標籤:工業機器人

焊接機器人是從事焊接(包括切割與噴塗)的工業機器人。根據國際標準化組織(ISO)工業機器人術語標準焊接機器人的定義,工業機器人是一種多用途的、可重複編程的自動控制操作機(Manipulator),具有三個或更多可編程的軸,用於工業自動化領域。為了適應不同的用途,機器人最後一個軸的機械介面,通常是一個連接法蘭,可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的,使之能進行焊接,切割或熱噴塗。

1簡介

2)提高勞動生產率;
3)改善工人勞動強度,可在有害環境下工作;
4)降低了對工人操作技術的要求;
5)縮短了產品改型換代的準備周期,減少相應的設備投資。
因此,在各行各業已得到了廣泛的應用。
結構形式及性能
世界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人,絕大部分有6個軸。其中,1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置,而4、5、6軸解決工具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式:一種為平行四邊形結構,一種為側置式(擺式)結構,如圖2a、b所示。側置式(擺式)結構的主要優點是上、下臂的活動範圍大,使機器人的工
焊接機器人示意圖

  焊接機器人示意圖

作空間幾乎能達一個球體。因此,這種機器人可倒掛在機架上工作,以節省佔地面積,方便地面物件的流動。但是這種側置式機器人,2、3軸為懸臂結構,降低機器人的剛度,一般適用於負載較小的機器人,用於電弧焊、切割或噴塗。平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉杆驅動的。拉杆與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小(局限於機器人的前部),難以倒掛工作。但80年代後期以來開發的新型平行四邊形機器人(平行機器人),已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部,又沒有測置式機器人的剛度問題,從而得到普遍的重視。這種結構不僅適合於輕型也適合於重型機器人。近年來點焊用機器人(負載100~150kg)大多選用平行四邊形結構形式的機器人。
上述兩種機器人各個軸都是作迴轉運動,故採用伺服電機通過擺線針輪(RV)減速器(1~3軸)及諧波減速器(1~6軸)驅動。在80年代中期以前,對於電驅動的機器人都是用直流伺服電機,而80年代後期以來,各國先後改用交流伺服電機。由於交流電機沒有碳刷,動特性好,使新型機器人不僅事故率低,而且免維修時間大為增長,加(減)速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點(TCP)的最高運動速度可達3m/s以上,定位準確,振動小。同時,機器人的控制櫃也改用32位的微機和新的演算法,使之具有自行優化路徑的功能,運行軌跡更加貼近示教的軌跡。

2特點

點焊機器人的焊接裝備
點焊機器人的焊接裝備,由於採用了一體化焊鉗,焊接變壓器裝在焊鉗後面,所以變壓器必須盡量小型化。對於容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流,而對於容量較大的變壓器,已經開始採用逆變技術把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,參見圖1b。新型定時器已經微機化,因此機器人控制櫃可以直接控制定時器,無需另配介面。點焊機器人的焊鉗,通常用氣動的焊鉗,氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般只有兩級衝程。而且電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗,如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動,碼盤反饋,使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定並預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的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精確控制的,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會或焊鉗完全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儘可能減少張開度,以節省焊鉗開度,以節省焊鉗開合所佔的時間。
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,減少撞擊變形和雜訊。
點焊機器人FANUC R-2000iB

