焊接机器人的应用分析及编程技巧

【编者按】随着制造业劳动成本的上涨，机器人产品价格的不断下降，人们更加追求更舒适的工作条件，机器人的应用每年递增。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

自从20世纪60年代初，人类创造了第一台工业机器人以后，工业机器人就显示出它极大的生命力，在短短40多年的时间中，工业机器人技术得到了迅速的发展，工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。目前，工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。本文以下重点介绍焊接机器人。

焊接机器人

焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人，它主要包括机器人和焊接设备两部分。其中，机器人由机器人本体和控制柜(硬件及软件)组成;而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。对于智能机器人，还应配有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。

1、点焊机器人的特点

由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流，而对于容量较大的变压器，工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600～700Hz交流，使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600～700Hz交流电焊接，也可以再进行二次整流，用直流电焊接，焊接参数由定时器调节。目前，新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。点焊机器人的焊钳，用电伺服点焊钳，焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置，而且电极间的压紧力也可以无级调节。

电伺服点焊钳具有如下优点：

(1)每个焊点的焊接周期可大幅度降低，因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的，机器人在点与点之间的移动过程，焊钳就可以开始闭合;而焊完一点后，焊钳一边张开，机器人就可以一边位移，不必等机器人到位后，焊钳才闭合或焊钳完全张开后机器人再移动。

(2)焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整，只要不发生碰撞或干涉，可尽可能减少张开度，以节省焊钳开度，节省焊钳开合所占的时间。

(3)焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以调节，而且在闭合时两电极是轻轻闭合，可减少撞击变形和噪声。

2、弧焊机器人的特点

弧焊机器人多采用气体保护焊方法(MAG、MIG、TIG)，通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。

近年来，国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备，在这些焊接设备内已经插入相应的接口板，所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是，在弧焊机器人工作周期中，电弧时间所占的比例较大，因此在选择焊接电源时，一般应按持续率100%来确定电源的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上，也可以放在机器人之外，前者焊枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性，而后者软管校长，当机器人把焊枪送到某些位置，使软管处于多弯曲状态，会严重影响送丝的质量，所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。

3、焊接机器人应用中存在的问题和解决措施

(1)出现焊偏问题：可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。

(2)出现咬边问题：可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整。

(3)出现气孔问题：可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。

(4)飞溅过多问题：可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。

(5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑问题：可编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。

4、在焊接过程中，机器人系统常见的故障

(1)发生撞枪：可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。

(2)出现电弧故障，不能引弧：可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。

(3)保护气监控报警：冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。

5、焊接机器人的编程技巧

(1)选择合理的焊接顺序，以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。

(2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。

(3)优化焊接参数，为了获得最佳的焊接参数，制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。

(4)采用合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时，要不断调整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后，焊枪相对接头的位置必须通过编程者的双眼观察，难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。

(5)及时插入清枪程序，编写一定长度的焊接程序后，应及时插入清枪程序，可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴，保证焊枪的清洁，提高喷嘴的寿命，确保可靠引弧、减少焊接飞溅。

(6)编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。

结束语

随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到了人们越来越多的重视。

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