焊接机器人系统PPT学习教案

1、会计学1焊接机器人系统焊接机器人系统第一节 焊接机器人概论第1页/共77页一、焊接机器人的定义一、焊接机器人的定义工业机器人工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。于工业自动化领域。焊接机器人焊接机器人是从事焊接作业（包括切割与喷涂是从事焊接作业（包括切割与喷涂）的工业机器人。）的工业机器人。 第2页/共77页二、焊接机器人的分类二、焊接机器人的分类1、按用途来分、按用途来分弧焊机器弧焊机器人人点焊机器人点焊机器人 第3页/共77页2、按构形来分、按构形来分侧置式

2、（摆式）结构侧置式（摆式）结构 平行四边形结构平行四边形结构 第4页/共77页3、按结构坐标系特点来分、按结构坐标系特点来分球坐标型球坐标型 全关节型全关节型 直角坐标型直角坐标型 圆柱坐标型圆柱坐标型 第5页/共77页4、按受控运动方式来分、按受控运动方式来分第6页/共77页第7页/共77页5、按驱动方式来分、按驱动方式来分第8页/共77页液压驱动多用于要求输出力大、液压驱动多用于要求输出力大、运动速度较低的场合。运动速度较低的场合。第9页/共77页第10页/共77页直流伺服电动机原理直流伺服电动机原理无刷电动机原理无刷电动机原理第11页/共77页三、焊接机器人系统组成三、焊接机器人系统组成

3、 第12页/共77页焊接机器人控制系统结构原理焊接机器人控制系统结构原理第13页/共77页四、机器人的应用方式四、机器人的应用方式 第14页/共77页五、机器人焊接的主要优点五、机器人焊接的主要优点 1、焊接质量高，稳定性好；、焊接质量高，稳定性好；2、可提高劳动生产率；、可提高劳动生产率；3、改善劳动条件；、改善劳动条件；4、降低工人技术操作水平；、降低工人技术操作水平；5、缩短产品更新换代周期；、缩短产品更新换代周期；6、降低生产成本；、降低生产成本；7、柔性化程度高，可实现小批量产品的焊接自动化、柔性化程度高，可实现小批量产品的焊接自动化；8、在各种极限条件下完成焊接作业。、在各种极限条

4、件下完成焊接作业。第15页/共77页六、机器人焊接的发展阶段六、机器人焊接的发展阶段 1、示教再现、示教再现2、离线编程、离线编程3、自主编程、自主编程第16页/共77页七、机器人焊接发展概况七、机器人焊接发展概况 Versatran机器人Unimate机器人第17页/共77页第二节焊接机器人系统的基本配置第18页/共77页第19页/共77页一、焊接机器人操作机的选择一、焊接机器人操作机的选择1、自由度：、自由度： 焊接机器人基本都属于焊接机器人基本都属于6轴关节式，其中轴关节式，其中1、2、3轴的运动是把焊枪（焊钳）送到焊接位置，而轴的运动是把焊枪（焊钳）送到焊接位置，而4、5、6轴的运动是

5、解决焊枪（焊钳）的姿态问题。轴的运动是解决焊枪（焊钳）的姿态问题。 3、机构形式：、机构形式：2、驱动方式：、驱动方式： 各关节（轴）的运动基本采用交流伺服电机驱动。由于交流伺服电机没有碳刷，动特性好，负载能力强，机械臂运动速度快，故障率低，免维护时间长。各关节（轴）的运动基本采用交流伺服电机驱动。由于交流伺服电机没有碳刷，动特性好，负载能力强，机械臂运动速度快，故障率低，免维护时间长。 第20页/共77页二、机器人焊接系统的选择二、机器人焊接系统的选择1、弧焊装置、弧焊装置第21页/共77页焊接电源焊接电源1、负载持续率、负载持续率%100100TtFS止时间负载持续运行时间休负载持续运行时

