焊接机器人及其操作应用.ppt

焊接机器人及其操作应用 章节目录 7.1 焊接机器人的分类及特点 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 7.2.2 弧焊机器人 7.2.3 激光焊接机器人 7.3 焊接机器人的作业示教 7.3.1 点焊作业 7.3.2 熔焊作业 7.4 焊接机器人的周边设备 . 7.4.1 周边设备 7.4.2 工位布局 课前回顾 简述码垛机器人如何进行码垛作业？ 码垛机器人有哪些周边设备，并叙述 其功用？ 学习目标 所 处 位 置 了解焊接机器人的分类及 能够识别常见焊接机器人 特点。 【 工作站基本构成。 学 掌握焊接机器人的系统基 能够进行焊接机器人的简 习 本组成。 目 单弧焊和点焊作业示教。 标 熟悉焊接机器人作业示教 】 的基本流程。 熟悉焊接机器人典型周边 设备与布局。 导入案例 国内首条具有完全自主知识产权的智能化工业机器人焊接自 动化生产线成功投入运行 所 处 位 置 随着机器人和数字制造 技术的发展，以人工智能为 【 代表的智能技术和机器人为 导 入 代表的智能装备日益广泛应 案 例 】 用，以加工和制造为基础的 劳动密集型产业模式逐渐被 淘汰，使得全球技术要素与市场要素的配置方式发生革命性变化。 2011 年， 国家战略性新兴产业 启动 “基于工业机器人的汽车焊接自动化生产 线”项目，重点支持 安徽埃夫特智能装备 有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、哈尔 滨工业大学、中国科学院自动化研究所、 北京航空航天大学 等单位联合研制的项目， 并首次在奇瑞汽车焊接生产线上示范应用， 该生产线能够实现 4 平台、 6 种以上车型的 白车身柔性化生产，生产线节拍达到 100 秒 / 车。 安徽埃夫特智能装备有限公司 安徽埃夫特智能装备有限公司成立于 2007年 8月，注册资本 20000万元，是一家 专门从事工业机器人、大型物流储运设备 及非标生产设备设计和制造的高新技术企 业。埃夫特公司拥有各类技术和管理人才 300余人，先后牵头承担工信部国家科技重 大专项 2项，科技部 863计划项目 4项，发改 委智能制造装备发展专项 2项，安徽省科技 攻关项目 3项，获得国家科技进步二等奖 1 项，参与制定机器人行业国家标准 1项。 相关视频 1、保温杯的焊接 2、丰田车身焊接 3、弧焊机器人 .html?page=videoMultiNeed 4、点焊机器人 .html?page=videoMultiNeed 焊接 焊接： 也称作熔接、镕接，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。 焊接通过下列三种途径达成接合的目的： 1、加热欲接合之工件使之局部熔化形 成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助； 2、单独加热熔点较低的焊料，无需熔 化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件（如软钎焊、硬焊）； 3、在相当于或低于工件熔点的温度下辅以 高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相互 渗透接合（如锻焊、固态焊接）。 依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、 电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等 其他特殊焊接。 焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、 电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。 除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种 环境下进行，如野外、水下和太空。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。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。 7.1 焊接机器人的分类及特点 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，随后机 器人即可精确地再现示教的每一步操作。如让 机器人去做另一项工作，无须 改变任何硬件，只要对它再 做一次示教即可。其主要优点有： 1 ）稳定和提高焊接质量，保证其均匀性； 2 ）提高劳动生产率，一天可 24 小时连续生产； 3 ）改善工人劳动条件，可在有害环境下工作； 4 ）降低对工人操作技术的要求； 5 ）缩短产品改型换代的准备周期，减少相 应的设备投资； 6 ）可实现小批量产品的焊接自动化； 7 ）能在空间站建设、核电站维修、深水焊 接等极限条件下完成人工难以进行的焊接 作业； 8 ）为焊接柔性生产线提供技术基础。 世界各国生产的焊接用机器人基本上都属 关节型机器人 ，绝大部分有 6 个轴，目前 焊接机器人应用中比较普遍的主要有 3 种： 点焊机器人、弧焊机器人 和 激光焊接机器 人 。 c ) 激光焊接机器人机器人 a ) 点焊机器人 b ) 弧焊机器人 点焊 通常分为双面点焊和单面点焊两大类。 双 面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电 。典 型的双面点焊方式是最常用的方式，这时工件的 两侧均有电极压痕。大焊接面积的导电板做下电 极，这样可以消除或减轻下面工件的压痕。常用 于装饰性面板的点焊。同时焊接两个或多个点焊 的双面点焊，使用一个变压器而将各电极并联， 这时，所有电流通路的阻抗必须基本相等，而且 每一焊接部位的表面状态、材料厚度、电极压力 都需相同，才能保证通过各个焊点的电流基本一 致采用多个变压器的双面多点点焊，这样可以避 免的不足。 