工業(yè)機(jī)器人焊接機(jī)器人

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1、. 焊接機(jī)器人 科技名詞定義 中文名稱： 焊接機(jī)器人 英文名稱： welding robot 定義： 具有三個或三個以上可自由編程的軸，并能將焊接工具按要求送到預(yù)定空間位置，按要求軌跡及速度移動焊接工具的機(jī)器。包括弧焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人、點焊機(jī)器人等。 所屬學(xué)科： 機(jī)械工程（一級學(xué)科）；焊接與切割（二級學(xué)科）；焊接與切割工藝裝備與設(shè)備（三級學(xué)科） 本內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布 百科名片 焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)焊接機(jī)器人的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途

2、的、可重復(fù)編程的自動控制操作機(jī)（Manipulator），具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后一個軸的機(jī)械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。 目錄 焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人的組成 焊接機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式及性能 點焊機(jī)器人的特點 1. 點焊機(jī)器人的基本功能 2. 點焊機(jī)器人的焊接裝備 弧焊機(jī)器人的特點 1. 弧焊機(jī)器人的基本功能 2. 弧焊機(jī)器人用的焊接設(shè)備 焊接機(jī)器人的應(yīng)用 1. 焊接機(jī)器人工作站（單元） 2. 焊接機(jī)

3、器人生產(chǎn)線 焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用 焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人的組成 焊接機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式及性能 點焊機(jī)器人的特點 1. 點焊機(jī)器人的基本功能 2. 點焊機(jī)器人的焊接裝備 弧焊機(jī)器人的特點 1. 弧焊機(jī)器人的基本功能 2. 弧焊機(jī)器人用的焊接設(shè)備 焊接機(jī)器人的應(yīng)用 1. 焊接機(jī)器人工作站（單元） 2. 焊接機(jī)器人生產(chǎn)線 焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用 展開 編輯本段焊接機(jī)器人 　　隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自動弧焊機(jī)器人工作站, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來，其技術(shù)已日益成熟，主要有以下優(yōu)點： 　　1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量； 　　2

4、）提高勞動生產(chǎn)率； 　　3）改善工人勞動強(qiáng)度，可在有害環(huán)境下工作； 　　4）降低了對工人操作技術(shù)的要求； 　　5）縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。 　　因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。 編輯本段焊接機(jī)器人的組成 　　焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。圖1a、b表示弧焊機(jī)器人和點焊機(jī)器人的基本組成。 編輯本段焊接機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式

5、及性能 　　世界各國生產(chǎn)的焊接用機(jī)器人基本上都屬關(guān)節(jié)機(jī)器人，絕大部分有6個軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為平行四邊形結(jié)構(gòu)，一種為側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)，如圖2a、b所示。側(cè)置式（擺式）結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是上、下臂的活動X圍大，使機(jī)器人的工 焊接機(jī)器人示意圖 作空間幾乎能達(dá)一個球體。因此，這種機(jī)器人可倒掛在機(jī)架上工作，以節(jié)省占地面積，方便地面物件的流動。但是這種側(cè)置式機(jī)器人，2、3軸為懸臂結(jié)構(gòu)，降低機(jī)器人的剛度，一般適用于負(fù)載較小的機(jī)器人，用于電弧焊、切割或噴涂。平行四邊形機(jī)器人其上臂是

6、通過一根拉桿驅(qū)動的。拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發(fā)的平行四邊形機(jī)器人工作空間比較?。ň窒抻跈C(jī)器人的前部），難以倒掛工作。但80年代后期以來開發(fā)的新型平行四邊形機(jī)器人（平行機(jī)器人），已能把工作空間擴(kuò)大到機(jī)器人的頂部、背部及底部，又沒有測置式機(jī)器人的剛度問題，從而得到普遍的重視。這種結(jié)構(gòu)不僅適合于輕型也適合于重型機(jī)器人。近年來點焊用機(jī)器人（負(fù)載100～150kg）大多選用平行四邊形結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人。 　　上述兩種機(jī)器人各個軸都是作回轉(zhuǎn)運動，故采用伺取電機(jī)通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅(qū)動。在80年代中期以前，對于電驅(qū)動的機(jī)器人都是用直流

