工业基础技术 4

工业机器人技术及应用(第三版)第8章

焊接机器人系统集成深刻认识焊接机器人在工业生产中的重要性，培养学生对焊接质量的高度重视，树立精益求精的工匠精神。了解焊接机器人前沿技术与应用趋势，培养技术敏感度与创新思维，鼓励在实践中探索新技术，推动焊接机器人技术升级。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握焊接机器人的分类与系统组成。理解焊接机器人生产布局与系统集成方法。熟悉焊接机器人新技术与应用趋势。掌握焊接机器人系统集成的完整流程。掌握新兴技术在焊接机器人中的应用方法，并具备将这些新技术应用于实际项目的能力，结合实际需求，探索创新解决方案，推动焊接机器人技术的升级和应用拓展。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter801```01焊接机器人的常见分类0203焊接机器人生产布局焊接机器人系统组成学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评焊接机器人周边设备焊接系统传感系统02Chapter8焊接机器人：超级工程之中国楼宇工程的“加工师”

工楼宇建设推动经济发展与社会进步，而高空焊接长期是建造工程的头等难题，智能焊接机器人的出现恰逢其时。上海中心大厦（632米，中国第一高楼）与珠海双子楼（273.5米/284.5米）的建造中，智能焊接机器人承担了厚钢板、异形结构等复杂焊接任务，效率达人工3倍，可替代高空高危作业，通过激光精准定位与自动控制系统确保焊接质量与结构安全。未来，楼宇建设将向智能化、绿色化、人性化方向发展，智能机器人的自主研发与技术迭代将持续助力基建升级。“万丈高楼平地起”，弘扬工匠精神，致敬每一位焊工，科技支撑我国楼宇建设更上一层楼。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评上海中心大厦03Chapter8珠海双子楼学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.1焊接机器人的常见分类04Chapter8焊接是使分离物体产生原子结合的基础制造工艺，具有重要性和多样性（熔焊、压焊、钎焊），但作业中的烟尘、弧光等危害促使设备从手动向自动化升级。焊接专机自动化焊接专机结构简单、效率高且成本低，但仅适用于长直或环形焊缝等规整工件，柔性与质量稳定性较差；焊接机器人焊接机器人能胜任风电机座等关键焊缝，在恶劣环境下稳定作业、保证质量、减轻劳动强度，是兼顾经济效益与产品质量的最佳选择。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.1焊接机器人的常见分类05Chapter8汽车后立柱（Ｃ柱）的电阻点焊工业机器人在焊接生产中的应用最早始于汽车装配线上的电阻点焊，因其过程简单，仅需点位控制，对机器人的位姿精度要求较低。弧焊更为复杂：工件加工装配存在误差导致焊缝坡口宽度不一致，同时焊接热变形会引起轨迹偏移，因此机器人必须具备“感知”能力，通过起始点寻位和焊缝跟踪来适应工况变化。弧焊机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.1焊接机器人的常见分类06Chapter8汽车工业发展对镀层钢板与轻金属焊接提出新挑战。激光焊接机器人融合机器人技术与激光技术，开启汽车制造新时代。大众、通用、丰田、一汽-大众、奇瑞、捷豹、路虎等生产线已大量采用该技术替代电阻点焊，既提升质量档次，又减重节材。机器人激光焊接汽车白车身技术学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.1焊接机器人的常见分类07Chapter8在焊接、传感、软件及系统技术发展的推动下，焊接机器人应用市场百花齐放，压焊、熔焊、钎焊机器人层出不穷。参照国家标准，可以按照以下标准划分坐标形式驱动方式现场安装方式焊接机器人的分类

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成以风电机座机器人自动化焊接为例焊接系统周边设备传感系统焊接机器人安全防护装置0203040105标准弧焊机器人系统组成08Chapter8柔性焊接系统焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成焊接机器人作为占据工业机器人市场份额半壁江山的焊接机器人，同样主要由操作机和控制器两部分组成。09Chapter8与关节型搬运机器人相比，焊接（包括切割）机器人的腕部负载能力较小，但结构更为复杂，具备腕转、腕摆、腕捻三个独立旋转关节，可实现末端工具的姿态调整。焊接电缆易与工件、夹具干涉，影响可达性与编程效率。对机器人本体进行改进中空手腕结构７轴本体结构焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2

