现代焊接技师培训_三十八_

现代焊接 2009年第9期 总第81期 J-57 人 才 培 训 工 程 应 用 与 实 践 Talents Training （续上期） 232 如何选用焊接机器人？ 选用焊接机器人需要注意以下几 个方面： 机器人可搬 重量包括腕部的负重和背部（上臂）的 负重。机器人用于弧焊时，其腕部负 重包括焊枪、把持器、防碰撞传感器 以及焊接集成电缆，一般为4~5kg，而 安装在机器人背部的送丝机构一般在 10kg左右，因此，机器人腕部具 备5kg以上的负重能力，背部具备10kg 以上的负重能力。机器人用于点焊时, 因焊钳重量大小差别较大，所以，对 机器人可搬重量的选择也就更为重要。 但是，常用点焊机器人腕部的握重能 232.1 机器人可搬重量。 力一般在100kg以上。当使用大型焊钳 时，就有必要选用130kg、165kg甚至具 有更大握重能力的机器人。 机器人焊接 作业不同于搬运，因为焊接工艺的需 要，就要求机器人具有一定的灵活性。 为了满足各种焊接姿态，一般要求机 器人具备6个自由度。 机器人动作 范围是指腕部回转中心达到的最大空 间。机器人装上焊枪或焊钳后，工具 末端所能到达的空间范围会更大，但 是，因为焊接姿态的需要，焊枪或焊 钳末端经常会在机器人怀部空间作业。 所以，在对机器人动作范围进行选择 时要以焊枪或焊钳在机器人怀部空间 作业时的可达范围考虑。 232.2 机器人自由度数。 232.3 机器人动作范围。 Thetraining of modernwelding technicians(No.38) 现代焊接 (三十八)技师 编者按： 伴随着现代工业的发展进程，生产中越来越多采用自 动化手段，除了各种类型的自动设备和装备外，用机器人 代表人工进行复杂的工作已成为工业现代化的一种标志。 在焊接生产中，为提高产品的 和一致性，减轻工人的 劳动强度，降低越来越昂贵的人工成本，提高生产效率， 使用焊接机器人来进行复杂、工作量大的焊接作业也越来 越普遍了。同时，这也对焊接工作者提出了更高的技术要 求，尽快掌握焊接机器人的技术及作用已成为现代焊接技 师的必备素质。为此，本期培训内容主要以焊接机器人为 主，并对与焊接机器人配套使用的辅助设备也进行了介 绍，以期让读者对焊接机器人及其应用有一个初步的了解, 掌握最基础的相关知识，为进一步深入了解该方面的技术 作铺垫。 质量 232.4 机器人重复精度。机器人重复 精度包含两个方面：一是点到点的重 复精度；二是轨迹的重复精度。弧焊 机器人的重复精度一般要求为±0.1mm, 点焊机器人的重复精度一般要求为± 0.5mm。转迹重复精度对于机器人弧焊 应用和切割应用更为重要。因为，有 些机器人尽管点到点的重复精度很高, 但由于其控制系统的计算速度有限， 其轨迹重复精度不高，这将会影响焊 接或切割质量。图189是三个等级轨迹 图189 机器人轨迹重复精度的比较示意 J- 2009年第9期 总第81期58现代焊接 人才培训 TalentsTraining 重复精度的比较示意。 机器人存储 容量一般是以所能储存示教程序的步 数和动作指令的条数标注的。焊接机 器人一般要求能够储存3000步程序、 1500条指令以上。储存容量是可以追 加的，但这是选项。因此，在选择机 器人时也要注意这项。如果机器人的 作业对象复杂、品种繁多，也可选购 程序的拷入拷出设备，在焊接不同工 件时拷入相应的程序，而把其他程序 保存在磁盘里。 机器 人一般都为用户预留了部分用于连接 或控制周边设备的输入输出点。但这 些点是非常有限的。如果用户需要更 多的输入输出点，则需要机器人厂家 追加I/O基板，用户也可自己追加PLC 控制系统。 机器人的 安装形式有落地式、壁挂式、倒挂式 等，以壁挂和倒挂安装时，机器人的 232.5 机器人储存容量。 232.6 机器人预留输入输出点。 232.7 机器人的安装形式。 腰部要作特别处理。因此，用户在定 货时要特别说明。为了安装和维修方 便，用户还可以选择一种顶坐安装形 式的机器人（如图190、图191），有 时它与壁挂式和倒挂式机器人的应用 效果相同。 有时，机器 人的上臂与工件、焊枪（焊钳）与工 件、焊接电缆与工件、机器人上臂与 焊接电缆、焊接电缆与变位机构、机 器人与机器人之间都会发生干涉。因 此，机器人的干涉性也是一个重要的 方面。如果机器人要伸入到工件内部 进行焊接作业或者需要高密度配置机 器人，则应该选用干涉性较小的机器 人，也就是焊接电缆内置型的机器人。 弧焊机器 人必须具备弧焊基本功能，如规范参 数的设定、引弧熄弧、引弧熄弧确认、 再引弧、再起动、防粘丝、摆焊、手 动送丝、手动退丝、再现时规范参数 的修订、脉冲参数的任意设定等。如 果需要，还可以选加始端检出、焊缝 跟踪、多层焊等功能。如果应用于需 要高频引弧的焊接时，还必须具 备防高频干扰功能。 