6、间eefeefIFSFSIFSIFSI22第22页/共77页2、电源种类、电源种类 普通焊接电源（晶闸管）普通焊接电源（晶闸管） 具有减少短路过渡飞溅的气体保护焊接电源具有减少短路过渡飞溅的气体保护焊接电源（波形控制，表面张力过渡）（波形控制，表面张力过渡） 颗粒过渡或者射流过渡用大电流电源颗粒过渡或者射流过渡用大电流电源（晶闸管，（晶闸管，FS 100%，射流过渡，射流过渡MAG焊、粗丝大电流焊、粗丝大电流CO2保护潜弧焊或双丝焊）保护潜弧焊或双丝焊） 特殊功能焊接电源特殊功能焊接电源（方波交流电源、带专家系统的协调控制电源和模糊控制电源等）（方波交流电源、带专家系统的协调控制电源和模糊控制

7、电源等）第23页/共77页送丝装置送丝装置1、送丝机、送丝机 （安装方式，送丝轮，控制方式，送丝方式）（安装方式，送丝轮，控制方式，送丝方式）2、送丝软管、送丝软管 （结构，送丝导管）（结构，送丝导管）3、焊枪、焊枪 （鹅颈弯曲角，鹅颈弯曲角，TCP的调整，拉丝焊枪）的调整，拉丝焊枪） 防撞传感器防撞传感器第24页/共77页影响送丝稳定性的因素影响送丝稳定性的因素 送丝机的送丝速度控制精度不高；送丝机的送丝速度控制精度不高； 送丝轮的压紧力不适合；送丝轮的压紧力不适合； 送丝导管和焊丝的直径不匹配；送丝导管和焊丝的直径不匹配； 焊丝表面铜镀层脱落；焊丝表面铜镀层脱落； 导丝管过长或者弯曲角度过

8、大；导丝管过长或者弯曲角度过大； 焊枪鹅颈角度不合适；焊枪鹅颈角度不合适；第25页/共77页2、点焊装置、点焊装置第26页/共77页 焊钳；焊钳； 变压器；变压器； 定时器。定时器。 变压器与机器人分离；变压器与机器人分离； 变压器装在机器人的上臂上变压器装在机器人的上臂上； 变压器与焊钳组合成一体式变压器与焊钳组合成一体式。装备组成装备组成结构形式结构形式第27页/共77页 一体式焊钳一体式焊钳 气动焊钳气动焊钳 其电极的张开和闭合由压缩空其电极的张开和闭合由压缩空气通过气缸驱动。一般有两个局气通过气缸驱动。一般有两个局限：一是电极的张开度一般只有限：一是电极的张开度一般只有两级，大的张开度

9、（大冲程）主两级，大的张开度（大冲程）主要是为了方便把焊钳深入工件较要是为了方便把焊钳深入工件较深的部位，不会发生焊钳和工件深的部位，不会发生焊钳和工件的干涉或者碰撞；小的张开度（的干涉或者碰撞；小的张开度（小冲程）是在连续点焊时，为了小冲程）是在连续点焊时，为了减小焊钳开合的时间，提高工作减小焊钳开合的时间，提高工作效率。焊钳的电极开合度在编程效率。焊钳的电极开合度在编程时根据工件情况进行设定。二是时根据工件情况进行设定。二是电极的压紧力一旦设定，在焊接电极的压紧力一旦设定，在焊接过程中不能变动。过程中不能变动。第28页/共77页电伺服点焊钳电伺服点焊钳 电动焊钳电动焊钳 其电极的张开和闭合

