精简版-弧焊机器人集成工作站

1.简介

1）电弧焊

电弧焊指的是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。其主要方法有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等，它是应用最广泛的熔焊方法。

2）弧焊机器人

弧焊机器人是进行自动电弧焊的工业机器人，其末端工具是焊枪。弧焊的工艺要求比点焊复杂，因此焊接过程中的焊枪尖端路径、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。一般采用六轴机器人作为弧焊机器人本体。

弧焊机器人必须和焊接电源等周边设备协调使用，才能获得理想的焊接质量和高的生产效率。图7-8所示为由弧焊机器人本体、操作盘、机器人控制装置等组成的弧焊机器人集成工作站。

图7-8　弧焊机器人集成工作站

1—多自由度焊接工作台；2—焊枪；3—弧焊机器人本体；4—焊接控制器及焊接电源；5—走丝机构；6—保护气体瓶；7—机器人控制装置；8—操作盘

图7-9所示为弧焊机器人集成工作站与其组成部分之间的关系。

图7-9　弧焊机器人集成工作站与其组成部分之间的关系

2.弧焊机器人集成工作站的系统组成

典型的弧焊机器人集成工作站主要包括：工业机器人本体、焊枪、焊接电源、焊枪防碰撞传感器、变位机、送丝机、清枪器、控制系统、安全防护设施和排烟除尘装置等。图7-10所示为典型弧焊机器人集成工作站系统组成。

下面介绍弧焊机器人集成工作站中常用组成部分。

图7-10　典型弧焊机器人集成工作站系统组成

1）焊枪

电弧焊的主要工具是焊枪。焊枪可根据冷却方式分为气冷式、水冷式两类。

（1）气冷式焊枪通常重量轻，且较水冷式焊枪便宜，但是使用受限，一般使用于约125 A以下的焊接电流。所以一般情况下用在薄板焊接且使用率低的场合，而它的操作温度比水冷式焊枪高。

（2）水冷式焊枪的冷却水系统由水箱、水泵和冷却水管及水压开关组成。水压开关的作用是保证当冷却水未流经焊枪时，焊接系统不能启动，以保护焊枪，避免焊枪由于未经冷却而烧坏。

2）焊接电源

焊接电源是一种用来对焊接电弧提供电能的专用设备。其负载是电弧，它必须具有弧焊工艺所要求的电气性能，如合适的空载电压、一定形状的外特征、良好的动态特性和灵活的调节特性等。(www.xing528.com)

3）送丝机

弧焊送丝机是为焊枪自动输送焊丝的装置，一般安装在机器人第3轴上，由送丝电动机、加压控制柄、送丝滚轮、送丝导向管、加压滚轮等组成，如图7-11所示。

图7-11　送丝机

4）焊丝盘架

焊丝盘架可装在机器人第1轴上也可放置在地面上。焊丝盘架用于固定焊丝盘。

5）变位机

对于某些焊接场合，由于工件空间几何形状过于复杂，焊接机器人末端工具无法到达指定的焊接位置或姿态。此时可以采用变位机来让焊接工件移动或转动，使工件上的待焊部位进入机器人的作业空间。

6）滑移平台

为保证大型结构件焊接作业，把机器人本体装在可移动的滑移平台或龙门架上，以扩大机器人本体的作业空间。

7）清枪装置

机器人在施焊过程中焊钳电极头的氧化磨损，焊枪喷嘴内外残留的焊渣，以及焊丝干伸长的变化等势必影响产品的焊接质量及其稳定性。常见清枪装置是焊枪自动清枪站，如图7-12所示。

8）自动换枪装置

在弧焊机器人作业过程中，焊枪需要定期更换或清理焊枪配件（如导电嘴、喷嘴等），这样不仅浪费工时，且增加维护费用。采用自动换枪装置可有效解决此类问题，使得机器人空闲时间大为缩短。

9）激光焊缝识别及跟踪装置

为了提高焊缝（特别是长焊缝）的精度，有时需要自动检测焊缝位置。图7-13所示为一种先进的三维激光焊缝识别及跟踪装置，其工作原理是将轻巧紧凑的跟踪装置安装在弧焊机器人焊枪之前，点弧前该装置的激光发射器对焊缝起始处进行扫描，引弧后，该装置边前移焊接，边横向跨焊缝扫描。由激光传感器获取焊缝的有关数据（如焊缝形式及走向、焊缝诸横截面各处深度等），将数据输入机器人控制装置中进行处理，并与存入数据库中的焊缝模型数据进行比较，把实时测得的数据与模型数据之差值作为误差信号，去驱动机器人运动，修正焊枪的轨迹，以提高焊接精度。

图7-12　焊枪自动清枪站

图7-13　三维激光焊缝识别及跟踪装置示意图

10）弧焊机器人集成工作站控制系统

弧焊机器人控制系统在控制原理、功能及组成上和其他类型机器人的基本相同。对于弧焊机器人周边设备的控制，如工件上料速度及定位夹紧、送丝速度、电弧电压及电流、保护气体供断等的调控，设有单独的控制装置，可以单独编程，同时这些装置又和机器人控制装置进行信息交换。