点焊机器人 点焊机器人是用于 点焊自 动作业的工业机器人 ，其末端持握 的作业 工具是 焊钳 。 实际上，工业机器人在焊接 领域的应用最早是从汽车装配生产线上的 电阻点焊开始的。 汽车车身的机器人点焊作业 所 处 位 置 最初，点焊机器人只用于 增强焊作业 ， 即往已拼接好的工件上增加焊点。后来， 为保证拼接精度，又让机器人完成定位 焊作业。 【 课 堂 认 知 】 b ) 车门框架增强焊 a ) 车门框架定位焊 汽车车门的机器人点焊作业 点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性 能，点焊用机器人不仅要有足 够的负载能 力， 而且在点与点之间移位时速度要快捷， 动作要平稳，定位 要准确，以减少移位的 时间，提高工作效率 。具体来说如下： 所 处 位 置 【 课 堂 认 1) 安装面积小，工作空间大； 2) 快速完成小节距的多点定位（如每 0.30.4 s 移动 3050 mm 节距后定位）； 3) 定位精度高（ 0.25 mm ），以确保焊接 质量； 4) 持重大（ 50150 kg ），以便携带内装变 压器的焊钳； 5) 内存容量大，示教简单，节省工时； 6) 点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全 可靠性好。 知 】 弧焊 电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）所产生的热量将焊条与工件互相 熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固 接头的焊接过程。 电弧 ： 由焊接电源供给的，在工件 与焊条两极间产生强烈而持久的气体放电 现象 叫电弧 电弧 电弧焊 所 弧焊机器人 弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极 气体保护焊和非熔化 极气体保护焊）自动作 业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。 事实上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多， 被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形， 焊缝轨迹会发生变化。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 因此，焊接机器人的应用并不是一开始 就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器 的开发及其在焊接机器人中的应 用，使机 器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到 有效解决。 熔化极气体保护焊机器人 熔化极气体保护焊机器人 弧焊机器人 所 处 位 置 【 课 堂 焊接机器人在汽车制造中的应用也 相继从原来比较单一的汽车装配点 焊很 快发展为汽车零部件及其装配过程中的 电弧焊 。 认 知 】 a ）座椅支架 b ）消音器 汽车零部件的机器人弧焊作业 所 处 位 置 【 课 堂 由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及， 使得弧焊机器人在通用机 械、金属结构等许多 行业中得到广泛运用。 认 知 】 工程机械的机器人弧焊作业 所 处 位 置 【 课 堂 为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能 有着特殊的要求。除在运动过程中速度 的 稳定性 和 轨迹精度 是两项重要指标。 其他性能如下 认 知 】 1) 能够通过示教器设定焊接条件（电流、电压、速度等）； 2) 摆动功能； 3) 坡口填充功能； 4) 焊接异常功能检测； 5) 焊接传感器（焊接起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能。 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。激光焊 接是激光材料加工技术应用的重要方面之 一 中国的激光焊接处于世界先进水平， 具备了使用激光成形超过 12平方米的复杂 钛合金构件的技术和能力，并投入多个国 产航空科研项目的原型和产品制造中。 2013年 10月，中国焊接专家获得了焊接领 域最高学术奖 -布鲁克奖，中国激光焊接水 平得到了世界的肯定。 激光焊接机器人 激光焊接机器 人是用于激光焊自动作业的工业机器人， 通过高精度工业机器人实现更加柔性的激 光加工作业，其末端持握的工具是 激光加 工头 。 具有最小的热输入量，产生极小的 热影响区，在显著提高 焊接产品品质的同 时，降低了后续工作量的时间 。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 a ）激光焊接机器人 b ）激光切割机器人 激光加工机器人 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 汽车车身的激光焊接作业 激光焊接成为一种成熟的无接触 的焊接方式已经多年，极高的能量密 度使得高速加工和低热输入量成为可 能。与机器人电弧焊相比，机器人激 光焊的焊缝跟踪精度要求更高。 基本性能要求如下： 1 ）高精度轨迹（ 0.1 mm ）； 2 ）持重大（ 3050 kg ），以便携带激光加 工头； 3 ）可与激光器进行高速通信； 4 ）机械臂刚性好，工作范围大； 5 ）具备良好的振动抑制和控制修正功能。 7.2 焊接机器人的系统组成 7.2.1 点焊机器人 点焊机器人主要由 操作机 、 控制系统 和 点焊焊接系统 等组成 。 点焊机器人本体多为关节型 6 自由度。 驱动方式主要为 液压驱动 和 电气 驱动 。 