真空吸盘系统在机器人焊接中的应用

1 真空吸盘系统

真空吸盘系统的原理为空气负压，主要用于搬运重量较轻，但是体积相对来讲较大的部件，真空吸盘采用的连接方式为管路连接，真空吸盘系统一般主要分为三种：真空式、喷气式、挤压式。

1.1 真空式吸盘系统

真空式吸盘系统主要利用空气泵抽取吸盘内部的空气，一般这种真空式的吸盘采用的都是橡胶吸盘，当其内部空气吸空之后，吸盘的内部就会形成空腔，橡胶吸盘就会吸附在需要焊接的物体上，放料时，真空吸盘系统内部的管路会通气，当吸盘内部失去真空之后，吸盘就会放下物体。真空式吸盘系统能最大程度上的提升吸盘腔内部的真空度，并且有着非常强的吸附性，但是，在使用时必须要配合真空泵系统一起使用，操作较为繁琐。

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1.2 喷气式吸盘系统

喷气式真空吸盘采用的原理为流体力学，当压缩空气高速从喷嘴喷出时，出口处的气压会严重降低，当气压低于吸盘内部气压时吸盘的内腔就会吸附在焊接制品上，在这个过程中吸盘腔内部的气体会被带离吸盘腔内部，吸盘腔的内部会形成负压。这种方式产生的真非常容易获得，并且成本较为低廉，喷气式吸盘系统的应用范围非常广泛。

1.3 挤压式真空系统

挤压式真空系统运行时能够吸附焊接制件，吸盘具有非常强的吸附性，应用时主要通过挤压的方式排空吸盘内部的空气，这个过程中对机器人机械手臂的要求非常高，需要上升机械手臂，依靠吸盘恢复力形成负压，通过负压吸附焊接制件，机器人可以通过压下操作推杆的方式，降低吸盘内部的负压，使吸盘的内腔空气得以流通，将物件放置下来六。这种挤压式真空系统的操作非常简单，并且运行成本较为低廉，但是在运行时要避免吸盘内腔出现漏气情况，一旦出现这种情况吸盘内腔的吸附力会有效降低。另外这种挤压式的吸附状态无法实时保持，随着时间推移吸盘内腔的吸附力也会逐渐下降。

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2 真空吸盘系统在机器人焊接中应用时存在的问题

以国内高速列车CRH380D中的底架为例该底架由5根铝型材构成。材料为6005A—T6，焊缝质量等级为CPC2，焊缝形式有4V，6V以及Z6三种形式。由于整个底架焊缝长度为27m，为了保证焊接质量的稳定性，采用IGM机器人焊接工艺。组装顺序为先焊接中间地板三块型材，然后焊接左右边梁组成，最后将左右边梁组成与地板进行最后组装焊接。由于地板由三块型材焊接构成，为了防止焊接变形，中间型材需要采用重块对地板进行施压，但将会造成工时增加，操作费力的情况发生，而如果采用伸长两侧液压压紧臂的方式压紧，又会造成IGM焊接臂与压紧臂干涉的情况。为了解决这种问题，最好有一种产品能够从背面对产品进行固定压紧，这样既避免了与焊接臂的干涉又能够减少搬运重块的工时。真空吸盘作为一种以真空吸附为动力源，能够实现自动化产生向下吸进力的产品，就可以很好地解决这个问题。

孙 悦 女，1991年出生于安徽阜阳.硕士，研究实习员，主要研究方向为嵌入式测控技术、数据采集处理技术.

3 地板真空吸盘方案设计

3.1 固定工件情况

材料为6005A—T6拉伸型材，工件尺寸为27 000mm×600mm×60mm。工件总质量为900kg。

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3.2 真空吸盘吸力计算

根据产品现场焊接时的作业情况，高速列车地板为水平放置，会受到多个方向侧力的影响,因此在焊接过程中吸紧地板所需最大总吸力分别为F max=44 745N。根据工件长27m，我们分为3段来考虑设计，每9m为1段。根据动车地板的情况选择SPLO系列的扁平吸盘，每9m选用18个SPLO 370mm×80mm吸盘,吸力为100kg/个则吸盘总数量为16×3=48个。

3.3 真空系统气动原理

真空系统气动原理主要是真空吸盘通过真空发生器装置形成负压，从而达到真空吸盘与工件完全吸附的状态。该真空发生装置主要由四大部件构成，即真空泵、真空电磁阀、单向阀以及真空吸盘构成。

3.4 真空发生装置

由于该套系统中吸盘的数量较多，可以选择采用3台干式真空泵，型号为EVE—TR 40 AC3-F，其真空流量为 40m³/h、最大真空度为85%，工作电压为230V、400V，总质量为每台40kg。由于其为干式真空泵，故无需保养及润滑。另外带有附加过滤器，起到过滤灰尘的作用，能够很好的保护真空泵。

4 地板真空系统工装设计

在进行机器人焊接系统设计时，设计人员要严格按照焊接工艺的要求进行地板真空系统工装设计，并且在进行设计时要对中间地板型材释放向下的吸引力，并且在这个过程中还要向中间型材两排布置真空吸盘，一般每排真空吸盘的数量为24。在进行真空吸盘布置时，每16个吸盘需要一个干式真空泵对吸盘进行控制，以保障各个吸盘内部的真空度能达到规定的要求，在这个过程中焊接制件会受到向下的吸引力。

5 地板焊接过程及工艺

在进行地板型材焊接施工时，机器人可以通过天车调运的方式，将制件运送到工装上，地板通过液压装置进行归拢，确保满足焊接间隙小于1.5mm，然后启动两侧液压压紧臂，焊接过程前真空系统启动，确保焊接过程中存在向下的吸引力。焊接采用IGM焊接机器人双丝双枪的方式，具体焊接参数如附表所示。地板焊接完成后，待焊缝冷却，真空系统泄压，松开两侧液压压紧臂，调运至检测台位进行检测。

6 结 语

焊接机器人在焊接时，采用真空吸盘技术可以帮助机器人抓取表面较为粗糙的制品，并且真空吸盘的使用年限非常长，具有一定的耐油性，采用真空吸盘系统可以有效的提升焊接的质量，可以根据需要焊接制件的实际情况选择合适的焊接材料，以机器人焊接施工的质量能达到预期的要求。