变位机焊接工装论文范文

焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧, 便于焊件进行装配和焊接、 保证焊件结 构精度方面要求,焊接变位机用来让焊接工装夹具在焊接过程中自动或手动进行位置变换。 例如一个产品要上下两面都要焊接，那么使用变位机，焊完上面时自动翻转180度后再焊另一面，可以省了再次装夹和定位时间

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），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。 随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动弧焊机器人工作站, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点： 1）稳定和提高焊接质量； 2）提高劳动生产率； 3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作； 4）降低了对工人操作技术的要求； 5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。 因此，在各行各业已得到了广泛的应用。[编辑本段]焊接机器人的组成 焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。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有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。图1a、b表示弧焊机器人和点焊机器人的基本组成。焊接机器人的主要结构形式及性能 世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节机器人，绝大部分有6个轴。其中，1、2、3轴可将末端工具送到不同的空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。焊接机器人本体的机械结构主要有两种形式：一种为平行四边形结构，一种为侧置式（摆式）结构，如图2a、b所示。侧置式（摆式）结构的主要优点是上、下臂的活动范围大，使机器人的工作空间几乎能达一个球体。因此，这种机器人可倒挂在机架上工作，以节省占地面积，方便地面物件的流动。但是这种侧置式机器人，2、3轴为悬臂结构，降低机器人的刚度，一般适用于负载较小的机器人，用于电弧焊、切割或喷涂。平行四边形机器人其上臂是通过一根拉杆驱动的。拉杆与下臂组成一个平行四边形的两条边。故而得名。早期开发的平行四边形机器人工作空间比较小（局限于机器人的前部），难以倒挂工作。但80年代后期以来开发的新型平行四边形机器人（平行机器人），已能把工作空间扩大到机器人的顶部、背部及底部，又没有测置式机器人的刚度问题，从而得到普遍的重视。这种结构不仅适合于轻型也适合于重型机器人。近年来点焊用机器人（负载100～150kg）大多选用平行四边形结构形式的机器人。 上述两种机器人各个轴都是作回转运动，故采用伺取电机通过摆线针轮（RV）减速器（1～3轴）及谐波减速器（1～6轴）驱动。在80年代中期以前，对于电驱动的机器人都是用直流伺服电机，而80年代后期以来，各国先后改用交流伺服电机。由于交流电机没有碳刷，动特性好，使新型机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加（减）速度也快。一些负载16kg以下的新的轻型机器人其工具中心点（TCP）的最高运动速度可达3m/s以上，定位准确，振动小。同时，机器人的控制柜也改用32位的微机和新的算法，使之具有自行优化路径的功能，运行轨迹更加贴近示教的轨迹。点焊机器人的特点 （1）点焊机器人的基本功能 点焊对所用的机器人的要求是不很高的。因为点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求。这也是机器人最早只能用于点焊的原因。点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊机器人需要有多大的负载能力，取决于所用的焊钳形式。对于用与变压器分离的焊钳，30～45kg负载的机器人就足够了。