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                在焊接自動化中什么是系統的觀點

                2020-03-23 19:54:51
                隨著制造業的高速發展,傳統的手工焊已不能滿足現代高科技產品制造的質量、數量要求、現代焊接加工正在向著機械化、自動化的方向發展。電子技術、計算機技術以及機器人技術的發展,為焊接自動化提供了十分有利的基礎。近年來,焊接自動化在實際工程中的應用取得了迅速發展,已成為先進制造技術的重要組成部分。本文主要介紹自動化焊接技術及其發展的概況與前景。 1.自動化焊接技術 1.1自動化焊接的概念 自動化焊接主要指焊接生產過程的自動化。它是一個綜合性的焊接與工藝問題,其主要任務是:在采用先進的焊接、檢驗和裝配工藝過程的基礎上,建立不需要人直接參與焊接過程的焊接加工方法和工藝法案,以及焊接機械設備和焊接系統的結構與配置。焊接自動化的核心是實現沒有人直接參與的自動焊接過程。 自動化焊接有兩方面的含義:一是焊接工序的自動化,二是焊接生產的自動化。焊接生產的自動化是指焊接產品的生產過程,包括從備料、切割、裝配、焊接、檢驗等工序組成的焊接生產全過程的自動化。只有實現了焊接生產全過程的自動化,才能得到穩定的焊接質量和均衡的焊接生產節奏以及較高的焊接生產率。而單一焊接工序的自動化是焊接生產自動化的基礎。 1.2自動化焊接的主要設備及特點 焊接生產過程的自動化和機械化的關鍵工序:第一,全部使用自動控制裝置和機械裝置來實現來替代焊接作業的手工操作;第二,物流、機械手及變位機械來完成將焊件的搬運和位移采用;第三,完成焊接作業將會采用較高的生產節拍和高效的焊接方法進行;第四,通過精確的自動控制和準確的機械動作,進而來確保持持續的穩定的焊接質量。按照目前世界發達國家的焊接裝備水平,可將其概括為如下幾個特點: 1)標準化、通用化、系列化 對于大批量生產的典型常用接頭形式,如板材接縫、筒體環縫、圓筒環縫、管對接和管子管板接頭等,現在已經開發出相對應的的標準型自動化焊接專機,這種焊接機械具有焊接效率高、質量穩定的優點。在經過多年產品研發積累,固得公司終于開發出了300~3000mm的縱縫焊、工件回轉環形焊機、臥式單槍(雙槍)環縫焊、三軸數控焊接機床和焊槍回轉環形焊機等等。 2)多功能化 其為充分發揮大型自動化焊接設備的效率創造了有利條件已將其設計成適用于多種焊接方法和焊接工藝。如單絲、雙絲、MIG/MAG-TIG等離子弧焊、多絲埋弧焊。 3)智能化控制和自適應 焊接過程的全自動控制比傳統的金屬切削加工要復雜得多。全自動控制必須考慮焊件接縫裝配間隙誤差,幾何形狀的偏差以及焊件在焊接過程中的熱變形。所以我們需要采用各種自適應控制系統和傳感器技術。 4)組合化和大型化 對于大型、中型焊接結構生產過程的自動化,已研制成功各種大型自動化焊接設備。如中重型厚壁容器焊接中心、機床車廂總裝焊接中心、集裝箱外殼整體焊接中心等等。 5)高質量、高精度、高可靠性 焊接機器人和精密焊接操作向高精度、高質量發展,行走機構的定位精度為0.1,移動速度的控制精度為0.1,與焊接機器人配套的焊接變位機的最高的重復走位精度為0.05。固得公司已經研發出來的摩托車的車架機器人工作站,以高質量的、高水平廣泛應用于江門大長江、重慶建設中。 1.3自動化焊接系統 自動化焊接就是用焊接機械裝置來代替人進行焊接。典型的機器人自動化焊接系統主要由如下部分構成:機器人、變位機、各種傳感器、控制器、自動焊機(包括焊接電源、焊槍等)等。