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摘要：随着机械化、自动化、数字化的发展，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，广泛的应用在各类机械制造行业中，帮助企业降低制造成本、提高生产效率、提高质量稳定性。在现代工业生产中，焊接生产过程的机械化和自动化是焊接机构制造工业现代化发展的必然趋势。深化自动焊接技术在机械加工领域应用的研究，能够提供整体工艺水平，有助于机械加工行业的快速发展。
关键词：机械加工；自动焊接；技术应用
随着我国自动焊接技术的不断进步，自动焊接技术在越来越多的行业中广泛使用并且得到快速的发展。自动化焊接技术的引入不仅使企业的生产效率得到很大提升，而且极大地提高了产品质量稳定性和降低了综合制造成本，使得相关企业发展的越来越稳定。因此，对自动焊接技术在机械加工领域的应用进行研究有着非常重要的意义。
1自动焊接技术在我国的发展现状
在上个世纪，由于受到多方面因素的影响以及各种条件的限制，使得我国的自动焊接技术没有得到有效的发展，相比于很多的发达国家都还存在着很大的差异。在早期我国所使用的电焊设备，其原理以及构造都十分的简单，都需要依靠人工操作，且只能完成一些最基本的焊接与切割工作。当工作中出现一些相对较为复杂的焊接工作时，就很难顺利或无法完成。随着科技发展，上世纪末出现了焊接机器人，机器人焊接的应用使焊接技术从纯手动或半自动迈入了自动焊接时代。自动焊接的应用使企业生产效率和质量都出现了非常大的改观，但是高昂的设备制造与使用成本，以及低智能化，使得众多企业望而却步。本世纪初，自动焊接技术设备得到了飞速发展，相比人工焊接，更低的成本、更高的效率、更高的智能化使得更多的企业都开始应用。当前人们越来越重视自动焊接技术的发展。
2自动焊接技术概况
2.1自动焊接技术发挥作用的原理
自动焊接技术的应用过程就是将焊接的整个过程变为有一个完整的机械化与自动化的过程的系统。以往传统的焊接主要是指手动焊接，指的是在焊接中通过引燃电弧，再通过手动将消耗的焊条补充或者推进，来保持足够的电弧长度，并补充以灵巧的手工移动，进而完成焊接之中所要求的有机加工，以息弧结束。自动焊接则与其不同，其指的是将一定的现代电子技术、数字技术应用在上述的手工完成的过程之间，并辅以工作进度、过程的机械化。自动焊接机的构成主要有以下几个方面，负责进行左右上下等的平动或者转动任务的导轨床体、转动转台、转动机构、气动尾顶滑台机构，负责进行安装、固定机加工的原件的工件夹紧机构，负责进行焊接的焊接机构等，负责进行行动指令的使用的焊枪夹持机构等。其中数字化技术的使用，是现代智能科技和焊接技术的一种融合，利用智能电脑的高速、精确运算，让整个焊接得到真正的自动化，使得自动化焊接技术得到了更好的发展和更多的应用空间，更精准的达到一些人力不好掌控的领域。
2.2机械加工中自动焊接优势体现
机械加工中自动焊接的技术应用有着显著的优势，能有效提高生产效率，对加工产品的质量稳定性也能得以保证。机械组自动焊接程序执行，是通过数字电子系统控制的，自动焊接中为能增强电弧穿透力，设备使用更大电流，这样在焊点的速度就得到了增加，对生产效率也得到了显著提高。数字电子系统控制对机械设备的加工稳定性得到了保障，对焊接的质量恒定也起到了保障作用。机械加工中自动焊接技术的应用，在整体的技术水平上得到了提高，也能大大节约能源。自动焊接技术应用产生的焊缝宽度小，深度也不高，这样就能保障工件加工的整体质量。焊接中对热量能有效保持，也能节约电能和原材料。另外，机械加工中自动焊接技术应用对工件加工的环境有着改善，能大大降低人工劳动强度。自动焊接中产生的烟雾通过隔离罩能进行隔离，没有强烈焊光出现，这就对加工的环境得到了优化，对工作人员的工作强度得到了降低。
