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1、机器人在结构件焊接中的应用,密级：,刘英佳,1,焊接机器人在工程机械行业中的应用,2,焊接机器人在工程机械行业中的应用,3,目录,一、概述。二、焊接机器人的优点。三、焊接机器人常用的功能。四、机器人焊接技术应用条件。五、焊接机器人的应用效果。六、未来焊接机器人新功能需求。,4,随着国内外市场需求的不断增加及各种技术创新持续发展，世界工程机械行业呈现快速发展的势头，各个领域的先进科学技术被广泛应用到工程机械生产制造中，特别是焊接机器人的应用，是目前各主机厂主要引进的生产设备。而目前用得最多的机器人是六轴焊接机器人。,一、概述,5,一、概述,在欧洲和日本的工程机械行业中，结构件机器人焊接技术发展得
2、较早，技术应用得较成熟，应用范围也较广，而在中国应是在05年后才开始用得较普遍，但在使用的厂家中主要是以外资企业为主，国内独资企业主要还是用在汽车行业。而近两年，国内一些工程机械厂家看到了焊接机器人的技术成熟，加上用工成本在不断的上升，焊接机器人的购买成本在不断下降，用机器人焊接工程机械结构件的厂家越来越多。其中09年玉柴重工一年内就购买了7套焊接机器人系统，在行业中影响较大。,6,二、焊接机器人的优点,1. 机器人焊接可以提高生产效率 六轴焊接机器人响应时间短，动作迅速，焊接速度在4070cm/分钟，这个速度是远高于手工焊接（2040cm/分钟），机器人在运转过程中不停顿不休息，但是工人上班
3、时是不可能做到不停顿不休息，同时工人的工作效率也受到心情等因素影响，工人会请假、发呆、聊天，加班要给加班工资，而机器人就没有上述问题，只要保证外部水电气等条件，就可以持续工作，这就无形中提高了企业的生产效率。,7,二、焊接机器人的优点,8,二、焊接机器人的优点,2.机器人焊接可以提高产品质量 六轴焊接机器人焊接过程中，只要给出焊接参数，和运动轨迹，机器人就会精确重复此动作。焊接参数（如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等）对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速
4、度、焊丝干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。 从而保证了我们产品的质量。,9,二、焊接机器人的优点,10,二、焊接机器人的优点,3.机器人焊接可以降低企业成本 六轴机器人降低企业成本主要体现在规模化生产中，一台机器人可以替代2到4名产业工人，根据企业具体情况，有所不同。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，成本降低的更加明显。,11,二、焊接机器人的优点,12,二、焊接机器人的优点,4.机器人焊接容易安排生产计划 由于机器人可重复性高，只要给定参数，就会永远按照指令去动作，因此机器人焊接产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍
5、是固定的，因此安排生产计划非常明确。准确的生产计划可应使企业的生产效率、资源的综合利用做到最大化。,13,二、焊接机器人的优点,5.机器人焊接可缩短产品改型换代的周期，及相应的设备投资 机器人焊接可缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 在产品更新换代时只需要更新产品设计相应工装夹具，机器人本体不需要做任何改动，只要更改调用相应的程序命令，就可以做到产品更新，和设备更新。,14,二、焊接机器人的优点,6.机器人焊接可以把工人从各种恶劣环境解救出来 焊接现场温度高，空气质量差，还存在辐射问题，这