焊接机器人系统组成中空手腕结构10Chapter8焊接电缆外置焊接电缆内藏焊接电缆分离为克服电缆干涉问题焊炬（枪）能够360°旋转为进一步解决焊接电缆扭曲带来的送丝波动问题有人提出将第４轴和第６轴设计成空心结构，焊接电缆内藏于机器人本体大大提高了送丝稳定性焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成11Chapter8７轴本体结构在机器人第一俯仰臂上增加一个回转关节，并采用中空减速机实现焊接电缆的内藏化。机器人动作更灵活顺畅，近距离区域仍可保持良好焊炬姿态进行直线焊接，弥补传统6轴因干涉无法进入的缺憾。紧凑结构与优越性能支持高密度摆放，节省空间、缩短加工时间。一种典型的７轴驱动再现人类“肘部”动作的垂直串联关节型机器人焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成12Chapter8焊接机器人机械结构的特征参数焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成13Chapter8在产品结构件体积或质量较大的自动化应用场合，为提高机器人利用率和拓展其作业空间，需给机器人装上“腿”，即将操作机安装在１～３轴地装移动平台（地装行走轴）上。从节约占地空间来说，也可将机器人本体侧挂或倒挂安装在多轴龙门移动平台（天吊行走轴）上。集多关节机器人和直角坐标线性机器人的优点于一身，将多关节机器人的工作效率和工作范围发挥到极致，且具备易维护、操作方便、实用性强、性价比高等优点。混联型（龙门式）焊接机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评控制器（含硬件、软件及一些专业电路）是完成机器人自动化焊接作业运动控制和过程控制的结构基础。控制器机器人控制器周边设备控制器焊接机器人8.2焊接机器人系统组成14Chapter8焊接机器人功能软件包目前主流的焊接机器人控制系统基本采用开放式分布系统架构，除具备轨迹规划、运动学和动力学计算等功能外，还安装有简化用户作业编程的功能软件包和焊接数据库学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评焊接系统8.2焊接机器人系统组成15Chapter8焊接系统是完成（机器人自动化）焊接作业的核心装备典型的机器人焊接系统设备（弧焊）焊接电源功能：提供适合弧焊工艺的电流、电压。常见类型：弧焊发电机、弧焊变压器、弧焊整流器。送丝装置功能：将焊丝输送至电弧或熔池并控制送丝。分一体式（带电源）和分体式（不带电源）。送丝形式：推丝、拉丝、推拉丝。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评焊炬冷却装置功能：焊炬长时作业产生大量热量，需冷却装置保证机器人焊接系统正常工作。Ar/He保护焊：电流>200ACO₂保护焊（间断通电）：电流>500A气路装置功能：存储输送弧焊/切割所需气体。供气形式：单独气瓶供气、集中供气。焊接系统8.2焊接机器人系统组成Chapter8典型的机器人焊接系统设备（弧焊）功能：提供弧焊/切割所需电流、气体、冷却液、焊丝等条件。类型：空冷焊枪（小电流）、水冷焊枪（大电流）。16学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8焊接系统8.2焊接机器人系统组成17焊接控制器冷却装置功能：点焊机器人须配置水冷系统（含进水/回水阀门），以散热保护变压器和钳体。焊钳功能：参与焊接回路、传导电流、提供焊接压力。分类：外形结构（C型、X型）。驱动方式：气动、伺服。典型的机器人焊接系统设备（点焊）焊接控制器：微处理器+外围接口芯片组成。功能：焊接参数输入、程序控制、焊枪行程控制、夹紧/松开动作，并与控制柜、示教器通信。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8焊接系统8.2焊接机器人系统组成18控制器焊丝供给装置功能：高精度焊丝供给烙铁式焊接头功能：点焊、直线焊接通用典型的机器人焊接系统设备（烙铁钎焊）功能：集中管理所有的焊接条件，如加热时间、焊锡数量、计时等学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8对于某些长时间无中断的自动化焊接场合（如风电机座机器人自动化焊接），为减少设备停机时间和节省辅助焊接时间，可采用（连续桶）桶装焊丝（250~350kg）、送丝辅助机构和伺服拉丝焊炬（枪）替代传统盘装焊丝（10~20kg），可有效延长单根焊丝的长度，进而大大提高机器人焊接的生产率。焊接系统8.2焊接机器人系统组成19熔焊机器人配置桶装焊丝学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8焊接系统8.2焊接机器人系统组成20在实际焊接工程中，提高焊接生产率一直是推动焊接技术发展的重要驱动力。双丝复合焊机器人多焊炬叠加高速高效特点：增熔敷效率、低热输入、减热影响区与变形量，薄板焊速3000～6000mm/min，特别适合机器人焊接。激光复合焊机器人激光热源电弧热源优势：降低装配间隙要求、增强工艺适应性、减少缺陷、降低成本。光纤激光柔性光路，易于远距离传输与机器人柔性加工。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8周边设备8.2焊接机器人系统组成21机器人焊接产生的弧光、烟尘、飞溅等危害已得到广泛承认，为消除或减少这些危害，须使用挡光板、弧光防护帘、焊接烟尘净化器等改善工作环境，以及使用护栏、屏障和保护罩等确立作业空间的安全防护装置。焊接烟尘净化器单机（移动）式中央／集成式优点：使用较为灵活、占地面积小。适用环境：工位变动频繁的小范围粉尘收集场合。优点：可供多个操作工位使用，风量也比单机（移动）式的风量高几倍适用环境：整个制造车间（或工作场所）的粉尘收集。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8周边设备8.2焊接机器人系统组成22典型的焊接机器人周边设备（弧焊）焊接工作台及焊接夹具焊接（件）变位机工件加热装置学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8周边设备8.2焊接机器人系统组成23典型的焊接机器人周边设备（弧焊）