控制系统由 本体控制 和 焊接控制 两部 分组成，点焊焊接系统主要由点焊 控制器 （时控器）、焊钳（含阻焊变压器）及水、 电、气等辅助部分组成 。 焊钳 能安全、快速地装上焊条和取下剩 余的焊条残段；在任一规定的部位夹 持焊条，均可使其焊到只剩下 50mm长； 在操作者不施加任何外力的情况下， 夹紧制造厂所规定的各种规格直径的 焊条；焊条与工件粘接在一起时，能 将焊条脱离工件。 水冷机 : 水冷机是冷水机的俗称，田枫冷水机 是一种水冷却设备，冷水机是一种能提供 恒温、恒流、恒压的冷却水设备。 点焊机器人焊钳（外形结构） a ） C 型焊钳 b ） X 型焊钳 7.2.1 点焊机器人 从电极臂加压驱动方式，点焊机器人焊钳分为气动焊钳 和伺服焊钳 2 种。 气动焊钳 利用汽缸来加压，可具有 2-3 个 行程，能够使电极完成大开、小 开和闭合 3 个动作，电极压力一旦调顶不能随意变化， 目前比较常用。 伺服焊钳 采用伺服电机驱动完成焊钳的 张开和闭合，焊钳张开度可任意 选定并预置， 且电极间的压紧力可无级调节 。 气动焊钳 伺服焊钳 伺服焊钳 与 气动焊钳 相比，具有 提高工件 的表面质量 、 提高生产效率 、 返回 改善 工作环境 等优点。 7.2.1 点焊机器人 依据阻焊变压器与焊钳的结构关系上， 点焊机器人焊钳可分为 分离式 、 内藏式 和 一体式 3 种。 所 处 位 置 分离式焊钳 阻焊变压器与钳体相分离， 两者之间用二次电缆相连。 【 课 堂 认 知 】 缺点：需要大容量的 阻焊变压器，电力损 优点：减小了机 耗较大，能源利用率 器人的负载，运 低。二次电缆存在限 动速度高，价格 制了点焊工作区间与 便宜。 焊接位置的选择。 分离式焊钳 所 处 位 置 内藏式焊钳 是将阻焊变压器安放到机器人 机械臂内，变压器的二次电缆可 在内部移动。 【 优点：二 课 缺点：机器人 次电缆较 堂 本体的设计变 认 短，变压 知 得复杂。 器的容量 】 减小。 内藏式焊钳 一体式焊钳 是将阻焊变压器和钳体安 装在一起，共同固定在机器人机械臂末端 法兰盘上。 一体式焊钳 优点：省 掉 二次电 缆及 悬挂 变压器 的 工作架， 节省能量。 缺点：焊钳重 量显著增大， 体积变大，焊 钳重量在机器 人活动手腕上 产生惯性力易 引起过载 7.2.1 点焊机器人 所 处 按照焊钳的变压器形式，又可分为 中频 焊钳 和 工频焊钳 。中频焊钳相对于工频焊钳 有以下优点： 位 置 【 课 堂 认 1 ）直流焊接； 2 ）焊接变压器小型化； 3 ）提高电流控制的响应速度，实现工频 电阻焊机无法实现的焊接工艺焊 接工艺； 4 ）三相平衡负载，降低了电网成本；功 率因数高，节能效果好。 知 】 中频点焊机 :新型电阻焊机。最新型中 频点焊机，由触摸屏实现一屏操控，显 示器能够显示每次焊接的焊接电流，并 且能及时的显示故障及错误警告。 综上， 点焊机器人 焊钳主要以驱动和 控制相互组合，可以采用工频气动式、工 频伺服式、中频气动式、中频伺服式。这 几种形式各有特点，从技术优势和发展趋 势来看，中频伺服机器人焊钳应是未来的 主流，它集中了中频直流点焊和伺服驱动 的优势，是其他形式无法比拟的。 7.2.2 弧焊机器人 弧焊机器人的组成与点焊机器人基本相 同，主要由是由 操作机、控制系统、弧焊 系统和安全设备 等组成。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 1 气瓶； 2 焊丝桶； 3 送丝机； 4 操作机； 5 焊枪； 6 工 作台； 7 供电及控制电缆； 8 弧焊电源； 9 示教器； 10 机器人控制 柜 弧焊机器人系统组成 所 处 弧焊机器人操作机的结构与点焊机器人基本 相似，主要区别在于 末端执行器 - 焊枪 。 位 置 【 课 堂 认 知 】 a) 电缆外置式机器人气保焊枪 b) 电缆内藏式机器人气保焊枪 c) 机器人氩弧焊焊枪 弧焊机器人用焊枪 焊枪 是指焊接过程中，执行焊接操作的部分， 它使用灵活，方便快捷，工艺简单。 弧焊机器人控制系统在 控制原理、功 能及组成上 和通用工业机器人基本 相同。 目前最流行的是采用分级控制的系统结构， 一般分为两级：上级具有存储单元，可实 现重复编程、存储多种操作程序，负责管 理、坐标变换、轨迹生成等；下级由若干 处理器组成，每一处理器负责一个关节的 动作控制及状态检 测，具有实时性好，易 于实现高速、高精度控制。 所 处 位 置 【 课 堂 弧焊系统 是完成弧焊作业的核心装 备，主要由弧焊电源、送丝机、焊枪和 气 瓶等组成。弧焊机器人多采用气体保护焊 方法（ CO2 、 MIG 、 MAG 和 TIG ）通常 的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲 或非脉冲式等焊接电源都可以装 到机器人 上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字 控制，而焊接电源多为模拟 控制，所以需 要在焊接电源与控制柜之间加一个接口 , 如 如 FANUC 弧焊机器人采用美国 LINCOLN 电源。 认 ， 知 】 MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）英文： metal inert-gas welding使用熔化电极，以外 加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、 焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法， 称为熔化极气体保护电弧焊。用实芯焊丝 的惰性气体（ Ar或 He）保护电弧焊法称为 熔化极惰性气体保护焊，简称 MIG焊。 MAG(Metal Active Gas Arc Welding)焊是熔化 极活性气体保护电弧焊的英文简称。它是 在氩气中加入少量的氧化性气体（氧气， 二氧化碳或其混合气体）混合而成的一种 混合气体保护焊。