机器人的焊接方法Word文档格式.docx
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熔化极：
CO2气体保护焊
熔化极活性气体保护焊（MAG）
熔化极惰性气体保护焊（MIG）
非熔化极：
钨极惰性气体保护焊
等离子弧焊接与切割
激光焊接与切割
钎焊
火焰切割
点焊
在上面的焊接方法中，90%以上的机器人用于熔化极气体保护焊和点焊，进年来随着激光焊接与切割设备价格的降低，机器人在激光焊接与切割领域的应用数量在逐年增加。
2.1机器人焊接的特点
2.1.1优点
A.自动焊接
（1）焊枪不会振动，焊接速度不会改变，能得到均匀、漂亮的焊缝。
（2）操作人员能远离噪音或高温区进行行业。
（3）由于焊接条件是恒定的，所以能提高焊接质量。
B.焊接条件具有重复性
（1）不管什么时候，谁来作业或在什么地方都能焊接成相同的产品。
（2）在机器人上编制焊接工人所掌握的焊接条件之后，即便是新手也能进行高质量的焊接。
（3）能重复使用曾经用过的焊接条件，（而在半自动焊接时,由于经常要调整遥控盒上的旋钮，所以缺乏重复性）。
C.降低生产成本
（1）能缩短生产节拍，所以能提高产量。
（2）使用临时工就能完成焊接作业，所以减少了人工费用。
（3）不浪费焊接材料，能节约消耗品。
D.使用机器人带来的效益
（1）生产节拍明确，容易进行生产管理。
（2）能实现无人运行,机器人不会发牢骚。
（3）能提高企业的形象。
E.机器人焊接的特点
机器人是由计算机控制的、具有高度柔性的可编程自动化装置，因此利用机器人焊接具有以下特点：
（1）机器人能适应产品多样化，有柔性，在一条生产线上可以混流生产若干种类型产品。
同时对于生产量的变动和型号的更改，能迅速的改进生产线的编组更替，这是专用的自动化生产线不能比拟的，能发挥投资的长期效果。
（2）使用机器人焊接，可提高产品质量。
为了使焊接作业机器人化，需要改变装配方法和加工工序，所以要提高诸如供给设备的零件、夹具、搬运工具等的精度，这些关系到产品的精度和焊接质量的提高，机器人化的结果，可得到稳定的高质量产品。
（3）使用机器人焊接可提高生产率。
机器人的作业效率，不随作业者变动，可以稳定生产计划，从而提高生产率。
2．1．2机器人焊接时的主要注意事项
A.必须进行示教作业（注1）
∙在机器人进行自动焊接前，操作人员必须示教机器人焊枪的轨迹和设定焊接条件等。
∙由于必须示教，所以机器人不面向多品种少量生产的产品焊接（注2）
B.必须确保工件的精度（注3）
∙机器人没有眼睛，只能重复相同的动作。
∙机器人轨迹精度为±
0.1mm，以此精度重复相同的动作。
∙焊接偏差大于焊丝半径时，有可能焊接不好，所以工件精度应保持在焊丝半径之内。
C.焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平
∙操作人员进行示教时必须输入焊接程序，焊枪姿态和角度，电流、电压、速度等焊接条件。
∙示教操作人员必须充分掌握焊接知识和焊接技巧。
D.必须充分注意安全
∙机器人是一种高速的运动设备，在其进行自动运行时绝对不允许人靠近机器人（必须设置安全护栏）。
∙操作人员必须接受劳动安全方面的专门教育，否则不准操作。
2．2焊接机器人的性能要求
2．2．1弧焊机器人的性能要求
在弧焊作业中，要求焊枪跟踪工件焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，因此运动过程中速
度的稳定性和轨道精度是两项重要的指标。
一般情况下，焊接速度可取5～50mm/s，轨道精
度可取±
0·
2～0·
5mm。
由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定的影响，因此希望在根踪焊道
的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，还有其它一些性能要求，如摆动功能、焊接传感器（起
始点检测、焊缝跟踪）的接口功能、焊枪防碰功能等。
1．焊接规范的设定。
起弧、收弧参数。
2．摆动功能。
摆动频率、摆幅、摆动类型的设定。
3．焊接传感器。
起始点检测、焊缝跟踪传感器的接口功能。
