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?我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況

       我國開發(fā)工業(yè)機(jī)器人晚于美國和日本，起于20世紀(jì)70年代，早期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期，全國沒有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世。焊接機(jī)器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制焊接機(jī)器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具，但這并不意味著我們一定可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。而在國外，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是個(gè)非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于當(dāng)時(shí)的國內(nèi)外形勢，國家“七五”攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)列入了計(jì)劃，對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了攻關(guān)，特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機(jī)器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來，使中國機(jī)器人在起步階段就瞄準(zhǔn)了實(shí)用化的方向。

      與此同時(shí)于1986年將發(fā)展機(jī)器人列入國家“863”高科技計(jì)劃。在國家“863”計(jì)劃實(shí)施五周年之際，鄧同志提出了“發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)。在國內(nèi)市場發(fā)展的推動(dòng)下，以及對機(jī)器人技術(shù)研究的技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，863主題專家組及時(shí)對主攻方向進(jìn)行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，提出了以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，以后又列入國家“八五”和“九五”中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國家的組織和支持下，我國焊接機(jī)器人的研究在基礎(chǔ)技術(shù)、控制技術(shù)、關(guān)鍵元器件等方面取得了重大進(jìn)展，并已進(jìn)入使用化階段，形成了點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人系列產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾個(gè)主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的用戶，也是早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接。“一汽”是我國早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)“牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機(jī)器人車身總焊線。

焊接是高速列車制造過程中和基本的工藝方法。隨著列車高速化和輕量化， 各部件的服役環(huán)境惡化， 對車體和轉(zhuǎn)向架的焊接技術(shù)提出了更高的要求。如果頻繁出現(xiàn)這種情況就要檢查一下機(jī)器人各軸的零位置，重新校零予以修正。采用焊接機(jī)器人工作站或自動(dòng)焊接專機(jī)是提高和穩(wěn)定焊接質(zhì)量的重要途徑， 而且隨著勞動(dòng)力成本的提高， 機(jī)器人焊接的成本優(yōu)勢越來越明顯。

《智能制造科技發(fā)展 “十二五” 專項(xiàng)規(guī)劃》 指出：“中國已是世界第二大經(jīng)濟(jì)體和制造業(yè)大國， 但自主創(chuàng)新能力薄弱、 先進(jìn)裝備貿(mào)易逆差嚴(yán)重、 裝備與智能裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口， 嚴(yán)重制約我國制造產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。而智能制造技術(shù)是世界制造業(yè)未來發(fā)展的重要方向之一” 。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置通過編程者的雙眼觀察，難度較大。近年來， 我國高速鐵路和高速列車發(fā)展迅猛， 獲得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。但是， 我國高速列車制造過程與國外高速列車生產(chǎn)現(xiàn)狀還有一定差距， 行業(yè)中的裝備和智能裝備依賴進(jìn)口。走智能制造的道路也是我國未來高速列車制造業(yè)發(fā)展的趨勢。

智能制造終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) “設(shè)計(jì)過程、 制造過程和制造裝備智能化”， 包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)字化，制造過程中的傳感信息化和網(wǎng)絡(luò)化， 制造裝備的數(shù)字化和智能化。其中， 制造裝備的智能化是實(shí)現(xiàn)整體制造智能化的前提和基礎(chǔ)。機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，它是機(jī)器人的心臟，決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。在所有的智能化制造裝備中， 機(jī)器人無疑是柔性制造自動(dòng)化的集中體現(xiàn)。而在高速列車的生產(chǎn)中， 焊接又占據(jù)了相當(dāng)大的比重， 焊接機(jī)器人必然在高速列車智能制造中發(fā)揮重要作用。本文在分析焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，給出其在高速列車制造行業(yè)中的應(yīng)用前景。

焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人屬于標(biāo)準(zhǔn)焊接機(jī)器人的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)（Manipulator），具有三個(gè)或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。目前，這類激光傳感器在焊接機(jī)器人工作站上使用主要為了實(shí)現(xiàn)三類功能：（1）初始焊位引導(dǎo)，也稱為焊縫搜索或接頭搜索。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)

器人后一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。

激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm為熱傳導(dǎo)焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于10~10 W/cm時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。多關(guān)節(jié)機(jī)器人作為占比本體類型，輕小負(fù)載產(chǎn)品（負(fù)載≤20kg）同質(zhì)化嚴(yán)重，價(jià)格競爭愈演愈烈，成為內(nèi)外資工業(yè)機(jī)器人廠商較量的主戰(zhàn)場，同時(shí)也是增速下滑明顯的細(xì)分產(chǎn)品之一。

激光焊接技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來了重大提升，更是家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。