48 中 国 表 面 工 程2008年?专家访谈?
吴林教授谈机器人在表面工程中的应用
随着我国表面工程事业的发展,提出了在表面工程技术作业中运用机器人的问题。本刊记者于2007年10月12日访问了我国焊接和焊接机器人领域的知名专家、本刊编委会顾问、哈尔滨工业大学吴林教授。
记 者:请您谈谈机器人在表面工程应用中的必要性。
吴 林:近年来我国表面工程事业发展迅速,因为它在节能、节材和环保上有独特的优势,在我国建设节约型、环境友好型社会,发展循环经济推动下,表面工程会有更快的发展。当前在表面工程产业化中,突出的一个问题是生产效率低,成千上万个零件基本上都用手工方式进行修复,不仅效率低,而且质量不稳定。推动自动化是一个有效的途径。生产自动化有二种基本形式,一是专机自动化,二是机器人自动化。专机自动化适用于单品种、大批量产品,称之为刚性自动化;机器人自动化适用于多品种、中小批量产品,称之为柔性自动化。在表面工程生产中,大批量产品宜采用专机自动化,而多品种、中小批量产品宜采用机器人自动化,尤其是在维修和再制造生产中,机器人有广阔的应用前景。
记 者:请您谈谈工业机器人及其选择的问题。
吴 林:自1962年美国推出世界上第一台工业机器人“Unimate”以来,目前有100多万台工业机器人在生产中工作,其中约50 %是焊接机器人。
工业机器人实质上是一种具有记忆功能的、可编程的、由计算机控制的数控多自由度操作机,它能记住人教它的每一步操作,并能高精度的重复再现,它也能同时记住若干个零部件的操作步骤,因此若要加工另一个零部件时,只需方便地调用另一个部件的程序即可。
它在生产中有许多优点:①有很高的生产率,能一天24 h工作,不知疲倦;②能稳定质量,保证产品的一致性,从不马虎;③能显著改善劳动条件,基本不需要工人参与加工过程,只需在现场外监控;④能实现单件或小批量自动化等。因此,它很受欢迎。每年以大约15 %~30 %的速度在增长。焊接机器人可分三代;第一代是示教再现型机器人,这是当前应用最多的基本型;第二代是带有一定传感功能的机器人,目前正开始广泛应用,主要是基本型+焊缝跟踪传感器;第三代是全智能的焊接机器人,目前尚处于研发阶段。
关于机器人的选择,是一个极为重要的问题,它关系到机器人应用的成熟,要做到详尽地分析和论证。首先要做产品和产品工艺分析。如产品几何形状、焊缝分布和类型、焊接方法、质量要求、生产节拍、工艺流程、对应力变形措施等;其次提出一个或几个机器人焊接的方案,包括机器人、焊机、辅助系统、工装夹具、定位装置、转胎和物流系统等;然后对所有方案进行仿真和优化;确定其可达性、可行性,进行比较和优化。在此基础上,确定对机器人的基本要求,如有效工作空间、安放形式、轨迹绝对精度和重复精度、最高运动速度、末端允许载荷重量,必需的自由度数和外部轴数等。
根据基本要求,按性价比的最优,选择机器人型号和厂家。
记 者:请您谈谈表面工程应用机器人相关技术的匹配问题。
吴 林:焊接机器人的应用,不能简单化的认为就是买一台机器人来代替操作工人,它是很复杂的一个技术提升,实际上它是一个系统工程,在表面工程中应用机器人也是这样。
(1) 它对上道工序提出了严格的要求,零件的尺寸精度、部件的装配精度、零部件的传送精度、装夹和定位精度等都必须在机器人允许的精度范围之内,俗话说,机器人不吃粗粮吃细粮,要求工厂全面提高管理和加工水平。
(2) 它对产品设计提出了新要求,如尽量多设计长焊缝、连续焊缝、平面和规则焊缝,以减少示教点,减少从一条缝到另一条缝的转移时间和保证机器人焊枪的可达性。
第1期 吴林教授谈机器人在表面工程中的应用 49
(3) 发展适合机器人焊接的新工艺,不同的工艺方法,机器人的效率差别很大,例如,气保护堆焊,高效高速堆焊、激光高速堆焊、多丝堆焊等,机器人能成倍的提高效率。
说它是系统工程,就是说机器人的应用必须要进行系统设计,单是一台焊接机器人很难发挥作用,它必须有自动传送系统、工装夹具、高精度定位装置、夹紧防变形装置、变位机、机器人移动装置、焊机系统、焊缝对中和弧高控制系统、焊嘴清洁及冷却系统、安全和隔离装置等。
装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室徐滨士院士将高速电弧喷涂技术、微米等离子熔覆技术、堆焊技术等表面工程关键技术与操作机或机器人相结合,显著提升了再制造产品质量,提高了工作效率与稳定性,降低了操作人员劳动强度,是表面工程技术实现自动化的有益尝试。
目前机器人在许多行业中已有很多很成功的应用,我相信在表面工程中也会得到愈来愈多的应用,我们共同努力吧!
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(上接第47页)
3 结论
(1) 通过表面形貌观测发现,相同电沉积铜条件下,采用超声波辅助技术电沉积铜改变铜层表面光洁度,铜层表面组织更为细密。
(2) 在相同电沉积铜条件下,超声波辅助电沉积可使镀铜层晶粒得到有效细化。
(3) 原位拉伸试验结果显示,加载超声波辅助电沉积提升了材料电铸态的抗拉强度,可减小材料在机械加工过程中断裂的几率,更易进行机械加工成形。
(4) 新工艺制得的材料晶粒更为细小,组织致密,表面光洁度高,泡沫铜的纤维截面均匀,减少了应力集中,是抗拉强度得以提升的重要原因。
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