其基本構成單元是:機械裝置、執行裝置、能源、傳感器、控制器和自動焊機。 1)機械裝置 機械裝置是能夠實現某種運動的機構,配合自動焊機進行焊接加工裝置,如機器人、變位機、懸臂操作機等。 2)執行裝置 執行裝置是驅動機械裝置運動的電動機或液壓、氣動裝置等。 3)能源 能源是驅動電動機的電源等。 4)傳感器 傳感器是檢測機械運動、焊接參數、焊接質量的傳感器。 5)控制器 控制器主要是用于機械運動控制的計算機、單片機、可編程控制器以及電子控制系統。 6)自動焊機 自動焊機包括焊接電源、送絲機、焊槍等。它是一個獨立的焊接系統 。 1.4 自動化焊接的關鍵技術 自動化焊接技術是將電子技術、計算機技術、傳感技術、現代控制技術引入到焊接機械運動的控制中,也就是利用傳感器檢測焊接過程的焊接運動,將監測信息輸入控制器,通過信號處理,得到能夠實現預期運動的控制信號,由此來控制執行裝置,實現焊接自動化。焊接自動化的關鍵技術主要包括:機械技術、傳感技術、伺服傳動技術、自動控制技術和系統技術等。 1) 機械技術 機械技術就是關于焊接機械的機構以及利用這些機構傳遞運動的技術。在焊接自動化中,焊接機械裝置主要由焊接工裝夾具、焊接變位機、焊接操作機、焊接工件輸送裝置以及焊接機器人等。焊接機械技術就是根據焊接工件結構特點、焊接工藝過程的要求應用經典的機械理論與工藝,借助于計算機輔助技術,設計并制造出先進、合理的焊接裝置,實現自動焊接過程中的機構運動。 2)傳感技術 傳感技術是自動化系統的感受器官。傳感與檢測是實現閉環自動控制、自動調節的關鍵環節。傳感器的功能越強,系統的自動化程度就越高。焊接自動化中的傳感器有很多種,有關機械運動量的傳感器主要有位移、位置、速度、角度等傳感器。 3)伺服傳動技術 執行裝置的控制技術稱為伺服傳動技術。伺服傳動技術對系統的動態性能、控制質量和功能具有決定性的影響。 4)自動控制技術 焊接自動化中的自動控制技術主要指:基本控制理論;在控制理論指導下,根據焊接工藝和質量的要求,對具體的控制裝置或系統進行設計;設計后的系統仿真、現場調試;最終使研制的系統可靠地投入焊接工程應用。 5)系統技術 系統技術就是以整體的概念組織應用各種相關技術。從系統的目標出發將整個焊接自動化系統分解成若干個相互關聯的功能單元。以功能單元為子系統進一步分解,生成功能更為單一的子功能單元,逐層分解,直到最基本的功能單元。以基本功能單元為基礎,實現系統需要的各個功能設計。 2.自動化焊接的發展現狀及前景展望 2.1自動化焊接的發展現狀 目前我國的焊接自動化率還不足30%,同發達工業國家的近80%相比差距甚遠??梢灶A計在未來的10年內,國內自動化焊接技術的水平將以前所未有的速度發展。 隨著數字化技術日益成熟,代表自動化焊接技術的數字焊機、數字化控制技術業已面世并已穩步地進入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎工程,有力地促進了先進焊接工藝特別是焊接自動化技術的發展與進步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產業逐步走向“高效、自動化、智能化”。目前我國的焊接自動化率還不足30%,同發達工業國家的近80%差距甚遠。從20世紀末國家逐漸在各個行業推廣自動焊的基礎焊接方式——氣體保護焊,來取代傳統的手工電弧焊,現已初見成效??梢灶A計在未來的10年,國內自動化焊接技術將以前所未有的速度發展。