3-4 焊接机器人《机械制造工艺基础》（劳动版·第八版）河南省（对口招生）装备制造类 知识点讲解

河南省（对口招生）装备制造类《机械制造工艺基础》 知识点讲解 3-4 焊接机器人 【课程要求】 1.能说出焊接机器人的三个发展阶段及其特征。 2.能列举焊接机器人的三个特点。 3.能区分点焊机器人和弧焊机器人的特点。 4.能说出焊接机器人系统的六个组成部分。 5.通过图示分析，理解焊接机器人的系统组成。 6.通过对比分析，区分点焊机器人与弧焊机器人的应用场景。 【知识网络】 【知识要点】 知识点1 焊接机器人的发展 1. 定义 ￮在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人，主要应用于点焊和电弧焊中。一台机器人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。 2. 三个阶段 ￮第一代：示教再现型机器人，已在生产中得到广泛应用。 ￮第二代：具有视觉或触觉感知能力的机器人。视觉系统可以识别焊缝的空间位置和跟踪焊缝；触觉系统可通过触摸焊缝识别焊缝空间位置并跟踪焊缝。能察觉被焊工件由于热变形而产生的焊缝位置变化，并及时调整焊接位置保证焊缝质量。 ￮第三代：具有学习、推理和自动规划能力的智能型机器人。早期的焊接机器人缺乏“柔性”，焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置，工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展。 知识点2 焊接机器人在焊接生产中的应用 1. 最早应用 ￮汽车装配生产线上的电阻点焊。原因：电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊丝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。 2. 点焊机器人的优势 ￮点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产效率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。 3. 复杂场合的应用 ￮有些焊接场合，由于工件过大或空间几何形状过于复杂，使焊接机器人的焊枪无法到达指定的焊缝位置或焊枪姿态，这时必须通过增加1~3个外部辅助的方法增加机器人的自由度。通常有两种做法：一是把机器人装于可以移动的轨道小车或龙门架上，扩大机器人本身的作业空间；二是让工件移动或转动，使工件上的焊接部位进入机器人作业空间。也有的同时采用上述两种方法，让工件的焊接部位和机器人都处于最佳焊接位置。 4. 电弧焊机器人的应用 ￮由于焊接机器人控制速度和精度的提高，尤其是电弧传感器的开发并在机器人焊接中得到应用，机器人电弧焊的焊缝轨迹跟踪和控制问题在一定程度上得到了很好的解决。机器人电弧焊最大的特点是柔性，即可通过编程随时改变焊接轨迹和焊接顺序，因此最适用于被焊工件品种变化大、焊缝短而多、形状复杂的产品。 5. 其他应用领域 ￮机器人电弧焊不仅用于汽车制造业，还可用于涉及电弧焊的其他制造业，如造船、机车车辆、锅炉、重型机械等。 知识点3 焊接机器人的特点 1. 能适应产品多样化 ￮在一条生产线上可以生产若干种类型产品。同时对生产量的变动和型号的更改，能迅速地改进生产线的重组更替，这是专用的自动化生产线不能比拟的。 2. 可提高产品质量 ￮为了使焊接作业机器人化，需要改变装配方法和加工工序，所以要提高诸如供给设备的零件、夹具、搬运工具等的精度，这些因素关系到产品精度和焊接质量的提高，可得到稳定的高质量产品。 3. 可提高生产效率 ￮机器人的作业效率不随作业者变动，可以稳定生产计划，从而提高生产效率。 知识点4 焊接机器人的分类 1. 点焊机器人： ￮应用：在汽车工业生产中应用广泛，在装配每台汽车车体时，大约60%的焊点是由点焊机器人完成的。 ￮特点：点焊机器人具有负荷大、动作快、工作点姿态要求严等特点。 ￮早期作业类型：最初，点焊机器人只用于增强焊作业（在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作业。 ￮七点要求：安装面积小，工作空间大；可快速完成小节距的多点定位（如每0.3~0.4s移动30~50mm节距）；定位精度高（±0.25mm），以确保焊接质量；持重大（50~100kg），以便携带内装变压器的焊钳；内存容量大，示教简单，节省工时；点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全、可靠；有足够的自由度。 2. 弧焊机器人： ￮应用：随着弧焊工艺在各行业的普及，弧焊机器人已经在通用机械、金属结构制造等许多行业中得到广泛应用。 ￮定义：弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不是一台以设计速度和姿态携带焊枪移动的单机。 ￮性能要求：对其性能有特殊的要求，其中对运动轨迹要求较严。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，其速度的稳定性和轨迹精度为±（0.2~0.5）mm。由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围较大。 知识点5 焊接机器人的组成 ￮完整的焊接机器人系统分为驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统和控制系统。焊接机器人由机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等部件组成。 1. 