焊接機器人編程技巧及應用講解

　　摘要：隨著制造業勞動成本的上漲，機器人產品價格的不斷下降，人們更加追求更舒適的工作條件，機器人的應用每年遞增。
　　
　　工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備，特別適合于多品種變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。
　　
　　自從20世紀60年代初，人類創造了*臺工業機器人以后，工業機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，工業機器人技術得到了迅速的發展，工業機器人已在工業發達國家的生產中得到了廣泛的應用。*機器人運營商拓野機器人自動化有限公司董事長凌琳表示，目前，拓野機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與家具制造業等領域中。在工業生產中，焊接機器人、裝配機器人、噴涂機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量采用。本文以下由凌琳女士重點介紹焊接機器人。
　　
　　焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業機器人，它主要包括機器人和焊接設備兩部分。其中，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，還應配有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。
　　
　　1、點焊機器人的特點
　　
　　由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以點焊機器人的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，工業上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。目前，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，用電伺服點焊鉗，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。
　　
　　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，可盡可能減少張開度，以節省焊鉗開度，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，可減少撞擊變形和噪聲。
　　
　　2、弧焊機器人的特點
　　
　　弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。
　　
　　近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，在這些焊接設備內已經插入相應的接口板，所以弧焊機器人系統中并沒有附加接口箱。應該指出的是，在弧焊機器人工作周期中，電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續率100％來確定電源的容量。送絲機構可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩定性，而后者軟管校長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態，會嚴重影響送絲的質量，所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩定性的問題。
　　
　　3、焊接機器人應用中存在的問題和解決措施
　　
　　（1)出現焊偏問題：可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現問題。這時，要考慮TCP(焊槍中心點位置)是否準確，并加以調整。如果頻繁出現這種情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。
　　
　　（2)出現咬邊問題：可能為焊接參數選擇不當、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當調整。
　　
　　（3)出現氣孔問題：可能為氣體保護差、工件的底漆太厚或者保護氣不夠干燥，進行相應的調整就可以處理。
　　
　　（4)飛濺過多問題：可能為焊接參數選擇不當、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長，可適當調整機器功率的大小來改變焊接參數，調節氣體配比儀來調整混合氣體比例，調整焊槍與工件的相對位置。
　　
　　（5)焊縫結尾處冷卻后形成一弧坑問題：可編程時在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。
　　
　　4、在焊接過程中，機器人系統常見的故障
　　
　　（1)發生撞槍：可能是由于工件組裝發生偏差或焊槍的TCP不準確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。
　　
　　（2)出現電弧故障，不能引弧：可能是由于焊絲沒有接觸到工件或工藝參數太小，可手動送絲，調整焊槍與焊縫的距離，或者適當調節工藝參數。
　　
　　（3)保護氣監控報警：冷卻水或保護氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護氣管路。
　　
　　5、焊接機器人的編程技巧
　　
　　（1)選擇合理的焊接順序，以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定焊接順序。
　　
　　（2)焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。
　　
　　（3)優化焊接參數，為了獲得*的焊接參數，制作工作試件進行焊接試驗和工藝評定。
　　
　　（4)采用合理的變位機位置、焊槍姿態、焊槍相對接頭的位置。工件在變位機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置。同時，要不斷調整機器人各軸位置，合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置必須通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結積累經驗。
　　
　　（5)及時插入清槍程序，編寫一定長度的焊接程序后，應及時插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確保可靠引弧、減少焊接飛濺。
　　
　　（6)編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。
　　
　　隨著*制造技術的發展，實現焊接產品制造的自動化、柔性化與智能化已成為必然趨勢。目前，采用機器人焊接已成為焊接自動化技術現代化的主要標志。焊接機器人由于具有通用性強、工作可靠的優點，受到了人們越來越多的重視。