T-0O-O-1焊弧焊机器人系统的基本配置教材-Logo概要

1、物树余，业抬木学况Liuihou vocstlowl & Technical Coileoe15.2.1弧焊机器人系统的根本配置一、弧焊机器人系统采用机器人进行焊接，光有一台机器人是不够的。焊接机器人决不是配有焊枪钳的机器人，它必须是一个系统，除机器人外还需要有焊接设 备、机器人或工件的移动装置、工件变位置、工件的定位和夹紧装置、焊枪喷嘴或焊钳电极的清理 或修整装置、平安保护装置等等。并不是每一个焊接机器人系统都必须配备所有这些外围设备，应根据工件的具体结构情况、所 要焊接的焊缝位置的可达性和对接头质量要求来选择，但机器人的平安保护设施是必不可少的。一套MIG/MAG旱机器人的根本组成

2、如图 1 1。焊接机器人工作站是一个操作系统，通常由机器人、 焊接设备、机器人或工件的移动机械装置、工件变位装置、工件的定位和夹紧装置、焊枪喷嘴或焊 钳电极的清理或修整装置、平安保护装置等组成。对 TIGTIG 焊或等离子弧焊那么无须送丝机构。根据工 件的具体结构情况、所要焊接的焊缝位置的可达性和对接头质量的要求，焊接机器人工作站的配置 有所不同，但焊接机器人工作站不是配备有焊枪 车 t t的机器人。1-弧焊机器人2-工作台3-焊枪4-防撞传感器5-送丝机6-焊丝盘7-气瓶8-焊接电源9-三相电源10-机器人控制柜11-编程器图1弧焊机器人的根本组成二、焊接机器人操作机的选择焊接用的工业机器人

3、根本上都属于电驱动的6 6 轴关节式机器人也有气动式的，其中 1 1、2 2、3 3 轴协调运动是把焊枪钳送到制定的空间位置，而 4 4、5 5、6 6 轴的协调运动是解决焊枪 钳的姿态 问题。由于交流伺服电机没有碳刷，动特性好，负载能力强，机器人的故障率低，免维修时间长， 各轴运动的加减速度快，故近代工业机器人各关节轴的运动根本上全由交流伺服电机来驱动。关节式机器人本体结构一般由两种形式，即平行四边形结构形式和侧置结构形式。从图2 2 可以看出，侧置结构机器人的上、下臂的活动范围较大，腰部轴不转动就可以将焊枪从前下部位置经顶 部运动到机器人的后下部，配合腰部轴转动，最大工作空间将接近球面。该

4、类型机器人适合于倒置 安装，如图 3,3,可增加工作范围，减少占地面积，方便地面的物流。但是，侧置式机器人的大、小 臂轴为悬臂结构，刚度稍低些，负载能力相对较小，适用于弧焊、切割或激光焊割等。LVSjlirSjlir LVTCLVTC图3机器人倒置形式图 4 4 为机器人系统的轴，分别有机器人轴、机器人基座轴、工装轴，工作范围大，适应不同工 作环境下的运动轨迹要求。图4机器人系统的轴机器人的开展可分为三代：第一代是示教型机器人，目前在工厂广泛使用，它的功能是示教再 现。如图 5 5 所示。即示教时操作者通过示教盒编程记录焊接路径关键点，并设置焊接引弧点、熄弧 点以及焊接工艺参数。再现时机器人沿

5、示教好的轨迹和焊接工艺参数精确执行。并可以周而复始，侧置式机器人操作机平行四边形结构形式图2两种结构形式的机器人机器人价车 %初琳咫，业抬*军?尢Liuzhou Vocdtlonl & Technic&l3全自动运行。这种工作方式重复件好，但没有视觉，缺少对环境变化的自适应能力，例如当实际行 走轨迹与示数轨迹由于加工、安装、焊接变形等原因存在位置偏差时，导致焊接质量不好甚至失败。第二代弧焊机器人是具有一定传感功能的示教机器人，如视觉、力觉、触觉等传感器，在示教 的根底上可以适应环境的变化，目前在某些领域某些功能上已经到生产应用阶段，并产生显著经济 效益。目前国内尚处于实验室研究

6、阶段。第三代是智能机器人。能理解人的命令，预知或感知外部 环境，自行规划操作顺序、自动制定运动轨迹、焊枪姿态和焊接参数，并实时修正，以完成特定的 任务，目前这是国内外学者研究的热点和难点。融合CAXCAX 技术和视觉传感技术的智能机器人是焊接机器人的重要研究和开展方向。厂商所提供的机器人最大工作范围是以腕关节的中心点画出的，并没有考虑焊枪的大小。 因此,用户在分析机器人工作范围时应把焊枪钳的尺寸和焊接时的姿态考虑进去。考虑了焊枪钳的尺寸并不意味装了焊枪钳后机器人的工作范围一定加大，有时在某些姿态下，它甚至会比机器人厂 商提供的机器人最大工作范围还小。三、焊接机器人系统配置的外设备的种类及胎、夹

