焊接機(jī)器人的應(yīng)用分析及編程技巧

自從20世紀(jì)60年代初，人類(lèi)創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，工業(yè)機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時(shí)間中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴涂機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。本文以下重點(diǎn)介紹焊接機(jī)器人。

 

焊接機(jī)器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機(jī)器人，它主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。其中，機(jī)器人由機(jī)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(diǎn)焊為例，則由焊接電源(包括其控制系統(tǒng))、送絲機(jī)(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人，還應(yīng)配有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

 

1、點(diǎn)焊機(jī)器人的特點(diǎn)

 

由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以點(diǎn)焊機(jī)器人的變壓器必須盡量小型化。對(duì)于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對(duì)于容量較大的變壓器，工業(yè)上已經(jīng)開(kāi)始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz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(jìn)行二次整流，用直流電焊接，焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)。目前，新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器，無(wú)需另配接口。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗，用電伺服點(diǎn)焊鉗，焊鉗的張開(kāi)和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，碼盤(pán)反饋，使焊鉗的張開(kāi)度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置，而且電極間的壓緊力也可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

 

電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低，因?yàn)楹搞Q的張開(kāi)程度是由機(jī)器人精確控制的，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過(guò)程，焊鉗就可以開(kāi)始閉合;而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開(kāi)，機(jī)器人就可以一邊位移，不必等機(jī)器人到位后，焊鉗才閉合或焊鉗完全張開(kāi)后機(jī)器人再移動(dòng)。

 

(2)焊鉗張開(kāi)度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉，可盡可能減少?gòu)堥_(kāi)度，以節(jié)省焊鉗開(kāi)度，節(jié)省焊鉗開(kāi)合所占的時(shí)間。

 

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

 

2、弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)

 

弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)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(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)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(gè)接口。

 

近年來(lái)，國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠(chǎng)都有自己特定的配套焊接設(shè)備，在這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)插入相應(yīng)的接口板，所以弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒(méi)有附加接口箱。應(yīng)該指出的是，在弧焊機(jī)器人工作周期中，電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應(yīng)按持續(xù)率100%來(lái)確定電源的容量。送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上，也可以放在機(jī)器人之外，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長(zhǎng)，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量，所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問(wèn)題。

 

3、焊接機(jī)器人應(yīng)用中存在的問(wèn)題和解決措施

 

(1)出現(xiàn)焊偏問(wèn)題：可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)，要考慮TCP(焊槍中心點(diǎn)位置)是否準(zhǔn)確，并加以調(diào)整。如果頻繁出現(xiàn)這種情況就要檢查一下機(jī)器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

 

(2)出現(xiàn)咬邊問(wèn)題：可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對(duì)，可適當(dāng)調(diào)整。

 

(3)出現(xiàn)氣孔問(wèn)題：可能為氣體保護(hù)差、工件的底漆太厚或者保護(hù)氣不夠干燥，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就可以處理。

 

(4)飛濺過(guò)多問(wèn)題：可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、氣體組分原因或焊絲外伸長(zhǎng)度太長(zhǎng)，可適當(dāng)調(diào)整機(jī)器功率的大小來(lái)改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來(lái)調(diào)整混合氣體比例，調(diào)整焊槍與工件的相對(duì)位置。

 

(5)焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑問(wèn)題：可編程時(shí)在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿(mǎn)。

 

4、在焊接過(guò)程中，機(jī)器人系統(tǒng)常見(jiàn)的故障

 

(1)發(fā)生撞槍?zhuān)嚎赡苁怯捎诠ぜM裝發(fā)生偏差或焊槍的TCP不準(zhǔn)確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

 

(2)出現(xiàn)電弧故障，不能引?。嚎赡苁怯捎诤附z沒(méi)有接觸到工件或工藝參數(shù)太小，可手動(dòng)送絲，調(diào)整焊槍與焊縫的距離，或者適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。

 

(3)保護(hù)氣監(jiān)控報(bào)警：冷卻水或保護(hù)氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護(hù)氣管路。

 

5、焊接機(jī)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(zhǎng)度來(lái)制定焊接順序。

 

(2)焊槍空間過(guò)渡要求移動(dòng)軌跡較短、平滑、安全。

 

(3)優(yōu)化焊接參數(shù)，為了獲得最佳的焊接參數(shù)，制作工作試件進(jìn)行焊接試驗(yàn)和工藝評(píng)定。

 

(4)采用合理的變位機(jī)位置、焊槍姿態(tài)、焊槍相對(duì)接頭的位置。工件在變位機(jī)上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時(shí)不斷調(diào)整變位機(jī)，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置。同時(shí)，要不斷調(diào)整機(jī)器人各軸位置，合理地確定焊槍相對(duì)接頭的位置、角度與焊絲伸出長(zhǎng)度。工件的位置確定之后，焊槍相對(duì)接頭的位置必須通過(guò)編程者的雙眼觀(guān)察，難度較大。這就要求編程者善于總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。

 

(5)及時(shí)插入清槍程序，編寫(xiě)一定長(zhǎng)度的焊接程序后，應(yīng)及時(shí)插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導(dǎo)電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確?？煽恳?、減少焊接飛濺。

 

(6)編制程序一般不能一步到位，要在機(jī)器人焊接過(guò)程中不斷檢驗(yàn)和修改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會(huì)形成一個(gè)好程序。

 

結(jié)束語(yǔ)

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化、柔性化與智能化已成為必然趨勢(shì)。目前，采用機(jī)器人焊接已成為焊接自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。焊接機(jī)器人由于具有通用性強(qiáng)、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，受到了人們?cè)絹?lái)越多的重視。