10、是由伺服电机驱动及码盘反馈闭环控制，张开度可以根其电极的张开和闭合是由伺服电机驱动及码盘反馈闭环控制，张开度可以根据需要在编程时任意设定，而且电极间的压紧力（由电机电流控制）也能实现据需要在编程时任意设定，而且电极间的压紧力（由电机电流控制）也能实现无级调节。这种具有以下优点：无级调节。这种具有以下优点： i 大幅度降低每一个焊点的焊接周期。由于焊钳张合的整个过程都由计算机精大幅度降低每一个焊点的焊接周期。由于焊钳张合的整个过程都由计算机精确监控，所以机器人在焊点间移动过程中，焊钳就可以闭合；焊完一点后，焊确监控，所以机器人在焊点间移动过程中，焊钳就可以闭合；焊完一点后，焊钳一边打开，机器人就

11、可以一边移动，而不必象气动焊钳那样必须等焊钳完全钳一边打开，机器人就可以一边移动，而不必象气动焊钳那样必须等焊钳完全张开后才能移动，也不必等机器人到位后才开始闭合。张开后才能移动，也不必等机器人到位后才开始闭合。 ii 焊钳的张开度可以根据工件情况任意调节，只要不发生干涉或者碰撞，可焊钳的张开度可以根据工件情况任意调节，只要不发生干涉或者碰撞，可以尽可能减小张开度，以减少焊钳开合时间，提高焊接效率。以尽可能减小张开度，以减少焊钳开合时间，提高焊接效率。 iii 焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以任意调节，而且两电极的闭合速度也焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以任意调节，而且两电极的闭合速度也是可变

12、的，开始快后来慢，最后轻轻地和工件接触，减少电极冲击和工件变形是可变的，开始快后来慢，最后轻轻地和工件接触，减少电极冲击和工件变形，必要时还可以调节焊接过程中的压力大小，减少点焊喷溅。，必要时还可以调节焊接过程中的压力大小，减少点焊喷溅。第29页/共77页 焊接定时器焊接定时器1、以前的定时器大多与机器人控制柜分离开，控制柜只控制机器人的运动、以前的定时器大多与机器人控制柜分离开，控制柜只控制机器人的运动、焊钳姿态和开合，定时器控制焊接的电参数和通电时间（周波数）。如、焊钳姿态和开合，定时器控制焊接的电参数和通电时间（周波数）。如果两者之间通过控制柜与定时器之间的果两者之间通过控制柜与定时器之

13、间的I/O口进行通讯，则编程时不能对焊口进行通讯，则编程时不能对焊接参数进行任意编程，只能从定时器预先设定的几组参数中挑选一组；接参数进行任意编程，只能从定时器预先设定的几组参数中挑选一组；2、定时器是单片机或工控机进行控制的，则机器人控制柜可通过一个接口、定时器是单片机或工控机进行控制的，则机器人控制柜可通过一个接口直接控制焊接参数，所有参数都可由编程器在编程时直接输入和预置。机直接控制焊接参数，所有参数都可由编程器在编程时直接输入和预置。机器人和定时器一体式时，可节省作业空间，不需要机器人控制柜和定时器器人和定时器一体式时，可节省作业空间，不需要机器人控制柜和定时器之间的接口，方便可靠。之

14、间的接口，方便可靠。 焊钳防撞措施焊钳防撞措施点焊机器人由于焊钳较重，不能安装象弧焊机器人那样的防撞传感器，因点焊机器人由于焊钳较重，不能安装象弧焊机器人那样的防撞传感器，因此要求点焊机器人的控制柜具备在机器人或者焊钳与周边设备或者工件发此要求点焊机器人的控制柜具备在机器人或者焊钳与周边设备或者工件发生碰撞，即在负载超出限定值时，能立即停止机器人运动的功能，甚至还生碰撞，即在负载超出限定值时，能立即停止机器人运动的功能，甚至还能自动后退，避免焊钳与工件紧顶而损坏工件或者焊钳。能自动后退，避免焊钳与工件紧顶而损坏工件或者焊钳。 第30页/共77页三、外围设备三、外围设备第31页/共77页1、机器

