焊接机器人可以做哪些焊接工艺？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-07-05 08:56 标签： 焊接机器人可分为哪两类

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FANUC焊接机器人控制系统应用分析?工业机器人培训焊接是工业生产中非常重要的加工方式，但由于焊接烟尘、弧光和金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣。随着人工成本的逐步提升，以及人们对焊接质量的精益求精，焊接机器人得到了越来越广泛的应用。　　机器人运用的特点　　焊接机器人在高质、高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用，其主要特点如下：　　1.性能稳定、焊接质量稳定，保证其均一性　　焊接参数（如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等）对焊接结果起决定性作用。人工焊接时，焊接速度、干伸长度等都是变化的，很难做到质量的均一性；采用机器人焊接，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，焊接质量非常稳定。　　2.改善了工人的劳动条件　　采用机器人焊接后，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等；点焊时，工人不再需要搬运笨重的手工焊钳，从大强度的体力劳动中解脱出来。　　3.提高劳动生产率　　机器人可一天24h连续生产，随着高速、高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高得更加明显。　　4.产品周期明确，容易控制产品产量　　机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。　　5.缩短产品改型换代的周期，降低相应的设备投资　　机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产，可实现小批量产品的焊接自动化。FANUC机器人控制系统　　1.概述　　FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，是奇瑞公司最早引进的焊接机器人，也是最先用到具有附加轴的焊接机器人。M-10iA机器人弧焊应用如图1所示。其控制系统采用32位CPU控制，以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度；采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动，运动精度大大提高，最多可控制21轴，进一步改善了机器人动态特性；支持离线编程技术，技术人员可通过离线编程软件设置参数，优化机器人运动程序；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。其控制原理如图2所示。　　图2?FANUC机器人控制原理　　2.内部结构分析　　控制器是机器人的核心部分，实现对机器人的动作操作、信号通信和状态监控等功能。下面以FANUC?F-200iB为例，对其控制系统内部结构和各部分的功能进行分析：　　（1）电源供给单元?变压器向电源分配单元输入230V交流电，通过该单元的系统电源分配功能对控制箱内部各工作板卡输出210V交流电及±15V、＋24V直流电。　　（2）安全保护回路?由变压器直接向急停单元供电，并接入内部各控制板卡形成保护回路，对整个系统进行电路保护。　　（3）伺服放大器?不仅提供伺服电动机驱动和抱闸电源，并且与绝对值编码器实现实时数据转换，与主控机间采用光纤传输数据，进行实时信号循环反馈。（4）输入/输出模块?标配为ModuleA/B，另外也可通过在扩展槽安装Profibus板、过程控制板与PLC及外围设备进行通信。　　（5）主控单元?整个控制系统的中枢部分，包括主板、CPU、FROM/SRAM组件及伺服卡，负责控制器内部及外围设备的信号处理和交换。　　（6）急停电路板?用来对紧急停止系统、伺服放大器的电磁接触器以及预备充电进行控制。　　（7）示教器?包括机器人编程在内的所有操作都能由该设备完成，控制器状态和数据都显示在示教盒的显示器上。　　故障案例分析　　FANUC机器人控制器断电检修后，对控制器送电，机器人报伺服故障，故障代码为SERVO-062。对此故障进行复位：按MENUS→SYSTEM→F1，[TYPE]→找master/cal→F3，RES_PCA?→F4，YES后，机器人仍然报伺服故障。　　1.故障分析和检查　　故障代码SERVO-062的解释为SERVO2?BZAL?alarm（Group:?%d?Axis:%d），故障可能原因分析如下：　　（1）机器人编码器上数据存储的电池无电或者已经损坏?拆卸编码器脉冲数据存储的电池安装盒，电池盒内装有4节普通1.5V的1号干电池，对每节电池的电压进行测量，均在1.4V以下，电池电压明显偏低，于是更换新电池，再次对故障进行复位，机器人仍然报SERVO-062故障。　　（2）控制器内伺服放大器控制板坏?检查伺服放大器LED“D7”上方的2个DC链路电压检测螺丝，确认DC链路电压。如果检测到的DC链路电压高于50V，就可判断伺服放大器控制板处于异常状态。实际检测发现DC链路电压低于50V，所以初步判断伺服放大器控制板处于正常状态。进一步对伺服放大器控制板上P5V、