3自动焊接在机械生产中的应用
3.1自动化设备的选用
1）自动焊接设备的发展
自动焊接设备在技术进步基础上不断更新。从最初的简单焊接到精准度更高的焊接，在整体上拉动了企业的制造工艺水平。同时，设备的分类也就更加明确。对于某些特定的焊接活要求，不同的焊接设备可以专业化，使得焊接作业更加稳定高质。设备专业化并不代表在不同设备之间建立起高墙。在设备专业化的同时，不同自动焊接设备之间会整体化，形成一整套的自动焊接设备。制造自动焊接设备的厂商在应对市场的需求时，会整合自己的资源，以将自己生产的自动焊接设备体系化。更智能的自动焊接设备会出现，这在一定程度上会解决人工操作自动焊接设备的些许问题，例如不稳定。另外，还可以减少企业的操作员工，进一步减少企业对劳动者报酬的支出。
2）焊接机器人
焊接机器人的结构由诸多部分组成，分别为机器人本体及控制器、焊接电源及变位机、机器人外部轴行走机构及夹具、操作软件及弧焊软件包、传感系统等。焊接机器人工作站的重要结构为机器人本体和控制器，通常表现为六轴关节型，有着较为强大的负载能力及较为坚固的结构，同时具有较长的使用寿命。数字化控制这一技术作为机器人系统所采用的先进技术，其利用数字总线将系统诸多部分进行连接，从而避免其受到磁场的干扰。
如今，焊接机器人尚处于较为重要的地位，主要原因在于其有着较高的柔性化和数字化程度，且其焊接的质量相对较为稳定，还具有相当高的焊接精度。基于这些特点，其能够将焊接的产品质量进行改善，从而不断提高机械制造业的生产力及竞争力。在相对较为复杂的焊件中，焊接机器人可以很快适应这一焊缝。然而，其也具有一些缺陷，比如成本高及操作困难等。就其自身的特点，有些焊接机器人主要应用在诸多的大型机械制造企业当中。
3）自动化焊接专机
自动化焊接专机是以焊接、机械及电气控制这三个系统为主要组成部分。人工或机械手将工件放在工作台上，利用焊接夹具进行工件固定及定位，然后自动启动电源的电弧进行自动化送丝和移动及退回，焊接结束后将工件取下。
自动化焊接专机一般以双丝焊接为主，对其的使用在一定程度上提高了进行生产的效率，其与人工单丝焊接相比，其焊接的缝隙不会出现断弧且有着较深的熔深，从力学性能的角度来讲，对焊缝质量有一定的提高。自动化焊接专机具有较高的自动化焊接设备，利用相应的传感器及电子检测线路能够对焊缝的轨迹进行自动跟踪及导向，还能够对参数进行设置及调试。对于智能化的焊接专机来说，其可以应用较高等级的传感器并配合计算机系统、软件及数据库，进行智能化参数的调试，无形之中简化了人工操作，但其有一定的局限性，日常生活中应用相对较少。
1.基于PLC控制的开合式齿轮双环焊接专机的设计
焊接专机的机械系统由夹紧机构、床头箱、传动轴、三组齿轮、中间空心开合齿轮锁紧与松开结构、中间空心开合齿轮开合结构、床身及底座、纵托板、焊枪调整架、气动部分和工装装配底座台组成。中间空心开合齿轮开合结构可以打开空心齿轮，便于焊接工件焊前的组装与焊接后的工件取出；中间一组上部空心开合齿轮装有开合结构和齿轮松开与锁紧结构，与接近开关配合使用，使整个焊接过程实现自动化。夹紧机构采用气缸进行夹紧，单位面积上所需要的夹紧力为0.7MPa。焊枪调整架可以进行上下调节、前后调节和微调。
2.气动系统设计
