弧ON/OFF的次數(shù)增加，也要求電弧ON/OFF時(shí)在提高焊接性能的同時(shí)要有高耐久性。

再現(xiàn)性＝為防止出現(xiàn)焊接不良，人工焊接時(shí)通過眼睛觀察焊接狀態(tài)進(jìn)行焊接操作。機(jī)器人則通過切實(shí)地再現(xiàn)焊接狀態(tài)來防止出現(xiàn)焊接不良。因此，要求不受送絲負(fù)荷變動(dòng)、一次側(cè)電壓變動(dòng)以及溫度變動(dòng)等的影響。

脈沖焊=機(jī)器人常常用于非常適合高速焊接的脈沖焊中，因此要求具備脈沖焊的高性能。

    最近的機(jī)器人用焊接電源，正逐步數(shù)字變頻化，通過焊接電源內(nèi)的高速CPU進(jìn)行送絲裝置的伺服控制，對(duì)焊接電流電壓進(jìn)行高速實(shí)時(shí)控制，以適應(yīng)焊接速度的高速化、焊接次數(shù)的增加、再現(xiàn)性的確保以及脈沖焊接。

圖7為數(shù)字化變頻焊接電源的外觀圖。以保持短路焊接和脈沖焊接從低電流到高電流穩(wěn)定進(jìn)行為特征，標(biāo)配可以支持不銹鋼、鋁、鍍鋅板等的脈沖波形。

圖7 數(shù)字化變頻焊接電源

    Q6：機(jī)器人用的變位機(jī)有什么樣的特征？

    A6：工件姿勢(shì)會(huì)給焊接品質(zhì)帶來很大影響。通過將工件固定在機(jī)器人控制的變位機(jī)上，工件姿勢(shì)由機(jī)器人控制柜進(jìn)行控制，使同步機(jī)器人動(dòng)作并在最佳姿勢(shì)上完成焊接成為可能。

圖8 為機(jī)器人用變位機(jī)的外觀圖。機(jī)器人變位機(jī)中，有1~3軸類型，根據(jù)焊接形狀不同區(qū)分適用。還要根據(jù)搭載重量的不同區(qū)分使用適合的變位機(jī)。

    有時(shí)針對(duì)1個(gè)變位機(jī)，會(huì)配置2～4臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行高密度焊接。由于變位機(jī)可動(dòng)，因此需要和機(jī)器人一樣采取安全措施。操作人員靠近變位機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，將對(duì)象變位機(jī)的伺服電源關(guān)閉。為安裝和取出工件，有時(shí)會(huì)將變位機(jī)安裝在行走軸上。

圖8 機(jī)器人用變位機(jī)

    Q7：今后的弧焊機(jī)器人會(huì)如何發(fā)展？

    A7：20多年前就有人開始對(duì)我說，弧焊會(huì)被粘合劑以及激光所代替。然而，現(xiàn)今弧焊非但沒有減少，反而大有增加，這其中機(jī)器人發(fā)揮了很大的作用。也許20年以后，即使機(jī)器人和焊接電源取得巨大進(jìn)步，弧焊本身應(yīng)該不會(huì)發(fā)生變化?，F(xiàn)在努力學(xué)習(xí)和積累的弧焊經(jīng)驗(yàn)，必將在今后成為寶貴的財(cái)富。

    期待大家今后的努力。