但是，这种焊钳一方面由于二次电缆线长，电能损耗大，也不利于机器人将焊钳伸入工件内部焊接；另一方面电缆线随机器人运动而不停摆动，电缆的损坏较快。因此，目前逐渐增多采用一体式焊钳。这种焊钳连同变压器质量在70kg左右。考虑到机器人要有足够的负载能力，能以较大的加速度将焊钳送到空间位置进行焊接，一般都选用100～150kg负载的重型机器人。为了适应连续点焊时焊钳短距离快速移位的要求。新的重型机器人增加了可在内完成50mm位移的功能。这对电机的性能，微机的运算速度和算法都提出更高的要求。 （2）点焊机器人的焊接装备 点焊机器人的焊接装备，由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以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，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，参见图1b。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，通常用气动的焊钳，气动焊钳两个电极之间的开口度一般只有两级冲程。而且电极压力一旦调定后是不能随意变化的。近年来出现一种新的电伺服点焊钳，如图4所示。焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使这种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。这种新的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会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尽可能减少张开度，以节省焊钳开度，以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，减少撞击变形和噪声。弧焊机器人的特点 （1）弧焊机器人的基本功能 弧焊过程比点焊过程要复杂得多，工具中心点（TCP），也就是焊丝端头的运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。所以，弧焊用机器人除了前面所述的一般功能外，还必须具备一些适合弧焊要求的功能。 虽然从理论上讲，有5个轴的机器人就可以用于电弧焊，但是对复杂形状的焊缝，用5个轴的机器人会有困难。因此，除非焊缝比较简单，否则应尽量选用6轴机器人。 弧焊机器人除前面图2提及的在作“之”字形拐角焊或小直径圆焊缝焊接时，其轨迹应能贴近示教的轨迹之外，还应具备不同摆动样式的软件功能，供编程时选用，以便作摆动焊，而且摆动在每一周期中的停顿点处，机器人也应自动停止向前运动，以满足工艺要求。此外，还应有接触寻位、自动寻找焊缝起点位置、电弧跟踪及自动再引弧功能等。 （2）弧焊机器人用的焊接设备 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，这些焊接设备内已经播人相应的接口板、所以在图1a中的弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出，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。焊接机器人的应用 1. 焊接机器人工作站（单元） 如果工件在整个焊接过程中无需变位，就可以用夹具把工件定位在工作台面上，这种系统既是最简单不过的了。但在实际生产中，更多的工件在焊接时需要变位，使焊缝处在较好的位置（姿态）下焊接。对于这种情况，变位机与机器人可以是分别运动，即变位机变位后机器人再焊接；也可以是同时运动，即变位机一边变位，机器人一边焊接，也就是常说的变位机与机器人协调运动。这时变位机的运动及机器人的运动复合，使焊枪相对于工件的运动既能满足焊缝轨迹又能满足焊接速度及焊枪姿态的要求。实际上这时变位机的轴已成为机器人的组成部分，这种焊接机器人系统可以多达7-20个轴，或更多。最新的机器人控制柜可以是两台机器人的组合作12个轴协调运动。其中一台是焊接机器人、另一台是搬运机器人作变位机用。 对焊接机器人工作站进一步细分，可得以下四种： 箱体焊接机器人工作站是专门针对箱柜行业中，生产量大，焊接质量及尺寸要求高的箱体焊接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停的夹具可实现多品种的箱体自动焊接，焊接的相对位置高。