7、伺服電機(jī)，而80年代后期以來，各國先后改用交流伺服電機(jī)。由于交流電機(jī)沒有碳刷，動特性好，使新型機(jī)器人不僅事故率低，而且免維修時間大為增長，加（減）速度也快。一些負(fù)載16kg以下的新的輕型機(jī)器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達(dá)3m/s以上，定位準(zhǔn)確，振動小。同時，機(jī)器人的控制柜也改用32位的微機(jī)和新的算法，使之具有自行優(yōu)化路徑的功能，運行軌跡更加貼近示教的軌跡。 編輯本段點焊機(jī)器人的特點 點焊機(jī)器人的基本功能 　　點焊對所用的機(jī)器人的要求是不很高的。因為點焊只需點位控制，至于焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴(yán)格要求。這也是機(jī)器人最早只能用于點焊的原因。點焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載

8、能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移位的時間，提 機(jī)械臂 高工作效率。點焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長，電能損耗大，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運動而不停擺動，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質(zhì)量在70kg左右。考慮到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人。為了適應(yīng)連續(xù)點焊時焊鉗短距離快速

9、移位的要求。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能。這對電機(jī)的性能，微機(jī)的運算速度和算法都提出更高的要求。 點焊機(jī)器人的焊接裝備 　　點焊機(jī)器人的焊接裝備，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以變壓器必須盡量小型化。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進(jìn)行二次整流，用直流電焊接。焊接參數(shù)由定時器調(diào)節(jié)，參見圖1b。新型定時器已經(jīng)微機(jī)化，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。

10、點焊機(jī)器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級沖程。而且電極壓力一旦調(diào)定后是不能隨意變化的。近年來出現(xiàn)一種新的電伺服點焊鉗，如圖4所示。焊鉗的X開和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動，碼盤反饋，使這種焊鉗的X開度可以根據(jù)實際需要任意選定并預(yù)置。而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優(yōu)點： 　　1）每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的X開程度是由機(jī)器人精確控制的，機(jī)器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點后，焊鉗一邊X開，機(jī)器人就可以一邊位移，不必等機(jī)器人到位后焊鉗才閉會或焊鉗完全X開后機(jī)器人再移動； 　　2）焊鉗X開度可以根

11、據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少X開度，以節(jié)省焊鉗開度，以節(jié)省焊鉗開合所占的時間。 　　3）焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。 編輯本段弧焊機(jī)器人的特點 弧焊機(jī)器人的基本功能 　　弧焊過程比點焊過程要復(fù)雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制。所以，弧焊用機(jī)器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。 　　雖然從理論上講，有5個軸的機(jī)器人就可以用于電弧焊，但是對復(fù)雜形狀的焊縫，用5個軸的機(jī)器人會有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應(yīng)盡量選

12、用6軸機(jī)器人。 　　弧焊機(jī)器人除前面圖2提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外，還應(yīng)具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機(jī)器人也應(yīng)自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應(yīng)有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。 弧焊機(jī)器人用的焊接設(shè)備 　　弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加

13、一個接口。近年來，國外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板、所以在圖1a中的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。應(yīng)該指出，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。 　　送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上，也可以放在機(jī)器人之外，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量。所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題。 編輯本段焊接機(jī)器人的應(yīng)用 焊接機(jī)器人工作站（單元） 　　如果工件

14、在整個焊接過程中無需變位，就可以用夾具把工件定位在工作臺面上，這種系統(tǒng)既是最簡單不過的了。但在實際生產(chǎn)中，更多的工件在焊接時需要變位，使焊縫處在較好的位置（姿態(tài)）下焊接。對于這種情況，變位機(jī)與機(jī)器人可以是分別運動，即變位機(jī)變位后機(jī)器人再焊接；也可以是同時運動，即變位機(jī)一邊變位，機(jī)器人一邊焊接，也就是常說的變位機(jī)與機(jī)器人協(xié)調(diào)運動。這時變位機(jī)的運動及機(jī)器人的運動復(fù)合，使焊槍相對于工件的運動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態(tài)的要求。實際上這時變位機(jī)的軸已成為機(jī)器人的組成部分，這種焊接機(jī)器人系統(tǒng)可以多達(dá)7-20個軸，或更多。最新的機(jī)器人控制柜可以是兩臺機(jī)器人的組合作12個軸協(xié)調(diào)運動。其中一臺是

