低壓電氣柜柜體的焊接生產

當前，國內工業(yè)生產已大量使用機器人，其中用于焊接生產的約占60%強。而能將機器人用于焊接生產的部門和行業(yè)也非常廣泛，譬如：汽車、摩托車、工程機械、農業(yè)機械以及家電產品等等。當然，使用弧焊機器人的優(yōu)勢也是非常顯著的：

-穩(wěn)定及提高產品質量，降低返工率或廢品率。

-使生產系統(tǒng)通用化，便于產品改型。

-提高勞動生產率，降低生產成本。

-改善勞動環(huán)境，保障生產安全。

-降低對工種的熟練程度，不再要求每位操作者都是熟練工種。

-解決勞動力或熟練工不足的……等等。正因如此，除一些大型企業(yè)外，有越來越多的中小企業(yè)也希望引入弧焊機器人。為此，我們推出一些弧焊機器人的應用范例，將其系統(tǒng)構成、系統(tǒng)特征、焊接工藝特點、引入效果等以及其它一些行案例介紹給大家，以期共同推動國內弧焊機器人應用水平的進一步提高。

低壓電氣柜柜體的焊接生產

低壓電氣柜是電氣行業(yè)使用數(shù)量較大的一種產品。開關柜柜體是開關柜內工作量最大的部件。一個柜體約有80～100條焊縫，總長2米左右。柜體體積適中，非常適合用一個小型機器人弧焊工作站完成焊接工作。柜體上的焊縫均為直線形，但空間布置復雜，內腔體積狹小且零件較多。由此可見，柜體焊接在焊接參數(shù)選擇上不是難點，其關鍵在于：

①生產流程的分配。

②卡具的設計制造。

③生產節(jié)拍能否滿足要求。

一、 系統(tǒng)構成與系統(tǒng)特征

系統(tǒng)選用一臺弧焊機器人、一套焊接設備、一臺變位機、一套焊接夾具及附屬設備構成。機器人選用日本安川電機生產的MOTOMAN SK6型機器人。該機器人握重6Kg，動作范圍半徑1325mm。焊接電源選用日本NASTOA公司生產的逆變式焊機，額定電流350A。變位機是由交流伺服電機驅動的具有外部軸功能的單回轉首尾架式機構，承載350Kg。夾具是以氣缸驅動的自動夾具。該系統(tǒng)還選用了一套德國BINZEL公司制造的清槍剪絲設備，用于清理焊槍。系統(tǒng)采用人工上下料，機器人自動焊接的形式。焊接過程中變位機可配合機器人任意翻轉，以使焊縫與焊槍保持最佳焊接姿態(tài)。

二、產品特點及焊接要求

機器人焊接系統(tǒng)對于一個生產車間來說并不是一個獨立的環(huán)節(jié)，它關系到其前后各環(huán)節(jié)，尤其是提供焊接坯料的生產環(huán)節(jié)。因為機器人是采用示教再現(xiàn)方式完成動作軌跡，其自身的重復定位精度是很高的（±0.1）。這樣工件的精度就影響著機器人焊接的可行性。機器人要求精確一致的工件裝配，如果提供機器人高精度的工件，就能快速焊出高質量的焊縫。低精度情況也可通過增加跟蹤功能來完成焊接。但這勢必增大投資，降低生產效率。

本例中開關柜的鋼板全部由激光切割下料，可以達到很高的精度。但有時也存在一致性問題，這主要是下料時鋼板定位不準引起的。在估算機器人焊接所能允許的工件偏差時，通常是以焊絲直徑的一半為標準，當超過這一界限時，就不能正常焊接。這個偏差包括工件本身的誤差和夾具的定位誤差兩個方面。

三、 弧焊機器人卡具設計

卡具在機器人焊接中起著關鍵性作用。很多機器人焊接系統(tǒng)的成敗也就是卡具設計的成敗與手工焊卡具相比較，機器人卡具在設計思想方法上有其完全不同之處，是一項專業(yè)性很強的工作，要求具有特殊領域的豐富經驗。

1. 機器人不具備判斷能力，它每一次都是一絲不茍地執(zhí)行編程員示教過的工作，這就對卡具的精確度提出很高要求，不止是為了保證工件本身精度也是為保證機器人能正常完成焊接工作。因此，機器人焊接卡具一般都要進行嚴格的精度檢測。這些還不是問題的關鍵，關鍵是當工件誤差較大時，卡具如何避免或減小這些誤差對機器人焊接的不良影響，從而避免使用昂貴的焊縫跟蹤功能。如在低壓電器柜柜體焊接中，大槽型板寬度誤差為3.8mm，高度誤差為2.2mm, 這么大誤差，機器人焊接根本無法容忍。為此，在與用戶討論方案時，就提出該件無法完全施焊，但可進行單側焊接，剩余側手工補焊。這樣在夾具設計時就采用單側定位，另一側加彈性擋塊的方式定位以適應不同尺寸工件的定位要求。

2. 機器人遠不如人靈活，機器人自動焊槍也比手工焊槍大，這樣在設計卡具時，就要考慮有充足的空間、路徑供焊槍使用。要對工件上所有焊縫都進行校核，為了獲得好的焊接姿態(tài)，希望卡具越纖細越好，為了保證卡具的可靠性，希望卡具越粗壯越好，這是一對矛盾，有時通過犧牲一定的焊接姿態(tài)來解決，但必須經過焊接試驗。有一些焊縫是機器人根本無法完成的，這是機器人焊接本身特點決定的。作為機器人焊接系統(tǒng)的使用者應當明白，使用機器人的真正意義并不是代替人的所有工作，而是取其所長，干其擅長干的工作，這樣才能充分發(fā)揮機器人的作用，否則什么都想干，結果反而干不好。

3. 復雜工件最好分幾道工序完成，這樣一方面卡具可以簡單一些，可靠一些，另一方面也便于焊槍的自如運行。自動焊工序安排不開時，可以增加手工預焊工序，先將一些零件點固（相當于同時定位夾緊），然后再與其它零件一起焊接。預焊卡具也必須考慮精度要求。

4. 焊接熱變形是焊接過程中最難以把握的現(xiàn)象，也給卡具設計帶來一些新的課題。首先要考慮用戶對工件變形的允許程度，通過分解焊接工序，改善焊接順序，盡可能減小焊接變形。還應考慮焊后工件的卸載問題，有時需增加助力機構將工件頂出，或將定位銷拔出。

5. 自動卡具設計還應充分考慮減輕操作者勞動強度，提高人身和設備的安全性?？ň邞軌蜃詣优袛鄪A緊是否到位，工件是否有誤，各機構動作順序是否正確等等。

四、 生產節(jié)拍及生產率

作為機器人廠家和系統(tǒng)供應商，一般能夠根據(jù)用戶工件要求，預算出生產節(jié)拍，但無論如何這與實際生產是存在偏差的。當生產節(jié)拍成為一個重要因素時，應當通過試驗來測量實際值。縮短生產節(jié)拍可以提高生產率。對于單工位生產，除去焊接時間以外的輔助時間對生產節(jié)拍有直接影響，因為在這段時間內機器人只能等待，對于雙工位以上的系統(tǒng)，輔助時間的影響就小多了，只要輔助時間不超過焊接作業(yè)時間，就可認為沒有影響，因此一般系統(tǒng)都采用雙工位形式。

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