工业机器人工装设计教学课件作者周正军项目六.pptx

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项目六焊接机器人工作站工装设计,.项目描述.教学目的.知识准备.任务实现.考核评价,返回,.项目描述,关于焊接机器人有如下介绍。

定义:

焊接机器人是现代工业机器人众多种类中的一种,从事焊接（包括切割与喷涂）作业。

用途:

主要用于工件的焊接、切割或热喷涂。

组成:

焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。

机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。

而焊接装备,以弧焊及点焊为例,则由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。

对于智能机器人还应有传感系统,如激光或摄像传感器及其控制装置等。

下一页返回,.项目描述,应用领域:

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等的焊接,尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。

汽车生产的后桥、副车架、摇臂、悬架、减震器等轿车底盘零件大都是以焊接工艺为主的受力安全零件,主要构件采用冲压焊接,板厚平均为.,焊接主要以搭接、角接接头形式为主,焊接质量要求相当高,其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。

应用机器人焊接后,大大提高了焊接件的外观和内在质量,并保证了质量的稳定性和降低了劳动强度,改善了劳动环境。

主要优点:

上一页下一页返回,.项目描述,（）稳定和提高焊接质量,能将焊接质量以数值的形式反映出来;（）提高劳动生产率;（）改善工人劳动强度,可在有害环境下工作;（）降低了对工人操作技术的要求;（）缩短了产品改型换代的准备周期,减少相应的设备投资。

主要类别:

按照使用目的来分,焊接机器人可以分为弧焊机器人和点焊机器人两种。

其区别如图所示。

本项目的主要学习内容包括:

了解焊接机器人工作基本组成,了解焊接的基本理论,掌握焊接机器人工装夹具设计,掌握焊接机器人法兰连接部件设计,掌握焊接机器人变位机系统设计。

上一页,返回,.教学目的,通过本项目的学习与实践,学生应:

.掌握焊接机器人工作基本组成;.掌握焊接机器人焊接系统组件的选用方法;.掌握焊接机器人针对不同工件时的各种工装夹具设计方法;.掌握焊接机器人法兰连接部件设计方法;.掌握焊接机器人气压传动等其他周边辅助系统设计方法。

返回,.知识准备,.,焊接机器人的工作场景,焊接机器人的工作场景如图所示,具体焊接过程示意如图所示。

.了解焊接焊接:

也称作熔接、镕接,是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。

焊接通过下列三种途径达成接合的目的（图）:

（）熔焊加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池,熔池冷却凝固后便接合,必要时可加入熔填物辅助,它适合各种金属和合金的焊接加工,不需压力。

下一页返回,.知识准备,上一页下一页,返回,（）压焊焊接过程必须对焊件施加压力,适用于各种金属材料和部分金属材料的加工。

（）钎焊采用比母材熔点低的金属材料做钎料,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙,并与母材互相扩散实现连接焊件。

适合于各种材料的焊接加工,也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。

焊接种类中,属熔焊最为常见,应用最广。

在熔焊的过程中,如果大气与高温的熔池直接接触,则大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。

大气中的氮、水蒸气等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。

.知识准备,上一页下一页,返回,为了提高焊接质量,人们研究出了各种保护方法。

例如,气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气,以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时,在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧,就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池,冷却后获得优质焊缝。

焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。

焊缝的两侧在焊接时,会受到焊接热作用而发生组织和性能变化,这一区域被称作为热影响区。

焊接时因工件材料、焊接材料、焊接电流等方面的不同会恶化焊接性。

这就需要调整焊接的条件,焊前对焊件接口处的预热、焊时保温和焊后热处理,可以改善焊件的焊接质量。

.知识准备,上一页下一页,返回,另外,焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程,焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩,冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。

重要产品焊后都需要消除焊接应力,矫正焊接变形。

现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。

被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头,接头处的强度除受焊缝质量影响外,还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。

