前言
為適應(yīng)我國高速貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展需要，齊車公司成功開發(fā)研制了高速貨車轉(zhuǎn)向槊，通過了測試鑒定投入生產(chǎn)。
高速貨車轉(zhuǎn)向架為焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，構(gòu)架由2個箱形結(jié)構(gòu)側(cè)梁和2個橫梁組焊而成，枕梁是由銅板焊接成的魚腹形的箱形結(jié)構(gòu)梁。
為了保證高速轉(zhuǎn)向架在長期運(yùn)行中動力學(xué)性能的穩(wěn)定性，確保鐵路貨物高速運(yùn)輸?shù)陌踩訌?qiáng)轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件搖枕，側(cè)梁、焊接構(gòu)架等焊接質(zhì)量及可靠性是非常必要的。
為此，將機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用干轉(zhuǎn)向架側(cè)梁，搖枕的焊接生產(chǎn)是保證焊接質(zhì)量，提高可靠性的有效方法。
一、工件信息
產(chǎn)品名稱：2E軸構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架側(cè)梁及枕梁
母材材質(zhì)：Q345E
工件重量：307Kg、339Kg
工藝要求：焊接腹板與上、下蓋板之間的焊縫，坡口形式為全焊透Y型坡口或角焊縫，角焊縫焊腳尺寸為8mm。組裝間隙控制在1～3mm，定位焊間距200mm，定位焊每段長度10～20mm。
二、生產(chǎn)流程
側(cè)梁、枕梁：組對→焊接→探傷
三、焊接工藝
所有焊縫均采用MAG焊，焊絲牌號SM-70，直徑φ1.2mm，保護(hù)氣體Ar80%+CO，20%。每條焊縫分兩層焊接完成，第一層打底采，第二層填充蓋面，單槍單絲焊接。
四、焊接質(zhì)量要求
要求焊縫外觀成型良好，焊縫與母材圓滑過渡，焊縫不應(yīng)有裂紋、弧坑、夾渣等缺陷。每100mm范圍內(nèi)氣孔數(shù)不得多于2個，且單個氣孔直徑不得大于2mm。
五、機(jī)器人焊接系統(tǒng)配置
整個系統(tǒng)由德國KUKA KR16工業(yè)機(jī)器人，龍門式移動滑臺裝置，L型雙軸變位機(jī)2臺、焊接電源TS5000（奧地利福尼新）、水冷焊槍系統(tǒng)（德國賓采爾）及清槍剪縫裝置等構(gòu)成，電壓穩(wěn)壓器，并預(yù)留焊煙排塵接口。
整個系統(tǒng)由機(jī)器人控制柜集中統(tǒng)一控制，自動按照設(shè)定的程序完成焊縫尋找定位、焊縫跟蹤，焊接參數(shù)控制，焊接質(zhì)量控制、焊接順序，清槍等功能。
CLV03 1-單軸移動龍門式移動滑臺，行程為7米，適用于機(jī)器人的懸掛安裝，由伺服電機(jī)驅(qū)動減速器，通過獨(dú)有的齒輪齒條無間隙傳動技術(shù)，使驅(qū)動溜板在兩組直線滑軌上滑行。龍門架運(yùn)動采用的伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動為機(jī)器人的外部軸，由KRC2機(jī)器人控制器控制實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。
六、操作流程
6.1 工件裝夾
操作人員使用行車將組對好的工件安裝在變位機(jī)上的焊接夾具，按“加緊”按鈕將工件定位夾緊，退出機(jī)器人工作區(qū)域，雙手按下操作臺上的“開始”按鈕，向機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)出“工件到位，開始自動焊接”的指令，機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行程序開始自動焊接。
6.2 機(jī)器人焊接
自1962年美國推出世界第一臺Unimat型和Versatra型工業(yè)機(jī)器人以來，2005年底全世界已有大約260萬臺工業(yè)機(jī)器人投入生產(chǎn)應(yīng)用。這其中大約半數(shù)是焊接機(jī)器人。隨著現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展和對焊接產(chǎn)品質(zhì)量，數(shù)量的需求不斷提高，以焊接機(jī)器人為核心的焊接自動化技術(shù)已有了長足的發(fā)展。近25年來，焊接技術(shù)的發(fā)展比任何時期都快，從過程的控制到焊接工藝和裝備都不斷有新的突破，為焊接生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)，高教，低成奉的方向發(fā)展提供了前所未有的良好條件。焊接過程的自動化，機(jī)械化是機(jī)械制造企業(yè)焊接生產(chǎn)技術(shù)改造的主要方向。因?yàn)椴捎昧藱C(jī)械化，自動化的焊接設(shè)備會使焊接車間的生產(chǎn)效率提高2～4倍，改善及穩(wěn)定焊接質(zhì)量，減少廢品或返修量，降低成本，并能形成一個比較清潔文明和安全衛(wèi)生的勞動環(huán)境。同時由于市場競爭加劇，產(chǎn)品趨向個性化，生產(chǎn)批量越來越短，使得常規(guī)的生產(chǎn)方式難以適應(yīng)。出路只有一條，那就是加速技術(shù)改造，用生產(chǎn)的柔性化和自動化解決造一矛盾。