7、具要使焊接机器人能够用于焊接工件，还需要有相应的外围设备，并与焊接机器人集成一个能够 完成某种任务的根本系统或称为工作站。外围设备大致分为机器人的底座，工件的固定工作台，工 件的变位、翻转、移动装置，机器人的龙门机架、固定机架和移动装置等。工件的固定还需要有胎 具、夹具。另外，还可能需要配备焊枪喷嘴的清理装置，焊丝的剪切装置，焊钳电极的修整、更换 装置等辅助设备。大局部机器人的生产厂家都有自己的标准外围设备可方便地与自己的机器人组合使用， 但如果将它们与其它公司的机器人组合有的可能会有一定的困难，最好由专业的机器人工程 应用开发公司来完成。c机器人控制箱面板图5弧焊机器人系统d示教盒枷树咫，业

8、打木学丸Lluzhou vocational & Technical College41 1 . .机器人的底座和机架机器人的底座和机架是最简单的外围设备，它们的作用都是把机器人安装在一个适宜的高度上，如图 6 6 和图 7 7 所示。图 6 6 的底座是机器人直立安装时采用的，而图7 7 的机架是机器人倒挂安装时采用的。底座和机架虽然很简单，但它们的作用是不可无视的。前面已经介绍了平行四边形机器人和 侧置摆式机器人的工作空间。假设用离地面不同高度的平面去截取机器人的工作空间，就会发现 不同高度的工作空间的最大宽度是不同的。如果被焊工件的宽度较大，就必须把机器人安装在一个 适宜的高度上

9、，使焊钳或焊枪能够到达所有需要焊接的部位，同时还要照顾到操作和维护的方便与 平安。图6机器人的底座图7机架2.2.工件的工作台如果被空焊工件的焊缝少，或都处于水平位置，或对焊接质量要求不是很高，在焊接时不需要 对工件进行变位，可以将工件固定在工作台上。工件台就是一个普通的平台，下面可以固定一个、 两个或更多个夹具。有时工件的正反两面都要焊接，也可以采用这种简便的方式，即在工作台上布 置两个夹具，一个用来焊工件的正面，一个用来焊反面，机器人在两工位间来回焊接，虽然操作工 人需要将工件翻转一次、装卸两次才能完成成一个工件的焊接，但可节省一套工件的变位或翻转机 构，使辅助设备的投资降低，而且生产节拍

10、也不慢。3 3 . .工件和机器人的移位及变位装置机器人或工件的移位装置都是使机器人系统有更多的自由度和更好的可达性，加大机器人的有 效工作范围，方便编程。工件的变位装置主要是为了使被焊的接缝能处于水平或船型位置，以便获 得质量高、外观好的焊缝。变位机在弧焊机器人系统的组成中占有重要的地位，种类也比拟多，应 根据实际情况选择。图8 “U型变位机图9翻转变位机4 4 . .平安围栏和排烟装置机器人系统的平安应用是十分重要的，绝对不能马虎大意。建议在决定使用焊接机器人时应首先仔细阅读有关机器人平安的文件。虽然目前各国机器人制造厂商提供的机器人其可靠性都很高，发生早期机器人那样的受干扰而误动作的几率

11、几乎为零，但是机器人的运动速度很快， 达 3m/s3m/s 以上,人员一旦误入机器人工作区，很容易发生机器人伤人的事故。因此必须在机器人工作区域之外设置5Liuihou vocstlowl & Technical College平安围栏和平安保护装置，防止人员误入危险区内。为了保持车间空气的清洁，每一个弧焊机器人 工作站的上面都应该设置抽除烟尘的装置。1 1平安围栏平安围栏是围在焊接机器人工作区域之外的围栏，高约 是指机器人为了焊接全部焊缝所需运动的最大范围的水平投影面积，而不一定是机器人本身的最大 运动空间。也就是说，工作区域可能比机器人的最大运动范围小。围栏所包围的面积宜尽可能小，

12、 以减少占用车间的地面面积。围栏可以用钢管和金属网制成，本钱较低。这种围栏不能挡光，只能 挡人，所以可以做得比拟矮些。最好是用不反光的棕色铝型材做框和有色的有机玻璃或能防紫外线 透过的塑料板来做匠栏板，高度需超过人眼睛的高度。这样既可挡人又可减弱弧光强度，效果较好。 围栏通常是围三面，留一面让操作人员可以接近工作台或变位机，方便工件的装卸。围栏至少要开 一扇门使维修人员或操作人员在必要时可以进入机器人的工作区内进行设备的维修和保养。2 2平安保护设施为了保护人员的平安， 除了设置围栏之外， 还需要在围栏开口的一面和门上安装平安保护设施。 例如在门上安装一个微动开关或接近开关，门一旦被翻开或没有

