焊接機器人

焊接機器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業機器人。工業機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機，具有三個或更多可編程的軸，用于工業自動化領域。為了適應不同的用途，機器人個軸的機械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。

焊接機器人簡介

1)穩定和提高焊接質量，能將焊接質量以數值的形式反映出來;

2)提高勞動生產率;

3)改善工人勞動強度，可在有害環境下工作;

4)降低了對工人操作技術的要求;

5)縮短了產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。

因此，在各行各業已得到了廣泛的應用。

組成結構

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，(包括其控制系統)、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

世界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人，絕大部分有6個軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式:一種為平行四邊形結構，一種為側置式(擺式)結構。側置式(擺式)結構的主要優點是上、下臂的活動范圍大，活動空間幾乎能達一個球體。因此，這種機器人可倒掛在機架上工作，以節省占地面積，方便地面物件的流動。但是這種側置式機器人，2、3軸為懸臂結構，降低機器人的剛度，一般適用于負載較小的機器人，用于電弧焊、切割或噴涂。平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉桿驅動的。拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名

特點

點焊對焊接機器人的要求不是很高。因為點焊只需點位控制，至于焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求，這也是機器人只能用于點焊的原因。點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力，取決于所用的焊鉗形式。對于用與變壓器分離的焊鉗，30~45kg負載的機器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長，電能損耗大，也不利于機器人將焊鉗伸入工件內部焊接;另一方面電纜線隨機器人運動而不停擺動，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右。考慮到機器人要有足夠的負載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接，一般都選用100~150kg負載的重型機器人。為了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能，微機的運算速度和算法都提出更高的要求。

裝備

點焊機器人的焊接裝備，由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以變壓器必須盡量小型化。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為600~700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600~700Hz交流電焊接，也可以再進行二次整流，用直流電焊接。焊接參數由定時器調節，新型定時器已經微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，通常用氣動的焊鉗，氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級沖程。而且電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定并預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優點:

1)每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合;而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后焊鉗才閉合或焊鉗*張開后機器人再移動;

2)焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，只要不發生碰撞或干涉盡可能減少張開度，以節省焊鉗開度，以節省焊鉗開合所占的時間。

3)焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，減少撞擊變形和噪聲。

焊接應用

如果工件在整個焊接過程中無需變位，就可以用夾具把工件定位在工作臺面上，這種系統既是不過的了。但在實際生產中，更多的工件在焊接時需要變位，使焊縫處在較好的位置(姿態)下焊接。對于這種情況，變位機與機器人可以是分別運動，即變位機變位后機器人再焊接;也可以是同時運動，即變位機一邊變位，機器人一邊焊接，也就是常說的變位機與機器人協調運動。這時變位機的運動及機器人的運動復合，使焊槍相對于工件的運動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度及焊槍姿態的要求。實際上這時變位機的軸已成為機器人的組成部分，這種焊接機器人系統可以多達7-20個軸，或更多。的機器人控制柜可以是兩臺機器人的組合作12個軸協調運動。其中一臺是焊接機器人、另一臺是搬運機器人作變位機用。

對焊接機器人工作站進一步細分，可得以下四種:

1.1 箱體焊接機器人工作站是專門針對箱柜行業中，生產量大，焊接質量及尺寸要求高的箱體焊接開發的機器人工作站專用裝備。

箱體焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、回轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站適用于各式箱體類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不停的夾具可實現多品種的箱體自動焊接，焊接的相對位置高。由于采用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了焊接效率。由于采用了MIG脈沖過渡或CMT冷金屬過渡焊接工藝方式進行焊接，使焊接過程中熱輸入量大大減少，保證產品焊接后不變形，通過調整焊接規范和機器人焊接姿態，保證產品焊縫質量好，焊縫美觀，特別對于密封性要求高的不銹鋼氣室，焊接后保證氣室氣體不泄露。通過設置控制系統中的品種選擇參數并更換工作夾具，可實現多個品種箱體的自動焊接。

