【正文】 的工業(yè)機(jī)器人，其末端持握 處 的作業(yè)工具是焊鉗。 返回 目錄 3/89 導(dǎo)入案例 國(guó)內(nèi)首條具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能化工業(yè)機(jī)器人焊接自動(dòng)化 所 生產(chǎn)線成功投入運(yùn)行 處 位 置 隨著機(jī)器人和數(shù)字制造 ———— 技術(shù)的發(fā)展，以人工智能為 【 代表的智能技術(shù)和機(jī)器人為 導(dǎo) 入 代表的智能裝備日益廣泛應(yīng) 案 例 】 用，以加工和制造為基礎(chǔ)的 勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)模式逐漸被 淘汰，使得全球技術(shù)要素與市場(chǎng)要素的配置方式發(fā)生革命性變化。 【 工作站基本構(gòu)成。如讓機(jī)器人去做另一項(xiàng)工作，無(wú)須 位 改變?nèi)魏斡布?，只要?duì)它再做一次示教即可。后來(lái)，為保證拼接精度，又讓機(jī)器人完成定位焊作業(yè)。因此，焊接機(jī)器人的應(yīng)用并不是一開始 就用于電弧焊作業(yè)。 事實(shí) 位 置 上，弧焊過(guò)程比點(diǎn)焊過(guò)程要復(fù)雜得多，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻 ———— 產(chǎn)生變形，焊縫軌跡會(huì)發(fā)生變化。 課 堂 為適應(yīng)弧焊作業(yè)，對(duì)弧焊機(jī)器人的性能有著特殊的要求。 具有最小的熱輸入量，產(chǎn)生極小的熱影響區(qū)，在顯著提高 ———— 焊接產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，降低了后續(xù)工作量的時(shí)間 。 【 機(jī)器人點(diǎn)焊用焊鉗從外形結(jié)構(gòu)上有 C 型 和 X 型 2 種。 【 課 堂 認(rèn) 知 】 缺點(diǎn)：需要大容量的 阻焊變壓器，電力損 優(yōu)點(diǎn)：減小了機(jī) 耗較大，能源利用率 器人的負(fù)載，運(yùn) 低。 缺點(diǎn)：焊鉗重 優(yōu)點(diǎn)：省 量顯著增大， 掉二次電 體積變大，焊 纜及懸掛 鉗重量在機(jī)器 變壓器的 人活動(dòng)手腕上 工作架， 返回 產(chǎn)生慣性力易 目錄 節(jié)省能量。目前最流行的是采用分級(jí)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般分為兩級(jí)：上級(jí)具有存 置 ———— 儲(chǔ)單元，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)編程、存儲(chǔ)多種操作程序，負(fù)責(zé)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生 成等；下級(jí)由若干處理器組成，每一處理器負(fù)責(zé)一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制及狀態(tài)檢 測(cè)，具有實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制。在機(jī)器人手臂的夾持下，其運(yùn)動(dòng)由機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)決 定，因此能匹配完全的自由軌跡加工，完成平面曲線、空間的多組直線、異 形曲線等特殊軌跡的激光焊接。焊接限于一個(gè) 位 或幾個(gè)點(diǎn)上，將工件互相重疊。 【 4 ）機(jī)器人原點(diǎn)確認(rèn)。 課 堂 ① 手動(dòng)操縱機(jī)器人移動(dòng)到作業(yè)臨近點(diǎn)，調(diào)整焊鉗姿態(tài)。 課 程序點(diǎn) 4 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“空走點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“ PTP ”。 點(diǎn)焊作業(yè)條件設(shè)定 大電流 短時(shí)間 小電流 – 長(zhǎng)時(shí)間 板厚 時(shí)間（周 時(shí)間（周 電流 （ mm ） 壓力（ kgf ） 電流（ A ） 壓力（ kgf ） 期） 期） （ A ） 10 225 8800 36 75 5600 20 470 13000 64 150 8000 32 820 17400 105 260 10000 返回 目錄 37/89 焊接機(jī)器人的作業(yè)示教 點(diǎn)焊作業(yè) 所 處 （ 5 ）檢查試運(yùn)行 位 置 為確認(rèn)示教的軌跡，需測(cè)試運(yùn)行（跟蹤）一下程序。 