13、关好，只要这开关没有闭合，机器 人就不会工作。在操作人员装卸工件的围栏开口的一侧，可以装光栏栅。即在围栏开口处的一边安 装一个红外线发射器，对应的另一边安装一个红外接收器。当有人经过光栏栅，接受器接收不到红 外线，机器人控制柜马上会得到一个警告信号，并根据事先设定的要求，机器人或是立即停止工作 或是不转到操作人员正在工作的一边或者变位机不转动，一直等到操作人员退出该区并按动“准备 完毕的按钮后，机器人或变位机才“解除警报，并按程序继续动作。对不适合安装光栏栅的地 方，可以在有危险的工作区内，铺一块“平安地毯。当工作人员踏在这块地毯上，控制柜也会得 到一个警告信号，而当他离开地毯后，警告信号自动

14、消除。为了预防万一，必须在围栏外面安装几个急停按钮。一旦发生意外事故，周围的人可以从最近 的地方按下急停按钮。至少应在操作人员的操作盘上和围栏的门边安装急停开关。3 3排烟装置为了保持焊接车间的空气质量，每一个弧焊机器人工作站都应安装排烟罩，并与车间的排烟除 尘系统相接。有的工厂还安装向操作人员的工作区吹送新鲜空气的管路，夏天送凉风，冬天送暖风， 改善工人的劳动条件。四、简易焊接机器人工作站1 1 . .简易焊接机器人工作站的根本组成简易焊接机器人工作站可适用于不同的焊接方法，如熔化极气体保护焊 化极气体彳护焊TIGTIG, ,等离子弧焊接与切割、激光焊接与切割、火焰切割及喷涂等。下面仅就弧

15、焊简易机器人工作站作简要介绍，其它的可以类推。简易弧焊机器人工作站一般由弧焊机器人包括机器人本体、机器人控制柜、示教盒、弧焊电 源和接口、送丝机、焊丝盘支架、送丝软管、焊枪、防撞传感器、操作控制盘及各设备间相连接的 电缆、气管和泠却水管等、机器人底座、工作台、工件夹具、围栏、平安保护设施和排烟罩等部 分组成，必要时可再加一套焊枪喷嘴清理及剪丝装置参看图 焊接机器人工作站的一个特点是焊接时工件只是被夹紧固定而不作变位。可见，除夹具须根据工件 情况单独设计外， 其它的都是标准的通用设备或简单的结构件。简易弧焊接机器人工作站由于结构 简单可由工厂自行成套，只需购进一套焊接机器人，其它可自己设计制造和

16、成套。但必须指出，这 仅仅就简易机器人工作站而言，对较为复杂的机器人系统最好还是由机器人工程应用开发单位提货 成套交钥匙效劳。2 2 . .简易弧焊机器人工作站的应用实例l.51.9ml.51.9m。这里所指的机器人工作区域MIG/MAG/COMIG/MAG/CO2 2、非熔1 1 弧焊机器人的根本组成。简易弧6图 1010 是一种简易弧焊机器人工作站的典型应用例子，用于焊接圆罐与碟形顶盖的水平封闭圆形角焊缝。由于焊缝是处于水平位置，工件不必变位；而且弧焊机器人的焊枪可由机器人带动作圆周 运动完成圆形焊缝的焊接，不必使工件作自转，从而节省两套工件自转的驱动系统，可简化结构， 降低本钱。这种简易

17、工作站采用两个工位，也可以根据需要采用更多的工位，并把工作台设计成以机器 人第 1 1 轴为圆心的弧形，以便机器人能方便地到达各个工位进行焊接在工作台上装两个或更多夹 具，可以同时固定两个或两个以上的工件，一个工位上的工件在焊接，另外的在装卸或等待。工位 之间用挡光板隔开，防止弧光及飞溅物对操作者的伤害。这种工作站一般都采用手动夹具。当操作 人员将工件装夹固定好之后，按下操作盘上“准备完毕的按钮，这时机器人正在焊接的工件一旦 焊完，马上会自动转到已经装好的待焊工件的工位上接着焊接。机器人就这样轮流在各个工位间进 行焊接，有效地提高其使用率，而操作人员轮流在各工位装卸工件。这种工作站的一个缺点是

18、操作焊完的工件没有拿下来， 或操作人员已装上待焊件但忘记按“准备完毕的按钮，机器人会把正在 焊接的工件焊完后，因没得到准备完毕的信号而停下来等待。如工作台上有多个夹具，机器人是根 据各夹具工位发出“准备完毕信号的先后顺序去焊接的，而不是按夹具的排列顺序来焊接的。图10简易弧焊机器人工作站1-工作台2-夹具3-工件4 -弧焊机器人5-挡光板需强调，简易工作站尽管简易，但平安围栏和平安保护设施是一样也不可少的。简易弧焊机器人工作站的控制是比拟简单的，除了机器人之外，没有其它需要控制的，机器人 的控制柜就能完成全部的控制任务。由于有两个或更多个工位，轮流进行上下工件，所以每个工位 都需要一个操作盒，每个操作盒上至少要有一个急停按钮和一个“准备完毕按钮。这就是弧焊机 器人工作站中最简单的一种形式。3 3 . .简易焊接机器人工作站所适用的产品对象简易弧焊机