基于焊接机器人CO2 气体保护焊教学设计的探究

2021-04-19王文涛

世界有色金属 2021年1期

关键词：下坡焊丝直角坐标

王文涛

（兰州现代职业学院，甘肃兰州 730000）

1 教学实验设计

1.1 焊接机器人应用技术典型案例展示

以图片展示的方式，展示当前工业制造业生产过程中典型的焊接机器人用途，对焊接机器人应用效果和发展作简单阐述。例如，某汽车车身焊接生产线、火车侧梁弧焊系统、激光焊接系统、等离子焊接系统等。

1.2 实验目标

（1）进一步掌握焊接机器人CO2气体保护焊的工作原理和优势。

（2）熟悉库卡焊接机器人KR10 R1420 轴关节式机器人的组成结构和性能。

（3）掌握编程原理和“示教-再现”应用方法。

（4）通过完成指定操作掌握完整的操作流程方法。

1.3 实验设备及技术指标

表1 实验设备准备及参数指标一览表

驱动方式交流伺服电机保护气体 CO2,AR+CO2,AR+CO2+O2焊丝直径0.9、1.2、1.6mm 实心焊丝或药芯焊丝如H08Mn2SiA 等

1.4 实验原理及操作解析

利用库卡焊接机器人KR10 R1420 型焊接机器人实施CO2气体保护焊在实际操作过程中需要在确保安全的前提下，实现控制系统与辅助设备的通力配合才能达到预期效果，因此操作前必须明确掌握该机器人焊接系统的各构成部分的工作原理和操作方法。

1.4.1 焊接机器人系统的主要组成

（1）机器人操作机。作为焊接机器人系统的执行机构，主要由驱动器、传动机构、机器人壁、关节和内部传感器（编码器）等部分组成，六个旋转关节使其能够获得充足的工作空间，并能选择最优路径准确到达指定位置。保证末端操作器正常工作运行且得到高精度、高质量的结果。

（2）机器人控制器。作为机器人焊接系统的神经中枢，控制器主要由计算机软、硬件和专用电路组成。处理焊接机器人工作过程中的所有信息并控制每一个运行动作是其重要作用

1.4.2 坐标系对应运动方式

（1）直角坐标系。通过直角坐标实现的主要是多轴合成的运动方式，即以焊丝尖端为坐标原点，沿直角坐标系运动，适用于机器人需做小范围姿态调整和示教的情况。

表2 直角坐标系运动分析

图1 直角坐标系示意图

2 问题思考与实验

通过完成教学实验中焊接机器人CO2气体保护焊的示例操作，学生基本掌握到了焊接机器人CO2气体保护焊的操作方法，接下来，以影响焊缝成形的因素为问题导向，运用已掌握的操作方法通过几组简单的焊接操作实验，分析影响焊缝成形的两种常见问题因素，进而探索提高机器人焊接工艺质量的方法。

上坡焊与下坡焊实验：在CO2气体保护焊操作中，受焊件空间位置影响，仅靠水平方向上的操作不一定能够完成焊接操作，常需用到自上而下或自下而上的焊接过程，即上坡焊与下坡焊。采用相同的参数设置包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长等，分别以上坡焊与下坡焊的方式焊接两条焊缝。在焊接过程按一定规律适时调整焊接机器人和焊接工件面的倾斜角度，然后对完成的焊缝进行记录分析，结果如图2、3。

分析可得：焊丝伸出长较长情况下弧长（焊丝与焊件的距离）增大，缝熔宽变宽、熔深变浅，易产生飞溅，会降低焊缝焊接的牢固性。而焊丝伸出长较短的情况下，余高明显增加，易影响到焊缝动荷载承受能力。鉴于此，要求学生在每一次机器人焊接准备工作中，必须根据实际的焊接条件、材料和要求合理设计选用适宜的焊丝伸出长。