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摘要：随着科技的进步与成熟，焊接机器人作为现代制造业的高端制造方法，将被越来越多的应用到对产品焊接性要求较高的机车制造领域及其他相关领域。本文分析了焊接机器人在机车构架生产中的应用。
关键词：焊接机器人；机车构架；应用
由于焊接机器人的高效性、稳定性，以及不可替代性，将强有力的推进焊接制造业的发展。另外，焊接机器人在机车构架生产中的应用，极大地提高了焊接加工的生产率，尤其是批量生产时极为明显。同时，也提升了焊接产品的质量，降低了工人的劳动强度和对焊工操作技术的要求，从而给企业带来了良好的经济、社会效益。
一、焊接行业的发展
我国焊接行业与发达国家相比有着较大程度上的差距，在工业发达的国家，焊接工作使用机械化与自动化占据65％以上的使用率，而我国只占30％左右，严重影响了我国焊接技术的发展。我国焊接工作大量使用机械化，自动化生产水平较低，为有效改善这一现象，我国相关焊接工作逐步运用焊接机器人来代替以往人工操作的现象，推进我国焊接工业的发展。
二、焊接机器人应用的特点
焊接机器人是集机械、计算机、电子、传感器、人工智能等多个方面知识于一体的现代化、自动化设备。焊接机器人主要有机器人和焊接设备两大部分构成。机器人由机器人本身和控制系统组成。焊接设备以点焊为例，主要由焊接电源、专用焊枪、传感器、修磨器等部分组成。另外，应有系统保护装置。
1、可靠的稳定性和焊接质量。焊接机器人通过编制及参数设定，保证每条焊缝的焊接参数都是恒定的,焊缝质量受人为因素影响较小,提高了焊接质量，减少了错误发生，保证了产品稳定性。
2、降低操作者难度要求。对于手工焊接，很多焊缝位置对操作者要求高，焊接机器人通过变位器，让焊缝位置达到最佳位置，降低了操作要求。
3、提高了工作效率，减少了人力成本。传统钢结构焊接是劳动密集性操作，采用焊接机器人焊接，用机器人代替人工焊接减少了人力，并且机器可24h连续生产，没有疲劳，产品稳定，所以焊接速度也远远超越人力。
4、改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接时,操作者远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等,使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。
三、焊接机器人结构
现代焊接机器人的系统组成基本有焊接机器主体、焊接单元、追踪单元、单位控制单元、位移器、显示器、远程控制单元和应用程序等组成。控制单元采用数字式化信号通讯，能主动性控制空间六轴的位置关系、空间三维主机架x，y，z轴及变位主机轴，同时增加3个外轴扩展接口，有效增加可靠性及稳定性。
焊接机器人的主体结构由6轴吊臂组成。通过现代最先进的可见性显示器和远程控制单元，来给予及控制焊接机器人的动作指令及动作方向。追踪单元采用具有极高稳定性和可靠性的接触式喷嘴传感器、电弧传感器双追踪跟踪方式，具备多对破口，多种焊缝位置形式的焊缝追踪响应，尤其V焊缝效果更佳。
焊接控制单元采用数字化、自动化控制的逆变性焊接电源。其中，附属辅助系统还将烟尘净化装置，喷嘴清洁装置等多种装置进行系统集成，高效快捷的完成从产品焊接到机器人自身清理的工作。
四、构架横梁焊接工艺的研究与应用
1、焊接参数及焊接材料的选用。构架横梁焊接采用L形变位机。横梁由上、下盖板、立板和隔板等组焊成箱形结构，组装完毕后对两侧4条焊缝、上下表面直焊缝进行船形焊接。横梁焊接采用的是药芯焊丝CO2气体保护焊。为保证横梁的焊接质量符合设计要求，需设计焊接机器人专用的焊接工艺。
1)选择合适的坡口形状和尺寸为保证焊透，对坡口尺寸进行选择。对零件尺寸、焊缝坡口和装配尺寸进行严格的工艺规定，坡口尺寸公差控制在±0.5mm，装配尺寸误差控制在±1.5mm以内，焊缝出现气孔和咬边等焊接缺陷的机率可大幅度降低。
2)焊接材料的选用为保证焊接质量，根据需要选择药芯焊丝，药芯焊丝型号为E501T，焊丝直径为1.4mm。保护气体采用CO2。由于药芯焊丝的挺度稍差，高速送丝时阻力加大，要尽可能使焊丝平滑送出，避免产生抖动使电弧不稳，从而影响焊缝质量。