6、些都严重影响了工人的身心健康。用机器人焊接就不存在上述问题了，只需要上下料操作就可以，从而使工人摆脱恶劣的焊接环境。,15,二、焊接机器人的优点,16,二、焊接机器人的优点,7.机器人焊接可以提高企业形象 机器人几乎是高科技的代名词，代表着工业自动化的最高水平，先进的生产设备，体现了企业先进的加工能力和科研能力，使我们的企业形象上升了一个台阶，使客户更加信赖我们，从而提高我们企业的竞争力。 似我们重工的产品，上了焊接机器人焊接后公司拟提高相关挖掘的销售价格。,17,三、焊接机器人常用的功能,1.接触传感功能 主要是起始点传感、三方向传感、圆弧传感、焊接长传感、多点传感及间隙传感等。接触传感功能
7、相当于人的眼睛，是用来检测发现工件的实际偏差量，以保证焊接时能准确找到焊缝的位置，如此功能用得不好机器人则会变成傻瓜式机器人，靠默认轨迹进行焊接，当工件装配存在偏差时无法识别。,18,三、焊接机器人常用的功能,接触传感功能示意图1:,19,三、焊接机器人常用的功能,接触传感功能示意图1:,20,三、焊接机器人常用的功能,2.电弧跟踪功能 由于工件存在加工、装配误差及焊接热变形现象，容易产生焊枪偏离焊缝中心线，从而产生焊缝焊偏后果，所单靠轨迹运行无法保证焊接质量。 电弧跟踪是电弧传感器从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，焊枪调整灵活，适用于熔化极的焊接场所。它的基本原理是利用焊枪与
8、工件距离的变化引起弧长变化，从而探测到焊枪的高度及左、右偏差量，经过机器人控制中心对机器人焊接姿态进行微调，以保证焊接过程中不焊偏。,21,三、焊接机器人常用的功能,电弧跟踪功能示意图:,22,电弧跟踪效果:,23,三、焊接机器人常用的功能,3.多层多道焊功能 多层多道焊接时，只需要示教第一道焊缝，然后在机器人示教器中输入相关参数，系统就会根据数据库生成多层多道焊接数据。,24,三、焊接机器人常用的功能,机器人多层多道焊效果:,25,三、焊接机器人常用的功能,机器人多层多道焊效果:,26,三、焊接机器人常用的功能,4.坡口宽度跟踪功能 由于工件料件的机加工误差及装配的误差，相同图号的结构件装配
9、出来的间隙宽度都会不一样，存在一定的偏差现象。利用坡口宽度跟踪功能，在焊接过程中就能就能检测出坡口尺寸偏差量并在焊接过程中自动调整相关的焊接参数，以消除或降低坡口不均匀造成焊接质量的影响，保证焊缝最终成型基本一致。而此种功能目前主要用在对接焊缝的坡口内，对角焊缝还不能使用。此功能属于电弧跟踪的一种。,27,三、焊接机器人常用的功能,宽度跟踪焊接效果:,28,四、机器人焊接技术应用条件,1.焊接机器人焊接技术的应用必须工件形位精度、间隙大小和坡口质量的精确控制及焊接寻位位置清洁度为前提。 2.工程机械的结构大部分采用中、厚板焊接，为满足焊接机器人的焊接使用条件，下料根据板材厚度和技术要求采用激光
10、切割或精细等离子切割，以保证板材切割的外形尺寸。 3.为了保证坡口质量，一般应用铣边机或自动切割机开坡口以保证坡口的精度及表面质量。,29,四、机器人焊接技术应用条件,4.应用大型压力机加工成形件或用较好的校板机校平板面，以保证各零件的成形精度，以利于整个工件的外形尺寸控制。 5.工件装焊工序要设计制造专用的装焊模，同时要细化装焊流程、细化装焊工艺技术文件，制订操作人员的工作流程及操作规范，达到标准化作业以提高结构件的装焊质量，同时对工件要有简单的检测手段，以确保工件的装配质量保持在一定的偏差范围内，为机器人焊接打下基础。,30,五、焊接机器人的应用效果,1.焊接自动化的应用技术是一项多学科交