我国常用的是 80%Ar+20% 二氧化碳的混合气体，由于混合气体中氩 气占的比例较大，故常称为富氩混合气体 保护焊。 TIG焊（ Tungsten Inert Gas Welding） ， 又称为非熔化极惰性气体钨极保护焊。无论是人工焊接还是自动焊接 0.5 4.0mm厚 的不锈钢时， TIG焊比常用的。用 TIG焊加填 丝的方式常用于压力容器的打底焊接，原因是 TIG焊接的气密性较好能降低压力容器 焊焊接时焊缝的气孔。 TIG焊的热源为直流 电弧，工作电压为 10 95伏，但电流可达 600安。焊机的正确连结方式是工件连结电 源的正极，焊炬中的钨极作为负极。惰性气体一般为氩气。 安全设备 是弧焊机器人系统安全运 行的重要保障，其主要包括驱动系统 过热自断电保护 、动作超限位自断电 保护、超速自断电保护、机器人系统 工过热自断电保护、动作超限位自断 电保护、超速自断电保护、机器人系 统工作空间干涉自断电保护和人工急 停断电保护等，它们起到防止机器人伤人或 保护周边设备的作用。 在机器人的末端焊枪上还装有 各类触觉或 接近传感器 ，可以使机器人在过分接近工 件或发生碰撞时停止工作。当发生碰撞时， 一定要检验焊枪是否被碰歪，防止工具中 心点发生变化。 所 处 位 置 【 课 美国林肯 焊接电源 堂 认 知 】 FANUC 弧焊机器人工作站采用美 国 LINCOLN 焊接电源 7.2.3 激光焊接机器人 所 机器人是高度柔性的加工系统，这就要求激光器必须具有高度的柔性， 处 位 目前激光焊接机器人都选用可光纤传输的激光器（如固体激光器、半导体激 置 光器、光纤激光器等）。在机器人手臂的夹持下，其运动由机器人的运动决 定，因此能匹配完全的自由轨迹加工，完成平面曲线、空间的多组直线、异 形曲线等特殊轨迹的激光焊接。 【 课 智能化激光加工机器人主要由以下几部分组成： 堂 1) 大功率可光纤传输激光器； 认 知 2) 光纤耦合和传输系统； 】 3) 激光光束变换光学系统； 4) 六自由度机器人本体； 5) 机器人数字控制系统（控制器、示教器）； 6) 激光加工头； 7) 材料进给系统（高压气体、送丝机、送粉器）； 8) 焊缝跟踪系统（包括视觉传感器、图像处理单元、伺服控制单元、运 动执行机构及专用电缆等）； 9) 焊接质量检测系统（包括视觉传感器、图像处理单元、缺陷识别系统 及专用电缆等）； 10) 激光加工工作台。 7.2.3 激光焊接机器人 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 1 激光器； 2 光导系统； 3 遥控盒； 4 送丝机； 5 激光加工头； 6 操 作机； 7 机器人控制柜； 8 焊接电源 激光焊接机器人系统组成 所 处 激光加工头装于六自由度机器人本体手臂末端，其运动轨迹和激光加 工参数是由机器人数字控制系统提供指令进行。根据用途不同（切割、 焊接、熔覆） 选择不同的激光加工头。 位 置 【 课 堂 认 知 】 c ) 激光熔覆 a ) 激光切割 b ) 激光焊接 激光加工头 7.2.3 激光焊接机器人 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 激光焊接机器人控制系统架构 综上，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。而焊接装备， 以弧焊及点焊为 例，则由焊接电源（包括 其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪 （焊钳）等部分组成。 7.3 焊接机器人的作业示教 7.3.1 点焊作业 点焊 是最 广为人知的电阻焊接工艺，通 常用于板材焊接。焊接限于一个或几个点 上，将工件互相重叠。 四巨头的焊接机器人 KUKA，如 : KR QUANTEC系列 FANUN： R系统 YASKAWA:VS、 MS和 ES系列 且都有相应的商业化应用软件，如 ABB的 ROBOTWARE-SPOT, 所 处 位 置 TCP 点确定： 对点焊机器人而言，其一般设在焊钳开口的中点 处，且要求焊钳两电极 垂直于被焊工件表面。 【 课 堂 认 知 】 焊接作业姿态 工具中心点设定 以下图工件焊接为例，采用在线示教 方式为机器人输入 两块薄板（板厚 2mm ） 的点焊作业程序 。 此程序由编号 1 至 5 的 5 个程序点组成。本例中使用的焊钳为 气动 焊钳 ，通过气缸来实现焊钳的 大开、小 开和闭合 三种动作。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 点焊机器人运动轨迹 所 处 位 置 示教前的准备 再现施焊 程序点说 明 【 课 新建一个程序 运行确认（跟踪） 程序点 说 明 焊钳动作 堂 认 程序点 1 机器人原点 知 】 程序点 2 作业临近点 大开 小开 设定焊接条件 登录程序点 1 程序点 3 点焊作业点 小开 闭合 程序点 4 作业临近点 闭合 小开 程序点 5 机器人原点 小开 大开 登录程序点 2 登录程序点 5 登录程序点 3 登录程序点 4 点焊机器人作业示教流程 所 处 位 （ 1 ）示教前的准备 置 1 ）件表面清理。 2 ）工件装夹。 3 ）安全确认。 4 ）机器人原点确认。 【 课 堂 认 （ 2 ）新建作业程序 知 】 点按示教器的相关菜单或按钮，新建一个作业程序 “ Spot_sheet ” 。 （ 3 ）程序点的登录 手动操纵机器人分别移动到程序点 1 至 程序点 5 位置。处于待机位置的程序点 1 和 程序点 5 ，要处于与工件、夹具互不干涉 的位置。另外，机器人末端工具在各程序 点间移动时，也要处于与工件、夹具互不 干涉的位置。 所 点焊作业示教 处 位 程序点 示教方法 置 按第 3 章手动操纵机器人要领移动机器人到原点。 程序点 1 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。 （机器人原点） 【 确认保存程序点 1 为机器人原点。 课 堂 手动操纵机器人移动到作业临近点，调整焊钳姿态。 