开合式齿轮双环焊接专机的气动驱动系统是焊接专机驱动执行机构运动的动力装置之一，主要实现左右焊枪进与退、空心齿轮开与合、空心齿轮的锁紧与松开的动作，以及在装卸工件时夹具的夹紧与松开动作。其工作过程为：压缩空气使其经过空气过滤器后分六路，一路到控制左侧焊枪前后滑动的控制气缸，一路到控制右侧焊枪前后滑动的控制气缸，两路到控制工件夹紧与松开的控制气缸，一路控制空心齿轮开合的控制气缸，最后一路控制空心齿轮锁紧与松开的控制气缸。
3.软硬件系统设计
硬件：在PLC系统设计时，首先需要确定控制方案，下一步就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。在工程设计选型和估算时，我们应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围以确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入／输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。在该系统中，控制部分采用三菱FX2N_48MR可编程控制器，对开合式齿轮双环焊接专机的动作进行控制。由于在触摸屏画面中需要设置中间空心齿轮的开合、中间空心齿轮的松开与锁紧、正转、反转、停止、进枪、退枪、自动/手动、调试/焊接、左枪/双枪/右枪、启动等按钮，由于按钮设置数目较多。因此触摸屏选择HITECHPWS3261型，它的画面空间比较充足，完全符合控制系统的需要。
软件：将手动/自动按钮调到手动状态后，装配好工件，按下齿轮闭合按钮，齿轮闭合，工件被气缸压紧；按下齿轮松开按钮，齿轮锁紧松开，齿轮自由转动；在按进枪按钮后，焊枪进到位信号点亮。此时可以按下正转按钮，专机开始向正方向旋转。在任意位置按下红色停止按钮，专机停止转动。当调试/焊接开关为焊接时，专机正转开始焊接，在任意位置按下红色停止按钮，专机停止转动，同时焊接停止。当专机正转一周停止后，在手动状态下，需要按退枪按钮，将焊枪退回原位，之后按下反转按钮，专机反转回到零位后自动停止；按齿轮锁紧按钮，按下齿轮打开按钮，取出工件。
将手动/自动按钮调到自动状态时，装配好工件，按下启动按钮，工件被气缸压紧，专机自动执行上述手动工作程序。在自动和焊接状态下才能自动焊接，此时焊机必须处于开机状态。在自动和调试状态下，专机会运行一遍自动过程，但是此过程专机不进行焊接。自动焊接之前请确认专机是否在零位位置。焊接时按下启动按钮，工件被压紧，焊枪自动进到位开始焊接。焊接结束后，焊枪自动退回原位。电机反转回到零位，气缸在一段时间后自动打开。整个过程结束。
4）OTC机械臂焊接工艺
经济型点焊机器人适用于任务量和劳动强度较大、焊点分布相对简单的工况，并且对作业环境不挑剔。通常要求焊接机器人的传动精度要高于其周边设备。要实现高效率焊接，需要两个前提：一是下料精度要，产品一致性高，才能更好的实现自动化焊接。二是工件的装配精度要高，装配误差小于焊丝的直接。
按照焊接要求，焊接机械臂须采用5轴联动式运动模式。其伺服系统的旋转、摆动部件通过快速步进电机的开环控制系统进行操控。开环控制系统构造单一，易于调整和维护，既经济又实用。
为确保主机传动精度和作业过程的稳定性符合设计要求，应参考以下几点来装配设计机械传动装置：一是传动元件和导向元件的摩擦系数尽可能最小；二是传动间隙尽可能为零；三是传动链不宜过长。通过适当缩短传动链来提高传动刚度，可有效缩小传动误差。实际作业中，可预紧执行机构来提高其传动精度。常见的操作是在丝杠的承端进行轴向固定，同时借助预紧拉伸结构进行操作。
①确定机械臂的外观尺寸以及各局部结构的尺寸和结构布局。②将运动部件放开到极限自由度，对其位置进行调校。③确定控制系统、驱动部件和执行部件的间距及相对位置。