11、叉融合的系统工程，应用的条件要求比较高，必须要按技术要求从下料工件拼焊都要全面控制各道工序的产品质量，比如工件下料及工件组装精度，否则将对机器人焊接推广大带来较多问题。,31,五、焊接机器人的应用效果,2.机器人焊接系统包括机器人系统技术、焊接工艺及工装设计。目前机器人本体制造技术已发展到非常成熟的地步，机械故障率极低，各轴重复精度均能控制在0.1mm的范围内。一套机器人焊接系统是否可靠应用于生产中，主要取决于系统的功能是否全面性及实用性。同时软件功能是目前焊接机器人系统最薄弱的环节，特别是电弧跟踪软件目前已成了各机器人厂家焊接机器人技术的主要区别点，焊接电弧跟踪系统做好焊接过程就会减少很多故
12、障，市场认可率就高。,32,五、焊接机器人的应用效果,3.机器人系统上的工装夹具必须满足工件的准确定位和快速夹紧功能，同时要具有一定的刚性能控制工件的焊接变形。对于产品类型比较多和变化较大的情况，更要注重工装夹具的制造及应用效果。,33,五、焊接机器人的应用效果,4.先进设备的应用同时要具有与之相适应的高素质的人员负责操作和维护，并建立科学的管理制度及管理团队，才能全面改善焊接产品质量、提高焊接生产能力及减少设备故障率。所以重点培养操作人员、维修人员、焊接技术人员处理问题的能力是大规模全面应用焊接机器人的基本条件之一。,34,五、焊接机器人的应用效果,5.目前国内设备供应商包括专业弧焊机器人系
13、统设备供应商和机器人系统集成商，不同焊接机器人系统在功能及产品适应性上有一定的区别，尤其在寻位功能、电弧跟踪功能、多层多道焊等功能方面区别较明显且应用方面也略有不同，用户得根据工件自身特点来选用机器人系统，以降低设备购买成本。,35,六、未来焊接机器人新功能需求,工程机械行业结构件体积大，质量重、板材厚，零件及装配质量差，生产方式属于粗放模式向精细化模式转变的阶段，这些行业特点，决定了焊接机器人在发展应用过程中会存在一些问题，而这些问题均要解决了才能将机器人焊接系统更好应用于工程机械行业中。问题点如下：,36,六、未来焊接机器人新功能需求,1.目前焊接机器人是根据某个工件的实际情况编写出工件各
14、焊缝的寻位点及焊接轨迹、焊接姿态及焊接参数，缺乏对工件的实际情况具有智能化应变能力。所需在智能化的系统能够在寻位或焊接过程中识别出工件的坡口变化、装配间隙、焊接变形等因素，从而进行自身相关参数的调节，以满足焊缝质量的要求（如一条长角焊缝，因为尺寸长，坡口偏差较大，这中情况则需要机器人系统具有坡口宽度适应的功能）。,37,六、未来焊接机器人新功能需求,2.焊接过程易受各种外围条件的影响，如焊接保护气流量不足或喷嘴堵塞时焊缝容易出现气孔，或其它原因在焊接过程中焊枪碰工件而报警停焊等。所以在机器人焊接过程中要有焊缝质量监控的功能，能够准确的判定焊接过程中产生焊接质量故障的原因及进行自动调节，以确保焊
15、缝质量满足工艺要求（如当焊接过程中发现焊缝有气孔时能自动停下检测各环节并清除故障；而当焊枪与工件相碰时能自动提枪摆好姿态后重要进行焊接，无需人工干预。）。,38,六、未来焊接机器人新功能需求,39,六、未来焊接机器人新功能需求,40,六、未来焊接机器人新功能需求,3.焊接机器人系统要配有视频功能。在工程机械结构件中，结构件一般较庞大及较重，有些工件高达10多米，如要调试焊接轨迹时则需搭梯子进行登高作业，对操作人员来说极不安全同时对焊缝质量观察也不方便。如果能在枪的终端增加高清视频功能，则人员可在地面进行调试控制、观察，以达到安全方便快捷人性化效果。,41,六、未来焊接机器人新功能需求,工件较高状态焊接:,42,六、未来焊接机器人新功能需求,4.离线编程功能全面应用。目前有一些品牌的焊接机器人带有离线编程的功能，但不完善，成本高，在离线编程完成转为工件焊接程序时还要在岗位中重新对工件的各焊点进行手工对点，效率慢，用得也不多。所将来的目标就是在离线编程后，输入了工件的实际坐标或修改某个基准参数后能达到可直接焊接的效果，省去现场编程的时间，提高效率，同时也可模拟机器人在焊接过程中存在的问题，以及时解决。,43,六、未来焊接机器人新功能需求,离线编程模拟,44,六、未来焊接机器人新功能需求,谢谢!,