由于采用双工位变位机，焊接的同时，其他工位可拆装工件，极大的提高了焊接效率。由于采用了MIG脉冲过渡或CMT冷金属过渡焊接工艺方式进行焊接，使焊接过程中热输入量大大减少，保证产品焊接后不变形，通过调整焊接规范和机器人焊接姿态，保证产品焊缝质量好，焊缝美观，特别对于密封性要求高的不锈钢气室，焊接后保证气室气体不泄露。通过设置控制系统中的品种选择参数并更换工作夹具，可实现多个品种箱体的自动焊接。 用不同工作范围的弧焊机器人和相应尺寸的变位机，工作站可以满足焊缝长度在2000mm左右的各类箱体的焊接要求。焊接速度3－10mm/s，根据箱体基本材料，焊接工艺采用不同类型的气体保护焊。该工作站还广泛用于电力、电气、机械、汽车等行业。 不锈钢气室机器人柔性激光焊接加工设备是针对不锈钢焊接变形量比较大，密封性要求高的箱体类工件焊接开发的的柔性机器人激光焊接加工设备。 该加工设备是由机器人、激光发生器机组、水冷却机组、激光扫描跟踪系统、柔性变位机、工装夹具、安全护栏、吸尘装置和控制系统等组成，通过设置控制系统中的品种选择参数并更换工装夹具，可实现多个品种的不锈钢气室类工件的自动焊接。 轴类焊接机器人工作站是专门针对低压电器行业中万能式断路器中的转轴焊接开发的专用设备，推出了一套专用的转轴焊接机器人工作站。 轴类焊接机器人工作站由弧焊机器人、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。该工作站用于以转轴为基体（上置若干悬臂）的各类工件的焊接，在同一工作站内通过使用不同的夹具可实现多品种的转轴自动焊接。焊接的现对位置精度很高。由于采用双工位变位机，焊接的同时，其他工位可拆装工件，极大的提高了效率。 技术指标：转轴直径：Ф10－50mm，长度300－900mm，焊接速度3－5mm/s，焊接工艺采用MAG混合气体保护焊，变位机回转，变位精度达。 广泛应用于高质量、高精度的以转轴的各类工件焊接，适用于电力、电气、机械、汽车等行业。如果采用手工电弧焊进行转轴焊接，工人劳动强度极大，产品的一致性差，生产效率低，仅为2－3件/小时。采用自动焊接工作站后，产量可达到15－20件/小时，焊接质量和产品的一致性也大幅度的提高。 轴类焊接机器人工作站 低压电器转轴 机器人焊接螺柱工作站 机器人焊接螺柱工作站针对复杂零件上具有不同规格螺柱采用机器人将螺柱焊接到工件上。该工作站主要由机器人、螺柱焊接电源、自动送钉机、机器人自动螺柱焊枪、变位机、工装夹具、自动换枪装置、自动检测软件、控制系统和安全护栏等组成，通过自动送钉机将螺柱送到机器人自动焊枪里面，通过编程将机器人在工件上示教的路径，将不同规格的螺柱焊接到工件上。可以采用储能焊接或拉弧焊接将螺柱牢牢的焊接到工件上，保证焊接精度和焊接强度。焊接效率大约3-10个/分钟，螺柱规格：直径3-8mm，长度：5-40mm。 2. 焊接机器人生产线 焊接机器人生产线比较简单的是把多台工作站（单元）用工件输送线连接起来组成一条生产线。这种生产线仍然保持单站的特点，即每个站只能用选定的工件夹具及焊接机器人的程序来焊接预定的工件，在更改夹具及程序之前的一段时间内，这条线是不能焊其他工件的。 另一种是焊接柔性生产线（FMS-W）。柔性线也是由多个站组成，不同的是被焊工件都装卡在统一形式的托盘上，而托盘可以与线上任何一个站的变位机相配合并被自动卡紧。焊接机器人系统首先对托盘的编号或工件进行识别，自动调出焊接这种工件的程序进行焊接。这样每一个站无需作任何调整就可以焊接不同的工件。焊接柔性线一般有一个轨道子母车，子母车可以自动将点固好的工件从存放工位取出，再送到有空位的焊接机器人工作站的变位机上。也可以从工作站上把焊好的工件取下，送到成品件流出位置。整个柔性焊接生产线由一台调度计算机控制。因此，只要白天装配好足够多的工件，并放到存放工位上，夜间就可以实现无人或少人生产了。 工厂选用哪种自动化焊接生产形式，必须根据工厂的实际情况及素要而定。焊接专机适合批量大，改型慢的产品，而且工件的焊缝数量较少、较长，形状规矩（直线、圆形）的情况；焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况，目前国外企业正在大力推广无（少）库存，按订单生产（JIT）的管理方式，在这种情况下采用柔性焊接线是比较合适的。焊接机器人在汽车生产中应用 焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。