机械臂的视觉传感器和激光传感器支持离线作业功能，焊接时应该擅用这一功能，通过激光传感器跟踪监控对焊缝的焊接过程，以实时调整机械臂焊接动作的柔性，特别是提高机械臂对复杂工件的适用性。通过视觉传感器监控并统计焊缝跟踪的残余偏差，再通过对机械臂工艺参数进行补偿来修正机械臂的运动轨迹，从而使机械臂的焊接精度更加有保障。
为进一步检测焊缝内部是否存在缺陷，需对焊缝进行无损检测。磁粉探伤对于表面和近表面存在的裂纹、未熔合等面积型缺陷具有较高的探测度。射线探伤可以检测出气孔、夹渣等体积型缺陷，而且可以检测出缺陷的具体位置、大小。横梁钢管与连接座焊接结束24h后进行100%表面磁粉探伤，要将焊缝表面打磨后再进行探伤检测。检测后发现焊缝表面没有磁痕等结构缺陷，焊接质量达到了设计要求。
3.2具体应用
我国的机械产品更新速度比较快，机械产品的生产加工中的要求愈来愈高，对精密度的要求也有着强调。自动焊接的技术应用需求就随之提高，自动焊接技术和机械加工产品的质量有着直接关系，通过统一性的焊接结构设计和规范制造，就能保障机械产品加工的质量。在实际的机械加工过程中，加工部件加工的时候不能工位变换，同一工件就要多步的焊接加工，而有的焊接工作加工的焊缝没有处在方便加工位置，需要自动焊接技术应用进行焊接动作变化以及位置变化。机械加工中的焊接位置的变化以及移动，完成整个焊接过程，对机器的协调运行等，就要多个轴运转完成，每个轴就如机械焊接的手，在系统下达指令时就会正常运作以及完成焊接功能。从而保障焊接的精确性以及位置精确性。流水线生产中，自动焊接的技术得到了广泛应用，这是在自动化原理基础上的技术应用，在同一指令下完成焊接的操作。整个过程中，系统控制指令和机械手臂以及人调解控制、流程安排相协调，通过数字系统进行控制，发出指令以及执行指令和具体的运作等完成焊接的任务。自动焊接在机械加工的多个环节都得到了应用，这对机械加工行业的可持续发展也提供了技术支持。相信在科学技术水平提高提高的背景下，自动焊接的技术优化目标将会实现，从而为机械加工的焊接工艺优化打下基础。
4自动化焊接设备的应用现状及发展趋势
基于工程机械制造企业彼此间生产水平及综合能力的差距，对于自动化焊接设备的应用也有着较为明显的差别。通过相关调查研究发现，我国对自动化装备的应用率不是很高。但近几年随着社会各方面的逐步发展，自动化焊接设备的应用呈现出上升的趋势，特别是较大型的工程机械制造业，其作为焊接机器人较为重要的使用领域，但对于相对中小型机械制造企业而言，尚且需要对自动化焊接设备的使用率进行提高。
最近几年，就自动化焊接设备的类型而言，展现出了较为显著的发展，相应地焊接技术也显示出长足的进步。从传统手动焊接到目前的系统化及智能化的焊接专机、焊机生产线以及机器人设备的这一发展历程，其克服了手动焊接的缺陷，逐渐形成的自动化焊接设备符合了现代社会对产品质量的较高需求。进而不断地提升了企业的形象及核心竞争力。
综上所述，自动焊接技术在机械加工中的运用，也必然给我们带来更多的便捷、更多的效率、更绿色的发展、更高的经济效益，将成为当今社会必不可少的现代化加工技术，或者说加工工艺，现在已经应用于生活的很多方面，优点在不止一个领域中得到了证明，也被运用在越来越多的行业中去，并且在国内外均得到了证明。其发展必然朝着好的方向前进，至今为止，我国的自动焊接技术仍旧处于中游，应当结合实际需求，取长补短，不断推进人工智能，与实际相结合，让科学技术得到发展；结合国情，让自动化技术能不断发展、前行。
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