认 程序点 2 知 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。 】 （作业临近点） 确认保存程序点 2 为作业临近点。 保持焊钳姿态不变，手动操纵机器人移动到点焊作业点。 将程序点属性设定为“作业点 / 焊接点”，插补方式选“ PTP ”。 程序点 3 确认保存程序点 3 为作业开始点。 （点焊作业点） 如有需要，手动插入点焊作业命令。 所 处 点焊作业示教 位 置 程序点 示教方法 【 手动操纵机器人移动到作业临近点。 课 程序点 4 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。 堂 （作业临近点） 认 确认保存程序点 4 为作业临近点。 知 】 手动操纵机器人要领移动机器人到原点。 程序点 5 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP ”。 （机器人原点） 确认保存程序点 5 为机器人原点。 对于程序点 4 和程序点 5 的示教，利用便利的文 件编辑功能（逆序粘贴），可快速完成前行路线 的拷贝。 所 处 位 置 提示 【 （ 4 ）设定作业条件 课 堂 设定焊钳条件 焊钳条件的设定主要包括焊钳号、焊钳类型、焊 钳状态等。 认 知 】 设定焊接条件 点焊时的焊接电源和焊接时间，需在焊机上设定。 点焊作业条件设定 大电流 - 短时间 小电流 长时间 板厚 时间（周 时间（周 电流 （ mm ） 压力（ kgf ） 电流（ A ） 压力（ kgf ） 期） 期） （ A ） 10 225 8800 1.0 36 75 5600 20 470 13000 2.0 64 150 8000 32 820 17400 3.0 105 260 10000 所 处 （ 5 ）检查试运行 位 置 为确认示教的轨迹，需测试运行（跟踪）一下程序。跟踪时，因不执行 具体作业命令，所以能进行空运行。 1 ）打开要测试的程序文件。 【 2 ）移动光标至期望跟踪程序点所在命令行。 课 堂 3 ）持续按住示教器上的有关 【 跟踪功能键 】 ，实现机器人的单步或连续 认 运转。 知 】 （ 6 ）再现施焊 轨迹经测试无误后，将 【 模式旋钮 】 对准“再现 / 自动”位置，开始进 行实际焊接。在确认机器人的运行范围内没有其他人员或障碍物后，接通保 护气体，采用手动或自动方式实现自动点焊作业。 1 ）开要再现的作业程序，并移动光标到程序开头。 2 ）切换 【 模式旋钮 】 至“再现 / 自动”状态。 3 ）按示教器上的 【 伺服 ON 按钮 】 ，接通伺服电源。 4 ）按 【 启动按钮 】 ，机器人开始运行。 7.3.2 熔焊作业 熔焊，又叫熔化焊 ，是在不施加压力的情 况 熔化 下，将待焊处的母材加热熔化，外 加（或不加）填充材料，以形成焊缝的一 种最常见的焊接方法。 目前，工业机器人四巨头都有相应的机 器人产品 , 这些专业软件提供功能 强大的弧 焊指令，且都相应的商业化应用软件， ABB 的 RobotWare-Arc 、 KUKA 的 KUKA.ArcTech 、 KUKA.LaserTech 、 KUKA.SeamTech 、 KUKA TouchSense 、 FANUC 的 Arc Tool Softwar 。 可快速地将熔焊（电弧焊和激光焊）投入 运行和编制焊接程序，并具有接触传感、 焊缝跟踪等功能 。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 工业机器人行业四巨头的弧焊作 业编程命令 弧焊作业命令 类别 ABB FANUC YASKAWA KUKA 焊接开始 ArcLStart/ArcCStart Arc Start ARCON ARC_ON 焊接结束 ArcLEnd/ArcCEnd Arc End ARCOF ARC_OFF 所 处 TCP 点确定： 位 置 同点焊机器人 TCP 设置有所不同， 弧焊机器人 TCP 一 般设置在焊枪尖头 ，而激光焊接机器人 TCP 设置在激 光焦点上 。 【 课 堂 认 知 】 弧焊机器人工具中心点 所 处 位 置 实际作业时，需根据作业位置和板厚调整焊枪角 度。以平（角）焊为例，主要采用 前倾角焊（前 进焊） 和 后倾角焊（后退焊） 两种方式。 【 课 堂 认 知 】 a ) 前倾角焊 b ) 后倾角焊 前倾角焊和后倾角焊 所 处 位 置 板厚相同的话，基本上为 1025 ，焊枪立得太直或 太倒的话，难以产生 熔深。前倾角焊接时，焊枪指向待 焊部位，焊枪在焊丝后面移动，因电弧具 有预热效果， 焊接速度较快，熔深浅、焊道宽，所以一般薄板的焊接采 用此 法；而后倾角焊接时，焊枪指向已完成的焊缝，焊 枪在焊丝前面移动，能够获得较大的熔深、焊道窄，通常 用于厚板的焊接。同时，在板对板的连接之中，焊枪与坡 口垂直。对于对称的平角焊而言，焊枪要与拐角成 45 角 。 【 课 堂 认 知 】 b ) T 形接头平角焊 a ) I 形接头对焊 焊枪作业姿态 机器人进行熔焊作业主要涉及以 直线、圆 弧及其附加摆动 功能动作类型。 直线作业 机器人完成直线焊缝的焊接仅需 示教 2 个程序点（ 直线的两端点 ），插补 方式选“直线插补”。 以图所示的运动轨迹为例，程序点 1 至程 序点 4 间的运动均为直线移动，且程序点 2 程序点 3 为焊接区间。 所 处 位 置 程序点 1 程序点 4 直线轨迹开始点 直线轨迹结束点 程序点 2 程序点 3 焊接开始点 焊接结束点 焊 空 焊接区间 接 走 点 点 直线轨迹区间 直线运动轨迹 所 处 位 置 直线作业轨迹示教 【 课 堂 程序点 示教方法 认 知 将机器人移动到直线轨迹开始点。 程序点 1 】 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 或“直线插补”。 （直线轨迹开始 确认保存程序点 1 为直线轨迹开始点。 点） 将机器人移动到焊接开始点。 