电气自动化机器人论文

现在电气自动化已经运用到了机器人领域了，以下是我整理好的电气自动化机器人论文，欢迎大家阅读参考！

摘要： 随着经济全球化和现代化的发展趋势，工业设备也出现了越来越多的智能化和自动化。自动化的工业就是要将焊接机器人普及应用。以提高焊接质量和工作效率，改善工人强度和工作环境，并积极降低了传统操作技术，改变生产流程，缩短了产品生产周期，节省成本。

关键词： 电气自动化；机器人；配套焊接；工作站

在应对工业现代化和厂间自动化发展的过程中，只有实现焊接变位机与焊接机器人的结合应用，才能保证焊接机器人的全自动化运行。与此同时在汽车和电子等领域的焊接工作，也能降低传统人工操作所带来的种种弊端。从而进一步提高产品的质量和生产的效率以及厂间的流水线运作水平。

1技术方案

焊接机器人属于工业机器人中的现代化产品。它可以实现多用途运作。其中可重复编程的自动控制装备促使了焊接机器人广泛应用于工业自动化领域。而柔性化即说由由计算机系统或物料储运系统等信息技术，控制数控机床设备的自动化运作。所谓机器人柔性焊接工作站就是由计算机信息控制系统所控制，焊接机器人与焊接变位机相结合，实现自动化的流水线作业。这个小型运作流程可以焊接工件标准在在米以下的各类产品。不仅将设备运作中的自动上料和半自动定位装卡、自动焊接和自动卸货等应用功能集中为一体，而且还采用了统一的流水线技术方案，将工件定位工装和智能搬运器、变位机、构件周转架和码垛架以及送料机构等构成生产设备，其中运用电气及气动系统作为生产程序。从设备与程序的双向革新实现生产效率的提高，工作强度的降低。

系统采用专用屏蔽电缆将西门子S7-300、S7-200、ET200、机器人适配卡、触摸屏等控制设备连接组成PROFIBUS-DP通讯链路的网络设计方案，在后期编制软件时对网络通讯状态进行实时监视和处理，避免出现通讯故障造成停机。

2变位机的设计

变位机是专用的.焊接辅助设备。工作原理是应用于回转工作的焊接变位，实现加工位置和焊接速度的再次精确。它拥有回转和翻转两个系统，通过工作台的升降、回转翻转来完成角度装配以及无级调速等自动化运作，可与焊机和操作机一起配套使用，进而组成自动化焊接中心。工作台的焊接工作，要求精确度和时效率很高，所以这对于手工作业是个难题。变位机的回转应用为焊接设备带来了调速精度极高的变频器无级调速以及可对工作台完成远程操作的遥控盒设备。这些变位机的设计不仅将操作机和焊接机的操作系统联系起来，还实现了整个焊接工作的联动操作，达到理想的焊接速度。

这里说的变位机属于机器人柔性焊接工作站的核心部件。其中包括钢结构、旋转轴、翻转轴、导轨、快速卡环等工件设备所组成，各自的功能迥异。变位机的精度决定着机器人柔性焊接工作站的焊接效果。譬如机器人柔性焊接工作站的焊接精度为以内，所以这就要求变位机必须以直径米的转盘为核心设备，将其旋转180度定位精度和翻转定位精度都应该在以内。

3智能搬运器的设计

智能搬运器即指借用电机设备实现货物的升降与横移等动作的卸货机器。其中包括

升降架，横移架、导向套、横移轮、伸缩叉臂等主要组成部分。它在机器人柔性焊接工作站的主要作用是提高码垛效率，利用导轨把焊接变位机上装卡完毕的工件，搬运到指定的码货架。智能搬运器的使用组成了自动化流水线的运作，还大大降低了劳动强度，整体提高了工作生产效率。

4工件定位工装的设计

工件定位工装即指在应对不同工件的装卡过程中为实现工件的快速定卡，利用气缸的弹簧与拉钩或变位机的快速卡环，同时实现工件的定位与卡紧两个动作。借用定位架安装在通用的工装支座上，利用变位机实现变位机与工件定位工装的快速连接。

5机器人动作的设计

作为柔性焊接工作站的主角，机器人的安装位置尤为重要，由计算机模拟后进行定位，而机器人的动作、姿态、轨迹、速度等根据实际工况和其它联动设备的配合，在现场经过反复示教逐步达到高速协调统一， 最终满足系统工作节拍和操作精度的设计要求。