2 ）切換 【 模式旋鈕 】 至“再現(xiàn) / 自動(dòng)”狀態(tài)。以平（角）焊為例， ———— 主要采用 前傾角焊（前進(jìn)焊）和后傾角焊（后退焊） 兩種方式。 位 置 ———— ?直線作業(yè) 機(jī)器人完成直線焊縫的焊接僅需示教 2 個(gè)程序點(diǎn)（直線的兩端點(diǎn)）， 插補(bǔ)方式選“直線插補(bǔ)”。 程序點(diǎn) 2 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“焊接點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“直線插補(bǔ)”。 點(diǎn)） 目錄 44/89 焊接機(jī)器人的作業(yè)示教 熔焊作業(yè) 所 處 ? 圓弧作業(yè) 機(jī)器人完成弧形焊縫的焊接通常需示教 3 個(gè)以上程序點(diǎn)（圓弧 位 開始點(diǎn)、圓弧中間點(diǎn)和圓弧結(jié)束點(diǎn)），插補(bǔ)方式選“圓弧插補(bǔ)”。 ） ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 1 為圓弧 / 焊接接近點(diǎn)。 程序點(diǎn) 4 返回 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“空走點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“圓弧插補(bǔ)”。 知 ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 1 為圓弧 / 焊接接近點(diǎn)。 程序點(diǎn) 4 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“焊接點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“圓弧插補(bǔ)”。 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“空走點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“ PTP” 或“直線插 程序點(diǎn) 1 （圓弧 / 焊接接近點(diǎn)） 補(bǔ)”。 堂 認(rèn) ① 將機(jī)器人移動(dòng)到首段圓弧軌跡結(jié)束點(diǎn)。 （末段圓弧開始點(diǎn) / 堂 認(rèn) ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 6 為末段圓弧開始點(diǎn) / 焊接中間點(diǎn)。 位 程序點(diǎn) 3 振幅點(diǎn) 1 置 程序點(diǎn) 1 自動(dòng)直線 ———— 接近點(diǎn) 移到開始點(diǎn) 主路徑 —— —— —— 程序點(diǎn) 2 程序點(diǎn) 5 焊 空 振 【 開始點(diǎn) 結(jié)束點(diǎn) 接 走 幅 課 程序點(diǎn) 4 點(diǎn) 點(diǎn) 點(diǎn) 堂 振幅點(diǎn) 2 認(rèn) 知 焊接區(qū)間 】 a) 直線擺動(dòng) 程序點(diǎn) 5 中間點(diǎn) 程序點(diǎn) 4 主 振幅點(diǎn) 2 路 徑 程序點(diǎn) 1 自動(dòng)直線 程序點(diǎn) 3 接近點(diǎn) 移到開始點(diǎn) —— —— —— 振幅點(diǎn) 1 程序點(diǎn) 2 程序點(diǎn) 6 焊 空 振 開始點(diǎn) 結(jié)束點(diǎn) 接 走 幅 點(diǎn) 點(diǎn) 點(diǎn) 焊接區(qū)間 返回 b) 圓弧擺動(dòng) 目錄 焊接機(jī)器人的擺動(dòng)示教 52/89 焊接機(jī)器人的作業(yè)示教 所 以如下焊接工件為例，采用在線示教方式為機(jī)器人輸入 AB 、 CD 兩段弧 處 位 焊作業(yè)程序，加強(qiáng)對(duì)直線、圓弧的示教。作業(yè)位置附近 的程序點(diǎn) 1 和程序點(diǎn) 9 ，要處于與工件、夾具互不干涉的位置。 】 ① 保持焊槍姿態(tài)不變，移動(dòng)機(jī)器人到直線作業(yè)結(jié)束點(diǎn)。 （焊接開始點(diǎn)） ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 5 為圓弧焊接開始點(diǎn)。 程序點(diǎn) 8 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“空走點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“直線插補(bǔ)”。其中一種做法是采用變位機(jī)讓焊 堂 接工件移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，使工件上的待焊部位進(jìn)入機(jī)器人的作業(yè)空間。 