工业机器人工作站系统与应用版课件第2章.ppt

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1、,章节目录,第2章 焊接机器人工作站系统,章节目录焊接机器人工作站周边设备2.32.1.1焊接机器人工,学习目标,了解什么是焊接机器人了解什么是焊接机器人工作站熟悉焊接机器人工作站周边设备掌握焊接机器人工作站安装与调试,能力目标,知识目标,第2章 焊接机器人工作站系统,学习目标了解什么是焊接机器人能力目标知识目标第2章 焊接机器,第2章 焊接机器人工作站系统,焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备，采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。采用机器人进行焊接，光有一台机器人是不够的，还必须配备外围设备，即组成工作站系统。如图2.1所示是日

2、本OTC FD-B4L弧焊机器人工作站。 焊接机器人工作站系统广泛用于汽车及其零部件制造、摩托车、五金交电、工程机械、航空航天、化工等行业的焊接工程。,第2章 焊接机器人工作站系统 焊接机器人是一种高度自动化,图2.1 FD-B4L弧焊机器人工作站,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.1 FD-B4L弧焊机器人工作站第2章 焊接机器人工作,第一节 焊接机器人工作站的组成和分类,2.1.1 焊接机器人工作站的组成及性能指标一、焊接机器人工作站的组成部分 焊接机器人工作站系统以焊接机器人为系统核心，控制器、安全防护系统、操作台、回转工作台、变位机、焊接夹具、焊接系统（焊接电源、焊枪、自动送丝机构、

3、水箱）等设备相结合，焊接系统结构合理，操作方便，适合大批量、高效率、高质量、柔性化生产。 焊接机器人工作站系统通常由以下几部分组成，工作站三维布局图具体如图2.2所示。,第2章 焊接机器人工作站系统,第一节 焊接机器人工作站的组成和分类2.1.1 焊接机器人,1.焊接机器人，一般是伺服电机驱动的6轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端（焊枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。 2.系统控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 3.焊接电源系统，包括焊接

4、电源、专用焊枪等。 4.焊接安全保护设施。降低焊接过程中有毒有害气体、粉尘、噪声等对身体的危害程度和提高作业安全系数。 5.焊接工装夹具及变位机构等。装夹和承载工件使其回转和倾斜，可以得到最佳的焊接姿势和位置。,第2章 焊接机器人工作站系统,1.焊接机器人，一般是伺服电机驱动的6轴关节式操作机,图2.2 焊接机器人工作站系统三维布局图,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.2 焊接机器人工作站系统三维布局图第2章 焊接机器人工,二、焊接机器人的系统构成 机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节以及内部传感器（编码盘）等组成。 变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔

5、性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转（平移）到最佳的焊接位置。 机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢，它由计算机软件、硬件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人运动学软件、机器人控制软件、机器人自诊断及自保护软件等。 焊接系统是焊接机器人完成作业的核心装备，其主要由焊钳（点焊机器人）、焊枪（弧焊机器人）、焊接控制器及水、电、气等辅助部分组成。 中央控制计算机在工业机器人向系统化、PC化和网络化的发展过程中发挥着重要的作用。 安全设备是焊接机器人系统安全运行的重要保障,第2章 焊接机器人工作站系统,二、焊接机器人的系统构成第2章 焊接机器人工作站系统,三、焊接机器人的

6、性能指标焊接机器人的主要性能指标如下： 名称与型号； 主要用途； 类别； 坐标型式； 自由度数； 抓重； 动作范围与速度； 定位方式； 控制方式； 重复定位精度； 驱动方式； 驱动源； 程序控制和存储方式； 程序步数； 重量； 外部同步信号； 电源。,第2章 焊接机器人工作站系统,三、焊接机器人的性能指标第2章 焊接机器人工作站系统,2.1.2 焊接机器人工作站系统的分类 焊接机器人工作站系统有多种，下面简单介绍以下几种：1. 箱体焊接机器人工作站 箱体焊接机器人工作站是专门针对箱体类工件，生产量大，结构复杂，焊接质量及尺寸要求高等而开发的机器人工作站专用装备。 箱体焊接机器人工作站由弧焊机器