接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。

对接接头焊缝的横截面形状,决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。

.知识准备,上一页下一页,返回,焊接较厚的钢板时,为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口,以便较容易地送入焊条或焊丝。

坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。

选择坡口形式时,除保证焊透外还应考虑施焊方便、填充金属量少、焊接变形小和坡口加工费用低等因素。

厚度不同的两块钢板对接时,为避免截面急剧变化引起严重的应力集中,常把较厚的板边逐渐削薄,使两接边处等厚。

对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。

在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的连接,常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单,装配方便,焊接变形和残余应力较小,因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。

.知识准备,上一页下一页,返回,一般来说,搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。

采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。

丁字接头上未焊透的角焊缝特点与搭接接头的角焊缝相似。

当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝,这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。

角接头承载能力低,一般不单独使用,只有在焊透时,或在内外均有角焊缝时才有所改善,多用于封闭型结构的拐角处。

.知识准备,上一页下一页,返回,焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻,对于交通运输来说可以减轻自重,节约能量。

焊接的密封性好,适于制造各类容器。

发展联合加工工艺,使焊接与锻造、铸造相结合,可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构,经济效益很高。

采用焊接工艺能有效利用材料,焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料,充分发挥各种材料的特长,达到经济、优质的目的。

焊接已成为现代工业中一种不可缺少而且日益重要的加工工艺方法。

为了提高焊接结构的生产效率和质量,一方面可以从焊接工艺着手,另一方面可以进行准备车间的技术改造。

.知识准备,上一页下一页,返回,准备车间的主要工序包括材料运输、材料表面去油、喷砂、涂保护漆,钢板划线、切割、开坡口、部件组装及点固。

以上工序在现代化的工厂中均已实现机械化、自动化。

其优点不仅是提高了产品的生产率,更重要的是提高了产品的质量。

.焊接机器人系统组成.焊接系统总体组成焊接机器人系统主要包括焊接电源、机器人控制柜、机器人本体、示教器、送丝机、焊枪、丝盘箱以及之间的连接线、工作台、固定架等,如图所示。

另外有一些附属设备,如气源、烟尘净化器、清枪机构等。

.知识准备,上一页下一页,返回,焊接机器人系统各个部分的连接关系如图所示。

较为大型和复杂的焊接件,如油罐、大型结构件,需要翻边和整圈焊接,简单的工作台不能满足工件装夹和焊接位置改变的要求,这时候还需要配备变位机,夹持工件进行移动或转动,以适应全方位的焊接,如图所示（变位机的详细设计在后面章节讲解）。

.沙福焊机介绍沙福焊机焊接参数如表所示。

焊机特点:

数字式逆变脉冲焊机;,.知识准备,上一页下一页,返回,工业生产中,几乎可以用来焊接所有可焊金属,焊接各种板厚材料;操作简单,一元化控制,参数调节简单;欧洲顶级产品,多项专利技术,保证最优焊接质量;超过多条的专家程序,并且可储存条焊接程序（选配专家送丝机）;用于手工焊、自动焊,可连接机器人;、点焊、四阶模式、双脉冲等多种焊接循环;可配调节电流推拉丝焊枪、遥控器、内置遥控器的液晶数显焊枪;,.知识准备,上一页下一页,返回,检测、显示焊接参数、错误信息代码,锁定焊接参数;可更新专家程序,随时得到最新的焊接科技发展成果;快速短弧（薄板焊接）;超射流模式（焊接铝合金厚板）;冷双脉冲（薄板焊接）。

焊接硬件连接（图）:

焊接电源（）;焊机总开关;/（与机器人通信）信号线,.知识准备,上一页下一页,返回,送丝机信号线焊枪电源焊枪电源.清枪剪丝机构介绍由于焊接过程中的焊渣飞溅,焊枪上堆积很多焊渣,如不及时清理,势必会影响到后续的送丝焊接,焊接停止后,也需要剪断焊丝,为后续的焊接做好准备,这个过程由专门的设备来完成,如图和图所示。

