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我国全自动焊接机器人发展历程与前景

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发布日期:2018.05.15关键词:苏州亨莱士
   
自动化领域中的一个重要趋势是提高机器人的使用量,从而提升生产效率,降低生产成本。我国全自动焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。下面贤集网小编为大家介绍我国全自动焊接机器人发展历程与前景。
   全自动焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40%以上,与焊接这个特殊的行业有关,焊接作为工业“裁缝”,是工业生产中非常重要的加工手段,同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在,焊接的工作环境又非常恶劣,焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。归纳起来采用全自动焊接机器人有下列主要意义:
(1)稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的,焊缝质量受人的因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求,因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时,焊接速度、干伸长等都是变化的,因此很难做到质量的均一性。
(2)改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件,远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等,对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳,使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。
(3)提高劳动生产率。机器人没有疲劳,一天可24小时连续生产,另外随着高速高效焊接技术的应用,使用机器人焊接,效率提高的更加明显。
(4)产品周期明确,容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的,因此安排生产计划非常明确。
(5)可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。

我国全自动焊接机器人发展历程
   我国开发工业机器人晚于美国和日本,起于20世纪70年代,早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期,全国没有一台工业机器人问世。而在国外,工业机器人已经是个非常成熟的工业产品,在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势,国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划,对工业机器人进行了攻关,特别是把应用作为考核的重要内容,这样就把机器人技术和用户紧密结合起来,使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。

   与此同时于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技计划。在国家“863”计划实施五周年之际,邓小平同志提出了“发展高科技,实现产业化”的目标。在国内市场发展的推动下,以及对机器人技术研究的技术储备的基础上,863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸,将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一,提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针,以后又列入国家“八五”和“九五”中。经过十几年的持续努力,在国家的组织和支持下,我国全自动焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展,并已进入使用化阶段,形成了点焊、弧焊机器人系列产品,能够实现小批量生产。
   汽车是焊接机器人的最大用户,也是最早用户。早在70年代末,上海电焊机厂与上海电动工具研究所,合作研制的直角坐标机械手,成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业,1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人,用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接,并于1988年开发了机器人车身总焊线。
   80年代末和90年代初,德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车,虽然是国外的二手设备,但其焊接自动化程度与装备水平,让我们认识到了与国外的巨大差距。随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。可以说90年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产,同时使国外焊接机器人大量进入中国。
   由于我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣,工程机械行业也成为较早引用全自动焊接机器人的行业之一。

我国全自动焊接机器人发展前景
   近年来由于我国经济的高速发展,能源的大量需求,与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术,全自动焊接机器人逐渐崭露头角。
   铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量的不断增加,以及列车提速的需求,机器人的需求一直处于稳步增长态势。据2001年统计,全国共有各类全自动焊接机器人1040台,汽车制造和汽车零部件生产企业中的全自动焊接机器人占全部全自动焊接机器人的76%。在汽车行业中点焊机器人与弧焊机器人的比例为3:2,其他行业大都是以弧焊机器人为主,主要分布在工程机械(10%)、摩托车(6%)、铁路车辆(4%)、锅炉(1%)等行业。全自动焊接机器人也主要分布在全国几大汽车制造厂,从图1中还能看出,我国全自动焊接机器人的行业分布不均衡,也不够广泛。

   进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入,汽车行业迅猛发展,我国汽车行业的机器人安装台数迅速增加,2002、2003、2004年每年都有近千台的数量增长。估计我国目前全自动焊接机器人的安装台数在4000台左右。汽车行业全自动焊接机器人所占的比例会进一步提高。
   目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三种。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。

目前在我国虽然已经具有自主知识产权的全自动焊接机器人系列产品,但却不能批量生产,形成规模,有以下几个主要原因:
   国内机器人价格没有优势。近10年来,进口机器人的价格大幅度降低,从每台7-8万美元降低到2-3万美元,使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期,没有同步发展相应的零部件产业,如伺服电机、减速机等需要进口,使价格难以降低,所以机器人生产成本降不下来;我国焊接装备水平与国外还存在很大差距,这一点也间接影响了国内机器人的发展。对于机器人的最大用户—-汽车白车身生产厂来说,目前几乎所有的装备都来从国外引进,国产机器人几乎找不到表演的舞台。
   我们应该承认国产机器人无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品,经历了30多年的发展历程,而且在实际生产中不断地完善和提高,而我国则处于一种单件小批量的生产状态。
   国内机器人生产厂家处于幼儿期,还需要政府政策和资金的支持。全自动焊接机器人是个机电一体化的高技术产品,单靠企业的自身能力是不够的,需要政府对机器人生产企业及使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持,加速我国国产机器人的发展。
   随着数字化技术日益成熟,代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市场。三峡工程、西气工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。客观地分析,由于我国制造业企业经济运行状况、企业领导者经营意识等因素的制约相对于国外发达国家,我国的焊接自动化整体水平还很低,而且发展极不平衡。
   目前我国焊接自动化率还不足30%,同发达工业国家的近80%相比差距甚远。仅以焊接材料的消耗为例,目前在日本以实芯焊丝和药芯焊丝为代表的焊接材料的消耗量已占总消耗量的60%以上,特别是小直径药芯焊丝的消耗达到20%以上,而反观我国,各种电焊条在焊接材料总消耗量中仍占据着绝对的优势,这就要求我们尽快使这一局面有一个明显的改观。
   从1992年株洲电力机车厂引进全自动焊接机器人工作站后,长春、四方等客车厂,齐齐哈尔、武昌、二七等货车车辆厂等也先后从德国、日本、法国、美国等发达国家引进了全自动焊接机器人工作站、焊接机械手等先进设备,并在消化吸收的基础上,自行开发了机器人焊接程序及适应我国铁路机车车辆技术需要的机械手、工作站等设备。但焊接机械手、工作站的应用是一个复杂的综合系统,国内的这些设备均未形成产品的商业化。


国内外全自动焊接机器人的发展现状:

   国内外全自动焊接机器人的发展工业机器人技术是当今世界最引人瞩目的高新产业之一,许多国家都把发展工业机器人作为高技术领域的战略目标列人国家发展计划,但各国的发展模式有所不同。美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959年美国Unimation公司推出第一台工业机器人。1967年日本从美国引进Unimate和Versatran等类型的工业机器人以后,结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的措施,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用,并此为契机,向其它产业渗透。日本仅用了l0年左右的时间,便形成了自己的机器人产业,成为世界上应用和生产机器人最多的国家,其工业机器人的安装数量约占全世界的60%。据国际机器人联合会及联合国欧洲经济委员会统计及预测,1996年到2000年期间,工业机器人的需求量以每年13%的速度增长,到2002年,全世界将有近140万台机器人投人使用。从世界上工业机器人应用的统计结果来看,主要应用领域是焊接,尤其是在汽车生产国,全自动焊接机器人已占总数的4O%以上。
   我国开发工业机器人晚于美国和日本,但也已有20多年的发展历史,并在“七五”期间对工业机器人进行了攻关,由于部门分割等缘故,所研制的220台机器人中竟然有80多个类型,所以工业机器人一直没有形成规模,很多停留在样机水平上,距产品还有相当的差距。随着国家经济形势的发展,对高技术的要求也发生了变化,我国于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技计划。在国家“863”计划实施五周年之际,邓小平同志提出了“发展高科技,实现产业化”的目标。以后又列入国家“八五”和“九五”中。在国家的组织和支持下,经过十几年的持续努力,在机器人的基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展,并形成了适合我国国情的工业机器人应用领域。



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