7、人、焊接电源、焊枪送丝机构、回转双工位变位机、工装夹具和控制系统组成。该工作站适用于各式箱体类工件的焊接，在同一工作站内通过使用不同的工装可实现多品种的箱体焊接，焊接的相对位置精度高，双工位的设计大大提高生产效率。如图2.3所示是德国KUKA焊接机器人完成对不锈钢箱体工件的焊接。,第2章 焊接机器人工作站系统,2.1.2 焊接机器人工作站系统的分类第2章 焊接机器人工,图2.3 箱体焊接机器人工作站,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.3 箱体焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,2. 轴类焊接机器人工作站 轴类焊接机器人工作站是专门针对轴类工件焊接而开发的专用设备。如图2.4所示是某

8、轴类工件焊接机器人工作站系统。 轴类机器人焊接工作站，多采用单轴单工位配置，外部轴采用卧式机床结构，尾座轴向可调，头尾双气动卡盘夹紧方式，设置辅助中心托架。该系统特点是焊接机械手选用综合性能好的机器人为系统核心，控制器、安全防护系统、操作台、回转工作台、变位机、焊接夹具、焊接系统等可采用进口活资产设备相结合，既保证系统先进可靠，又降低成本。 焊接机械手结构合理，操作方便，适合大批量高效率、高质量、柔性化生产。可以焊接低碳钢、不锈钢、铝材、铜材等材的轴类工件。焊接机器人能够灵活调整焊接状态，对于结构复杂的零部件配以各种辅助工装夹具形成焊接流水线，能够实现最佳焊接效果。,第2章 焊接机器人工作站系

9、统,2. 轴类焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,图2.4 轴类焊接机器人工作站,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.4 轴类焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,3. 螺柱焊接机器人工作站 焊接机器人螺柱焊工作站，采用PLC总控制方式。主要包括：对机器人控制，实现手动、自动的操作方式，并保持和机器人的实时通信，在机器人出现故障时能及时反馈信号并停止后续操作；与采用的人机控制界面（触摸屏）进行通信，实现对焊接夹具等工装的控制要求，满足人工操作和工件的装夹。 针对系统单元不同的工作程序，如主程序、夹具子程序及螺柱焊枪导电嘴更换程序等，通过I/O口设计不同的信号，在按下启动按钮后

10、，PLC将相应信号发送给机器人，由其调用执行不同的子程序，实现相应的动作。如图2.5所示是FANUC R-2000iB机器人进行螺柱焊接。,第2章 焊接机器人工作站系统,3. 螺柱焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,图2.5 螺柱焊接机器人工作站,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.5 螺柱焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,4. 激光焊接机器人工作站 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光

11、电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。如图2.6所示是激光焊接机器人工作站系统。,第2章 焊接机器人工作站系统,4. 激光焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系统,图2.6 激光焊接机器人工作站,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.6 激光焊接机器人工作站第2章 焊接机器人工作站系,第二节 焊接机器人,2.2.1 焊接机器人的分类 焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人属于标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自

12、动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂，外形如图2.7所示。,第2章 焊接机器人工作站系统,第二节 焊接机器人2.2.1 焊接机器人的分类第2章 焊接,图2.7 焊接机器人,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.7 焊接机器人第2章 焊接机器人工作站系统,焊接机器人可按用途、结构、受控运动方式、驱动方式等来进行分类。1. 按用途可分为两类： 1）弧焊机器人弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在

13、内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。2）点焊机器人汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，在装配每台汽车车体时，大约60的焊点是由机器人完成。最初，点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊接作业性能。,第2章 焊接机器人工作站系统,焊接机器人可按用途、结构、受控运动方式、驱动方式等来进行分类,2. 按结构坐标特点可分为四类：1)直角坐标系机器人2) 圆柱坐标机器人3) 极坐标型机器人4) 多关节机器人,图2.8 焊接机器人结构坐标,第2章 焊接机器人工作站系统,2. 按结