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焊接机器人的应用在实践中提高了生产规模和产品品质，并使生产节拍大大提高。

汽车制造行业发展要求设备的自动化、产品的批量化、人机结合的合理化、生产效率的最大化以及劳动强度的消减化，因此工业机器人应运而生。焊接机器人的应用在实践中提高了生产规模和产品品质，并使生产节拍大大提高。为了优化投资，我们就需要掌握机器人自动化生产线工艺设计方法。

一、工艺设计需要的输入条件

工艺设计需要输入条件，包括年生产纲领、年有效 工作日、生产班制、班有效工作时间、设备可动率以及装配的产品结构。
1、年生产纲领，指每年生产的产量，是有效的工作日生产的产量之和，以万辆为单位。需要注意的是每个有效的工作日的产量是一样的。年生产纲领是工艺设计的首要条件。年生产纲领来源于企业对车型产品的市场定位、市场预期。如果定位准确、预期准确，车型投 放市场后，生产产量就能满足市场需求。如果市场预期过于乐观，而市场实际反应平淡，就会供大于求，造成产能过剩和浪费，造成初期设备投资浪费；如果市场预期过于悲观，而市场实际反应热烈，就会供不应求，造成产能不足。所以深入的市场调研和准确的市场预期非常关键。当然根据市场实际情况，年生产纲领是需要及时调整的。需要注意的是，年生产纲领不同于年生产产量，前者是一个设计输入的数据，后者是一年的实际生产量，不作为设计输入。
2、年有效工作日，指除去国家法定节假日剩余的时间。
3、生产班制，指1个工作日是24小时内，安排几个班进行生产，通常有两班制、三班制。
4、班有效工作时间，指在一个班次计划用于生产 的时间，以分钟为单位。
5、日有效工作时间，一日24个小时中，计划用于生产的时间，以分钟为单位。这个与班次和班有效工作时间有关。因为每个班次的员工都需要休息、吃饭等，一般日有效工作时间达不到1440min (24h x 60min/h) 我们按照下表计算日有效工作时间。
6、设备可动率，设备开动的实际时间与计划时间的比率，反映的是设备停机情况，有效工作时间利用的效率。指生产线各类设备的综合可动率，不是指某台设备自身的可动率。一般手工线设备数量少，设备可动率按照90%计 算，而自动线由于自动化设备数量多，生产线出现停机的概率大，所以设备可动率按照80%计算。设备可动率是一个管理项，随着设备管理水平提升而提升。
7、装配的产品结构，需要提出装配的产品零件数量、焊点数量，零件数量决定搬运机器人数量，焊点数量则决定焊接机器人数量。