4．焊枪防碰功能。
当焊枪受到不正常的阻力时，机器人停机，避免操作者和工具受到损坏。
5．多层焊功能。
应用该功能可以在第一层焊接示教完成后，实现其余各层的自动编程。
6．再引弧功能。
引弧失败后，自动重试。
因此消除了焊接异常（引弧失败）发生时引起的作业中断，最大限度避免了因此而引起的全线停车。
7．焊枪校正功能。
焊枪与工件发生碰撞时，可通过简单操作进行校正。
8．粘丝自动解除功能。
焊接终了时如果检测出焊丝粘丝，则自动再通电解除粘丝，因此不必手工剪断焊丝。
9．断弧再启动功能。
出现断弧时，机器人会按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。
因此无须补焊作业。
2．2．2点焊机器人的性能要求
对于点焊机器人运动速度是一个重要指标，要求能够快速完成小节距的多点定位（例如每
0.3-0.4秒移动30-50mm节距后定位）;
为确保焊接质量，定位精度要求较高（一般为±
25mm）;
并具有较大的持重（50～100Kg），以便携带内装变压器的焊钳。
2．3机器人选择方法
1机器人的结构类型的确定
机器人类型的选择主要取决于机器人的目标作业类型，如汽车底盘的点焊用四自由度的点焊机器人就够了，复杂工件的焊接一般需要六自由度机器人。
2手腕的容许载荷
选择机器人时首先要考虑机器人的最大承载能力，如对于OTC公司生产的DR-4000机器人其最大承载能力为6公斤，如下图表示。
当安装标准焊枪时不会产生任何问题，但当用于搬运或其它类似的目的时，还应保证各腕部轴所承受的扭矩和转动惯量满足手册中规定的要求。
3动作范围的确定
机器人的种类确定后，还要检查其动作范围是否满足作业的要求。
机器人的动作范围一般指
腕部轴的回转中心（P点）的动作范围。
如图所示DR-4000机器人的动作范围。
在实际作业
时由于装有焊接工具，其作业范围将发生变化，因而需要进一步对其作业范围进行确认。
使用焊接机器人应注意的几个问题
2．4如何导入焊接机器人
焊接机器人的应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合。
国内在引用焊接器
人应用工程方面走过了一段曲折的道路，机器人的运行情况不尽人意，分析其原因主要存在
以下问题：
1机器人及周边设备选型不合理，系统配置不全或不当。
2对国内人员的培训没有跟上，没有完全掌握设备的性能和使用方法。
3缺乏足够的售前、售中技术支持和良好的售后服务。
4机器人操作、维护人员不能相对固定或人员流失。
5国外系统不适合国内工艺现状。
1．明确导入机器人的目的：
1技术工人和熟练工人不足
2使工人从危险作业环境中解脱出来（高温、搬送重物等）
3提高和稳定产品质量
4提高劳动生产率（省人、省力）
5其他（生产管理的要求，提高企业形象等）。
机器人导入目的的不同，机器人的选择、机器人化的实现范围以及经济的评价（投资额）亦不同。
选择焊接工件：
1机器人适于的工件：
多品种、中等批量。
2高质量的工件，工件的一致性误差控制在一定范围，因此首先应从技术上易于实现的对象进行，然后分步逐步解决。
确定方案
项目承揽方在对用户原有生产线充分考察的基础上，根据用户提出的要求及工件的特点，提出初步方案（一般两、三种），并与用户充分讨论，确定最终方案。
讨论的内容包括：
1工件的分析，包括：
材料、结构、图纸、实物、技术要求分析。
2前道工序的质量确认及分析
3工艺条件及工艺参数初步分析
4工艺路线划分确定
5焊接节拍和生产节拍分析
6机器人选型和系统配置
7周边设备及夹具方案确定
8设备布局与物流
9经济评估
10方案评价（是否符合综合性的省力、自动化的方向，是否符合规格化、标准化的方针，是否适应产品更新换代的要求，安全性可维护性等）
工程设计
项目承揽方对确定的方案进行进一步的设计，包括系统的配置选型，周边装置、夹具设计，控制系统的设计，焊接工艺的制定等，在该过程中双方互相勾通，发现问题及时解决。
工程实施
机器人、周边设备及其配套设施的安装、调试运行，以及组织管理和人员培训。
后期维护是致关重要的一个环节，也是用户最关心的，如果后期维护跟不上，将影响整个生
产线的运行。
目前国内机器人工程使用效果不好，这也是一个主要原因。
主要在于：