14、构坐标特点可分为四类：图2.8 焊接机器人结构坐标,3. 根据受控运动方式可分为以下两类：1)点位控制(PTP)型 点位控制(PTP)型机器人受控运动方式为自一个点位目标移向另一个点位目标，只在目标点上完成操作。要求机器人在目标点上有足够的定位精度，相邻目标点间的运动方式之一是各关节驱动机以最快的速度趋近终点，各关节视其转角大小不同而到达终点有先有后：另一种运动方式是各关节同时趋近终点，由于各关节运动时间相同，所以角位移大的运动速度较高。点位控制型机器人主要用于点焊作业。2) 连续轨迹控制(CP)型 连续轨迹控制(CP)型机器人各关节同时作受控运动，使机器人终端按预期的轨迹和速度运动，为此各关

15、节控制系统需要实时获取驱动机的角位移和角速度信号。连续控制主要用于弧焊机器人。,第2章 焊接机器人工作站系统,3. 根据受控运动方式可分为以下两类：1)点位控制(PTP,2.2.2 机器人焊接的特点及注意事项1. 机器人焊接的特点 机器人是由计算机控制的、具有高度柔性的可编程自动化装置，因此利用机器人焊接具有以下特点： 1）机器人能适应产品多样化，有柔性，在一条生产线上可以混流生产若干种类型产品。 2）使用机器人焊接，可提高产品质量。 3）使用机器人焊接可提高生产率。2. 机器人焊接的注意事项 1）必须进行示教作业 2）必须确保工件的精度 3）焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平 4）必

16、须充分注意安全,第2章 焊接机器人工作站系统,2.2.2 机器人焊接的特点及注意事项第2章 焊接机器人工作,第三节 焊接机器人工作站周边设备,焊接机器人周边设备，通常是指机器人移动滑轨、变位机和工作台等。机器人本体和这些周边设备的组合来确保焊接机器人处于最佳的焊接姿态，从而减少飞溅和焊接缺陷，实现高质量焊接和高速焊接、提高操作者的安全性等。1.周边设备的分类 周边设备分类和使用效果如下表2.1所示。,第2章 焊接机器人工作站系统,第三节 焊接机器人工作站周边设备 焊接机器人周边设备，通常,周边设备模型和实物图如下图2.9所示。,图2.9 周边设备模型和实物图,第2章 焊接机器人工作站系统,周边

17、设备模型和实物图如下图2.9所示。 图2.9 周边设备模,2.周边设备的驱动方式周边设备的驱动方式有气缸驱动方式、伺服马达驱动方式及以机器人外部轴驱动方式。各个驱动方式的特点如下表2.2所示。,第2章 焊接机器人工作站系统,2.周边设备的驱动方式空气驱动方式可以用一般工厂随处都有的,3.使用变位机的优点（1）使用变位机使工件旋转可以避免干涉，提高焊接效率。如下图2.10所示，左侧系统工件前端即使可以焊接到，但反面焊接时机器人手臂会有干涉，不易取得好的焊接姿势。右侧系统通过变位机使工件回转的同时可以进行焊接，所以可以实现无接缝的高质量焊接。,图2.10 变位机可避免设备干涉图,第2章 焊接机器人

18、工作站系统,3.使用变位机的优点图2.10 变位机可避免设备干涉图第2章,3.使用变位机的优点（2）使用变位机可将工件调整到不受引力影响的船形焊接的位置、减少焊接缺陷的发生，实现高质量的焊接，另外也提高了焊接速度。如下图2.11所示，左侧水平角焊和船形焊接相比由于受重力影响会发生熔融金属流溢，在对有间隙和位置偏移等对焊接不利的情况的接头焊接时，容易产生咬边或满溢等焊接缺陷。右侧由于熔融金属处于稳定状态，实现焊缝美观的高品质焊接。容易得到更大的焊缝脚长。焊接稳定，可以提高焊接速度，整体上焊接速度可以提高2成。,图2.11 变位机提高焊接速度图,第2章 焊接机器人工作站系统,3.使用变位机的优点图

