浅谈机电一体化在焊接生产中的应用

摘 要：随着机电一体化技术的广泛应用，制造业逐渐向自动化、智能化发展，焊接生产中通过广泛应用机器人、自动化生产线，能够提高生产效率和焊接品质。

关键词：机电一体化；焊接；机器人；生产线

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.046

近年来，机电一体化技术飞速发展，在各行各业得到了广泛应用。通过机电一体化技术在制造业的应用，推动了生产系统向自动化、智能化发展，实现了传统产业的改造升级。焊接是制造业最重要的工艺技术之一。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法发展成为制造业中生产精密产品的手段，传统手工焊接已不能满足现在高技术产品制造的质量、数量要求。因此，焊接生产通过与机器人、生产线等机电一体化技术的融合运用，能够大幅提高生产效率，得到稳定的产品焊接质量和均衡的生产节奏。

本文将从焊接生产中应用广泛的焊接机器人和焊接生产线两方面来探讨机电一体化在焊接生产中的应用。

1 焊接机器人

焊接机器人是工业机器人与现代焊接技术相结合，用以完成焊接作业任务的典型的机电一体化产品，是自动化焊接生产线中的基本单元。焊接机器人的出现和应用是焊接过程高度自动化的一个标志。自工业机器人诞生以来，大约有半数是焊接机器人。

焊接机器人的技术发展可分为三代[1]：

第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人。由于其具有操作简便、不需要环境模型、示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在焊接生产中得到大量使用，是目前应用最广泛的机器人。

第二代是指基于一定传感器信息的感觉控制型机器人。在第一代机器人上加传感器系统（视觉、力觉等），对环境的变化可进行一定范围的适应性调整，目前已进入推广应用阶段。

第三代：智能型机器人。它不仅具有感知功能，还具有一定决策和规划的能力。能根据人的命令或按照所处环境，自行做出决策，规划动作，即按任务编程。

焊接机器人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。刚性自动化设备通常都是专用的，仅适用于大、中批量产品的生产，小批量产品焊接中则以手工焊接为主。而焊接机器人可以替代手工实现小批量产品的自动化焊接生产。

与人工焊接相比，机器人焊接具有明显的优势。人工焊接时，焊接工人经常会受到心理、生理条件变化及周围工作环境的影响，在恶劣的焊接环境下，工人易疲劳，难以长时间保持焊接质量的稳定性和一致性；而焊接机器人不会疲劳，可以24小时连续生产，工作状态和焊接质量稳定，生产效率高，劳动安全卫生条件得到明显改善。

焊接机器人按用途分为点焊机器人和弧焊机器人[2]：

（1）点焊机器人。点焊机器人能进行点焊自动作业，受控运动方式是点位控制。点焊机器人按照示教程序规定的动作和参数进行点焊作业，只在目标点位上完成操作。点焊机器人能够快速完成小节距的多点定位，定位精度高，以保证焊接质量。从最初的增强焊作业发展到定位焊作业，点焊机器人的作业性能更加全面。

（2）弧焊机器人。弧焊机器人受控运动方式是连续轨迹控制，机械手终端按预期的轨迹和速度运行。在弧焊作业中，焊枪跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。由于弧焊过程较复杂，要求机器人运动轨迹的重复精度、焊枪姿态、焊枪参数都要更精确。当焊缝短而多时，引弧和收弧较频繁，要求弧焊机器人具有可靠地引弧和收弧功能。

随着社会发展和技术进步，点焊机器人和弧焊机器人单独工作有时已不能满足生产要求，需将点焊机器人和弧焊机器人同时运用在同一工站进行协同作业，组成柔性生产系统，可以方便地实现多种不同类型工件的高效焊接加工，特别是在变换工件的适应性方面和生产过程的自动化方面充分显示其优越性。

2 焊接生产线

焊接生产线[1]，是指将焊接生产所需各种备料、装配、焊接、无损检测等设备与焊件的上料、卸料、传输等机械装置，按产品加工工艺程序进行有机排列组合而形成的机电一体化作业线。

焊接生产线按发展趋势可分为两种类型[3]：刚性焊接生产线和柔性焊接生产线。

刚性焊接生产线属于传统制造系统，通常把作业分为多个简单工序，按分批投入的方式完成上述各简单工序，属于单个工序自动化。

柔性焊接生产线属于柔性制造系统，用于制造小批量、多品种的产品，不同批次产品的不同工序可以重叠投入，以达到较高的设备利用率，减少加工过程中零件的中间存储时间，快速响应客户需求。

柔性焊接生产线采用计算器控制，控制中心显示各单元的焊接状况及物料运送等待信息。能实时了解生产状态、合理进行生产调度，在制品的中间停留时间可减少到最少。在生产时，将工件放在生产线送料平台，输送系统自动识别工件类型，并将工件自动运送到相应的焊接单元进行焊接。自动焊接完成后，工件自动运出到下料平台。工件搬运、上下料均由计算机控制，生产过程自动化程度高，可减少直接人工作业。

当今市场竞争加剧，产品更新周期加快，生产品种越来越多，批量越来越少，而焊接的工件越来越复杂，对焊缝的要求也越来越高。在生产中，焊接生产线的工作单元通过大量采用机器人和计算机控制进行协同作业，可方便实现不同类型工件的高效焊接加工，特别是在变换工件的适应性和自动化方面充分显示出生产线和机器人柔性化的优越性。

随着机电一体化技术的广泛应用，焊接生产已从单一的焊接工序自动化向焊接过程、检测、传输、管理等全系统自动化发展，从单机稳定焊接控制向多机焊接控制和智能化系统自动控制发展。随着信息技术与制造业的深度融合，制造业已从机械化、自动化向数字化、网络化、智能化发展，柔性焊接生产线、无人化车间、无人化工厂的应用推广，将给制造业带来巨大变革。

参考文献：

[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]林尚扬，陈善本，李成桐.焊接机器人及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]赵熹华.焊接方法与机电一体化[M].北京：机械工业出版社，2001.

作者简介：李永兵（1982-），男，山西太原人，机械设计工程师，研究方向：机械设计制造及自动化。

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