液壓支架焊接工藝裝備現(xiàn)狀與自動化焊接技術(shù)解決方案

1、<p>　　液壓支架焊接工藝裝備現(xiàn)狀與自動化焊接技術(shù)解決方案</p><p>　　摘 要：分析了我國液壓支架在生產(chǎn)加工中焊接工藝裝備的現(xiàn)狀， 結(jié)合焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r， 提出了采用主從離場控制技術(shù)實現(xiàn)液壓支架焊接自動化的技術(shù)方案。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓支架；焊接機(jī)器人；自動控制 </p><p>　　1、國內(nèi)液壓支架的生產(chǎn)現(xiàn)狀 </

2、p><p>　　液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化開采的主要設(shè)備，除液壓元件以外， 其主體部件基本上都是形狀復(fù)雜的箱形焊接結(jié)構(gòu)件。因此， 焊接是液壓支架產(chǎn)品制造中主要的加工工藝。按目前國內(nèi)液壓支架產(chǎn)品的年產(chǎn)量計算， 每年用于液壓支架生產(chǎn)的焊接母材用量約為 40 多萬 t， 而焊縫充填量占工件總重量的3% ～ 4% ， 焊絲的有效消耗量達(dá) 2 萬 t， 焊接作業(yè)勞動強(qiáng)度很大。尤其是近年來， 隨著材料技術(shù)的發(fā)展，為減輕支架的重量，

3、 設(shè)計上越來越多地使用高強(qiáng)度焊接材料。為保證高強(qiáng)度焊接材料的焊接質(zhì)量， 工藝上需要對工件進(jìn)行焊前預(yù)熱處理， 即使在炎熱的酷暑也是如此， 作業(yè)環(huán)境非常惡劣。在我國所有的液壓支架制造企業(yè)， 手工焊接至今仍然是唯一的焊接作業(yè)方式。人工施焊時， 焊接工人經(jīng)常會受到心理、生理條件變化以及周圍環(huán)境的干擾。在高負(fù)荷的勞動強(qiáng)度和惡劣作業(yè)條件下， 操作工人容易疲勞，難以較長時間保持焊接工作穩(wěn)定性和一致性， 最終會造成焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定。國外先進(jìn)的液壓支架生

4、產(chǎn)商， 如 DBT 公司和JOY 公司已廣泛地使用焊接機(jī)器人或機(jī)器手代替或部分代替人工焊接。焊接機(jī)器人的應(yīng)用， 不但改善了勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效</p><p>　　多年來國內(nèi)液壓支架產(chǎn)品的出口一直受到焊接工藝質(zhì)量的困擾， 很難參與國際商務(wù)競爭。相反， 近年來， 國內(nèi)市場已越來越多地受到國外企業(yè)高端液壓支架產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇而導(dǎo)致的國際能源緊張的局面為煤機(jī)制造企業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇， 如何抓住

5、機(jī)遇迎接挑戰(zhàn)是目前國內(nèi)煤機(jī)制造企業(yè)所要面對和思考的問題。提高制造技術(shù)水平， 加強(qiáng)裝備現(xiàn)代化是必由之路。對液壓支架制造企業(yè)來說， 只能引用高新技術(shù)開發(fā)高端產(chǎn)品， 應(yīng)用機(jī)器人焊接技術(shù)提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率， 增加產(chǎn)品和企業(yè)的競爭力。 </p><p>　　2、 機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 </p><p>　　從 20 世紀(jì) 70 年代初焊接機(jī)器人出現(xiàn)到現(xiàn)在，焊接機(jī)器人在國外已廣泛應(yīng)用于汽

6、車、摩托車、工程機(jī)械制造業(yè)。國內(nèi)從引進(jìn)焊接機(jī)器人到我國自行研制第1 臺弧焊機(jī)器人并開展機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域的研究的近20 年來， 我國機(jī)器人焊接技術(shù)已有長足的進(jìn)步。應(yīng)用領(lǐng)域與國外先進(jìn)國家相似， 主要分布于各大中城市的汽車、摩托車、工程機(jī)械等制造業(yè)， 其 </p><p>　　中 55%左右為弧焊機(jī)器人， 45% 左右為點焊機(jī)器人。國內(nèi)已有點焊、弧焊機(jī)器人設(shè)計制造能力的廠家近10 家， 表明我國機(jī)器人焊接技術(shù)已具有相

7、當(dāng)規(guī)模。 </p><p>　　與國內(nèi)外焊接技術(shù)和焊接裝備的發(fā)展極不協(xié)調(diào)的是， 在我國以焊接為主要制造工藝的煤機(jī)制造企業(yè)尤其是液壓支架制造企業(yè)， 焊接機(jī)器人的應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)的研究幾乎處于空白狀態(tài)。導(dǎo)致這種情形的主要原因有 3 個方面： </p><p>　　（ 1） 進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)以后， 企業(yè)失去了國家在設(shè)備技術(shù)改造方面的投資。前些年持續(xù)多年煤炭行業(yè)的不景氣狀況導(dǎo)致煤機(jī)制造企業(yè)舉步維艱，