6控制系统设计

控制系统不仅在运作过程中将人机界面和伺服闭环驱动以及PLC定位模块等主流自动化控制元件语义融合，还在操作过程中确保了精度和维护工作。

6. 1PLC总控与机器人控制器信号

（1）机器人位置信息

在回到原点或者进入非干涉区中位置时，焊接机器人会预警发出信号来通知PLC总控。焊接机器人会在第一时间完成信号互锁和控制点用。譬如在焊接过程中为了规避焊接机器人由于意外转台而造成的撞机事故，PLC会将转台转动和夹具动作进行严格的屏蔽。

（2）夹具控制指令

夹具控制指令即指由于焊接机器人在焊接工作中可能对某些焊点位置焊接不到，所以在设计夹具时要对某个夹紧单元进行补焊操作或控制夹具旋转，促使焊接机器人全面焊接的控制指令。焊接机器人对对焊接中途的夹具控制发出指令，利用总线传达给夹具控制单元，保持补焊操作时及时打开夹紧单元的补焊工作，确保系统操作，规避失误。

（3）系统信号

系统信号即指可通过PLC总控，在系统触摸屏上完成显示。如此有利于操作人员的监督和查询行为。其中包括系统初始化信息和故障信息以及程序执行进度等等。

6．2PLC总控与焊装夹具控制单元信号

焊接夹具上都安有夹具控制单元。这个夹具单元由由ET200总线端子和I／O端子以及总线电源共同组成。工作原理为夹具上包括工件到位信号、气缸夹紧打开信号、夹具操作按钮等输入与输出信号都必须连接到I／0端子上，再通过ET200M总线端子将I／O信号转为总线信号，以总线方式传达给PLC总控系统完成对夹具的控制指令。

6．3PLC总控与触摸屏信号

生产产品的选择与显示

工作站都配有触摸屏。触摸屏显示控制指令。产品需要更换时可在生产前于触摸屏上选择产品种类，在确定与系统识别夹具相一致时，确定系统执行按钮。否则会有预警信息以保证生产的准确率。其中生产产品的种类以及机器人工作状态选择等生产信息都可在触摸屏的主页中根据显示完成操作。

手动控制及其故障处理

触摸屏操作显示可实现对工作站所有输入与输出点的单独控制。这种简单易操的手动系统，实现了一体化的调试、维护和故障处理。通过系统的自动查询功能，可对有逻辑关系的控制点予以动作保障。当系统出现预警与故障，可根据弹出的窗口进行故障信息排查，系统会提出处理意见。当故障消除后还需要人工操作完成复位行为以确保故障处理完毕。

7安全回路设计

工作站安全配置尤为重要，实际设计中应将机器人安全回路、区域光栅安全回路、控制系统安全回路、现场操作及其它设备的安全回路统筹集成，按照硬件和软件双重锁定方式进行布线和编程，可靠实现当安全监视点出现问题立即停止相关运动设备、及时发出声光报警并在触摸屏上显示安全报警原因。

结语

本文从机器人柔性焊接工作站的技术方案入手，对焊接机器人系统的关键部件变位机、智能搬运器、机器人本体以及工件定位工作的具体设计进行了简单地探讨。不仅表明了本设计方案对于解决变位器精度、通讯问题、搬运器取物以及机器人动作等有着深远影响，还对工件的迅速定位和卡紧的技术难题也予以了合理解释。

参考文献：

[1]吴志亚.机器人焊接智能化技术浅析[J]廊坊师范学院学报(自然科学版),2008(10)

[2 ]李晓辉,汪苏.焊接机器人智能化的发展[J].电焊机,2005(06)

[3]霍文峰.基于PLC的焊接机器人柔性控制系统[J].农业网络信息,2012(07)

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