1国外直接供货的设备服务跟不上，不论是售后服务的及时性，服务的质量，解决问题的彻
底性都比较差。
2国内代理的短期行为，只管自己挣钱，不考虑用户使用的好坏。
3培训人员由于语言的障碍，技术难度的障碍，没有真正掌握设备的特性。
4培训人员的流失或责任心不强。
沈阳自动化研究所做为机器人技术国家研究中心，做为日本OTC公司、安川电机和德国reis
公司的技术服务中心，在承担机器人应用工程时，采取如下措施：
1建立专门的生产服务负责人，负责到底，直到用户满意。
2国外进口设备建立备品、备件库以保证系统维护的及时性。
3国内任何地区承诺48小时到现场。
4用户人员无限期培训，直到会用为止。
5实行有效期保修服务
6长期服务
在质量第一，用户至上，精心设计制造，保持一流水平的我所质量方针的指导下，沈阳
自动化研究所机器人工程部将竭诚为广大用户服务，与广大用户一起推动我国机器人技术产
业化进程。
各种焊接机器人的系统构成及周边装置
焊接机器人的周边装置主要包括焊接变位机、移动滑台、回转工作台、焊枪清理装置等。
1.焊接变位机
焊接变位机是通过倾斜和回转动作，将工件置于便于实施焊接作业位置的机械或机器。
焊接变位机与机器人连用可缩短辅助时间，提高劳动生产率，改善焊接质量。
焊接变位机在
机器人焊接作业中是不可缺少的周边设备，根据实际生产的需要焊接变位机可以有多种形
式。
从驱动方式来看，有普通直流电机驱动、普通交流电机驱动及可以与机器人同步协调运
动的交流伺服驱动。
2.移动滑台
移动滑台也是焊接机器人的一个重要的周边装置，其主要用途是安置机器人或焊丝架，
特别是在焊接大型工件时，移动滑台加大了机器人的工作范围，移动滑台的形式主要有以下
几种。
3.焊枪清理装置
焊枪清理装置主要包括剪丝、沾油、清渣以及喷嘴外表面的打磨装置。
剪丝装置主要用于用
焊丝进行起始点检出的场合，以保证焊丝的干伸长度一定，提高检出的精度；
沾油是为了使
喷嘴表面的飞溅易于清理；
清渣是清除喷嘴内表面的飞溅，以保证保护气体的通畅；
喷嘴外
表面的打磨装置主要是清除外表面的飞溅。
4.自动换枪装置
用于不同填充材料的自动焊接。
3．4焊接机器人的主要性能指标
焊接机器人的主要性能指标以日本安川电机公司生产的Motoman-L10为例表示如下：
⑴名称与型号Motoman-L10
⑵主要用途弧焊
⑶类别示教再现型
⑷坐标型式多关节式
⑸自由度数5个
⑹抓重最大10㎏（包括夹钳）
⑺动作范围与速度运动参数列表如下：
表3-1Motoman-L10运动参数
运动自由度
动作范围
速度
整机摆动
240°
90°
/s
上臂俯仰
+20°
~-40°
1100mm/s
上臂前后
±
40°
800mm/s
手腕弯曲
180°
100°
手腕旋转
360°
150°
⑻定位方式选用增量编码器作为位置检测元件
⑼控制方式重复式数字位置控制方式，可精确控制运动轨迹
⑽重复定位精度±
0.2mm;
⑾驱动方式电伺服采用交流测速发电机作为伺服电动机的速度检测元件，实现速度反馈，并引进力矩反馈；
⑿驱动源DC伺服电动机
⒀程序控制和存储方式采用8位微处理Intel8080用半导体存储器作为主存（盒式磁带补充主存容量之不足）
程序步数：
1000步
指令条数：
600条
⒁轮廓尺寸如图所示
图3-3Motoman-L10外形尺寸与动作范围
⒂重量本体400㎏控制部分350㎏
⒃外部同步信号输入22点输出21点
⒄电源AC220/220V（+10%，-15%），
50/60HZ±
1HZ，三相5KVA
2.4焊接机器人的系统构成
机器人要完成作业，必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。
完整的焊接机器人系统
一般有如下几部分组成：
机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪
和焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等，如图所示。
根据用途，将工业机器人配置不同的焊接系统，将组成不同的焊接机器人系统，各种不同的
焊接机器人系统的主要设备构成如下表所示。
（1）弧焊机器人