程序点 2 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“直线插补”。 （焊接开始点） 确认保存程序点 2 为焊接开始点。 将机器人移动到焊接结束点。 程序点 3 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。 （焊接结束点） 确认保存程序点 3 为焊接结束点。 将机器人移动到直线轨迹结束点。 程序点 4 程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。 （直线轨迹结束 确认保存程序点 4 为直线轨迹结束点。 点） 圆弧插补 圆弧插补 是给出两端点间的插补数字信息，借 此信息控制刀具与工件的相对运动，使其 按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补 方式。在此方式中，根据两端点间的插补 数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群， 控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。 圆弧作业 机器人完成弧形焊缝的焊 接通常需示教 3 个以上程序点（ 圆弧 开始 点、圆弧中间点和圆弧结束点 ），插补方 式选“圆弧插补”。当只有一个圆弧时， 用“圆弧插补”示教程序点 24 三点即可。 用“ PTP” 或“直线插补”示教进入圆弧 插补前的程序点 1 时，程序点 1 至程序点 2 自动按直线轨迹运动。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 程序点 3 中间点 程序点 1 程序点 2 程序点 4 接近点 开始点 结束点 焊 空 自动直线 接 走 焊接区间 移到开始点 点 点 圆弧插补区间 圆弧运动轨迹 圆弧作业轨迹示教 程序点 示教方法 将机器人移动到圆弧轨迹接近点。 程序点 1 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 或“直线插补” （圆弧 / 焊接接近点 。 ） 确认保存程序点 1 为圆弧 / 焊接接近点。 将机器人移动到圆弧轨迹开始点。 程序点 2 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （圆弧 / 焊接开始点 确认保存程序点 2 为圆弧 / 焊接开始点。 ） 将机器人移动到圆弧轨迹中间点。 程序点 3 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （圆弧 / 焊接中间点 确认保存程序点 3 为圆弧 / 焊接中间点。 ） 将机器人移动到圆弧轨迹结束点。 程序点 4 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“圆弧插补”。 （圆弧 / 焊接结束点 确认保存程序点 4 为直线轨迹结束点。 ） 示教整个圆 用 “圆弧插补” 示教程序点 2 至程序点 5 四点。同单一圆弧示教类似，用“ PTP” 或“直线插补”示教进入圆弧插补前的程 序点 1 时，程序点 1 程序点 2 自动 按直线 轨迹运动 。当存在多个圆弧中间点时，机 器人将通过当前程序点和后面 2 个临近程 序点来计算和生成圆弧轨迹。只有在圆弧 插补区间临结束时才使用当前程序点、上 一临近程序点和下一临近程序点。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 程序点 1 自动直线 程序点 2 接近点 移到开始点 开始点 焊 空 程序点 5 接 走 结束点 点 点 程序点 3 程序点 4 中间点 中间点 焊接区间 圆弧插补区间 整圆运动轨迹 所 处 示教整个圆 位 置 整圆作业轨迹示教 程序点 示教方法 【 课 将机器人移动到圆弧轨迹接近点。 堂 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 或“直线插 程序点 1 认 （圆弧 / 焊接接近点） 补”。 知 确认保存程序点 1 为圆弧 / 焊接接近点。 】 将机器人移动到圆弧轨迹开始点。 程序点 2 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选 “圆弧插补” 。 （圆弧 / 焊接开始点） 确认保存程序点 2 为圆弧 / 焊接开始点。 将机器人移动到圆弧轨迹中间点。 程序点 3 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选 “圆弧插补” 。 （圆弧 / 焊接中间点） 确认保存程序点 3 为圆弧 / 焊接中间点。 将机器人移动到圆弧轨迹中间点。 程序点 4 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选 “圆弧插补” 。 （圆弧 / 焊接中间点） 确认保存程序点 4 为圆弧 / 焊接中间点。 将机器人移动到圆弧轨迹结束点。 程序点 5 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选 “圆弧插 补” 。 （圆弧 / 焊接结束点） 确认保存程序点 5 为直线轨迹结束点。 所 处 示教连续圆弧轨迹时，通常需要执行圆弧分离。即在前圆弧与后圆 弧的 连接点的相同位置加入“ PTP” 或“直线插补”的程序点。 位 置 程序点 3 程序点 4 结束点 中间点 程序点 5 内插点 【 程序点 6 开始点 课 程序点 1 自动直线 堂 接近点 移到开始点 认 焊 空 知 程序点 7 程序点 2 程序点 8 接 走 】 中间点 开始点 结束点 点 点 焊接区间 圆弧插补区间 连续圆弧运动轨迹 程序点 示教方法 将机器人移动到圆弧轨迹接近点。 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 或“直线插 程序点 1 （圆弧 / 焊接接近点） 补”。 