焊缝清根装置焊渣除锈装置清枪剪丝装置焊炬更换装置周边设备学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成Chapter824典型的焊接机器人周边设备点

焊焊接工装夹具电极修磨（更换）装置烙铁头清洁器点

焊传感系统学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.2焊接机器人系统组成Chapter8防碰撞传感器焊

接25为增强焊接机器人对外部环境适应能力，（机器人）系统可通过外部传感器的实时反馈实现对焊接起始位置的自动寻位和焊接过程的自动跟踪。装

配激光位移传感器红外测温仪接触传感器电弧传感器激光视觉传感器学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.3焊接机器人生产布局Chapter826检验机器人对设备访问点的安全性检验机器人对设定作业点的可达性机器人开机作业时间和停机等待时间010203焊接机器人实际生产布局焊接机器人工作系统（或生产线）的布局形式多种多样，可以按生产线布局形式分类，可以按工位匹配机器人数量分类，也可以按工位布局形式分类。生产线布局形式学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评8.3

焊接机器人生产布局Chapter8焊接机器人的生产布局“一”字串形“一”字并形2728工位匹配机器人数量8.3

焊接机器人生产布局一机一位多机一位焊接机器人的生产布局学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8一机多位多机多位29工位布局形式8.3

焊接机器人生产布局双工位固定ＦＴ式双工位固定Ｈ式焊接机器人的生产布局学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8双工位固定Ａ式双工位单轴Ａ式30工位布局形式8.3

焊接机器人生产布局双工位单轴Ｈ式双工位三轴翻转式焊接机器人的生产布局学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8双工位单轴回转式

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南31吊耳组件机器人智能化焊接系统集成学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8

我国海洋资源开发离不开大型海洋工程起重机械，这类装备助力多项国家战略落地。大型港口起重机是我国优势高端海工装备，整机零部件繁多、结构与制造工艺复杂。设备生产交付中频繁吊运作业，催生大量吊耳组件。该类设备体型大、重量高且定制化程度强，吊耳作为受力关键加固构件，其加工质量直接决定吊装转运全过程的作业安全。大型港口起重机的吊耳组件人工生产面临招工难、成本高问题，改用智能焊接机器人可提质降本增效。策略分析：大型港口重型装备及其关键部件等离散型制造企业的自动化改造升级。需求分析：产品制造工艺、产能统计数量、产品焊接质量。方案设计：组件装配／定位焊接、自动上／下料、机器人正面智能化焊接、自动180°翻身和机器人反面智能化焊接等。实施效果：提升质量、降低成本、减污治污。

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南32焊接机器人新技术与应用学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter8焊接机器人推动制造业深层变革，多款新型设备与协同技术陆续面世，将从四类品类介绍技术新发展。多机器人协调焊接技术电源融合型焊接机器人便携式焊接机器人自冲铆接机器人过程快捷、噪声小、无污染，易于实现自动化操作，并且在连接过程中没有热量传导。结构紧凑、移动灵活、操作方便及性能可靠。低成本、高效率、易维护、高品质。提高生产率并增强实现复杂任务的通用性。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评（1）焊接机器人的常见分类包括压焊机器人、熔焊机器人和_______________。（2）工业机器人在焊接生产中的应用最早是从汽车装配生产线上的________开始的。（3）机器人激光焊接技术在汽车制造中被广泛采用，这种技术可以提高产品质量和档次，并且可以减轻车身重量和节省材料，其使用的是__________焊接机器人。（4）焊接机器人的控制系统通常采用________是式分布系统架构，具备轨迹规划、运动学和动力学计算等功能。（5）在焊接机器人编程中，直线作业只需示教_____个程序点（直线的两端点），插补方式选“直线插补”。点焊机器人点焊激光模块Chapter82331.填空题学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评（1）在焊接机器人系统组成中，不包括（

）。A.焊接机器人B.焊接系统C.传感系统D.手动工具（2）焊接机器人在进行弧焊作业时，通常需要（

）。A.力传感器

B.视觉传感器C.接触传感器D.电弧传感器（3）在焊接机器人的控制系统中，（

）功能软件包不是用于熔焊机器人的。A.RobotWareArc

B.KUKA.ArcTech

C.KUKA.ServoGun

D.UniversalWeldcomInterface（