【正文】 工業(yè)機器人，其末端持握 處 的作業(yè)工具是焊鉗。 返回 目錄 3/89 導入案例 國內(nèi)首條具有完全自主知識產(chǎn)權的智能化工業(yè)機器人焊接自動化 所 生產(chǎn)線成功投入運行 處 位 置 隨著機器人和數(shù)字制造 ———— 技術的發(fā)展，以人工智能為 【 代表的智能技術和機器人為 導 入 代表的智能裝備日益廣泛應 案 例 】 用，以加工和制造為基礎的 勞動密集型產(chǎn)業(yè)模式逐漸被 淘汰，使得全球技術要素與市場要素的配置方式發(fā)生革命性變化。 【 工作站基本構(gòu)成。如讓機器人去做另一項工作，無須 位 改變?nèi)魏斡布?，只要對它再做一次示教即可。后來，為保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業(yè)。因此，焊接機器人的應用并不是一開始 就用于電弧焊作業(yè)。 事實 位 置 上，弧焊過程比點焊過程要復雜得多，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻 ———— 產(chǎn)生變形，焊縫軌跡會發(fā)生變化。 課 堂 為適應弧焊作業(yè)，對弧焊機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，降低了后續(xù)工作量的時間 。 【 機器人點焊用焊鉗從外形結(jié)構(gòu)上有 C 型 和 X 型 2 種。 【 課 堂 認 知 】 缺點：需要大容量的 阻焊變壓器，電力損 優(yōu)點：減小了機 耗較大，能源利用率 器人的負載，運 低。 缺點：焊鉗重 優(yōu)點：省 量顯著增大， 掉二次電 體積變大，焊 纜及懸掛 鉗重量在機器 變壓器的 人活動手腕上 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控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般分為兩級：上級具有存 置 ———— 儲單元，可實現(xiàn)重復編程、存儲多種操作程序，負責管理、坐標變換、軌跡生 成等；下級由若干處理器組成，每一處理器負責一個關節(jié)的動作控制及狀態(tài)檢 測，具有實時性好，易于實現(xiàn)高速、高精度控制。在機器人手臂的夾持下，其運動由機器人的運動決 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 位 或幾個點上，將工件互相重疊。 【 4 ）機器人原點確認。 課 堂 ① 手動操縱機器人移動到作業(yè)臨近點，調(diào)整焊鉗姿態(tài)。 課 程序點 4 ② 將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“ PTP ”。 點焊作業(yè)條件設定 大電流 短時間 小電流 – 長時間 板厚 時間（周 時間（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 焊接機器人的作業(yè)示教 點焊作業(yè) 所 處 （ 5 ）檢查試運行 位 置 為確認示教的軌跡，需測試運行（跟蹤）一下程序。 2 ）切換 【 模式旋鈕 】 至“再現(xiàn) / 自動”狀態(tài)。以平（角）焊為例， ———— 主要采用 前傾角焊（前進焊）和后傾角焊（后退焊） 兩種方式。 位 置 ———— ?直線作業(yè) 機器人完成直線焊縫的焊接僅需示教 2 個程序點（直線的兩端點）， 插補方式選“直線插補”。 程序點 2 ② 將程序點屬性設定為“焊接點”，插補方式選“直線插補”。 點） 目錄 44/89 焊接機器人的作業(yè)示教 熔焊作業(yè) 所 處 ? 圓弧作業(yè) 機器人完成弧形焊縫的焊接通常需示教 3 個以上程序點（圓弧 位 開始點、圓弧中間點和圓弧結(jié)束點），插補方式選“圓弧插補”。 ） ③ 確認保存程序點 1 為圓弧 / 焊接接近點。 程序點 4 返回 ② 將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“圓弧插補”。 知 ③ 確認保存程序點 1 為圓弧 / 焊接接近點。 程序點 4 ② 將程序點屬性設定為“焊接點”，插補方式選“圓弧插補”。 ② 將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“ PTP” 或“直線插 程序點 1 （圓弧 / 焊接接近點） 補”。 堂 認 ① 將機器人移動到首段圓弧軌跡結(jié)束點。 （末段圓弧開始點 / 堂 認 ③ 確認保存程序點 6 為末段圓弧開始點 / 焊接中間點。 位 程序點 3 振幅點 1 置 程序點 1 自動直線 ———— 接近點 移到開始點 主路徑 —— —— —— 程序點 2 程序點 5 焊 空 振 【 開始點 結(jié)束點 接 走 幅 課 程序點 4 點 點 點 堂 振幅點 2 認 知 焊接區(qū)間 】 a) 直線擺動 程序點 5 中間點 程序點 4 主 振幅點 2 路 徑 程序點 1 自動直線 程序點 3 接近點 移到開始點 —— —— —— 振幅點 1 程序點 2 程序點 6 焊 空 振 開始點 結(jié)束點 接 走 幅 點 點 點 焊接區(qū)間 返回 b) 圓弧擺動 目錄 焊接機器人的擺動示教 52/89 焊接機器人的作業(yè)示教 所 以如下焊接工件為例，采用在線示教方式為機器人輸入 AB 、 CD 兩段弧 處 位 焊作業(yè)程序，加強對直線、圓弧的示教。作業(yè)位置附近 的程序點 1 和程序點 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，移動機器人到直線作業(yè)結(jié)束點。 （焊接開始點） ③ 確認保存程序點 5 為圓弧焊接開始點。 程序點 8 ② 將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“直線插補”。