生产线焊接机器人数量确认

1、确定生产线设计节拍
生产线设计节拍，指生产线完成一个完整的工作循环所需要的时间，一般以min/辆为单位(有时在实际工作中，为了方便，通常都简称为min，由生产线移动时间和机器人焊接时间组成。生产线是由各工位组成的， 即各工位的工作都要在生产线设计节拍内完成。生产线 设计节拍是一个考虑设备可动率的节拍。
根据纲领，生产线设计节拍计算公式如下：
生产线节拍(min/辆)=年有效工时(min)x设备开动率(%)+最大纲领(辆)
年有效工时(min)=年有效工作日(天)X日有效工作时间(min/天)
日有效工作时间(min/天)=班次X每班次有效工作时间(min/班)
例如某车型年生产纲领20万辆，一年250天，两班生产，每班480min，设备可动率设定为80% ,则生产线设计节拍=250(天)x2(班)x480(min/班)x80% 4-20万辆=0.96(min/辆)也就是说，该车型的每个工位的工作都应该在 0.96min之内完成，这样才能保证20万辆纲领的实现。当生产节拍在lmin左右时，为了更准确地体现时间的 概念，我们通常把节拍的单位由min/辆换算成s/辆，例如0.96min/辆是57.6s/辆，一般设计时取整为57s(只有取小才可能实现年生产纲领)生产线设计节拍57s,如果一小时(60min)内设备连续运转，没有任何停机，则每小时生产量为63辆。
也有一种生产制造系统习惯使用的生产节拍，是指在班有效工作时间内的平均节拍。例如上例提到的20万辆车型，日生产节拍1-2min/辆，已包含每班的允许 停台时间96min。这个生产节拍不能用于指导工艺人员进行生产线设计。
生产线设计节拍用于指导工艺人员进行详细的工艺设计，所有工位的节拍都要小于等于这个时间。从计算公式也可以看出，设备可动率作为管理项，是生产线设 计时的一个预留量，通过提高设备可动率，提高用于生产的时间，从而提高产量。对于全焊接机器人生产线来 说，要注意机器人正常工作以外的辅助时间，例如机器人点焊钳电极修磨，如果工作时间+修磨时间〉生产线设计节拍，就需要在设计时减少工作内容以降低工作时间。
2、确定生产线机器人数量
1)、机器人焊接时间如上文提到的，生产线设计节拍=生产线移动时间+机器人焊接时间。所以机器人焊接时间=生产线设计节拍-生产线 移动时间。
生产线移动时间是一个搬运过程，机器人是不能焊接的。显然生产线移动时间越小，用于焊接的时间越多，能够点焊的焊点数就越多。对于往复杆式输送 线，生产线移动时间一般为10s: 对于幅床输送线，生产线移动时间一般为16s。
2)、机器人焊接时间基数机器人焊接时间基数，指机器人带点焊钳焊接单个焊点所需要的时间，包括机器人移动时间和焊接时间，不包含等待时间。例如机器人仅带一把点焊钳时，如果姿态变换简单，基本使用一个平缓变化的姿态、不需要频繁变换开口行程就能够完 成工作内容，气动焊钳的机器人焊接时间基数会比伺服焊钳的更快，前者一般2.0-2.5s,后者一般2.5-3.Os。如果姿态变换复杂，需要频繁变化姿态、频繁变换开口行程才能够完成工作内容，气动焊钳的机器人焊接 时间基数就比伺服焊钳的慢，前者一般5s，后者一般4s。在理论计算时，取焊点工时基数为3s。理论计算时，伺服焊钳和气动焊钳的机器人焊接时间 基数按照3.5s计算。对于单台机器人带多把焊钳的情况，机器人时间基数就要考虑加入抓焊钳、放焊钳的时间了。
3)、确定机器人数量焊接机器人数量=焊点总数 x机器人焊接时间基数+机器人焊接时间。其中机器人焊接时间=生产线设计节拍-生产线 移动时间。当遇到机器人数量不是整数时，将取与之最 近的大整数。例如需要设计一条20万辆的车身焊接生产线， 生产线设计节拍57s,生产线移动时间10s,在生产线焊 接的车身焊点总数为800点，机器人焊接时间基数取3.5s，则焊接机器人数量=800x3.5+(57-10)=59.6(台)，取整数为60台。
我们来验证一下60台机器人是否能够满足生产线设计节拍：
每台焊接机器人所焊焊点数量=800+60=13.3, 取整为13个焊点。
但是60台机器人焊接的总焊点数为60X13=780 个，比800个焊点少20个焊点。这时可以通过详细 的工艺设计来分配这20个焊点给节拍富余的机器人。
综上我们初步确定机器人数量为60台，作为继续生产线设计过程中详细布置的基础。