  點焊機器人FANUC R-2000iB

3維護保養

一.日檢查及維護
1.送絲機構。包括送絲力距是否正常,送絲導管是否損壞,有無異常報警。2.氣體流量是否正常。3.焊槍安全保護系統是否正常。(禁止關閉焊槍安全保護工作)4.水循環系統工作是否正常。5.測試TCP(建議編製一個測試程序,每班交接后運行)
二.周檢查及維護
1.擦洗機器人各軸。2.檢查TCP的精度。3.檢查清渣油油位。4.檢查機器人各軸零位是否準確。5.清理焊機水箱後面的過濾網。6.清理壓縮空氣進氣口處的過濾網。7.清理焊槍噴嘴處雜質,以免堵塞水循環。8.清理送絲機構,包括送絲輪,壓絲輪,導絲管。9.檢查軟管束及導絲軟管有無破損及斷裂。(建議取下整個軟管束用壓縮空氣清理)10.檢查焊槍安全保護系統是否正常,以及外部急停按鈕是否正常。
三.月檢查及維護
1.潤滑機器人各軸。其中1—6軸加白色的潤滑油。油號86E006。2.RP變位機和RTS軌道上的紅色油嘴加黃油。油號:86K007 3.RP變位機上的藍色加油嘴加灰色的導電脂。油號:86K004 4.送絲輪滾針軸承加潤滑油。(少量黃油即可)5.清理清槍裝置,加註氣動馬達潤滑油。(普通機油即可)6.用壓縮空氣清理控制櫃及焊機。7.檢查焊機水箱冷卻水水位,及時補充冷卻液(純凈水加少許工業酒精即可)8.完成1—8項的工作外,執行周檢的所有項目。
四.焊接機器人的維護保養工作由操作者負責,其中人員分配如下:
每次保養必須添寫保養記錄,設備出現故障應及時彙報給維修,並詳細描述故障出現前設備的情況和所進行的操作,積極配合維修人員檢修,以便順利恢復生產!公司對設備保養情況將進行不定期抽查。建議操作者在每班交接時仔細檢查設備完好狀況,記錄`好各班設備運行情況。

4弧焊特點

焊接設備
弧焊機器人多採用氣體保護焊方法(MAG、MIG、TIG),通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈衝或非脈衝式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由於機器人控制櫃採用數字控制,而焊接電源多為模擬控制,所以需要在焊接電源與控制櫃之間加一個介面。近年來,國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備,這些焊接設備內已經播人相應的介面板、所以在圖1a中的弧焊機器人系統中並沒有附加介面箱。應該指出,在弧焊機器人工作周期中電弧時間所佔的比例較大,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,有利於保持送絲的穩定性,而後者軟管校長,當機器人把焊槍送到某些位置,使軟管處於多彎曲狀態,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。

5焊接應用

生產線
焊接機器人生產線比較簡單的是把多台工作站(單元)用工件輸送線連接起來組成一條生產線。這種生產線仍然保持單站的特點,即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來焊接預定的工件,在更改夾具及程序之前的一段時間內,這條線是不能焊其他工件的。
另一種是焊接柔性生產線(FMS-W)。柔性線也是由多個站組成,不同的是被焊工件都裝卡在統一形式的托盤上,而托盤可以與線上任何一個站的變位機相配合併被自動卡緊。焊接機器人系統首先對托盤的編號或工件進行識別,自動調出焊接這種工件的程序進行焊接。這樣每一個站無需作任何調整就可以焊接不同的工件。焊接柔性線一般有一個軌道子母車,子母車可以自動將點固好的工件從存放工位取出,再送到有空位的焊接機器人工作站的變位機上。也可以從工作站上把焊好的工件取下,送到成品件流出位置。整個柔性焊接生產線由一台調度計算機控制。因此,只要白天裝配好足夠多的工件,並放到存放工位上,夜間就可以實現無人或少人生產了。
工廠選用哪種自動化焊接生產形式,必須根據工廠的實際情況及素要而定。焊接專機適合批量大,改型慢的產品,而且工件的焊縫數量較少、較長,形狀規矩(直線、圓形)的情況;焊接機器人系統一般適合中、小批量生產,被焊工件的焊縫可以短而多,形狀較複雜。柔性焊接線特別適合產品品種多,每批數量又很少的情況,目前國外企業正在大力推廣無(少)庫存,按訂單生產(JIT)的管理方式,在這種情況下採用柔性焊接線是比較合適的。

在汽車生產中應用

焊接機器人目前已廣泛應用在汽車製造業,汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接,尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。用這種技術可以提高焊接質量,因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人,用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起,共同對車體上部進行加工,從而縮短了整個焊接生產線長度。國內生產的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等後橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件,主要構件採用衝壓焊接,板厚平均為1.5~4mm,焊接主要以搭接、角接接頭形式為主,焊接質量要求相當高,其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接后,大大提高了焊接件的外觀和內在質量,並保證了質量的穩定性和降低勞動強度,改善了勞動環境。
汽車總裝車間 FANUC機器人

  汽車總裝車間 FANUC機器人

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