确认保存程序点 1 为圆弧 / 焊接接近点。 将机器人移动到首段圆弧轨迹开始点。 程序点 2 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （首段圆弧开始点 / 焊 确认保存程序点 2 为首段圆弧 / 焊接开始点。 接开始点） 连续圆弧作业轨迹示教 所 处 位 置 程序点 示教方法 将机器人移动到首段圆弧轨迹中间点。 程序点 3 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （首段圆弧中间点 / 【 课 焊接中间点） 确认保存程序点 3 为首段圆弧 / 焊接中间点。 堂 认 将机器人移动到首段圆弧轨迹结束点。 程序点 4 知 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 】 （首段圆弧结束点 / 焊接中间点） 确认保存程序点 4 为首段圆弧结束点 / 焊接中间点。 保持程序点 4 位置不动，根据需要调整作业姿态。 程序点 5 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“ PTP ”或“直线插 （两段圆弧分割点 / 补”。 焊接中间点） 确认保存程序点 5 为两段圆弧分割点 / 焊接中间点。 所 处 位 连续圆弧作业轨迹示教 置 程序点 示教方法 保持程序点 4 位置不动，根据需要调整作业姿态。 程序点 6 【 课 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （末段圆弧开始点 / 堂 认 确认保存程序点 6 为末段圆弧开始点 / 焊接中间点。 焊接中间点） 知 】 将机器人移动到末段圆弧轨迹中间点。 程序点 7 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （末段圆弧中间点 / 确认保存程序点 7 为末段圆弧中间点 / 焊接中间点。 焊接中间点） 将机器人移动到末段圆弧轨迹结束点。 程序点 8 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“圆弧插补”。 （末段圆弧结束点 / 确认保存程序点 8 为末段圆弧结束点 / 焊接结束点。 焊接结束点） 附加摆动 机器人完成直线 / 环形焊缝的摆动焊接一般需 要增加 12 个振幅点的示教。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 程序点 3 振幅点 1 程序点 1 自动直线 接近点 移到开始点 主路径 程序点 2 程序点 5 焊 空 振 开始点 结束点 接 走 幅 程序点 4 点 点 点 振幅点 2 焊接区间 a) 直线摆动 程序点 5 中间点 程序点 4 主 振幅点 2 路 径 程序点 1 自动直线 程序点 3 接近点 移到开始点 振幅点 1 程序点 2 程序点 6 焊 空 振 开始点 结束点 接 走 幅 点 点 点 焊接区间 b) 圆弧摆动 焊接机器人的摆动示教 所 以如下焊接工件为例，采用在线示教方式为机 器人输入 AB 、 CD 两段弧焊作业程序，加强对 直线、圆弧的示教。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 程序点 1 程序点 9 程序点 8 程序点 2 A D 程序点 4 程序点 7 程序点 5 B 程序点 6 C 程序点 3 为提高工作效率，通常将程序点 9 和程序点 1 设在同一位置。 弧焊机器人运动轨迹 所 程序点说明 处 位 程序点 说 明 程序点 说 明 程序点 说 明 置 程序点 1 作业临近点 程序点 4 作业过渡点 程序点 7 焊接中间点 程序点 2 焊接开始点 程序点 5 焊接开始点 程序点 8 焊接结束点 程序点 3 焊接结束点 程序点 6 焊接中间点 程序点 9 作业临近点 【 课 堂 认 登录程序点 登录程序点 示教前的准备 知 】 登录程序点 新建一个程序 设定作业条件 登录程序点 登录程序点 运行确认 登录程序点 登录程序点 再现施焊 登录程序点 登录程序点 缺陷调整 弧焊机器人作业示教流程 所 (1) 示教前的准备 处 位 1) 工件表面清理。 置 2) 工件装夹。 3) 安全确认。 4) 机器人原点确认。 【 课 堂 认 (2) 新建作业程序 知 】 点按示教器的相关菜单或按钮，新建一个作业程序“ Arc_sheet” 。 (3) 程序点的登录 手动操纵机器人分别移动到程序点 1 至程序 点 9 位置。作业位置附近 的程序点 1 和程序点 9 ，要处于与工件、夹 具互不干涉的位置。 弧焊作业示教 所 处 程序点 示教方法 位 置 按第 3 章手动操纵机器人要领移动机器人到作业临近点，调整焊枪姿态。 程序点 1 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。 （作业临近点） 确认保存程序点 1 为作业临近点。 【 保持焊枪姿态不变，移动机器人到直线作业开始点。 课 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“直线插补”。 程序点 2 堂 确认保存程序点 2 为直线焊接开始点。 认 （焊接开始点） 知 如有需要，手动插入弧焊作业命令。 】 保持焊枪姿态不变，移动机器人到直线作业结束点。 程序点 3 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。 （焊接结束点） 确认保存程序点 3 为直线焊接结束点。 保持焊枪姿态不变，移动机器人到作业过渡点。 程序点 4 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 。 （作业过渡点） 确认保存程序点 4 为作业临近点。 保持焊枪姿态不变，移动机器人到圆弧作业开始点。 