机器人操作机 ￮是焊接机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、连杆、关节以及内部传感器（编码盘）等组成。 2. 变位机 ￮作为机器人焊接生产线及焊接柔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。在焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具来装夹和定位被焊工件，对工件的不同要求决定了变位机的负载能力及其运动方式。为了使机械手充分发挥效能，焊接机器人系统通常采用两台变位机，当其中一台进行焊接作业时，另一台则完成工件的装卸，从而提高整个系统效率。 3. 控制器 ￮是整个机器人系统的神经中枢，负责处理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 4. 焊接系统 ￮是焊接机器人完成作业的核心装备，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。焊接控制器可根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通信联系。由于参数选择的需要，用于弧焊机器人的焊接电源及送丝设备必须由机器人控制器直接控制。 5. 传感器 ￮在焊接过程中，尽管机器人操作机、变位机等能达到很高的精度，但由于被焊工件存在几何尺寸和位置误差，以及焊接过程中产生的热量引起工件的变形，传感器仍是焊接过程中（尤其是焊接大且厚的工件时）不可缺少的设备。传感器的任务是实现工件坡口的定位、跟踪以及焊缝熔透信息的获取。 6. 安全设备 ￮是焊接机器人系统安全运行的重要保障，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、机器人系统工作空间干涉自断电保护及人工急停装置等。 【练习题】 一、单项选择题 1. 焊接机器人主要应用于哪两种焊接方式？（ ） A. 气焊和钎焊 B. 点焊和电弧焊 C. 埋弧焊和等离子弧焊 D. 激光焊和电子束焊 2. 第三代焊接机器人被称为？（ ） A. 示教再现型机器人 B. 感知型机器人 C. 智能型机器人 D. 半自动型机器人 3. 点焊机器人的定位精度要求为多少？（ ） A. ±0.1mm B. ±0.25mm C. ±0.5mm D. ±1mm 4. 下列哪项是焊接机器人提高生产效率的主要原因？（ ） A. 机器人作业效率不随作业者变动 B. 机器人可以24小时连续工作 C. 机器人不需要休息 D. 机器人焊接速度快 5. 焊接机器人系统通常采用几台变位机来提高整体效率？（ ） A. 一台 B. 两台 C. 三台 D. 四台 6. 弧焊机器人的焊枪姿态对什么有重要影响？（ ） A. 焊接速度 B. 焊缝质量 C. 焊接电流 D. 焊丝送进速度 7. 下列哪个领域不是机器人电弧焊的主要应用领域？（ ） A. 汽车制造业 B. 造船业 C. 食品加工业 D. 锅炉制造业 8. 点焊机器人快速完成小节距多点定位的时间要求是多少？（ ） A. 每0.1~0.2s移动30~50mm B. 每0.3~0.4s移动30~50mm C. 每0.5~0.6s移动30~50mm D. 每0.7~0.8s移动30~50mm 9. 焊接机器人控制器的主要功能是什么？（ ） A. 执行焊接操作 B. 装夹和定位工件 C. 处理全部信息和控制全部动作 D. 提供焊接电流 10. 下列哪种传感器在焊接过程中用于获取焊缝熔透信息？（ ） A. 温度传感器 B. 压力传感器 C. 焊接传感器 D. 视觉传感器 二、判断题 1. 焊接机器人只能完成焊接任务，不能完成抓物、搬运、安装等任务。（ ） 2. 第二代焊接机器人可以察觉被焊工件由于热变形而产生的焊缝位置变化。（ ） 3. 埋弧自动焊适用于所有位置的焊接，包括仰焊和立焊。（ ） 4. 点焊机器人只适用于汽车制造行业，不能用于其他行业。（ ） 5. 弧焊机器人的速度稳定性和轨迹精度要求为±0.2~0.5mm。（ ） 6. 变位机的作用是将被焊工件旋转到最佳的焊接位置。（ ） 7. 焊接机器人的安全设备只包括人工急停装置。（ ） 8. 焊接机器人的三个特点包括能适应产品多样化、可提高产品质量、可提高生产效率。（ ）三、名词解释 1. 定位焊作业 2. 机器人操作机 3. 联合型等离子弧 4. 焊接控制器 四、简答题 简述焊接机器人在汽车制造中从点焊发展到电弧焊的原因。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2.C 3.B 4.A 5.B 6.B 7.C 8.B 9.C 10.C 二、判断题 1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.√ 7.× 8.√ 三、名词解释 1.点焊机器人的一种作业类型，为保证拼接精度，由机器人在工件拼接过程中完成焊接定位。 2.焊接机器人的执行机构，由驱动器、传动机构、连杆、关节以及内部传感器（编码盘）等组成。 3.转移弧和非转移弧同时存在的等离子弧形式，需要两个电源独立供电，电极接两个电源的负极，喷嘴及焊件分别接两个电源的正极。 4.焊接机器人的核心装备部件，可根据预定的焊接监控程序完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断，并实现与本地计算机及手控盒的通信联系。 四、简答题 原因有两点：一是焊接机器人控制速度和精度的提高，尤其是电弧传感器的开发并在机器人焊接中得到应用，使机器人电弧焊的焊缝轨迹跟踪和控制问题得到很好的解决；二是机器人电弧焊最大的特点是柔性，即可通过编程随时改变焊接轨迹和焊接顺序，正好符合汽车制造中车型更新速度快、产品变化大的特点。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $