中國已經(jīng)成為世界公認(rèn)的制造業(yè)大國，但我國工業(yè)制造自動化水平卻不高，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用有限。2013年12月30日，工信部正式發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，確立了我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，即開發(fā)滿足用戶需求的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)及關(guān)鍵零部件制造技術(shù)，在汽車、船舶、電子、民爆、國防軍工等重要工業(yè)制造領(lǐng)域推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的規(guī)模化示范應(yīng)用。

我國已經(jīng)成為世界公認(rèn)的制造業(yè)大國，但我國工業(yè)制造自動化水平卻不高，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用有限。2013年12月30日，工信部正式發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，確立了我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，即開發(fā)滿足用戶需求的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)及關(guān)鍵零部件制造技術(shù)，在汽車、船舶、電子、民爆、國防軍工等重要工業(yè)制造領(lǐng)域推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的規(guī)?；痉稇?yīng)用。

全世界在役工業(yè)機(jī)器人大約有將近一半以上用于各種焊接生產(chǎn)。焊接機(jī)器人具有高效、質(zhì)量穩(wěn)定且通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。焊接過程的柔性化、自動化、智能化已成為先進(jìn)焊接裝備的重要發(fā)展趨勢。焊接機(jī)器人正經(jīng)歷著由單機(jī)示教再現(xiàn)型向多傳感、智能化的柔性機(jī)器人工作站或多機(jī)器人工作群方向發(fā)展。

機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)優(yōu)勢

重載工業(yè)機(jī)器人與先進(jìn)的焊接主軸裝備的系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊，將極大提升焊接作業(yè)柔性，適用于空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的批量化焊接制造，并進(jìn)一步提升焊接自動化程度和生產(chǎn)效率。使用機(jī)器人攪拌摩擦焊焊接時(shí)，由于機(jī)器人柔性化程度高，焊接過程穩(wěn)定且無需人為干涉，因此，焊接質(zhì)量可以得到顯著提升，且有利于降低焊接生產(chǎn)成本。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)機(jī)器人攪拌摩擦焊單件焊接成本比機(jī)器人氬弧焊低20%，只有多軸攪拌摩擦焊設(shè)備焊接成本的一半。由此可見，采用機(jī)器人進(jìn)行攪拌摩擦焊在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中具有顯著的成本優(yōu)勢。此外，機(jī)器人攪拌摩擦焊的主要技術(shù)優(yōu)勢有：綠色節(jié)能高效，焊接過程無污染；適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接，如平面二維、空間三維等結(jié)構(gòu)；可匹配外部軸，自由擴(kuò)展機(jī)器人工作空間；可實(shí)現(xiàn)多模式過程控制，如壓力控制、扭矩控制等；接頭質(zhì)量良好，焊接過程穩(wěn)定性好。

機(jī)器人攪拌摩擦焊國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

自1997年開始，國外多家機(jī)構(gòu)就開始研發(fā)機(jī)器人攪拌摩擦焊工藝技術(shù)及裝備系統(tǒng)。近年來國外商業(yè)化的機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，德國IGM公司、日本川崎重工及日本FANUC公司推出了自主研發(fā)的機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)，瑞典ESAB公司與美國FSL公司在ABB機(jī)器人本體上成功集成了攪拌摩擦焊系統(tǒng)（圖1a），實(shí)現(xiàn)了空間曲面結(jié)構(gòu)焊接，在國內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)得到應(yīng)用。德國KUKA機(jī)器人集團(tuán)與歐宇航（EADS）創(chuàng)新工作室歷經(jīng)十年合作研發(fā)，于2012年推出商業(yè)化的KR500MT機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)（圖1b），成為近兩年國際焊接工業(yè)展的重要亮點(diǎn)，得到國內(nèi)外航空、航天、汽車、電力、電子等行業(yè)領(lǐng)域焊接工作者的普遍關(guān)注，并很快在電子行業(yè)得到推廣應(yīng)用。

我國在機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)集成研發(fā)及工程化推廣應(yīng)用等方面一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，近五年來國內(nèi)才開始開展機(jī)器人攪拌摩擦焊工藝研發(fā)和系統(tǒng)集成研究。中航工業(yè)制造所作為國內(nèi)一 家從事攪拌摩擦焊技術(shù)研究的單位，于2013年從國外引進(jìn)了一臺重載機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，開展了機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)的探索性研究，對機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)及空間曲面結(jié)構(gòu)焊接有了初步認(rèn)識。

機(jī)器人攪拌摩擦焊市場需求分析

攪拌摩擦焊在我國已經(jīng)歷了十余年的技術(shù)和裝備研發(fā)，市場認(rèn)可度高?？梢灶A(yù)期未來五年內(nèi)，攪拌摩擦焊將迎來市場化推廣及工程化應(yīng)用的高潮。中航工業(yè)制造所在攪拌摩擦焊技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)上，逐步形成起攪拌摩擦焊產(chǎn)品批量加工、系列化專機(jī)裝備生產(chǎn)能力，至今已研制成功多種系列攪拌摩擦焊設(shè)備，逐漸形成了大型寬幅帶筋壁板、液冷風(fēng)冷散熱器、筒體結(jié)構(gòu)件等多類別產(chǎn)品，攪拌摩擦焊產(chǎn)品的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出規(guī)?；l(fā)展的趨勢，逐步形成了完善的產(chǎn)品體系。

家對節(jié)能減排的要求越來越高，汽車、船舶、軌道交通、民用航空、電力、冶金等行業(yè)對輕量化的要求也越來越高，先進(jìn)的攪拌摩擦焊技術(shù)與高柔性自動化攪拌摩擦焊裝備將成為這些行業(yè)的關(guān)鍵零部件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)綠色輕量化、高效精益生產(chǎn)的關(guān)鍵。重載工業(yè)機(jī)器人攪拌摩擦焊裝備的出現(xiàn)，將極大提高攪拌摩擦焊的工作柔性，拓展作業(yè)空間和適用性。據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2014年我國將成為全球工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場。這種“井噴式”的市場需求將有力推動我國機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)和裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中，機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)有望應(yīng)用于復(fù)雜曲面機(jī)身壁板焊接制造，實(shí)現(xiàn)長桁、隔板、框與蒙皮，以及機(jī)翼結(jié)構(gòu)的焊接。歐宇航已將機(jī)器人靜軸肩攪拌摩擦焊用于空客A380翼肋、翼盒、機(jī)身窗體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的試制。日本川崎重工將機(jī)器人攪拌摩擦點(diǎn)焊應(yīng)用于直升機(jī)艙門的研制。在汽車結(jié)構(gòu)制造中，機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)有望應(yīng)用于復(fù)雜曲面車體結(jié)構(gòu)制造，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜車體結(jié)構(gòu)及不等厚裁剪板的焊接，日本川崎重工已將機(jī)器人攪拌摩擦點(diǎn)焊應(yīng)用于汽車車門結(jié)構(gòu)件的批產(chǎn)，采用機(jī)器人攪拌摩擦焊也可以實(shí)現(xiàn)電動汽車（或混合動力汽車）電池托盤的焊接。在電力電子行業(yè)各類散熱產(chǎn)品的制造中，機(jī)器人攪拌摩擦焊優(yōu)勢更為突出，采用該項(xiàng)技術(shù)與裝備，可以實(shí)現(xiàn)各類散熱產(chǎn)品（如冷板、液冷風(fēng)冷散熱器、電機(jī)電池殼體、IGBT、ECU散熱器）的高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)制造。在消費(fèi)電子行業(yè)，機(jī)器人攪拌摩擦焊的工程化應(yīng)用方面也取得了長足發(fā)展，德國KUKA機(jī)器人集團(tuán)與歐宇航（EADS）創(chuàng)新工作室合作研發(fā)的機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)，已用于蘋果公司iMac高端一體機(jī)產(chǎn)品殼體的焊接生產(chǎn)。

機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展趨勢淺析

機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)與裝備，是近年來攪拌摩擦焊技術(shù)與高端裝備的重要發(fā)展方向，已成為當(dāng)前國際攪拌摩擦焊技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)，并得到了國內(nèi)外焊接工程技術(shù)人員和工業(yè)用戶的廣泛關(guān)注。當(dāng)前機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)，亟待解決以下幾方面關(guān)鍵技術(shù)：

適用于攪拌摩擦焊接的重載工業(yè)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。

適用于機(jī)器人焊接的攪拌摩擦焊機(jī)頭設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，尤其是新型攪拌摩擦焊工藝的運(yùn)用，如攪拌摩擦點(diǎn)焊、靜軸肩攪拌摩擦焊、雙軸肩攪拌摩擦焊等。

機(jī)器人攪拌摩擦焊系統(tǒng)集成技術(shù)，尤其是與多種傳感控制系統(tǒng)的集成，以實(shí)現(xiàn)智能化自動化焊接。

冗余自由度機(jī)器人攪拌摩擦焊路徑規(guī)劃及協(xié)同控制技術(shù)。將機(jī)器人與外部軸、變位機(jī)或多臺機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)，是智能焊接機(jī)器人發(fā)展的重要方向。

機(jī)器人攪拌摩擦焊路徑和工藝規(guī)劃技術(shù)。當(dāng)前工業(yè)產(chǎn)品多具有小批量多品種特征，要求生產(chǎn)線具備柔性制造能力。采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行攪拌摩擦焊時(shí)，對焊接順序及作業(yè)路徑必須進(jìn)行工藝規(guī)劃，并通過離線編程實(shí)現(xiàn)干涉檢驗(yàn)和指令生成，而且必須結(jié)合前序生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息，對后續(xù)加工過程進(jìn)行同步調(diào)整。