焊接機器人及其應用
- 2016-03-14 13:58:00
- sawchina 原創(chuàng )
- 8135
焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。根據國際標準化組織（ISO）工業(yè)機器人術(shù)語(yǔ)標準的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復編程的自動(dòng)控制操作機（Manipulator），具有三個(gè)或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。為了適應不同的用途，機器人最后一個(gè)軸的機械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同工具或稱(chēng)末端執行器。焊接機器人就是在工業(yè)機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。
1. 焊接機器人的組成
焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。圖1a、b表示弧焊機器人和點(diǎn)焊機器人的基本組成。
2．焊接用機器人的主要結構形式及性能
上述兩種機器人各個(gè)軸都是作回轉運動(dòng)，故采用伺取電機通過(guò)擺線(xiàn)針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動(dòng)。在80年代中期以前，對于電驅動(dòng)的機器人都是用直流伺服電機，而80年代后期以來(lái)，各國先后改用交流伺服電機。由于交流電機沒(méi)有碳刷，動(dòng)特性好，使新型機器人不僅事故率低，而且免維修時(shí)間大為增長(cháng)，加（減）速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點(diǎn)（TCP）的最高運動(dòng)速度可達3m/s以上，定位準確，振動(dòng)小。同時(shí)，機器人的控制柜也改用32位的微機和新的算法，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，如圖3所示。
（1）點(diǎn)焊機器人的基本功能 點(diǎn)焊對所用的機器人的要求是不很高的。因為點(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒(méi)有嚴格要求。這也是機器人最早只能用于點(diǎn)焊的原因。點(diǎn)焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動(dòng)作要平穩，定位要準確，以減少移位的時(shí)間，提高工作效率。點(diǎn)焊機器人需要有多大的負載能力，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線(xiàn)長(cháng)，電能損耗大，也不利于機器人將焊鉗伸入工件內部焊接；另一方面電纜線(xiàn)隨機器人運動(dòng)而不停擺動(dòng)，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?？紤]到機器人要有足夠的負載能力，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負載的重型機器人。為了適應連續點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。
（2）點(diǎn)焊機器人的焊接裝備 點(diǎn)焊機器人的焊接裝備，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(kāi)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。焊接參數由定時(shí)器調節，參見(jiàn)圖1b。新型定時(shí)器已經(jīng)微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時(shí)器，無(wú)需另配接口。點(diǎn)焊機器人的焊鉗，通常用氣動(dòng)的焊鉗，氣動(dòng)焊鉗兩個(gè)電極之間的開(kāi)口度一般只有兩級沖程。而且電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。近年來(lái)出現一種新的電伺服點(diǎn)焊鉗，如圖4所示。焊鉗的張開(kāi)和閉合由伺服電機驅動(dòng)，碼盤(pán)反饋，使這種焊鉗的張開(kāi)度可以根據實(shí)際需要任意選定并預置。而且電極間的壓緊力也可以無(wú)級調節。這種新的電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1）每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開(kāi)程度是由機器人精確控制的，機器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過(guò)程、焊鉗就可以開(kāi)始閉合；而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開(kāi)，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后焊鉗才閉會(huì )或焊鉗完全張開(kāi)后機器人再移動(dòng)；
2）焊鉗張開(kāi)度可以根據工件的情況任意調整，只要不發(fā)生碰撞或干涉盡可能減少張開(kāi)度，以節省焊鉗開(kāi)度，以節省焊鉗開(kāi)合所占的時(shí)間。
3）焊鉗閉合加壓時(shí)，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。
4．弧焊機器人的特點(diǎn)
（1）弧焊用機器人的基本功能 弧焊過(guò)程比點(diǎn)焊過(guò)程要復雜得多，工具中心點(diǎn)（TCP），也就是焊絲端頭的運動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數都要求精確控制。所以，弧焊用機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(gè)軸的機器人就可以用于電弧焊，但是對復雜形狀的焊縫，用5個(gè)軸的機器人會(huì )有困難。因此，除非焊縫比較簡(jiǎn)單，否則應盡量選用6軸機器人。
弧焊機器人除前面圖2提及的在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時(shí)，其軌跡應能貼近示教的軌跡之外，還應具備不同擺動(dòng)樣式的軟件功能，供編程時(shí)選用，以便作擺動(dòng)焊，而且擺動(dòng)在每一周期中的停頓點(diǎn)處，機器人也應自動(dòng)停止向前運動(dòng)，以滿(mǎn)足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動(dòng)尋找焊縫起點(diǎn)位置、電弧跟蹤及自動(dòng)再引弧功能等。