15、焊接機(jī)器人、另一臺是搬運機(jī)器人作變位機(jī)用。 對焊接機(jī)器人工作站進(jìn)一步細(xì)分，可得以下四種： 　　1.1 箱體焊接機(jī)器人工作站是專門針對箱柜行業(yè)中，生產(chǎn)量大，焊接質(zhì)量及尺寸要求高的箱體焊接開發(fā)的機(jī)器人工作站專用裝備。 　　箱體焊接機(jī)器人工作站由弧焊機(jī)器人、焊接電源、焊槍送絲機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)雙工位變位機(jī)、工裝夾具和控制系統(tǒng)組成。該工作站適用于各式箱體類工件的焊接，在同一工作站內(nèi)通過使用不停的夾具可實現(xiàn)多品種的箱體自動焊接，焊接的相對位置高。由于采用雙工位變位機(jī)，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了焊接效率。由于采用了MIG脈沖過渡或CMT冷金屬過渡焊接工藝方式進(jìn)行焊接，使焊接過程中熱輸入

16、量大大減少，保證產(chǎn)品焊接后不變形，通過調(diào)整焊接規(guī)X和機(jī)器人焊接姿態(tài)，保證產(chǎn)品焊縫質(zhì)量好，焊縫美觀，特別對于密封性要求高的不銹鋼氣室，焊接后保證氣室氣體不泄露。通過設(shè)置控制系統(tǒng)中的品種選擇參數(shù)并更換工作夾具，可實現(xiàn)多個品種箱體的自動焊接。 　　用不同工作X圍的弧焊機(jī)器人和相應(yīng)尺寸的變位機(jī)，工作站可以滿足焊縫長度在2000mm左右的各類箱體的焊接要求。焊接速度3－10mm/s，根據(jù)箱體基本材料，焊接工藝采用不同類型的氣體保護(hù)焊。該工作站還廣泛用于電力、電氣、機(jī)械、汽車等行業(yè)。 　　1.2 不銹鋼氣室機(jī)器人柔性激光焊接加工設(shè)備是針對不銹鋼焊接變形量比較大，密封性要求高的箱體類工件焊接開發(fā)的的

17、柔性機(jī)器人激光焊接加工設(shè)備。　該加工設(shè)備是由機(jī)器人、激光發(fā)生器機(jī)組、水冷卻機(jī)組、激光掃描跟蹤系統(tǒng)、柔性變位機(jī)、工裝夾具、安全護(hù)欄、吸塵裝置和控制系統(tǒng)等組成，通過設(shè)置控制系統(tǒng)中的品種選擇參數(shù)并更換工裝夾具，可實現(xiàn)多個品種的不銹鋼氣室類工件的自動焊接。 　　1.3 軸類焊接機(jī)器人工作站是專門針對低壓電器行業(yè)中萬能式斷路器中的轉(zhuǎn)軸焊接開發(fā)的專用設(shè)備，推出了一套專用的轉(zhuǎn)軸焊接機(jī)器人工作站。 　　軸類焊接機(jī)器人工作站由弧焊機(jī)器人、焊接電源、焊槍送絲機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)雙工位變位機(jī)、工裝夾具和控制系統(tǒng)組成。該工作站用于以轉(zhuǎn)軸為基體（上置若干懸臂）的各類工件的焊接，在同一工作站內(nèi)通過使用不同的夾具可實現(xiàn)多品種