用不同工作范圍的弧焊機器人和相應尺寸的變位機，工作站可以滿足焊縫長度在2000mm左右的各類箱體的焊接要求。焊接速度3-10mm/s，根據箱體基本材料，焊接工藝采用不同類型的氣體保護焊。該工作站還廣泛用于電力、電氣、機械、汽車等行業。

1.2 不銹鋼氣室機器人柔性激光焊接加工設備是針對不銹鋼焊接變形量比較大，密封性要求高的箱體類工件焊接開發的的柔性機器人激光焊接加工設備。 該加工設備是由機器人、激光發生器機組、水冷卻機組、激光掃描跟蹤系統、柔性變位機、工裝夾具、安全護欄、吸塵裝置和控制系統等組成，通過設置控制系統中的品種選擇參數并更換工裝夾具，可實現多個品種的不銹鋼氣室類工件的自動焊接。

1.3 軸類焊接機器人工作站是專門針對低壓電器行業中式斷路器中的轉軸焊接開發的專用設備，推出了一套專用的轉軸焊接機器人工作站。

軸類焊接機器人工作站由弧焊機器人、焊接電源、焊槍送絲機構、回轉雙工位變位機、工裝夾具和控制系統組成。該工作站用于以轉軸為基體(上置若干懸臂)的各類工件的焊接，在同一工作站內通過使用不同的夾具可實現多品種的轉軸自動焊接。焊接的現對位置精度很高。由于采用雙工位變位機，焊接的同時，其他工位可拆裝工件，極大的提高了效率。

技術指標:轉軸直徑:Ф10-50mm，長度300-900mm，焊接速度3-5mm/s，焊接工藝采用MAG混合氣體保護焊，變位機回轉，變位精度達0.05mm。

廣泛應用于高質量、高精度的以轉軸的各類工件焊接，適用于電力、電氣、機械、汽車等行業。如果采用手工電弧焊進行轉軸焊接，工人勞動強度極大，產品的一致性差，生產效率低，僅為2-3件/小時。采用自動焊接工作站后，產量可達到15-20件/小時，焊接質量和產品的一致性也大幅度的提高。

軸類焊接機器人工作站 低壓電器轉軸

1.4 機器人焊接螺柱工作站

機器人焊接螺柱工作站針對復雜零件上具有不同規格螺柱采用機器人將螺柱焊接到工件上。該工作站主要由機器人、螺柱焊接電源、自動送釘機、機器人自動螺柱焊槍、變位機、工裝夾具、自動換槍裝置、自動檢測軟件、控制系統和安全護欄等組成，通過自動送釘機將螺柱送到機器人自動焊槍里面，通過編程將機器人在工件上示教的路徑，將不同規格的螺柱焊接到工件上。可以采用儲能焊接或拉弧焊接將螺柱牢牢的焊接到工件上，保證焊接精度和焊接強度。焊接效率大約3-10個/分鐘，螺柱規格:直徑3-8mm，長度:5-40mm

生產線

焊接機器人生產線比較簡單的是把多臺工作站(單元)用工件輸送線連接起來組成一條生產線。這種生產線仍然保持單站的特點，即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來焊接預定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時間內，這條線是不能焊其他工件的。

另一種是焊接柔性生產線(FMS-W)。柔性線也是由多個站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個站的變位機相配合并被自動卡緊。焊接機器人系統首先對托盤的編號或工件進行識別，自動調出焊接這種工件的程序進行焊接。這樣每一個站無需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個軌道子母車，子母車可以自動將點固好的工件從存放工位取出，再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。也可以從工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整個柔性焊接生產線由一臺調度計算機控制。因此，只要白天裝配好足夠多的工件，并放到存放工位上，夜間就可以實現無人或少人生產了。

工廠選用哪種自動化焊接生產形式，必須根據工廠的實際情況及素要而定。焊接專機適合批量大，改型慢的產品，而且工件的焊縫數量較少、較長，形狀規矩(直線、圓形)的情況;焊接機器人系統一般適合中、小批量生產，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復雜。柔性焊接線特別適合產品品種多，每批數量又很少的情況，目前國外企業正在大力推廣無(少)庫存，按訂單生產(JIT)的管理方式，在這種情況下采用柔性焊接線是比較合適的。