（2）弧焊機器人用的焊接設備 弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（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器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，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一個(gè)接口。近年來(lái)，國外機器人生產(chǎn)廠(chǎng)都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內已經(jīng)播人相應的接口板、所以在圖1a中的弧焊機器人系統中并沒(méi)有附加接口箱。應該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應按持續率100％來(lái)確定電源的容量。
送絲機構可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩定性，而后者軟管校長(cháng)，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會(huì )嚴重影響送絲的質(zhì)量。所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩定性的問(wèn)題。
2．焊接機器人的應用
國際上80年代是焊接機器人在生產(chǎn)中應用發(fā)展最快的10年。我國工廠(chǎng)從90年代開(kāi)始，應用焊接機器人的步伐也顯著(zhù)加快。應該明確，焊接機器人必須配備相應的外圍設備組成一個(gè)焊接機器人系統才有意義。國內外應用較多的焊接機器人系統有如下幾種形式：
1. 焊接機器人工作站（單元）
如果工件在整個(gè)焊接過(guò)程中無(wú)需變位，就可以用夾具把工件定位在工作臺面上，這種系統既是最簡(jiǎn)單不過(guò)的了。但在實(shí)際生產(chǎn)中，更多的工件在焊接時(shí)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，變位機與機器人可以是分別運動(dòng)，即變位機變位后機器人再焊接；也可以是同時(shí)運動(dòng)，即變位機一邊變位，機器人一邊焊接，也就是常說(shuō)的變位機與機器人協(xié)調運動(dòng)。這時(shí)變位機的運動(dòng)及機器人的運動(dòng)復合，使焊槍相對于工件的運動(dòng)既能滿(mǎn)足焊縫軌跡又能滿(mǎn)足焊接速度及焊槍姿態(tài)的要求。實(shí)際上這時(shí)變位機的軸已成為機器人的組成部分，這種焊接機器人系統可以多達7-20個(gè)軸，或更多。最新的機器人控制柜可以是兩臺機器人的組合作12個(gè)軸協(xié)調運動(dòng)。其中一臺是焊接機器人、另一臺是搬運機器人作變位機用。
2. 焊接機器人生產(chǎn)線(xiàn)
焊接機器人生產(chǎn)線(xiàn)比較簡(jiǎn)單的是把多臺工作站（單元）用工件輸送線(xiàn)連接起來(lái)組成一條生產(chǎn)線(xiàn)。這種生產(chǎn)線(xiàn)仍然保持單站的特點(diǎn)，即每個(gè)站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來(lái)焊接預定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時(shí)間內，這條線(xiàn)是不能焊其他工件的。
另一種是焊接柔性生產(chǎn)線(xiàn)（FMS-W）。柔性線(xiàn)也是由多個(gè)站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤(pán)上，而托盤(pán)可以與線(xiàn)上任何一個(gè)站的變位機相配合并被自動(dòng)卡緊。焊接機器人系統首先對托盤(pán)的編號或工件進(jìn)行識別，自動(dòng)調出焊接這種工件的程序進(jìn)行焊接。這樣每一個(gè)站無(wú)需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線(xiàn)一般有一個(gè)軌道子母車(chē)，子母車(chē)可以自動(dòng)將點(diǎn)固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。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(gè)柔性焊接生產(chǎn)線(xiàn)由一臺調度計算機控制。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(shí)現無(wú)人或少人生產(chǎn)了。
工廠(chǎng)選用哪種自動(dòng)化焊接生產(chǎn)形式，必須根據工廠(chǎng)的實(shí)際情況及素要而定。焊接專(zhuān)機適合批量大，改型慢的產(chǎn)品，而且工件的焊縫數量較少、較長(cháng)，形狀規矩（直線(xiàn)、圓形）的情況；焊接機器人系統一般適合中、小批量生產(chǎn)，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復雜。柔性焊接線(xiàn)特別適合產(chǎn)品品種多，每批數量又很少的情況，目前國外企業(yè)正在大力推廣無(wú)（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(xiàn)是比較合適的。(end)
相關(guān)文章
- [電動(dòng)缸] 電動(dòng)缸該如何選型？ 2020-08-07
- [電動(dòng)缸] 電動(dòng)缸緊湊的結構和小巧 2020-04-14
- [電動(dòng)缸] 伺服電動(dòng)缸的結構和工作原理 2020-04-03
- [行業(yè)資訊] 4TPS 1PS四自由度并聯(lián)電動(dòng)平臺動(dòng)力學(xué)建模 與位姿閉環(huán)魯棒控制 2018-11-24
- [焊接技術(shù)] 汽車(chē)制動(dòng)機器人執行機構研究 2018-11-24
- [電動(dòng)缸] 伺服電動(dòng)缸使用范圍及特點(diǎn) 2018-11-23
發(fā)表評論
熱門(mén)產(chǎn)品
社區新帖
- GBT 19867.4-2008 激光焊接工藝規程.pdf 2019-12-25
- GBT 2652-2008 焊縫及熔敷金屬拉伸試驗方法.pdf 2019-12-25
- GBT 16672-1996 焊縫-工作位置-傾角和轉角的定義.pdf 2019-12-25
- GBT 16745-1997 金屬覆蓋層產(chǎn)品釬焊性的標準試驗方法.pdf 2019-12-25
- GBT 17853-1999 不銹鋼藥芯焊絲.pdf 2019-12-25
- GBT 15169-1994 鋼熔化焊手焊工資格考核方法.pdf 2019-12-25
- GBT 15579.5-2005 弧焊設備安全要求 第5部分 送絲裝置.pdf 2019-12-25
- GBT 15579.7-2005 弧焊設備安全要求第7部分：焊炬(槍).pdf 2019-12-23
聯(lián)系我們
| 聯(lián)系人： | 韓玉琦 |
|---|---|
| 電話(huà)： | 0755-26013200/26013464 |
| 傳真： | 0755-26013188 |
| Email： | saw@sawchina.cn |
| QQ： | 2280915288 |
| 微信： | 18682260315 |
| 旺旺： | szhbkj |
| 地址： | 東莞市鳳崗鎮東深路鳳崗段206號天安深創(chuàng )谷W2棟誠信大廈21樓 |
底部分享通欄
關(guān)于我們
產(chǎn)品分類(lèi)
焊接學(xué)院
客戶(hù)服務(wù)
-
在線(xiàn)客服
-
關(guān)注微信
-
-
業(yè)務(wù)咨詢(xún)
-
人才招聘
-
售后咨詢(xún)
-
業(yè)務(wù)咨詢(xún)
-
掃一掃關(guān)注微信
