高精度焊接设备关键技术研究

摘要：作为工业制造与生产中常用的工艺技术，焊接技术在实际加工生产中的应用十分广泛，无论是普通的焊接件，还是大型的船舶、飞机等均用到了焊接技术。在零件的某些关键部位，当无法通过去除材料的方式实现零件的加工时或某些通过连接件也无法实现的部件装配时，焊接技术作为最可靠的连接技术可以实现零件间的可靠连接。随着零件加工精度与工艺要求越来越严格，现阶段零件的焊接精度要求越来越高，因此，对高精度的焊接设备提出了更高的要求。本文主要针对高精度焊接工艺中的高精度焊接设备的关键技术进行分析和研究，为高精度焊接设备的研究和开发提供一定的参考。

关键词：高精度；焊接；设备；关键技术；研究

随着我国工业技术的不断发展，焊接技术在工业领域中的应用也越来越广泛。焊接技术在汽车车身和车门的制造中应用十分广泛，随着工业机器人在工业自动化领域中的应用，越来越多的手工焊接工作被工业焊接机器人取代。在自动焊接领域中，主要的焊接设备就是工业机器人焊接设备，因此，由于被焊接间的形状和尺寸均不同，对焊接精度的要求也不同，在大型机械中对焊接的要求相对较低；在精密的薄壁件的焊接过程中对焊接设备的焊接精度要求最高，由于焊接件较薄，若焊接设备的精度无法保证，则会导致焊接件被破坏，无法满足使用要求；在汽车零件的焊接工艺中对焊接设备的精度要求较高，在汽车车窗、车门位置的焊接工艺对焊接设备的要求较高。本文主要焊接设备在汽车焊接工艺中的应用及高精度焊接设备的关键技术进行分析研究，从焊接设备的设计、制造、装配入手，焊接设备的动力传递影响，直到焊枪末端位置的精确控制，对各个环节进行详细的分析。

1.影响焊接设备精度因素

图1 机器人焊接设备示意图 1.1设备制造精度

焊接设备属于中小型机械加工设备，相对于精密制造加工而言，其设计精度较低，但要保证焊接的形状和精度，在制造加工过程中对其精度有一定的要求（根据实际焊接精度要求设计），否则无法满足生产加工的要求。在焊接设备的核心零部件（工业机器人本体、减速器）的加工过程中由于零件的精度没有达到设计要求，在焊接设备的高压高负载工作条件下，影响焊接设备的整体精度，由此导致设备出现精度误差，影响设备的正常使用。 1.2传动系统异常

焊接设备的动力从电机传送至焊枪的过程中，需经过传动链的多级传送才能实现，例如，动力传输链为电机→减速器→传动链→焊枪，其中电机的精度和减速器中各个零件的精度对焊接设备的振动影响最大。电机旋转过程中由于转子安装对中精度不够，电机旋转中转矩不平衡，导致的振动，减速器中通常是通过齿轮传动降低转速，提高设备的转矩，保证焊枪的稳定运动，由于减速机中的齿轮由于长期工作而产生的磨损，导致精度降低、传动系统出现异常，导致焊接设备出现振动，影响焊接精度。 1.3装配精度降低

焊接设备的装配精度直接影响焊接设备的工作状态下的振动情况，由于设备设计之初时各个零件的装配精度设计不合理，导致在设备使用过程中产生各运动

件的运动关系发生改变，在设备运转过程中丧失了动力传动的精度和各个部件的位置精度，无法保证设备在高精度的要求下正常工作，产生机械振动，影响焊接工艺的质量。

1.4 设备精度保持性

焊接设备在使用初始阶段时的运转较为稳定，随着使用时间的增加，设备出现振动的频率持续增加，这是由于焊接设备的精度保持性较差。由于焊接机械长期工作在复杂的工业环境中，焊接设备的零件产生变形和磨损，设备的传动精度、定位精度与设备使用初始阶段相比有较大的差距，导致设备在工作时产生较大的振动，影响焊接工艺的质量。 1.5零件磨损