其中一種做法是采用變位機讓焊 堂 接工件移動或轉(zhuǎn)動，使工件上的待焊部位進入機器人的作業(yè)空間。 堂 為充分發(fā)揮機器人的效能，焊接機器人系統(tǒng)通常采用兩臺及以上變位機，其 認 知 中一臺進行焊接作業(yè)時，另一臺則完成工件的卸載和上裝，從而使整個系統(tǒng)獲得 】 1 號變位機 2 號變位機 3 號變位機 4 號變位機 最高的費用效能比。 返回 目錄 提示 64/89 焊接機器人的周邊設備與工位布局 周邊設備 所 處 3) 清槍裝置 機器人在施焊過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的變化等勢必影響到產(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（點焊）和焊槍自動清槍站（弧焊） 。其設備構(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)式變位機等。 位 置 焊接機器人工作站的工位布局 ———— 【 課 堂 認 知 】 返回 目錄 75/89 焊接機器人的周邊設備與工位布局 工位布局 所 處 焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。 【 擴 展 與 提 高 】 a) LaserHybrid 復合焊 b) LaserHybrid+Tandem 復合焊 返回 激光 / 電弧復合熱源焊接 目錄 79/89 焊接機器人技術的新發(fā)展 2. 焊接電源 所 處 位 ? 電源融合技術 滿足用戶對低綜合成本、高生產(chǎn)率、高可維護性、高 置 焊接品質(zhì)的要求，并打破焊接電源和機器人兩者間的壁壘而出現(xiàn)的專 ———— 用機器人。 】 返回 目錄 多機協(xié)同工作模式 FANUC R0iA 77/89 焊接機器人技術的新發(fā)展 2. 焊接電源 所 處 位 ?雙絲焊接技術 雙絲焊是一種高速高效焊接方法，焊接薄板時可顯著提 置 高焊接速度（達到 3~6 m/min ），焊接厚板時可提高熔敷效率。 位 置 ———— 焊接機器人工作站的工位布局 【 課 堂 認 知 】 返回 目錄 71/89 焊接機器人的周邊設備與工位布局 工位布局 所 處 焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。采用 自動換槍裝置 可有效解決此問題，使得機器人空閑時間大為縮 認 短。常見 置 ———— 清槍裝置有焊鉗電極修磨機（點焊）和焊槍自動清槍站（弧焊）?；剞D(zhuǎn)工作臺的運動一般不是由機器人控制柜直接控制 置 ———— 的，而是由一個外加的可編程序控制器（ PLC ）來控制。 認 知 根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，焊接變位機可以有多種形式，有 單回轉(zhuǎn)式、雙回 】 轉(zhuǎn)式和傾翻回轉(zhuǎn)式。 （作業(yè)臨近點） ③ 確認保存程序點 9 為作業(yè)臨近點。 【 ① 保持焊槍姿態(tài)不變，移動機器人到圓弧作業(yè)結(jié)束點。 程序點 4 ② 將程序點屬性設定為“空走點”，插補方式選“ PTP” 。 【 ① 保持焊槍姿態(tài)不變，移動機器人到直線作業(yè)開始點。 ———— 3) 安全確認。 焊接中間點） ① 將機器人移動到末段圓弧軌跡結(jié)束點。 程序點 5 ② 將程序點屬性設定為“焊接點”，插補方式選“ PTP ”或“直線插 （兩段圓弧分割點 / 補”。 （首段圓弧開始點 / 焊 ③ 確認保存程序點 2 為首段圓弧 / 焊接開始點。 （圓弧 / 焊接結(jié)束點） 目錄 ③ 確認保存程序點 5 為直線軌跡結(jié)束點。 ① 將機器人移動到圓弧軌跡中間點。當存在多個圓弧中間點時，機器人將通過當前程序點 【 和后面 2 個臨近程序點來計算和生成圓弧軌跡。 ） ① 將機器人移動到圓弧軌跡中間點。 當只 置 ———— 有一個圓弧時，用“圓弧插補”示教程序點 2~4 三點即可。 （焊接結(jié)束點） ③ 確認保存程序點 3 為焊接結(jié)束點。 直線作業(yè)軌跡示教 【 課 堂 程序點 示教方法 認 知 ① 將機器人移動到直線軌跡開始點。同時，在板對板的連接之 認 知 中，焊槍與坡口垂直。 ———— 目前，工業(yè)機器人四巨頭都有相應的機器人產(chǎn)品 , 這些專業(yè)軟件提供功能 強大的弧焊指令，且都相應的商業(yè)化應用軟件， 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 【 跟蹤功能鍵 】 ，實現(xiàn)機器人的單步或連續(xù) 認 運轉(zhuǎn)。 （機器人原點） ③ 確認保存程序點 5 為機器人原點。 ② 將程序點屬性設定為“作業(yè)點 / 焊接點”，插補方式選“ PTP ”。另外， 機器人末端工具在各程序點間移動時，也要處于與工件、夾具互不干 涉的位置。本例中使用的焊 置 ———— 鉗為氣動焊鉗，通過氣缸來實現(xiàn)焊鉗的大開、小開和閉合三種動作。 【 課 堂 認 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 焊接機器人的系統(tǒng)組成 激光焊接機器人 所 處 位 置 ———— 【 課 堂 認 知 】 激光焊接機器人控制系統(tǒng)架構(gòu) 綜上， 焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分 。 安全設備是弧焊機器人系統(tǒng)安全運行的重要保障，其主要包括驅(qū)動系統(tǒng) 過熱自斷電保護、動作超限位自斷電保護、超速自斷電保護、機器人系統(tǒng)工 作空間干涉自斷電保護和人工急停斷電保護等，它們起到防止機器人傷人或 保護周邊設備的作用。這幾種形式各有特點，從技術 優(yōu)勢和發(fā)展趨勢來看，中頻伺服機器人焊鉗應是未來的主流，它集中了中頻 直流點焊和伺服驅(qū)動的優(yōu)勢，是其他形式無法比擬的。 置