第二章 焊接方法-机器人自动化焊接

2025/1/160机器人自动化焊接早期的焊接自动化程度低，基本是手工操作，产品质量不稳定，甚至出现某个产品只能由某个人或某几个人完成的情况，出现了“王麻子菜刀”、“张小泉剪刀”、“张氏陀螺”。手工操作受操作人员情绪等个人状态的影响，产品质量不稳定。所以现代企业要尽量摆脱这种对专门人员的依赖，采用自动化的机器设备来保证产品质量及效率。20世纪70年代：工业机器人技术被应用到焊接领域，焊接自动化程度发生了质的飞跃，焊接质量及效率得到显著提高。随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量生产变为多品种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以焊接机器人在生产中的应用越来越广泛，机器人焊接已成为焊接自动化的发展趋势。一、机器人自动化焊接概述1.机器人自动化焊接概述

一、机器人自动化焊接概述2.机器人自动化焊接优点

采用机器人焊接，具有如下优点：易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产，机器人不会疲倦；改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；降低对工人操作技术难度的要求；缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；可实现小批量产品焊接自动化；可作为数字化制造的一个环节。1954年，美国人G.Devol和J.Engleberger设计了一台可编程的机器人1961年，他们生产了世界上第一台工业机器人“Unimates”，并获得了专利1962年，Engleberger成立了Unimation公司，他被称为“机器人之父”日本从上世纪70年代中后期开始开发工业机器人，15年后就成为产量最多、应用最广的世界工业机器人“王国”。我国机器人应用发展较快，1996年我国焊接机器人仅为500台，目前以每年30％以上的速度增长。据估计我国目前焊接机器人的安装台数在4000台左右。Unimates机器人3二、工业机器人的发展及现状二、工业机器人的发展及现状主要机器人厂家日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等美国：Adept等欧洲：奥地利IGM、德国CLOOS、KUKA、瑞典ABB韩国：HYUNDAI沈阳新松FANUC4三、机器人的分类机器人分类方法很多按照技术水平划分：第一代：示教再现型，具有记忆能力。目前，绝大部分应用中的工业机器人均属于这一类。缺点是操作人员的水平影响工作质量。第二代：初步智能机器人，对外界有反馈能力。部分已经应用到生产中。第三代：智能机器人，具有高度的适应性，有自行学习、推理、决策等功能，处在研究阶段。5按照基本结构划分：直角坐标型，

也称“机床型”圆柱坐标型球坐标型全关节型6三、机器人的分类按照受控运动方式划分：点位控制（PTP）型，PointtoPoint,如点焊、搬运机器人连续轨迹控制（CP）型，ContinousPath，如弧焊、喷漆机器人按驱动方式划分：气压驱动（压缩空气）液压驱动（重型机器人，如搬运、点焊机器人）电驱动（电动机），应用最多7三、机器人的分类按照应用领域划分：工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人、农业机器人、军用机器人等8三、机器人的分类伐根机器人摘果机器人9三、机器人的分类擦玻璃机器人无人潜水器10三、机器人的分类排爆机器人外科手术机器人11三、机器人的分类双足仿人机器人球机器人12三、机器人的分类华宇I型弧焊机器人13三、机器人的分类弧焊机器人点焊机器人14三、机器人的分类机器人焊接系统组成：1.机器人系统、2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等四、机器人组成部分机器人系统机器人控制柜机器人本体示教盒机器人焊接系统组成：

1.机器人系统、

2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等机器人焊接系统组成：1.机器人系统、

2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等焊接电源送丝机电缆总成焊枪焊接系统防碰撞装置防碰撞实际上为一常闭触点，当碰撞发生时，由于焊枪偏离正常位置而导致防碰撞内部弹簧受压变形，常闭触点断开，信号返回控制系统，机器人停止运行。机器人焊接系统组成：1.机器人系统、

2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等焊接系统作用：用于冷却焊接过程中因为大电流产生的高温，对焊枪及枪缆的冷却。机器人焊接系统组成：1.机器人系统、

2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等焊接系统焊接循环冷却水箱（选配）直线龙门架周围设备机器人焊接系统组成：1.机器人系统、2.焊接系统、

3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等倾翻式适合于管状焊件L形头尾架周围设备变位机周围设备双工位双变位机双工位实质一套机器人焊接系统中具有两个独立的焊接工装。双变位机实质两个焊接变位机共用一套支撑立柱并可利用旋转电机进行位置的互换。周围设备机器人焊接系统组成：1.机器人系统、2.焊接系统、

3.周围设备、4.安全装置5.其它附件等除尘装置机器人焊接系统组成：1.机器人系统、2.焊接系统、3.周围设备、

4.安全装置5.其它附件等安全装置挡光屏光电开关主要作用：减少焊接弧光对人体的损害。安全光栅的作用：机器人工作时有人进入机器人工作区域，造成设备或人员的损伤机器人焊接系统组成：1.机器人系统、2.焊接系统、3.周围设备、4.安全装置