8、缺乏資金投入設(shè)備的技術(shù)改造和更新?lián)Q代； </p><p>　?。?2） 國內(nèi)液壓支架制造行業(yè)尚未真正受到外國公司強(qiáng)有力的市場沖擊， 國內(nèi)企業(yè)之間缺乏以更先進(jìn)的制造技術(shù)取得市場競爭優(yōu)勢的意識； </p><p>　?。?3） 液壓支架產(chǎn)品由于其主體部件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和品種的多樣性， 使現(xiàn)在汽車、摩托車和工程機(jī)械等制造業(yè)中使用的已相當(dāng)成熟的示教型和離線編程控制方式的焊接機(jī)器人在液壓支架產(chǎn)品的焊接

9、加工中難以發(fā)揮作用， 而具有視覺功能的智能型焊接機(jī)器人尚在發(fā)展之中。 </p><p>　?。?3） 方面應(yīng)該是問題的關(guān)鍵所在， 這就要求煤機(jī)制造企業(yè)主動與焊接機(jī)器人研究和制造單位接觸并進(jìn)行合作， 如此才能使液壓支架以及整個煤機(jī)制造業(yè)趕上和保持與整個制造業(yè)快速發(fā)展的步伐。 </p><p>　　3、液壓支架制造中實現(xiàn)自動化焊接的技術(shù)途徑 </p><p>　　液壓支

10、架產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)特征主要表現(xiàn)為： 焊接結(jié)構(gòu)部件都是幾何形狀比較復(fù)雜的多箱形結(jié)構(gòu)， 焊縫多為三維直線和少量的弧線， 且數(shù)量多，路徑不規(guī)則； 焊縫的形狀和尺寸多變； 產(chǎn)品的批次變化快。 </p><p>　　至今， 工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的弧焊機(jī)器人主要是示教再現(xiàn)型， 就液壓支架產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)特征來說，存在許多不適應(yīng)之處：弧焊機(jī)器人缺乏對環(huán)境、工件對象變化的自主適應(yīng)能力；示教過程中機(jī)器人必須停止生產(chǎn)，這占用了生產(chǎn)時

11、間，編程效率低， 尤其是對形狀復(fù)雜的空間曲線焊縫；焊槍的運行受結(jié)構(gòu)空間的限制。用于液壓支架產(chǎn)品加工的焊接機(jī)器人應(yīng)是基于視覺傳感器的具有自主適應(yīng)能力的智能化焊接機(jī)器人。視覺系統(tǒng)是機(jī)器人智能化的最重要的內(nèi)容，它可以識別三維空間焊縫位置及其附近表面形狀信息?；谌S空間圖像位置識別的空間視覺系統(tǒng)是目前機(jī)器人視覺系統(tǒng)研究的前沿課題，并已開始在焊接機(jī)器人上應(yīng)用， 但遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的程度。在我國研制出可用于復(fù)雜箱型結(jié)構(gòu)件焊接的全智能化焊接機(jī)器人

12、尚需一定的時間，因此，在全智能化焊接機(jī)器人和示教型焊接機(jī)器人之間開發(fā)過渡性產(chǎn)品， 如所謂的主從遙控焊接系統(tǒng)，是一條有效的技術(shù)途徑。 </p><p>　　這種半智能化的焊接設(shè)備可由機(jī)器手、視覺傳感器、顯示器和操縱控制器等組成，人可以離場作業(yè)， 用攝像機(jī)代替人眼， 用機(jī)器手代替人手， 而在遠(yuǎn)離工件的操縱臺上有顯示器和模擬操縱桿， 作業(yè)人員在操縱臺上通過顯示器判斷焊縫和焊槍的位置， 通過模擬操縱桿控制焊槍的姿態(tài)和運動

13、， 即所謂的主從遙控焊接系統(tǒng)。 </p><p>　　由于主從遙控焊接系統(tǒng)不需要示教， 特別適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、批量小的特殊或人無法親臨的場合。人工參與操縱， 有效地解決了路徑規(guī)劃、焊槍姿態(tài)控制、起弧和收弧問題。視覺傳感器和智能控制器相結(jié)合可根據(jù)視覺傳感器得到的焊點處的具體情況對操縱人員的指令進(jìn)行實時修正， 提高焊接質(zhì)量。作業(yè)人員離場作業(yè)改善了勞動強(qiáng)度和作業(yè)環(huán)境以及由此而引發(fā)的焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定問題。 </p&g

14、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[ 1] 樊濱溫等。 遙操作空間機(jī)器人系統(tǒng)研究[ J ] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1999（1） ： 110- 113。 </p><p>　　[ 2] 劉大勝。焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展[ J] 機(jī)器人， 2005（ 5） ： 42- 43。 </p><p>　　[