由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中
得到广泛运用。
弧焊机器人是包括电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而性能有特殊的要
求。
在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。
因此运动过程
中的速度稳定性和轨迹精度是两项重要指标。
一般情况下，焊接速度约为5~50㎜/s，轨迹
精度约为±
（0.2~0.5）㎜。
由于焊枪的姿态对焊缝质量有一定的影响，因此希望在跟踪焊道
的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，其一些基本性能要求如下所示：
1设定焊接条件（电流、电压、速度等）；
2摆动功能；
3坡口填充功能；
4焊接异常功能检测；
5焊接传感器（起始点检测、焊道跟踪）的接口功能。
（2）点焊机器人汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，在装配每台汽车车体
时，大约60%的焊点是由机器人完成。
最初，点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的
工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业性能，具体来说有：
1安装面积小，工作空间大；
2快速完成小节距的多点定位（例如每0.3~0.4s移动30~50㎜节距后定位）；
3定位精度高（±
0.25㎜），以确保焊接质量；
4持重大（50~100㎏），以便携带内装变压器的焊钳；
5内存容量大，示教简单，节省工时；
6点焊速度已生产线相匹配，同时按全可靠性好。
3．3焊接机器人的系统构成
图2-1焊接机器人系统原理图
机器人操作机时焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节
以及内部传感器（编码盘）等组成。
它的任务是精确的保证末端操作器所要求的位置、姿态
和实现其运动。
根据定义，工业机器人操作机从结构上应具有三个以上的可自由编程的运动
关节，可见其分为主要关节和次要关节两个层次，不同数目和层次关节组合决定了相应的机
器人工作空间。
由于具有六个旋转关节的铰接开链式机器人操作机从运动学上已被证明能以
最小的结构尺寸为代价获取做大的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优的路径达到指
定位置，因而这种类型的机器人操作机在焊接领域得到广泛地运用。
变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工
件旋转（平移）到最佳的焊接位置。
在焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具来装卡和
定位被焊工件，对工件的不同要求决定了变位机的负载能力及其运动方式。
为了使机器人操
作机充分发挥效能，焊接机器人系统通常采用两台变位机，当其中的一台上进行焊接作业时，
另一台则完成工件的上装和卸载，从而使整个系统获得最高的费用效能比。
机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机软件、硬件和一些专用电路构
成，其软件包括控制器系统软件、机器人运动学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。
控制器负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。
所有现代机器人的控制器都是基于多处理器，根据操作系统的指令，工业控制计算机通过系统总线实现对不同组件的驱动及协调控制。
典型的焊接机器人控制系统结构如图所示。
焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，其主要由焊钳（点焊机器人）、焊枪（弧焊机
器人）、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。
