《工业机器人技术及应用》 教案 任务九 焊接机器人

《工业机器人技术及应用》教案姓 名 XXXXXXXX教案课程名称：工业机器人技术及应用 授课人：XX课题焊接机器人课时2教学目的与要求（1）了解焊接与焊接机器人的含义。（2）了解各类焊接机器人其区别与应用。（3）了解焊接机器人的系统组成。教学重点与难点重点：1）了解焊接与焊接机器人的含义。2）了解各类焊接机器人其区别与应用。难点：3）掌握焊接机器人的系统组成。教学方法课堂讲授（PPT授课+小组讨论）主要内容及步骤备注教学过程一、组织教学：组织课堂，介绍本节课程的体系结构，告知学习的基本要求。二、课题导入：掌握焊接与焊接机器人的含义新课讲授：掌握焊接机器人的系统组成四、强化巩固利用实际生活中接触的例子加强巩固五、总结拓展1.课堂内容总结 2.布置作业小组讨论授课效果分析总结教学内容课堂互动一、组织教学介绍本门课程的学习内容及知识体系结构，提出课程学习的基本要求，强调本门课程的上课时间、地点。推荐教材：《工业机器人技术及应用》活页式教材二、课题导入我们已经学习了工业机器人的基础，那么我们开始学习最常用的类型工业机器人之一，上面叫焊接机器人？导入：上次课堂上我们学习了工业机器人选型和技术参数，本次课堂上我们学习焊接机器人与其的系统组成，焊接机器人有什么特点，为什么会设计焊接机器人呢？新课讲授焊接机器人焊接与焊接机器人焊接也称作熔接，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。如图9-2所示，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。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。图9-2人工电弧焊接图9-3焊接机器人焊接焊接机器人作为当前广泛使用的先进自动化焊接设备，具有通用性强、工作稳定的优点，并且操作简便、功能丰富，越来越受到人们的重视。使用机器人完成一项焊接任务只需要操作者对它进行一次示教，机器人即可精确地再现示教的每一步操作。如果让机器人去做另一项工作，无须改变任何硬件，只要对它在做一次示教即可。如图9-3所示。焊接机器人可划分为弧焊机器人、点焊机器人、激光焊接机器人三类1、弧焊机器人弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。如图9-3所示弧焊有熔化极弧接和非熔化极弧焊之分。熔化极即引弧时熔化电极（焊丝），填充焊缝，也是常说的添料焊接，而非熔化焊接即非熔化电极，而是通过电极引燃电弧，高温熔化工件并冷凝后形成焊缝。熔化极弧焊和非熔化极弧焊的焊缝在外观上有明显区别，熔化极焊接焊缝是凸出焊接面的，而非熔化极焊接是凹下去的一般的弧焊机器人如图9-4所示是由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成。可以在控制器的控制下，利用直线插补和圆弧插补功能实现连续轨迹运动控制，以获得焊缝轨迹。焊缝一般是由直线及圆弧所组成的空间焊缝。弧焊机器人主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。随着技术的发展，弧焊机器人人正向着智能化的方向发图9-4弧焊机器人2、点焊机器人点焊也叫电阻焊，是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。点焊机器人是用于点焊作业的工业机器人。如图9-5所示它由机器人本体、控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成。点焊机器人一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。点焊机器人的驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。液压点焊机器人各关节的运动是靠液压油缸驱动的，电动点焊机器人是用直流伺服电机驱动或交流伺服电机驱动的，后者具有保养维修简便，能耗低，速度高，精度高，安全性好等优点。因此，点焊机器人多数是电动的。实用的点焊机器人一般属于示教再现机器人。操作者根据不同被焊件的需要，可以示教不同的程序。因此点焊机器人对于不同生产要求及产品的改型换代具有很大的柔性和适应性。图9-5点焊机器人除机器人之外，点焊焊接系统包括点焊焊机和焊钳两部分。焊钳有很多种形式，如C型焊钳，Y型焊钳等，所用焊钳的种类是由用户选择的。机器人本体和点焊焊接系统在计算机的控制下构成点焊机器人系统。操作者可以通过示教盒和计算机面板按键进行点焊机器人运动位置和动作程序的示教,设定运动速度,焊接参数等。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的。