堂 為充分發(fā)揮機(jī)器人的效能，焊接機(jī)器人系統(tǒng)通常采用兩臺(tái)及以上變位機(jī)，其 認(rèn) 知 中一臺(tái)進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，另一臺(tái)則完成工件的卸載和上裝，從而使整個(gè)系統(tǒng)獲得 】 1 號(hào)變位機(jī) 2 號(hào)變位機(jī) 3 號(hào)變位機(jī) 4 號(hào)變位機(jī) 最高的費(fèi)用效能比。 返回 目錄 提示 64/89 焊接機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 周邊設(shè)備 所 處 3) 清槍裝置 機(jī)器人在施焊過(guò)程中焊鉗的電極頭氧化磨損，焊槍噴嘴內(nèi)外殘留 位 的焊渣以及焊絲干伸長(zhǎng)的變化等勢(shì)必影響到產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及其穩(wěn)定性。常見 置 ———— 清槍裝置有 焊鉗電極修磨機(jī)（點(diǎn)焊）和焊槍自動(dòng)清槍站（弧焊） 。其設(shè)備構(gòu) 知 】 成除具有上述裝置外，還可能包括單、雙回轉(zhuǎn)和傾翻回轉(zhuǎn)式變位機(jī)等。 位 置 焊接機(jī)器人工作站的工位布局 ———— 【 課 堂 認(rèn) 知 】 返回 目錄 75/89 焊接機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 工位布局 所 處 焊接機(jī)器人與周邊設(shè)備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機(jī)器人集成系統(tǒng)（工作站）。 【 擴(kuò) 展 與 提 高 】 a) LaserHybrid 復(fù)合焊 b) LaserHybrid+Tandem 復(fù)合焊 返回 激光 / 電弧復(fù)合熱源焊接 目錄 79/89 焊接機(jī)器人技術(shù)的新發(fā)展 2. 焊接電源 所 處 位 ? 電源融合技術(shù) 滿足用戶對(duì)低綜合成本、高生產(chǎn)率、高可維護(hù)性、高 置 焊接品質(zhì)的要求，并打破焊接電源和機(jī)器人兩者間的壁壘而出現(xiàn)的專 ———— 用機(jī)器人。 】 返回 目錄 多機(jī)協(xié)同工作模式 FANUC R0iA 77/89 焊接機(jī)器人技術(shù)的新發(fā)展 2. 焊接電源 所 處 位 ?雙絲焊接技術(shù) 雙絲焊是一種高速高效焊接方法，焊接薄板時(shí)可顯著提 置 高焊接速度（達(dá)到 3~6 m/min ），焊接厚板時(shí)可提高熔敷效率。 位 置 ———— 焊接機(jī)器人工作站的工位布局 【 課 堂 認(rèn) 知 】 返回 目錄 71/89 焊接機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 工位布局 所 處 焊接機(jī)器人與周邊設(shè)備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機(jī)器人集成系統(tǒng)（工作站）。采用 自動(dòng)換槍裝置 可有效解決此問(wèn)題，使得機(jī)器人空閑時(shí)間大為縮 認(rèn) 短。常見 置 ———— 清槍裝置有焊鉗電極修磨機(jī)（點(diǎn)焊）和焊槍自動(dòng)清槍站（弧焊）?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)一般不是由機(jī)器人控制柜直接控制 置 ———— 的，而是由一個(gè)外加的可編程序控制器（ PLC ）來(lái)控制。 認(rèn) 知 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，焊接變位機(jī)可以有多種形式，有 單回轉(zhuǎn)式、雙回 】 轉(zhuǎn)式和傾翻回轉(zhuǎn)式。 （作業(yè)臨近點(diǎn)） ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 9 為作業(yè)臨近點(diǎn)。 【 ① 保持焊槍姿態(tài)不變，移動(dòng)機(jī)器人到圓弧作業(yè)結(jié)束點(diǎn)。 程序點(diǎn) 4 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“空走點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“ PTP” 。 【 ① 保持焊槍姿態(tài)不變，移動(dòng)機(jī)器人到直線作業(yè)開始點(diǎn)。 ———— 3) 安全確認(rèn)。 焊接中間點(diǎn)） ① 將機(jī)器人移動(dòng)到末段圓弧軌跡結(jié)束點(diǎn)。 