5.其它附件等其他附件清枪剪丝装置的作用：1）剪断焊丝保证焊丝干伸长；2）清理喷嘴内粘连的大颗粒飞溅；3）喷硅油减少焊接时喷嘴粘连大颗粒飞溅；4）校正机器人重复定位精度。a.清枪剪丝机构b.工装自动润滑机构c.外部控制按钮盒五、机器人的编程基础

机器人是一个软件可控的机电装置，可通过编程定义其作业内容。目前，对机器人编程的方式可以分为以下三种：示教编程机器人语言编程离线编程261、示教编程示教编程是目前工业机器人广泛使用的编程方法，根据任务的需要，将机器人末端工具移动到所需的位置及姿态，然后把每一个位姿连同运行速度、焊接参数等记录并存储下来，机器人便可以按照示教的位姿再现。示教方式有两种：手把手示教示教盒示教27五、机器人的编程基础示教盒控制器现场示教编程的优点：不需要预备知识和复杂的计算机装置，方法简单、易于掌握。示教编程的缺点：

占用生产时间，难于适应小批量、多品种的柔性生产需要；编程人员工作环境差、强度大，一旦失误，会造成人员伤亡或设备损坏；编程效率低。28五、机器人的编程基础2、机器人语言

机器人语言提供了一种通用的人与机器人之间的通讯手段。它是一种专用语言，用符号描述机器人的运动，与常用的计算机编程语言相似。1973年，Stanford人工智能实验室开发了第一种机器人语言－WAVE语言。1974年，该实验室开发了AL语言1979年，Unimation公司开发了VAL语言（类似于BASIC）1984年，该公司推出了VALII语言其他的机器人语言：IBM公司的AML语言及AUTOPASS语言、MIT的LAMA语言、Automatix公司的RAIL语言等。29五、机器人的编程基础根据作业描述水平的高低，机器人语言通常分为三级：动作级：每一个指令对应于一个动作，如MOVETO<destination>，优点为：语句简洁，易于编程，缺点为：不能进行复杂的运算，不能接受传感器信息。VAL属于动作级。对象级:是描述操作物体间关系使机器人动作的语言。具有运动控制（与动作级语言类似的功能）、处理传感信息、通信和数字运算、良好的扩展性（用户可根据需要增加指令）等特点。AML、AUTOPASS属于对象级。任务级：是比较高级的机器人语言，允许操作人员下达直接命令，不必规定机器人的动作细节。如：焊接工件A，需要非常高的智能，目前还没有真正的任务级语言。30五、机器人的编程基础0000NOP0001MOVJVJ＝10.000002MOVLV=8000003ARCONASF#(1)0004MOVLV=1000005ARCOF0006END空操作以10％关节速度移动到焊缝起点附近一点以800mm/min速度移动到焊缝起点按照文件ASF＃（1）的参数起弧按照100mm/min的焊接速度焊接熄弧结束MOTOMANXRC控制器语言：焊接一段直线焊缝31五、机器人的编程基础3、离线编程

在计算机中建立设备、环境及工件的三维模型，在这样一个虚拟的环境中对机器人进行编程。机器人离线编程（OffLineProgramming，OLP）系统是机器人语言编程的拓展，它充分利用了计算机图形学的成果，建立机器人及其工作环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作在离线的情况下进行编程。OLP控制器现场32五、机器人的编程基础离线编程的优点

减少机器人不工作时间改善了编程环境；使编程者远离危险的工作环境提高了编程效率与质量；可使用高级语言对复杂任务编程便于和CAD系统集成,实现CAD/CAM／Robotics一体化。示教编程离线编程需要实际机器人系统和工作环境编程时机器人停止工作在实际系统上试验程序编程的质量取决于编程者的经验很难实现复杂的机器人轨迹路径需要机器人系统和工作环境的图形模型编程不影响机器人工作通过仿真试验程序用规划技术可进行最佳参数及路径规划可实现复杂运动轨迹的编程33五、机器人的编程基础基本操作：1、接通电源；2、示教：教机器人工作；3、再现：机器人执行示教的工作。4、切断电源。究竟如何才能让机器人工作呢？六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作

在焊接厚板或角焊缝时，焊枪摆动，干伸长的不同，导致实际的焊接电流与设定的电流不同，干伸长越短，实际电流就越大，干伸长越长，实际电流就越小。利用这个原理，相应的软件实时处理检测到的电流变化、焊枪所在的位置，进而来修正机器人的实际轨迹，保证轨迹中心线始终在坡口中间，同时保证焊枪与焊缝的高度方向上的一致。七、机器人焊接关键技术1.横向追踪与纵向追踪横向追踪：保证焊丝始终在焊道的中央。一般设置为（20～35）纵向电弧追踪：保证导电嘴距离焊道的距离一致。（一般为5～10）注：1：船型位焊接圆弧时，如果焊接角度或焊接辅助点选择不当，会导致纵向电弧追踪发生偏差，严重时会导致机器人严重碰撞。2：有闪缝的情况下不能使用纵向电弧追踪。3：对接焊缝不能使用电弧追踪。4：T型接头的立板或底板长度较短时，不适合加电弧追踪。5：根据本部动臂机器人使用工况，双丝焊接时不适合加电弧追踪（针对于kuka机器人）实际焊接中可以选择两种电弧追踪及T和T1（一个加纵向电弧追踪另一个不加纵向电弧追踪），根据工件的现场使用情况选择是否添加电弧追踪。