点焊机器人具有报警系统，如果在示教过程中操作者有错误操作或在点焊机器人再现作业过程中出现某种故障，点焊机器人的计算机系统便发出警报，自动停机，并显示错误或故障的种类。焊机器人具有与外部设备通信的接口，它可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。因此在主控计算机的控制下，可以由多台点焊机器人构成一个柔性点焊焊接生产系统，如汽车厂的车身机器人点焊生产线便是一个例子。3、激光焊接机器人激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法如图9-6所示图9-6激光焊接机器人激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。和弧焊机器人一样，激光机器人也是由示教盒、控制盘、机器人本体及激光发射系统等部分组成。可以在控制器的控制下，利用直线插补和圆弧插补功能实现连续轨迹运动控制，以获得焊缝轨迹。焊接机器人的系统组成焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。以汽车制造领域常用的弧焊机器人为例，焊接机器人的系统组成主要包括的设备有：机器人、焊机、焊枪、送丝机构、保护气瓶、焊丝、清枪剪丝系统等如图9-7所示。图9-7焊接机器人系统组成示意图机器人焊接需要用到的设备和工装有：机器人、焊机、焊枪、焊丝、送丝机构、保护气瓶、焊接工装、焊接产品，下面我们来认识一下这些设备、工装。如表9-1所示。表9-1焊接机器人系统组成序号设备、工装序号设备、工装1保护气瓶5焊枪2焊机6焊丝3焊接机器人7焊接工装4送丝机构1、焊接机器人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。2、焊机焊机是一种为焊接提供一定特性的电源的电器，常用焊机从焊接电流上分有直流、交流、脉冲三类，但常用的是交流和直流逆变电焊机如图9-8所示。电焊机的主要部件是一个降压变压器，次级线圈的两端是被焊接工件和焊条，工作时引燃电弧，在电弧的高温中将焊条熔接于工件的缝隙中。焊接时，可以根据焊接工件材料、厚度、速度、焊丝直径的不同，可通过调节焊接输出的焊接电压、电流来获得满意的焊缝质量。图9-8焊机3、焊枪焊枪是指焊接过程中，执行焊接操作的工具。如图9-9所示，焊枪利用焊机的高电流，高电压产生的热量聚集在焊枪终端，融化焊丝，融化的焊丝渗透到需焊接的部位，冷却后，被焊接的物体牢固的连接成一体。它使用灵活，方便快捷，工艺简单。图9-9焊抢4、焊丝如图9-10所示焊丝是作为填充金属或同时作为\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"导电用的金属丝焊接材料。在\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"气焊和钨极气体保护\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"电弧焊时，焊丝用作\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"填充金属；在\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"埋弧焊、\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属,同时焊丝也是导电电极。焊丝通常盘成卷，便于实现机械化、自动化。图9-10焊丝表9-2焊丝直径与电流电压对应表外径电流（A）电压（V）Φ0.850-10018-21Φ1.070-12018-22Φ1.290-15019-23Φ1.6140-20020-24不同直径的焊丝，对应不同的焊接电流和电压如上表9-2所示，实际的焊接电压、电流、速度等重要参数需要经过现场调试，得出完美的焊缝后进行参数锁定，并纳入工艺管理文件进行标准化管理。5、送丝机构送丝机构是在添料焊接过程中负责输送焊丝的机构，并有校直焊丝的功能。要求其输送焊丝过程稳定、匀速，无打滑现象，输送速度可调。送丝机构工作是由电机驱动主动送丝轮及其主齿轮旋转，通过主、从动齿轮啮合传到压紧轮上，焊丝经送丝导管从两轮之间通过，使进入焊枪的焊丝被修整的比较直，以便在焊接过程中不会出现卡丝现象。送丝机构一般由控制部分提供参数设置，驱动部分在控制部分的控制下进行送丝驱动，送丝嘴部分将焊丝送到焊枪位置，如图9-11所示。图9-11送丝机构6、保护气瓶在金属弧焊中，通常采用气体来保护焊接的区域，其目的是防止焊缝在凝固时遭受大气的污染，以及保护焊接过程中燃烧的电弧。保护气瓶里储存的一般是混合气体如图9-12所示，通常为80%Ar+20%CO2。图9-12保护气瓶及辅助设备7、焊接工装典型