焊接控制器是由微处理器及部分外围接
口芯片组成的控制系统，它可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控制
及焊接系统的故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通讯联系。
用于弧焊机器人的焊
接电源及送丝设备由于参数选择的需要，必须由机器人控制器直接控制，电源在其功率和接
通时间上必须与自动过程相符。
图3-2焊接机器人控制器系统结构原理图
在焊接过程中，尽管机器人操作机、变位机、装卡设备和工具能达到很高的精度，但由于存
在被焊工件几何尺寸和位置误差，以及焊接过程中热输入能引起工件的变形，传感器仍使焊
接过程中（尤其是焊接大厚工件时）不可缺少的设备。
传感器的任务是实现工件坡口的定位、跟踪以及焊缝熔透信息的获取。
中央控制计算机在工业机器人向系统化、PC化和网络化的发展过程中发挥着重要的作用。
通过串行接口与机器人控制器相连接，中央控制计算机主要用于在统一层次和不同层次的计
算机形成网络，同时以传感系统相配合，实现焊接路径和参数的离线编程、焊接专家系统的
应用及生产数据的管理。
安全设备是焊接机器人系统安全运行的重要保障，其主要包括驱动系统过热自断电保护、动
作超限位自断电保护、超速自断电保护、机器人系统工作空间干涉自断电保护及人工急停断
电保护等等，他们起到防止机器人伤人或周边设备的作用。
在机器人的工作部还装有各类触
觉和接近传感器，可以使机器人在过分接近工件或发生碰撞时停止工作。
3.焊接机器人的示教编程
机器人是怎样运动的？
焊接机器人是如何工作的？
操作机器人进行焊接需要掌握哪些焊接
知识呢？
通过本章的学习，你基本上可以使用机器人来进行焊接了。
用机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指令，规定机器人应该完成的动作
和作业的具体内容，这个指示过程称之为对机器人的示教（teaching），或者称之为对机器人
的编程（programming）。
对机器人的示教内容通常存储在机器人的控制装置内，通过存储内
容的再现（playback），机器人就能实现人们所要求的动作和要求人们赋予的作业内容。
机器人的示教方式有多种形式，但目前使用最多的仍然是示教再现方式。
虽然示教再现方式
机器人有占用机时、效率低等诸多缺点，人们试图在传感器的基础上使机器人智能化，目的
是取消示教，但在复杂的生产现场和作业可靠性等方面到处碰壁，难以实现，因此目前人们
仍然脱离不了示教再现方式的状态。
示教内容主要由两部分组成，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。
机器人运动轨迹的示教主要是对为了完成某一作业，焊丝端部所要运动的轨迹，包括运动类
型和运动速度的示教。
机器人作业条件的示教主要是为了获得好的焊接质量，对焊接条件进
行示教，包括被焊金属的材质、板厚、对应焊缝形状的焊枪姿势、焊接参数、焊接电源的控
制方法等。
目前机器人语言还不是通用型语言，各机器人生产厂都有自己的机器人语言，给用户使
用带来了很大的不便，但各种机器人所具有的功能却基本相同，因此只要熟悉和掌握了一种
机器人的示教方法，对于其它种类的机器人就会很容易学会。
3.1机器人的运动轴及坐标系
机器人是由运动轴和连杆组成的，而其运动方式是在不同的坐标系下进行的，为了掌握
机器人的示教方法，应首先了解机器人的坐标系及各运动轴在不同坐标系下的运动。
3.1.1机器人各轴的名称
机器人系统中，除了机器人本身外还包括一些周边设备，如变位机、移动滑台等。
将运动轴
按其功能划分为：
机器人本体轴、基座轴和工作台轴。
基座轴和工作台轴统称为外部轴，如
图2.11所示。
机器人本体轴属于机器人本身，基座轴是使机器人移动的轴的总称，主要为移
动滑台。
工作台轴是除机器人轴、基座轴以外的轴的总称，如变位机、翻转机等。
图2.11机器人各轴的名称
3.1.2坐标系分类及各轴的运动
在大部分商用机器人系统中，坐标系一般分五类：
关节坐标系、绝对坐标系（直角坐标
系）、工具坐标系、圆柱坐标系和用户坐标系
升级会员 