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　　摘要：本文通過(guò)FANUC弧焊機(jī)器人在某叉車生產(chǎn)過(guò)程中焊接后橋、油箱、門架滑塊的實(shí)際應(yīng)用，介紹設(shè)備引進(jìn)總體制定方案以及設(shè)備配置，實(shí)施內(nèi)容和使用效果，提出了值得關(guān)注的問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人；焊接機(jī)器人；柔性?shī)A具；控制系統(tǒng)

　　在叉車制造業(yè)上，目前機(jī)器人焊接的普遍率還是處于較低水平，但也開始慢慢向機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展。比如叉車的后橋、左右油箱、門架滑塊、門架等主要部件，均可以使用到機(jī)器人來(lái)完成焊接工作。焊接主要以搭接、角接接頭為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到叉車的安全性能。應(yīng)用了機(jī)器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低了對(duì)操作工的技能要求、勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。

　　從總體方案的制定伊始，就需要綜合考慮到機(jī)器人焊接系統(tǒng)一定要柔性化、人性化、高效率、高質(zhì)量。

　　機(jī)器人柔性化焊接系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上主要由兩部分組成：機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)器人工作房、機(jī)器人本體、機(jī)器人外軸回轉(zhuǎn)臺(tái)及機(jī)器人周邊設(shè)備等；控制系統(tǒng)可分為機(jī)器人控制系統(tǒng)、人機(jī)界面等輔助單元。

　　1  機(jī)器人工作房

　　機(jī)器人工作房的布置及主要部件如圖1所示，工作房外形為長(zhǎng)方形，房間由鋁合金型材加防弧光PET板搭建而成，其中遮光板上中下三層為不同顏色，起到美觀及防弧光作用。工作房為全封閉房間，工作房外側(cè)安裝有弧焊專用的除塵器。工作房的門簾為電動(dòng)快速門簾，可以快速開啟或關(guān)閉，焊接時(shí)防護(hù)光門簾自動(dòng)關(guān)閉，焊接完成后自動(dòng)打開。

圖1   機(jī)器人工作房布置及主要部件

　　焊接房外側(cè)有一個(gè)觸摸屏操作箱，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和操作。另外，還有一雙手啟動(dòng)盒，用以操作焊接夾具盒啟動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行焊接工作。機(jī)器人工作房的外觀如圖2所示。

圖2  機(jī)器人工作房外觀

　　2  機(jī)器人本體

　　采用的FANUC Arc Mate 100iB 和Arc Mate 100iC/6L系列焊接機(jī)器人是標(biāo)準(zhǔn)的六軸機(jī)器人，具有六個(gè)自由度，理論上可以達(dá)到運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)，其臂展范圍分別為1373mm和1632mm，配以賓采的焊槍，足以滿足本系統(tǒng)的需要。另外，叉車油箱等工件的焊接對(duì)機(jī)器人軌跡的重復(fù)定位精度有一定要求，一般應(yīng)小于0.5mm，而該機(jī)器人可達(dá)到0.08mm，可以滿足生產(chǎn)需要。此外，對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化程度和零件生產(chǎn)節(jié)拍有近乎苛刻的要求，F(xiàn)ANUC機(jī)器人2000mm/s的直線速度可以大大減少機(jī)器人軌跡中空行程所浪費(fèi)的時(shí)間。機(jī)器人本體外形如圖3所示。

圖3  Arc Mate 100iB

圖4  Arc Mate 100iC/6L

　　其中，F(xiàn)ANUC最新款的中空手臂機(jī)器人Arc Mate 100iC/6L ，它的性能相比老型號(hào)機(jī)器人有了很大提高，更適合高強(qiáng)度焊接作業(yè)。它和林肯電源PW i400的完美結(jié)合，大大縮短了安裝調(diào)試時(shí)間，方便維護(hù)。

　　FANUC 弧焊機(jī)器人和林肯焊接電源PW i400之間通訊采用ArcLink XT通訊，為全數(shù)字通訊。相比其他焊機(jī)，同樣焊接速度的情況下，一道焊縫的焊接時(shí)間可以節(jié)約大約0.4秒時(shí)間，正因?yàn)槠洳捎昧薃rcLink通訊協(xié)議。

　　3  機(jī)器人外軸回轉(zhuǎn)臺(tái)

　　外軸回轉(zhuǎn)臺(tái)采用FANUC標(biāo)準(zhǔn)的2軸變位機(jī)，其負(fù)載能力為500kg，足以滿足叉車后橋、油箱的焊接需求。變位機(jī)的回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)完全由機(jī)器人來(lái)控制，在焊接時(shí)可以和機(jī)器人來(lái)協(xié)調(diào)焊接，保證焊接質(zhì)量。

圖5  機(jī)器外軸回轉(zhuǎn)臺(tái)

　　4  焊接夾具

　　在叉車焊接的系統(tǒng)中，最主要的是焊接夾具部分。因?yàn)榭紤]到叉車型號(hào)的多樣性，其零部件必然也是多樣性的。為了廠商成本考慮及生產(chǎn)效率考慮，上海發(fā)那科機(jī)器人技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)的夾具可以適用多種不同型號(hào)工件。這樣，一來(lái)減少了廠商對(duì)焊接夾具的投資；二來(lái)減少更換夾具的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

　　其中，一副油箱焊接用夾具可以適用3種不同型號(hào)油箱的左右油箱，共6種工件。一副后橋焊接用夾具，可以適用3種不同型號(hào)后橋。一套門架滑塊焊接夾具可以適用22多種工件。

圖6  焊接夾具

　　夾具的防錯(cuò)由硬件和軟件來(lái)確保萬(wàn)無(wú)一失。硬件由不同的夾具頭來(lái)對(duì)應(yīng)不同的工件。軟件方面由機(jī)器人通過(guò)接觸傳感功能來(lái)區(qū)分工件確認(rèn)啟動(dòng)的程序是否是對(duì)應(yīng)焊接的工件。其原理是利用工件大小的差異性，機(jī)器人做接觸傳感時(shí)所行走的距離大小來(lái)區(qū)分工件。這樣的雙保險(xiǎn)可以萬(wàn)無(wú)一失的確保程序運(yùn)行的準(zhǔn)確性。

    5  電氣控制部分

　　整個(gè)工作站的控制都是由機(jī)器人控制箱來(lái)完成，利用了FANUC獨(dú)有的PMC功能來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，起到PLC的作用而不使用硬件PLC，大大降低的系統(tǒng)成本。此外，F(xiàn)ANUC R-30iA控制柜可以直接和觸摸屏HMI相聯(lián)接配合使用，可以直接訪問(wèn)到機(jī)器人控制柜里的數(shù)據(jù)，比如寄存器、位置寄存器、I/O、甚至機(jī)器人的錯(cuò)誤信息都可以實(shí)時(shí)的顯示在觸摸屏上。這樣，可以讓操作工在觸摸屏上讀取信息，而不通過(guò)示教器。

圖7   電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　總之，機(jī)器人焊接代替人工焊接是一種發(fā)展趨勢(shì)，其焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、高效性，是人工焊接無(wú)法比擬的。