15、人的底座和机架、机器人的底座和机架 第32页/共77页2、工件和机器人的移位和变位装置、工件和机器人的移位和变位装置第33页/共77页第34页/共77页第35页/共77页第36页/共77页第37页/共77页复合型变位机复合型变位机第38页/共77页第39页/共77页第40页/共77页搬运机器人变位机搬运机器人变位机第41页/共77页3、其它辅助装置、其它辅助装置焊枪喷嘴的清理装置焊枪喷嘴的清理装置第42页/共77页焊丝剪断装置焊丝剪断装置第43页/共77页换枪装置换枪装置第44页/共77页点焊钳电极的清理和修整装置点焊钳电极的清理和修整装置点焊机器人的效率比普通电焊机的效率高很多，电极容易点焊

16、机器人的效率比普通电焊机的效率高很多，电极容易磨损或变形，特别是点焊镀锌、镀锡或镀铅钢板时，电极磨损或变形，特别是点焊镀锌、镀锡或镀铅钢板时，电极会被镀层材料污染而影响焊接质量。因此，需要每焊一个会被镀层材料污染而影响焊接质量。因此，需要每焊一个或几个焊点就对电极进行清理，连续焊接一段时间后应对或几个焊点就对电极进行清理，连续焊接一段时间后应对变形的电极端部进行整形。清理方法一般采用钢刷或铣刀变形的电极端部进行整形。清理方法一般采用钢刷或铣刀，整形一般采用成形铣刀。目前，点焊机器人生产厂家一，整形一般采用成形铣刀。目前，点焊机器人生产厂家一般都有配套的电极清理和整形装置。般都有配套的电极清理和

17、整形装置。第45页/共77页安全与卫生装置安全与卫生装置安全围栏安全围栏安全保卫设施（安全保卫设施（接近开关、光栅栏、安全地毯、急停按钮接近开关、光栅栏、安全地毯、急停按钮）排烟装置排烟装置第46页/共77页活接头活接头第47页/共77页第48页/共77页第三节 焊接机器人工作站第49页/共77页一、简易焊接机器人工作站一、简易焊接机器人工作站1、产品对象、产品对象 凡是焊接时工件不需要变位的场合，并且机器人的活动凡是焊接时工件不需要变位的场合，并且机器人的活动范围又能达到所有焊缝或焊点位置的场合，都可以采用简范围又能达到所有焊缝或焊点位置的场合，都可以采用简易焊接机器人工作站。易焊接机器人工

18、作站。2、特点、特点 是能用于焊接生产的、最小组成的焊接机器人系统；是能用于焊接生产的、最小组成的焊接机器人系统； 操作简单，易于掌握，故障率低；操作简单，易于掌握，故障率低； 投资小，见效快，投资回报率高。投资小，见效快，投资回报率高。第50页/共77页3、基本组成、基本组成 弧焊机器人：包括机器弧焊机器人：包括机器人本体、机器人控制柜、人本体、机器人控制柜、示教盒等示教盒等 焊接系统：弧焊电源和焊接系统：弧焊电源和接口、送丝机、焊丝盘、接口、送丝机、焊丝盘、送丝软管、焊枪、防撞传送丝软管、焊枪、防撞传感器及各设备间相连接的感器及各设备间相连接的电缆、气管和冷却水管等电缆、气管和冷却水管等

19、机器人底座或机架机器人底座或机架 工装夹具：工作台、工工装夹具：工作台、工件夹具件夹具 辅助装备：围栏、安全辅助装备：围栏、安全保护设施和排烟罩等，必保护设施和排烟罩等，必要时还可加装焊枪喷嘴清要时还可加装焊枪喷嘴清理和剪切焊丝装置。理和剪切焊丝装置。弧焊机器人工作站弧焊机器人工作站第51页/共77页 点焊机器人：机器人本体、机器人控制柜和编程盒等点焊机器人：机器人本体、机器人控制柜和编程盒等 焊接系统：一体式焊钳、定时器和接口，各设备间的连接电缆、压缩空气管和焊接系统：一体式焊钳、定时器和接口，各设备间的连接电缆、压缩空气管和 冷却水管等冷却水管等 机器人底座或机架机器人底座或机架 工装夹具