机械设备的磨损也是导致焊接设备出现振动的重要原因。设备在工作时，用于传动的关键零件的磨损会严重影响机械设备的运转平稳性，如轴承和齿轮的磨损。轴承是设备旋转过程中的关键零件，但由于负载和工作环境的影响，导致轴承发生磨损和变形，轴承的滚珠和滚子在轴承内圈和外圈中的运动位置发生变化，在传动过程中出现回转精度低，运转出现振动。齿轮的磨损，导致减速器在运转时内部啮合传动的齿轮出现传动精度偏差，无法保持平稳性，设备的振动随着传动链从动力源到执行件不断被放大，导致焊接设备在末端执行位置时的振动现象尤为明显。

2.提高焊接设备精度的技术

2.1设备零件精度和安装精度控制

在设备各个零件的设计之初，根据实际的需求合理设计各个零件的加工精度，并在制造过程严格按照设计图纸的要求进行加工。所有零件加工完成后，再根据设备的装配要求，对设备进行装配，此过程必须按照装配要求进行装配，保证设备的安装和装配精度。

2.2设备关键零件状态检测

根据第一节中的故障原因分析，在设备的关键部位安装加速度计用于检测设备的各个部位的振动情况，如设备的轴承安装位置、减速机位置，末端执行件位置。分别检测焊接设备在待机运转和正常工作状态下的振动情况，并分析传感器测量的数据，根据传感器数据判断设备各个部位的振动情况，找到影响设备末端振动的最大振动源，并根据振动源的状态选择合理的控制振动的措施。 2.3定期检查和更换零件

在根据传感器的检测数据分析得到故障源后，对相关的零件进行更换工作。定期检查各个零件的运转情况，若零件的振动程度超出了平稳运行的范围，则根据维护手册更换相应的零件，使设备始终运行平稳，减少设备的振动现象，保证焊接的精度。

2.4设备工作环境管理

维护设备需要从各个方面考虑，对于高精密的加工设备，设备周围环境的温度、湿度等都影响着设备的加工精度。在焊接设备的维护和管理工作中，需控制设备周围的环境，根据设备的运行情况和加工质量的要求，将设备安装在温度适中、空气湿度适中的位置，尽量避免设备由于周围环境导致设备的精度降低。 2.5设备零部件维护

根据各个零部件对设备的影响程度，对各个零部件进行定期维护。例如，定期更换减速机中的润滑油，对各个位置的轴承进行维护，保证外界杂物不进入轴承和减速机内部，影响轴承的使用寿命。对于电机的维护也至关重要，由于电机

长期工作在高温、高负载的环境中，导致电机转子位置发生偏移，高速运行时出现失衡，产生抖动。因此，改善电机的工作环境，保证电机的散热性，对提高电机旋转精度和延长电机使用寿命十分重要。 2.6焊枪位置检测与补偿

通常焊接件的形状属于空间曲面，以工业机器人为基础的焊接设备必须要保证焊枪的末端位置的准确位置。利用工业相机、位移传感器、高精度的编码器等实现焊枪位置的精确控制，保证焊接的精度。 3.结论

随着零件加工精度与工艺要求越来越严格，现阶段零件的焊接精度要求越来越高，因此，对高精度的焊接设备提出了更高的要求。尽管我国焊接设备的精度和焊接技术相比以前有较大的进步，但与国外焊接设备的精度还存在一定的差距。本文主要针对高精度焊接工艺中的高精度焊接设备的关键技术进行分析和研究，为高精度焊接设备的研究和开发提供一定的参考。借鉴国外先进技术，并不断投入研发人员，一定可以实现高精度焊接设备的研制，打破国外技术垄断。 参考文献：

[1]陈裕川. 大型自动化焊接设备的国内外现状及发展趋势[J]. 电焊机，2002，32（10）：1-7.

[2]余阳春. 激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究[D]. 华中科技大学，2010. [3]刘红兵，陈洁，占小红，等. 机身壁板结构双光束双侧激光焊工艺及设备研究进展[J]. 焊接，2012（4）：14-18.