程序點(diǎn) 5 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“焊接點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“ PTP ”或“直線插 （兩段圓弧分割點(diǎn) / 補(bǔ)”。 （首段圓弧開始點(diǎn) / 焊 ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 2 為首段圓弧 / 焊接開始點(diǎn)。 （圓弧 / 焊接結(jié)束點(diǎn)） 目錄 ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 5 為直線軌跡結(jié)束點(diǎn)。 ① 將機(jī)器人移動(dòng)到圓弧軌跡中間點(diǎn)。當(dāng)存在多個(gè)圓弧中間點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人將通過(guò)當(dāng)前程序點(diǎn) 【 和后面 2 個(gè)臨近程序點(diǎn)來(lái)計(jì)算和生成圓弧軌跡。 ） ① 將機(jī)器人移動(dòng)到圓弧軌跡中間點(diǎn)。 當(dāng)只 置 ———— 有一個(gè)圓弧時(shí)，用“圓弧插補(bǔ)”示教程序點(diǎn) 2~4 三點(diǎn)即可。 （焊接結(jié)束點(diǎn)） ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 3 為焊接結(jié)束點(diǎn)。 直線作業(yè)軌跡示教 【 課 堂 程序點(diǎn) 示教方法 認(rèn) 知 ① 將機(jī)器人移動(dòng)到直線軌跡開始點(diǎn)。同時(shí)，在板對(duì)板的連接之 認(rèn) 知 中，焊槍與坡口垂直。 ———— 目前，工業(yè)機(jī)器人四巨頭都有相應(yīng)的機(jī)器人產(chǎn)品 , 這些專業(yè)軟件提供功能 強(qiáng)大的弧焊指令，且都相應(yīng)的商業(yè)化應(yīng)用軟件， ABB 的 RobotWareArc 、 【 課 KUKA 的 、 、 、 KUKA 堂 TouchSense 、 FANUC 的 Arc Tool Softwar 。 課 堂 3 ）持續(xù)按住示教器上的有關(guān) 【 跟蹤功能鍵 】 ，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的單步或連續(xù) 認(rèn) 運(yùn)轉(zhuǎn)。 （機(jī)器人原點(diǎn)） ③ 確認(rèn)保存程序點(diǎn) 5 為機(jī)器人原點(diǎn)。 ② 將程序點(diǎn)屬性設(shè)定為“作業(yè)點(diǎn) / 焊接點(diǎn)”，插補(bǔ)方式選“ PTP ”。另外， 機(jī)器人末端工具在各程序點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)，也要處于與工件、夾具互不干 涉的位置。本例中使用的焊 置 ———— 鉗為氣動(dòng)焊鉗，通過(guò)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)焊鉗的大開、小開和閉合三種動(dòng)作。 【 課 堂 認(rèn) 知 】 c ) 激光熔覆 a ) 激光切割 b ) 激光焊接 返回 激光加工頭 目錄 29/89 焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成 激光焊接機(jī)器人 所 處 位 置 ———— 【 課 堂 認(rèn) 知 】 激光焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu) 綜上， 焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分 。 安全設(shè)備是弧焊機(jī)器人系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障，其主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 過(guò)熱自斷電保護(hù)、動(dòng)作超限位自斷電保護(hù)、超速自斷電保護(hù)、機(jī)器人系統(tǒng)工 作空間干涉自斷電保護(hù)和人工急停斷電保護(hù)等，它們起到防止機(jī)器人傷人或 保護(hù)周邊設(shè)備的作用。這幾種形式各有特點(diǎn)，從技術(shù) 優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，中頻伺服機(jī)器人焊鉗應(yīng)是未來(lái)的主流，它集中了中頻 直流點(diǎn)焊和伺服驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，是其他形式無(wú)法比擬的。 置