20世紀90年代以來,我國焊接界把實現焊接過程的機械化、自動化作為戰略目標,已經在各行業的科技發展中付諸實施,在發展焊接生產自動化和過程控制智能化,研究和開發焊接生產線及柔性制造技術,發展應用計算機輔助設計與制造技術等方面,取得了長足的進步。高效、節能并能夠自動調節焊接參數的智能型逆變焊機將逐漸取代手弧焊機和普通晶閘管焊機,而且焊機的操作趨向于簡單化、智能化,以符合當今淡化操作技能的趨勢。在汽車、造船、工程機械和航空航天等領域,適用于不同場合的智能化焊接機器人較為廣泛的應用,大幅度提高了焊接質量和生產效率。在我國,目前汽車、船舶、管建、家電等行業焊接自動化的發展相對來說較好,到2005年,船廠的高效率焊接要達到80%以上,其中二氧化碳焊接應用率達到55%,焊接機械化率、自動化率要達到70%左右。 國外如歐美、日本等發達國家早在20世紀80年代便在石油、化工、造船、建筑、電力、汽車、機械等行業采用數字控制的小車式自動氣保焊機,代替人工進行焊接生產。近年來,國內幾家企業開發了幾種類似的自動焊接小車,但在結構和功能上均屬低端產品,在數字控制、焊接參數預置和專家系統自動調用等方面均為空白。成都焊研科技有限責任公司把開發適合和滿足我國工業企業焊接生產要求的高端自動焊接設備作為己任,在吸收和借鑒國外先進、成熟技術基礎之上,經過近兩年的研制工作,代表自主知識產權的第一代數控小車式自動焊機樣機在成都焊研科技有限責任公司問世。該焊機具有攜帶方便、安裝簡單、操控靈活、智能化程度高等特點,通過微機控制的多種焊接模式和專家程序,可在不同焊接位置滿足多種焊接工藝要求焊縫的焊接。 2.2自動化焊接的前景展望 電子技術、計算機微電子信息和自動化技術的發展,推動了焊接自動化技術的發展。特別是數控技術、柔性制造技術和信息處理技術等單元技術的引入,促進了焊接自動化技術革命性的發展。 (1)焊接過程控制系統的智能化是焊接自動化的核心問題之一,也是我們未來開展研究的重要方向。我們應開展最佳控制方法方面的研究,包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經網絡控制,以及專家系統的研究。 (2)焊接柔性化技術也是我們著力研究的內容。在未來的研究中,我們將各種光、機、電技術與焊接技術有機結合,以實現焊接的精確化和柔性化。用微電子技術改造傳統焊接工藝裝備,是提高焊接自動化水平的根本途徑。將數控技術配以各類焊接機械設備,以提高其柔性化水平和質量控制水平,是我們當前的一個研究方向;另外,焊接機器人與專家系統的結合,實現自動路徑規劃、自動校正軌跡、自動控制熔深等功能,是我們近期研究的重點。 (3)焊接控制系統的集成是人與技術的集成和焊接技術與信息技術的集成。集成系統中信息流和物質流是其重要的組成部分,促進其有機地結合,可大大降低信息量和實時控制的要求。注意發揮人在控制和臨機處理的響應和判斷力,建立人機對話的友好界面,使人和自動系統和諧統一,是集成系統的不可低估的因素。 (4)提高焊接電源的可靠性、質量穩定性和可控性,以及優良的動感特性,也是我們著重研究的課題。應開發研制具有調節電弧運動、送絲和焊槍姿態,能探測焊縫坡口形狀、溫度場、熔池狀態、熔透情況,適時提供焊接規范參數的高性能焊機,并應積極開發焊接過程的計算機模擬技術??傊?,使焊接技術由“技藝”向“科學”演變,是實現焊接自動化的一個重要方面。 本世紀的頭二十年,將是焊接行業飛速發展的有利時期。我們廣大焊接工作者任重而道遠,務必樹立知難而上的決心,抓住機遇,為我國焊接自動化水平的提高而努力奮斗。
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