由于焊接机器人数量是理论计算出来的，还需要进行详细的布局和设备选型来优化机器人数量，降低设备投资。

1)、生产线移动时间应尽可能快，从而增加机器人焊接时间，每台机器人能够点焊的焊点数就越多。
2)、生产线移动时，机器人要能够做一些与生产线移动不干涉的工作，例如机器人点焊电极修磨。
3)、点焊钳电极修磨机布置时，要避免机器人作业范围与生产线的车身、相邻机器人修磨、相邻机器人点焊时干涉，减少等待。一般修磨机中心线距生产线中心 至少1500mm。
4)、机器人点焊电极修磨速度应尽可能快，选择高速修磨机。
5)、机器人点焊电极修磨频次应尽可能少，即在不影响焊接质量的情况下，每次打点数应尽可能多。
6)、所有机器人点焊电极应同时修磨，以减少修磨 时间长的机器人占用生产线设计节拍。可能会增加电极 消耗，但这个与高产量相比是微乎其微的。
7)、选取电缆内置型机器人。
8)、密集布置的机器人，在满足负载的前提下，选取体积小的机器人。
9)、每台机器人只抓取一把点焊钳，尤其生产线设 计节拍越快时。这样机器人在焊接时，不需要抓、放点焊钳，节约了搬运的时间，增加了焊接时间。注意无论如何要避免机器人使用3把焊钳，机器人最多抓取两把 焊钳，宁可考虑增加机器人数量，也不增加机器人抓取焊钳数量。虽然节省了短期投资，却增加了后续的生产维护、备件更换、生产线改造等的费用。
10)、机器人焊钳设计时，尽可能体积小，将焊钳水气管、驱动部分设计在远离相邻机器人侧，增加两台机器人之间的空间。要将线缆到达范围考虑进去，应要求焊钳轮廓距离生产线中心至少1300mm。
11)、机器人焊钳设计时，尽可能重量轻，降低机器人负载，从而提高机器人运动速度。所焊焊点分布在同一区域，这样焊钳作业范围适中，姿态简单、变换少、不频繁，机器人关节能够 沿着一个方向旋转就能把工作完成，能有效地降低焊点 焊接时间。对于机器人来说，移动时间由位置时间和姿态时间组成，而主要取决于姿态时间。机器人腕部的3个轴决定机器人姿态。
12)、机器人运动时与生产线其他设备移动时不干涉，包括该设备静止状态、移动状态，这样两两之间移动就不需要等待。
13)、机器人一般对称布置在生产线两侧，分配焊点时，要考虑机器人运动到焊点附近的姿态，避免机器人作业时干涉。出现机器人干涉时，考虑将两台机器人 布置在不同的工位。
14)、机器人布置中心线不要正对焊点内容，以免 机器人舒展不开，反而降低机器人运动速度。
15)、机器人布置距离生产线中心线应适当较远，以便机器人姿态舒展，提高机器人运动速度和扩大作业范围。
16)、对于大X形焊钳，可以将其焊点分配在车身的对称侧，以便机器人姿态舒展，提高机器人运动速度和扩大作业范围。
17)、一个工位布置点焊机器人数量，地面安装不超过6台，棚置安装和地面安装结合不超过8台。
18)、为减少工位数，机器人地面安装和棚置安装相结合。
19)、尽量不用带外部行走轴的机器人，因为占地面积大，运动速度低。可以通过焊点分配、焊钳设计来消除需要带外部行走轴的机器人。
20)、机器人在点焊夹具夹紧状态下的焊点时，在满足工艺的要求下，压爪尽可能同时压紧，以减少夹具夹紧时间，增加机器人焊接时间。
21)、机器人在点焊夹具夹紧状态下的焊点时，焊接夹具设计要给与焊钳尽可能大的作业空间，减少姿态变换。
22)、应尽可能釆用工艺模拟仿真软件进行机器人轨迹确认，计算机辅助设计是工艺设计发展的方向。
23)、要分秒必争，尤其是生产线设计节拍达到60s，提高Is，lh就能够多生产1辆车。
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