目前我國焊接生產(chǎn)的機(jī)械化，自動化水平還很低，根據(jù)1995和1997年我國焊接材料生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全年焊接材料總產(chǎn)量已達(dá)70～80萬噸，而各種焊絲的產(chǎn)量才約為8萬噸，我國的焊接機(jī)械化自動化率，按熔敷金屬量來計(jì)算，近幾年一致徘徊在20%左右。既使再考慮各廠自行進(jìn)口的那部分氣電焊和埋弧焊悍絲的話，自動化率也不會超過25%，仍達(dá)不到日本1973的35%的水平，而和世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家當(dāng)前的60%相比，差距是明顯的。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會及聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，1996年到2000年期間，工業(yè)機(jī)器人的需求量以每年13%的速度增長，到2002年，全世界將有近140萬臺機(jī)器人投入使用。從世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，主要應(yīng)用領(lǐng)墟是焊接。所以說，從現(xiàn)在開始到2010年，將會是我國機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)改造的又一個高潮時期，尤其焊接生產(chǎn)技術(shù)的改造。因?yàn)檫@樣，才能在21世紀(jì)激烈的國際競爭中，使我國的機(jī)械制造業(yè)能在世界市場上有立足之地。
焊接機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1)穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均勻；
2)提高勞動生產(chǎn)率，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)；
3)改善工人的勞動條件，可在有害環(huán)境下工作；
4)降低對工人操作技術(shù)的要求；
5)縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；
6)可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化；
7)能在空間站建設(shè)、核能設(shè)備維修、深水焊接等極限條件下完成人工難以進(jìn)行的焊接作業(yè)；
8)為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。
焊接機(jī)器人主要應(yīng)用于下面幾種情況：
1)應(yīng)用于機(jī)械化程度較高的組裝焊接流水線上。在組裝焊接流水線上生產(chǎn)的產(chǎn)品一般都年產(chǎn)量較高，例如，汽車生產(chǎn)企業(yè)。生產(chǎn)企業(yè)為了提高年生產(chǎn)量，擴(kuò)大本企業(yè)產(chǎn)品在市場上的銷售份額，采用生產(chǎn)效率高的焊接機(jī)器人來生產(chǎn)產(chǎn)品。這也是焊接機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)之一。
2)應(yīng)用于專業(yè)化程度高的企業(yè)。在許多微電子行業(yè)，如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等，大多數(shù)都采用了焊接機(jī)器人。山千其專業(yè)他程度高，每個工序組裝焊接不同的零部件，生產(chǎn)工藝參數(shù)各不相同，這就要求不同的焊接機(jī)器人組焊不同的部件，完成不同的生產(chǎn)任務(wù)，以提高生產(chǎn)效率。
3)應(yīng)用于對人體有毒、有害以及危險的工作環(huán)境，大多數(shù)企業(yè)所采用的焊接方法一般為手工電弧焊及CO，混合氣體保護(hù)焊。焊接過程中，焊條藥皮的反應(yīng)及保護(hù)氣體發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，會產(chǎn)生氣態(tài)和顆粒狀的物質(zhì)，即焊接煙塵與氣體。當(dāng)焊接煙塵和保護(hù)氣體超過允許濃度時，就會影響焊工的身體健康。一般在一些特殊行業(yè)，如油漆噴涂，焊接環(huán)境惡劣，以及存在潛在危險的工序，一般會采用機(jī)器人進(jìn)行操作。機(jī)器人在這種環(huán)境下操作，避免了在工作中對人體的危害。
機(jī)器人使用接觸尋位功能尋找捍縫起始點(diǎn)位置，對需要焊接的每條焊縫進(jìn)行尋找；啟弧后自動打開電弧跟蹤功能對焊縫進(jìn)行跟蹤，糾正部件在組對點(diǎn)固時所產(chǎn)生的精度偏差。完成工件的打底焊接后，機(jī)器人按事先設(shè)置的偏移量自動生成蓋面焊接軌跡進(jìn)行蓋面焊（多層多道焊工藝）。
通過變位機(jī)的旋轉(zhuǎn)變位保證工件的焊縫始終處于船型位置施焊，以防止熔池下陷、焊縫不對稱現(xiàn)象的發(fā)生，保證焊縫圓滑對稱且焊縫兩側(cè)與母材形成平滑過渡。
6.3 工件裝卸
當(dāng)機(jī)器人焊接完畢后，將自動移動到另一變位機(jī)處進(jìn)行焊接，這時操作人員可將焊后工件卸下，裝上新的待焊工件。由干系統(tǒng)內(nèi)布置有2臺變位機(jī)工位，操作人員可分別進(jìn)行工件裝卸的工作，而機(jī)器人始終處于工作狀態(tài)，可晟大限度地提高生產(chǎn)效率。
結(jié)論
提高焊接技術(shù)水平是采用焊接機(jī)器人的主要出發(fā)點(diǎn)，即使對應(yīng)大型復(fù)雜的工件，難度大的焊縫也能獲得較好的焊接質(zhì)量并保持質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。
采用機(jī)器人焊接傳感技術(shù)克服了焊接過程中隨時可能發(fā)生的變化，其可靠性與其他自動化方式相比更具有優(yōu)勢，這也是采用機(jī)器人焊接的決定因素。
與手工焊接相比，不僅解決了勞動強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣等問題，而且焊后再加工，修磨的工作量也會大大地減少，機(jī)器人焊接技術(shù)越來越多的應(yīng)用于更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，受到各界人士的普遍歡迎。
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本文標(biāo)題：焊接機(jī)器人技術(shù)在鐵路車輛轉(zhuǎn)向架側(cè)梁枕梁等部件上的應(yīng)用
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