.烟尘净化机构介绍,.知识准备,上一页下一页,返回,由于焊接过程中产生烟雾灰尘等有害物质,对环境造成污染,设置除尘设备十分必要,选用专业的焊接除尘设备,如图所示。

.焊接机器人工作站总体组成图所示是焊接机器人工作站。

除焊接机器人系统外,工作站还需设置安全围栏、安全门等防护设备,惰性气体放置于安全位置,同时配备电脑桌等外围设备。

.安全措施现代焊接的能量来源有很多种,包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。

.知识准备,上一页下一页,返回,除了在工厂中使用外,焊接还可以在多种环境下进行,如野外、水下和太空。

无论在何处,焊接都可能给操作者带来危险,所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。

焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。

（）加防护网,使操作员与机器人隔离。

确保工作时任何人无法与机器人及相关运动部件接触。

（）安全锁保证措施:

进入机器人防护网内进行检修,必须用专用钥匙o只有相应操作员有该钥匙。

当对机器人进行检修等要进入防护网内,必须把钥匙取下放置在操作员手里。

.知识准备,上一页,返回,钥匙取下就自动下电,采用多级串连方式保护。

同时在防护网内有上下电总开关,在防护网外面也有上下电总开关。

仅当里外两个总开关都闭合且钥匙也在闭合位置时才能给设备上电。

当钥匙取下或处于开的位置,里面的总开关自动断开。

（）机器人自身安全措施主要是机器人防碰:

采用高可靠数控系统;机器人每完成一个任务就自动检测自身的位置及回零点,确保位置准确;采用示教方式编程,验证产生程序到正确为止。

（）带有急停按钮、工作状态塔灯和蜂鸣器。

.任务实现,下一页,返回,任务送丝机组件设计送丝机的焊丝连接焊枪,用导丝管支撑。

为了避免送丝机与机器人的动作发生干涉,将送丝机安装在机器人的轴上,通过安装支架,调整安装位置,使送丝机出口正对焊枪。

丝盘箱安装在轴上,跟随送丝机动作,为避免焊丝过度弯折,在丝盘箱安装支架上设置导向板,调整焊丝的姿态,如图所示。

特别值得注意的是:

送丝机和送丝机安装支架之间务必使用绝缘垫或者绝缘套进行绝缘,要保证固定螺丝不与送丝机上的任何金属接触。

送丝机的连接如图所示。

.任务实现,上一页下一页,返回,任务焊枪组件设计第一步:

确定机器人焊枪型号。

焊枪采用德国（泰佰亿）空冷经济型机器人焊枪,如图所示。

空冷经济型机器人焊枪标配耗材如图所示。

德国（泰佰亿）机器人焊枪特点如下:

（）德国机器人焊枪更高效的生产能力。

德国机器人焊枪采用进口高强度不锈钢枪体,坚固耐用,能有效降低机器人的停机维护时间,德国机器人焊枪无须任何校枪工具。

.任务实现,上一页下一页,返回,装有防撞传感器,如图所示,在机器人焊枪与障碍物发生碰撞时,它能够提供可靠的自动停运功能,保护系统免受机械损伤。

负载达到（包括支枪臂、枪颈和集成电缆）。

（）德国机器人焊枪可靠的引弧技术。

由于德国机器人焊枪持有独特的焊丝强迫接触设计,即使是使用机器人焊枪直枪颈,也能够取得很好的焊接起弧效果。

（）德国机器人焊枪减少维持时间。

德国机器人焊枪独有的吹扫气体通道,能吹走部分焊枪里面的焊渣并冷却机器人焊枪枪体。

.任务实现,上一页下一页,返回,德国机器人焊枪易耗品（专利五星导电嘴等）、机器人焊枪枪颈、电缆等都具有超长使用寿命,一般情