18、的轉(zhuǎn)軸自動焊接。焊接的現(xiàn)對位置精度很高。由于采用雙工位變位機(jī)，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了效率。 　　技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)軸直徑：Ф10－50mm，長度300－900mm，焊接速度3－5mm/s，焊接工藝采用MAG混合氣體保護(hù)焊，變位機(jī)回轉(zhuǎn)，變位精度達(dá)0.05mm。 　　廣泛應(yīng)用于高質(zhì)量、高精度的以轉(zhuǎn)軸的各類工件焊接，適用于電力、電氣、機(jī)械、汽車等行業(yè)。如果采用手工電弧焊進(jìn)行轉(zhuǎn)軸焊接，工人勞動強(qiáng)度極大，產(chǎn)品的一致性差，生產(chǎn)效率低，僅為2－3件/小時。采用自動焊接工作站后，產(chǎn)量可達(dá)到15－20件/小時，焊接質(zhì)量和產(chǎn)品的一致性也大幅度的提高。 　　軸類焊接機(jī)器人工作站 低壓電器

19、轉(zhuǎn)軸 　　1.4 機(jī)器人焊接螺柱工作站 　　機(jī)器人焊接螺柱工作站針對復(fù)雜零件上具有不同規(guī)格螺柱采用機(jī)器人將螺柱焊接到工件上。該工作站主要由機(jī)器人、螺柱焊接電源、自動送釘機(jī)、機(jī)器人自動螺柱焊槍、變位機(jī)、工裝夾具、自動換槍裝置、自動檢測軟件、控制系統(tǒng)和安全護(hù)欄等組成，通過自動送釘機(jī)將螺柱送到機(jī)器人自動焊槍里面，通過編程將機(jī)器人在工件上示教的路徑，將不同規(guī)格的螺柱焊接到工件上?？梢圆捎脙δ芎附踊蚶『附訉⒙葜卫蔚暮附拥焦ぜ?，保證焊接精度和焊接強(qiáng)度。焊接效率大約3-10個/分鐘，螺柱規(guī)格：直徑3-8mm，長度：5-40mm。 焊接機(jī)器人生產(chǎn)線 　　焊接機(jī)器人生產(chǎn)線比較簡單的是把多臺工

20、作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線仍然保持單站的特點，即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機(jī)器人的程序來焊接預(yù)定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時間內(nèi)，這條線是不能焊其他工件的。 　　另一種是焊接柔性生產(chǎn)線（FMS-W）。柔性線也是由多個站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統(tǒng)一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個站的變位機(jī)相配合并被自動卡緊。焊接機(jī)器人系統(tǒng)首先對托盤的編號或工件進(jìn)行識別，自動調(diào)出焊接這種工件的程序進(jìn)行焊接。這樣每一個站無需作任何調(diào)整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個軌道子母車，子母車可以自動將點固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機(jī)器人

21、工作站的變位機(jī)上。也可以從工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整個柔性焊接生產(chǎn)線由一臺調(diào)度計算機(jī)控制。因此，只要白天裝配好足夠多的工件，并放到存放工位上，夜間就可以實現(xiàn)無人或少人生產(chǎn)了。 　　工廠選用哪種自動化焊接生產(chǎn)形式，必須根據(jù)工廠的實際情況及素要而定。焊接專機(jī)適合批量大，改型慢的產(chǎn)品，而且工件的焊縫數(shù)量較少、較長，形狀規(guī)矩（直線、圓形）的情況；焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn)，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復(fù)雜。柔性焊接線特別適合產(chǎn)品品種多，每批數(shù)量又很少的情況，目前國外企業(yè)正在大力推廣無（少）庫存，按訂單生產(chǎn)（JIT）的管理方式，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適

22、的。 編輯本段焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用 　　焊接機(jī)器人目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。豐田公司已決定將點焊作為標(biāo)準(zhǔn)來裝備其日本國內(nèi)和海外的所有點焊機(jī)器人。用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內(nèi)的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機(jī)器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機(jī)器人還可以與較高的機(jī)器人組裝在一起，共同對車體上部進(jìn)行加工，從而縮短了整個焊接生產(chǎn)線長度。國內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構(gòu)件采用沖壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應(yīng)用機(jī)器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動強(qiáng)度，改善了勞動環(huán)境。 . v