七、机器人焊接关键技术2.接触寻位当运行寻位语句时，寻位功能打开，当焊丝碰到工件时，RDC内部继电器线圈得电，其对应的常开闭合，快速测量通道导通，并机器人记录当时的空间坐标。当焊丝用同样运动参数去接触第二、第三工件时，机器人会记录第二、第三个工件的空间坐标，并且可以计算出实际位置相对于示教位置的偏移量，并补偿偏移自动地变更机器人路径，从而保证准确找到焊缝。七、机器人焊接关键技术接触寻位注意事项（1）保持工件表面清洁，不要有油污或油漆（2）保证干伸长一致（3）正确设置向量的起始点和查找点的位置（垂直于寻位接触面）（4）将查找距离、寻找速度、返回速度设为合适的值（5）查找完、修正后要将向量关闭，注意赋值的对象和位置（6）修改点位置时，注意点上是否带有向量（7）使用联动时，注意base的选用，双工位时注意base号的选择（8）搜寻点和焊缝点必须保证是不变的相对位置关系七、机器人焊接关键技术3.焊枪角度的选择角焊缝：焊高小于6～8mm的焊缝，焊丝可直接对准焊缝，纵向倾斜45。（垂直于焊道方向），横向倾斜10～15。推焊（为保证焊达率和焊接过程中机器人的安全，起弧或收弧点的姿态视工况而定）。船型位：条件允许的情况下，焊丝直接对准焊道。七、机器人焊接关键技术八、机器人常见故障处理1、控制闪缝大小2、定期维护保养3、控制拼点偏差保证焊接质量及焊接连续性的关键要素八、机器人常见故障处理九、机器人维护与保养机器人日常保养和维护1.机器人日常保养2.机械手的保养注意事项3.电控箱的保养九、机器人维护与保养1.机器人日常保养（一）1.检查电控箱通风是否良好2.检查机器人电缆线、示教盒和操作面板及周边设备是否有损伤现象3.平时运行中注意机器人有无异音和其他不正常现象4.保持机器人和电控箱周围清洁5.正确开机关机九、机器人维护与保养1.机器人日常保养（二）本体和电控箱内锂电池之维护1.本体和电控箱内锂电池如低于2.8伏就必须更换2.更换电池时必须在电控箱和本体通电的状态下进行本体内加油注意事项1.加油孔和出油孔不能混淆2.油品要分清楚，千万不能加错油3.加油后运转半小时，使其充分润滑后再密封九、机器人维护与保养1.切勿在机械手臂上加装重量的物品。2.正确地施加油品方式及施打日期，并注意油的气味及是否含有金属粒在内。3.在示教时切记减少摩擦或碰撞的现象发生。4.正确地使用速度，勿全部从头到尾都是示教极速。5.平常检查是否有油品渗漏的现象或油塞损坏。6.检查是否有齿隙以及噪音出现，尤其高湿度环境或潮湿地段。7.底座螺丝以及所有螺丝的检查。2.机械手保养的注意事项九、机器人维护与保养3.电控箱的保养1.散热以及通风是否良好，风扇是否正常运转。2.粉尘的清洁。3.内部的电源接头以及主电源的电压，以及护地线是否牢固。4.切记勿在机器人的地方做手工焊接的搭线，此举可能会把机器人马达编码器烧毁或引发其让故障。5.请把不要的孔位给盖住，以防动物侵入咬断电线。十、机器人的安全操作安全警示1.安全在生产中是最重要的，无论是自身的安全，还是他人及设备的安全都很重要，所以在这里我们把安全放在一切工作的首位。2.首先我们来介绍一下在生产操作中应注意哪些安全问题，应该怎么解决。机器人与其他机械设备的要求通常不同，如果大动作范围，快速的操作，机械臂的快速运动等，这些都会造成安全隐患，所以说安全最重要，首先要保证自己的人身安全，和设备的安全。十、机器人的安全操作系统外围安全要点1.在机器人动作范围内示教时，要遵循以下事项：保持从正面观看机器人；遵守操作步骤；考虑机器人突然向自己所处方位运动时的应变方案；确保设置躲避场所，以防万一。2.在进行以下作业时，请确认机器人的动作范围有没有人：设备接通电源时；用示教器编程时；操作机器人时；试运行时；自动再现时。3.不慎进入与机器人发生接触时或发生异常，请立即按下急停键十