送丝机构可装在机器人的上臂上，也可放在机器人之外。前者焊枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性；后者软管较长，当机器人把焊枪送到某些位置，使软管处于多弯曲状态时，会严重影响送丝质量，所以送丝机的安装方式一定要保证送丝的稳定性。
3)焊接参数。根据板厚不同，采用开坡口多层焊，选择适当的焊接参数，如焊接电流、电弧电压、焊接速度以及保护气流量等。为了获得最佳的焊接参数，需要制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。
2、焊接工装的设计
1)组对焊接夹具的设计。根据工件结构形式设计了焊接夹具，作固定和夹紧用，与L形变位机配合使用。
2)安全围栏和排烟除尘装置的设计。焊接机器人能代替人类在危险、有害的恶劣环境中作业，同时也带来了另一种潜在的危险，即机器人伤人事故。为此，焊接机器人在线运行时，绝对不能有人进入其运动安全范围所在区域，并且其运动区域内应保证无干涉，这是焊接机器人安全管理最为重要的一条原则。此外，除通用的工业安全规程外，还要注意焊接机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。例如：①为焊接机器人及其周边设备安装安全防护栏，以防止有人进入危险区域造成意外伤害。②在安全护栏入口的安全门上设置插拔式电接点开关。该开关与焊接机器人的安全回电路相连接，一旦安全门打开，机器人控制器将切断机器人的驱动电源，机器人立即停止运动。③在距焊接机器人所在工位最近的地方，安装多个紧急停止开关，一旦发生紧急或危险情况，工作人员可就近按下急停，让机器人停止运动。④示教作业时降低焊接机器人的运动速度，并由经过专业技术操作培训的人员进行示教。⑤焊接机器人安全电路与生产线安全电路联为一体。当生产线遇到紧急情况时，生产工人可按下该线上任何工位的紧急停止开关，让机器人停止运动。
3、编程
1)选择合理的焊接顺序。以减小焊接变形和焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。
2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑和安全。
3)合理的变位机位置、焊枪姿态以及焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时，要不断调整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝干伸长。
4)及时插入清枪程序。编写一定长度的焊接程序后，应及时插入清枪程序，可防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴，保证焊枪的清洁，提高喷嘴的寿命，确保可靠引弧，减少焊接飞溅。
5)编制程序一般不能一步到位，要在机器人的焊接过程中不断检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等。
五、焊接机器人应用中存在的问题和解决措施
机器人焊接采用的是CO2气体混合气保护焊，焊接过程中出现的焊接缺陷一般有外观成型差、咬边、飞溅、气孔等几种。
1、外观成型差。这时要考虑坡口尺寸、组对间隙、坡口角度等因素，进行相应调整。
2、出现咬边、飞溅过多。焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整焊接参数，调整焊枪的姿态及焊枪与工件的相对位置。
3、出现气孔。焊接速度快、气体保护差、工件的底漆未清理干净，进行相应的调整就可以处理。
六、结语
焊接机器人在机车车架横梁制造中的应用，提高了产品焊接质量的稳定性和生产效率。焊接机器人应用是一个复杂的、综合的过程，对焊件的设计结构、焊接工艺、零部件质量及焊件的装配质量等各方面都提出了新的、更严格的要求。同时，相关工作人员的稳定性也影响着机器人的应用，所以应在长期的应用中不断积累经验，最大程度地发挥机器人效益。
参考文献：
[1]林尚扬,李成桐.焊接机器人及其应用[J].机械工业出版社,2014(02).
[2]曹广林.机车焊接机器人的开发[J].机车车辆工艺，2012，9(01):35-42