19、2.11 变位机提高焊接速度图第2章,4.周边设备的控制 追求船形焊接时，要通过周边设备边改变工件的姿态边进行焊接、因此需要让机器人和周边设备进行协调动作。 同时控制是指焊接机器人本体和变位机、滑轨不考虑相互的焊接速度和姿态分别进行移动。协调软件控制是指机器人本体和变位器、滑轨按照各自示教的姿态进行协调动作。另外，不仅是姿态，焊接速度也按照示教好的进行协调动作。 如图2.12所示为常见的协调控制机器人系统。,图2.12 协调控制机器人系统,第2章 焊接机器人工作站系统,4.周边设备的控制图2.12 协调控制机器人系统第2章 焊接,第四节 管状横梁机器人焊接工作站系统的应用实例,2.4.1管状横

20、梁基础资料及焊接工艺质量要求一、工件图纸或图片，见图2.13，2.14(仅作示意,以客户图纸为准)工件简要说明：管状横梁主要由中间弯管、两侧法兰及两端加强筋组焊而成，焊缝形式多为对接焊缝，结构类似。,图2.13 管状横梁工件图片,第2章 焊接机器人工作站系统,第四节 管状横梁机器人焊接工作站系统的应用实例2.4.1管,图2.14 管状横梁工件二维尺寸图,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.14 管状横梁工件二维尺寸图第2章 焊接机器人工作站,二、用户要求三、自动化焊接对工件质量及精度的要求和其他要求四、焊接工艺五、工件装件简要说明，如图2-15，2-16：（工件分两次装夹）,图2.15 管状横

21、梁工件第一次装件图,第2章 焊接机器人工作站系统,二、用户要求图2.15 管状横梁工件第一次装件图第2章 焊,图2.16 管状横梁工件第二次装件图,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.16 管状横梁工件第二次装件图第2章 焊接机器人工作,2.4.2 焊接工作站概述一、工作站概述工作站采用单机器人配三轴气动回转变位机的焊接方式，两个工位操作，A工位装夹，B工位焊接；工作站主要包括弧焊机器人、焊接电源、送丝系统、三轴气动回转变位机、焊接夹具、清枪器、系统集成控制柜等。二、工作站二维布局图（以实际设计为准）：,图2.17 管状横梁焊接工作站二维布局图,第2章 焊接机器人工作站系统,2.4.2 焊接工

22、作站概述图2.17 管状横梁焊接工作站二,三、工作站操作流程 将工件工件在焊接夹具上装夹启动机器人三轴气动旋转变位机旋转180度A工位焊接完成三轴气动旋转变位机旋转180度A工位二次装夹（B工位焊接）B工位焊接完成三轴气动旋转变位机旋转180度机器人A工位焊接（B工位装夹）将工件卸载进行下一循环。四、设备配置清单五、主要配置及功能简介六、机器人主要技术参数七、OTC DM-500 焊接电源外形（见图2.18）及功能简介,第2章 焊接机器人工作站系统,三、工作站操作流程第2章 焊接机器人工作站系统,图2.18 OTC DM-500 焊接电源外形,第2章 焊接机器人工作站系统,图2.18 OTC

23、DM-500 焊接电源外形第2章 焊接,2.4.3 三轴气动回转变位机一、设备示意图，见图2.19（仅为示意，以具体设计为准）:,图2.19 变位机示意图,第2章 焊接机器人工作站系统,2.4.3 三轴气动回转变位机图2.19 变位机示意图第2,二、变位机特点 变位机机架部分为焊接结构件，焊后去应力处理，整体加工，以保证机架的刚性和整体加工精度；其结构主要由底部气缸推动旋转，平行两轴采用伺服联动电机驱动，360度任意角度翻转，翻转平稳、定位精度高。三、主要技术参数，见表2.5（示意/以最终设计为准）,第2章 焊接机器人工作站系统,二、变位机特点回转角度：0，180翻转转速：15r/min,四、主要配置，见表2.6（示意/以最终设计为准）,第2章 焊接机器人工作站系统,四、主要配置，见表2.6（示意/以最终设计为准）序号名称生产,2-1 实现焊接生产机器人化的目的和优点有哪些？2-2 焊接机器人的优点有哪些？2-3 简述焊接机器人的分类。2-4 简述焊接机器人使用变位机的优点。2-5 简述焊接机器人工作站系统的组成部分和焊接机器人工作站系统分类。,第2章 焊接机器人工作站系统,思考与练习,2-1 实现焊接生产机器人化的目的和优点有哪些？第2章 焊接,