20、：工作台、工件夹具工装夹具：工作台、工件夹具 辅助装备：电极修整装置、围栏、安全保护设施等辅助装备：电极修整装置、围栏、安全保护设施等点焊机器人工作站点焊机器人工作站第52页/共77页4、应用实例、应用实例第53页/共77页第54页/共77页二、变位机和焊接机器人组合的工作二、变位机和焊接机器人组合的工作站站1、 回转台弧焊机器人的工作站回转台弧焊机器人的工作站第55页/共77页2、 旋转倾斜变位机弧焊机器人工作站旋转倾斜变位机弧焊机器人工作站第56页/共77页3、 翻转机弧焊机器人工作站翻转机弧焊机器人工作站第57页/共77页第58页/共77页第59页/共77页4、 龙门机架弧焊机器人工作站

21、龙门机架弧焊机器人工作站第60页/共77页5、 滑轨弧焊机器人工作站滑轨弧焊机器人工作站第61页/共77页6、 焊接机器人搬运机器人工作站焊接机器人搬运机器人工作站第62页/共77页三、焊接机器人与周边设备作协调运动三、焊接机器人与周边设备作协调运动的工作站的工作站 熔化焊过程中，如果能使整条焊缝各点熔池始终处熔化焊过程中，如果能使整条焊缝各点熔池始终处于水平或者稍微下坡状态，则焊缝成形最平滑、最于水平或者稍微下坡状态，则焊缝成形最平滑、最美观，焊缝质量也最好。这就要求变位机在整个焊美观，焊缝质量也最好。这就要求变位机在整个焊接过程中与机器人协调动作，共同合成焊缝的轨迹接过程中与机器人协调动作

22、，共同合成焊缝的轨迹，并保持焊接速度和焊枪姿态在要求范围之内。，并保持焊接速度和焊枪姿态在要求范围之内。 必要必要性性第63页/共77页第64页/共77页第65页/共77页第五节 焊接柔性制造系统第66页/共77页柔性制造系统（柔性制造系统（FMS） 的定义：的定义：n一个由计算机控制整个生产过程的系统；一个由计算机控制整个生产过程的系统；n采用多台半独立的数控加工设备（如数控机床采用多台半独立的数控加工设备（如数控机床、机器人工作站等）；、机器人工作站等）；n这些加工设备通过物料输送系统相互连接。这些加工设备通过物料输送系统相互连接。 第67页/共77页一、系统基本组成一、系统基本组成第68

23、页/共77页焊接机器人工作站的基本结构焊接机器人工作站的基本结构 第69页/共77页第70页/共77页第71页/共77页第72页/共77页二、控制与编程方法二、控制与编程方法运行方式与模式运行方式与模式 自动模式自动模式：所有命令都自动执行；所有命令都自动执行；手动模式：手动模式：所有运行命令只能通过相应的按钮来操作，所有运行命令只能通过相应的按钮来操作，但必须依照合法的操作顺序运动才能实现；但必须依照合法的操作顺序运动才能实现；维修模式：维修模式：在这种模式下所有限定都失去作用，因此操在这种模式下所有限定都失去作用，因此操作起来比较容易出现事故，只允许在设备维修时由高级管作起来比较容易出现事故，只允许在设备维修时由高级管理人员输入正确的密码后才能操作。理人员输入正确的密码后才能操作。第73页/共77页控制方法控制方法 用户级：用户级：这是平时使用的工作级别，设定在这级别时，这是平时使用的工作级别，设定在这级别时，操作人员不能更改生产线的基本参数；操作人员不能更改生产线的基本参数；服务级：服务级：设定在这个级别时，操作人员只能更改工件输设定在这个级别时，操作人员只能更改工件输送系统的搜索