程序点 5 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （焊接开始点） 确认保存程序点 5 为圆弧焊接开始点。 弧焊作业示教 所 处 位 程序点 示教方法 置 保持焊枪姿态不变，移动机器人到圆弧作业中间点。 程序点 6 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （焊接中间点） 确认保存程序点 6 为圆弧焊接中间点。 【 保持焊枪姿态不变，移动机器人到圆弧作业结束点。 课 程序点 7 堂 将程序点属性设定为“焊接点”，插补方式选“圆弧插补”。 （焊接中间点） 认 确认保存程序点 7 为圆弧焊接结束点。 知 】 保持焊枪姿态不变，移动机器人到直线作业结束点。 程序点 8 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“直线插补”。 （焊接结束点） 确认保存程序点 8 为直线焊接结束点。 保持焊枪姿态不变，移动机器人到作业临近点。 程序点 9 将程序点属性设定为“空走点”，插补方式选“ PTP” 。 （作业临近点） 确认保存程序点 9 为作业临近点。 对于程序点 9 的示教，利用便利的文件编辑功能（复制），可快速完 成程序点 1 的拷贝。 提示 7.4 焊接机器人的周边设备与工位布局 7.4.1 周边设备 目前，常见的焊接机器人辅助装置有 变 位机、滑移平台、清焊装置和工 具快换装 置 等。 1 ） 变位机 对于有些焊接场合，由于工件空间几何 形状过于复杂，使焊接 机器人的 末端工具无 法到达指定的焊接位置或姿态 ，此时可以通 过增加 13个外部轴的办法来增加机器人的 自由度。其中一种做法是采用变位机让焊 接 工件移动或转动，使工件上的待焊部位进入 机器人的作业空间。 焊接机器人外部轴扩展 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 根据实际生产的需要，焊接变位机可以有 多种形式，有 单回转式、双回 转式和倾翻 回转式。 】 a) 倾翻回转式变位机 b) 变位机及夹具 焊接变位机 为充分发挥机器人的效能，焊接机器人系统 通常采用两台及以上变位机，其 中一台进行 焊接作业时，另一台则完成工件的卸载和上 装，从而使整个系统获得最高的费用效能比。 1 号变位机 2 号变位机 3 号变位机 4 号变位机 产品图例 焊接变位机 变位机 的安装必须使工件的变位均处在机 器人动作范围之内，并需要合理 分解机器 人本体和变位机的各自职能，使两者按照 统一的动作规划进行作业。机器人和变位 机之间的运动存在两种形式： 协调运动和 非协调运动。 所 处 位 置 【 机器人动作 课 堂 认 知 】 机器人 + 变位机 变位机动作 同时动作 焊接机器人和变位机动作分解 所 处 非协调运动 主要用于焊接时工件需要变位，但不需要变位机与机 器人 作协调运动的场合。回转工作台的运动一般不是由机 器人控制柜直接控制 的，而是由一个外加的可编程序控制 器（ PLC ）来控制。 位 置 【 课 堂 认 知 】 a) 机器人待机位置 b) 作业临近点位置 c) 焊接作业开始位置 骑坐式管 - 板船型焊作业 协调运动 在焊接过程中，变位机必须不断地改 变工件的位置和姿态，并且变位机的运动 和机器人的运动必须能共同合成焊接轨迹， 保持焊接速度和工具姿态，这就是变位机 和机器人的协调运动。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 a) 圆弧焊接起始点 b) 圆弧焊接中间点 焊接机器人和变位 机的协调运动 2) 滑移平台 为适用机器人领域不断延伸，保证大 型结构件焊接作业， 把机器人本体装在 可移动的滑移平台或龙门架上，以扩大机 器人本体的作业空间。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 b) 挖掘机动臂 a) 挖掘机中心支架 工程机械结构件的机器人焊接作业 机器人系统中运动轴的一般切换顺序：基本 轴 手腕轴 外部轴。 提示 3) 清枪装置 机器人在施焊过程中焊钳的电极头氧化 磨损，焊枪喷嘴内外残留的焊渣以及焊丝 干伸长的变化等势必影响到产品的焊接质 量及其稳定性。常见清枪装置有 焊钳电极 修磨机（点焊） 和 焊枪自动清枪站（弧 焊） 。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 a) 焊钳电极修磨机 b) 焊枪自动清枪站 焊接机器人清枪装置 广州极动焊接机械有限公司 焊钳电极修磨机 为点焊机器人配备自动电极修磨机， 可实现电极头工 作面氧化磨损后的修磨过 程自动完成和提高生产线节拍。 所 处 位 置 焊枪自动清枪站 焊枪自动清枪站主要包括 焊枪清洗机、喷硅油 / 防飞溅 装置和焊丝剪 断装置组成。 【 课 堂 认 焊枪清洗机 主要功能是清除喷嘴内 知 表面的飞溅，以保证保护气体的通 】 畅； 喷硅油 / 防飞溅装置 喷出的防溅液 可以减少焊渣的附着，降低维护频 率； 焊丝剪断装置 主要用于利用焊丝进 行起始点检测的场合，以保证焊丝 的干伸长度一定，提高检出的精度 和起弧的性能。 焊枪自动清洗站 所 处 位 置 清抢动作程序点说明 【 课 堂 程序点 说 明 程序点 说 明 程序点 说 明 认 知 】 程序点 移向剪丝位置 程序点 6 移向清枪位置 程序点 11 喷油前一点 1 程序点 剪丝前一点 程序点 7 清枪前一点 程序点 12 喷油位置 2 程序点 剪丝位置 程序点 8 清枪位置 程序点 13 喷油前一点 3 程序点 剪丝前一点 程序点 9 清枪前一点 程序点 14 焊枪抬起 4 程序点 焊枪抬起 程序点 10 焊枪抬起 程序点 15 回到原点位置 5 4 ）工具快换装置 多任务环境中，一台机器人甚至可以完 成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊 接、卸料等多种任务，机器人可以根据程 序要求和 任务性质，自动更换机器人手腕 上的工具，完成相应的任务。 所 处 位