点焊机器人在具备点焊功能的同 时，还必须具备空打功能、手动点焊 功能、电极粘连检出功能、自动修正 电极修磨量功能等。 在操作中，机器人应该具备坐标 系选择、示教点修正、点动操作、手 动试运转、通信等功能。在安全方面, 机器人应该具备安全速度设定、示教 锁定、干涉领域监视、试运转检查、 自诊断以及报警显示等功能。 如果需要外部轴扩展，则需要确 认机器人的外部轴控制轴数以及外部 232.8 机器人的干涉性。 232.9 机器人的软件功能。 轴协调能力等。 机器人 的安装环境一般有如下要求（举例）： 温度：0~+45℃（运转时）；-10 ~+60℃（运输保管时）； 湿度：最大90%，不允许结露； 振动：0.5G以下； 电源：AC380（-15%~+10%）； 其他：避免易燃、腐蚀性气体、 液体、勿溅水、油、粉尘等，勿近电 气噪声源。 因此，在选用机器人时，要对机 器人的安装环境与自己工厂的环境作 比较。 机器人焊接需要专门的弧焊电源, 它与手工焊接电源的区别就是需要增 加焊接通讯接口。因为各机器人控制 软件的不同，焊接通信接口也需要针 对各种不同的机器人。 为了提高电弧的稳定性，这里推 荐选用逆变焊接电源。 另外，不同焊接材质需要选用不 同的具有针对性的焊接电源。普通碳 钢选用直流逆变焊接电源，不锈钢选 用带脉冲的逆变焊接电源，TIG焊接选 用专门的TIG焊接电源。如果选用带脉 冲的焊接电源，推荐选择脉冲参数可 任意调节的焊接电源。 焊接电源功率的大小要按照焊接 工艺给定的焊接电流大小选择，同时 要考虑电源负载持续率。一般有最大 输出电流为150A、200A、350A、500A 等系列的焊接电源。 232.10 机器人的安装环境。 233.1 弧焊电源的选择 233.2 焊枪的选择 233 如何选用焊接机器人用 焊接设备？ 图190 顶坐安装式弧焊机器人 图191 顶坐安装式点焊机器人 现代焊接 2009年第9期 总第81期 J-59 人才培训TalentsTraining 熔化极气体保护焊用焊枪有直颈 枪、22°弯颈枪、45°弯颈枪等。直 颈枪因为会出现焊丝尖端扰动而导致 电弧不稳，所以一般不用。22°弯颈 枪与45°弯颈枪的选择，主要是看所 焊工件的需要，哪种焊枪干涉小就选 用哪种。 焊枪也有所能承受焊接功率大小 之分。一般有200A焊枪、350A焊枪、 500A焊枪等系列。焊枪有水冷型和空 冷型两种，小电流焊接时选用空冷型 焊枪，大电流焊接时选用水冷型焊枪。 通常焊接板材厚度为2.0~4.5mm 时，选用适合焊丝直径φ1.2mm的送丝 轮。厚板大电流焊接时，选用适合焊 丝直径φ1.6mm的送丝轮。薄板小电流 焊接时，选用适合焊丝直径φ0.8mm或 φ1.0mm的送丝轮。 高效连续生产的焊接机器人系统 应该选用清枪、剪丝、喷硅油装置。 清枪装置有刀片型和弹簧型。刀 片型清枪装置价格较高，但清枪过程 稳定可靠。弹簧型清枪装置价格低， 但清枪过程不稳定，尤其是大电流焊 接有较大颗粒飞溅粘附在喷嘴内壁时 经常会出现卡死现象。因此，飞溅较 小的焊接可选用弹簧型清枪装置，飞 溅较大的焊接则推荐选用刀片型清枪 装置。无论是刀片型还是弹簧型清枪 装置，大多是由气动马达驱动的。 剪丝装置比较简单，都是由气缸 带动一个刀头来剪断焊丝。如果使用 始断检测功能，为了检测准确，则必 须选用剪丝装置。 喷硅油装置有外喷型和内喷型。 233.3 送丝轮的选择 233.4 清枪、剪丝、喷硅油装置的 选择 外喷型就是由焊枪喷嘴触压硅油喷口, 硅油喷进焊枪喷嘴内壁。内喷型就是 硅油从喷油管到焊枪喷嘴内部直接喷。 内喷型还具有在喷油的同时将飞溅物 吹出喷嘴的作用，但内喷型的价格较 高。还有一种形式是“沾油”，就是 将焊枪喷嘴伸入油池内使喷嘴内壁沾 上油。这种应用形式简单、价格低， 但会污损设备、浪费硅油、影响焊接 质量。建议不要采用。 在大型成套自动化或专用焊接设 备中，影响焊接质量的因素不仅仅与 焊接电源和送丝机构的好坏有关，而 且与其他配套装置也密切相关。这些 配套装置习惯上统称为焊接辅机具， 实际上它们是大型成套自动化焊接设 备极为重要的组成部分。不管是从制 造成本、加工精度要求、价格比重、 技术含量，还是从它们在大型成套自 动化焊接设备所起到的作用来看都丝 毫不比焊接电源和送丝机构逊色，把 它们称作“辅机具”只是习惯上的叫 法而已。这些配套装置是焊接变位机、 焊接操作机、焊接滚轮架、焊缝跟踪 装置等。 焊接变位机是一种改变焊件位置 来完成机械化、自动化焊接的焊接配 套设备，主要用于机架、机座、法兰、 封头等非长形焊件的翻转变位，同时 还可用于装配、切割、检验、打磨、 喷漆等作业。 通过工作台的旋转及翻转运动， 使工作焊缝处于最理想的位置进行焊 234 什么叫焊接辅机具? 235焊接变位机的主要功能及 作用是什么？ 接，并可与操作机、焊接电源等配合 使用，组成自动焊接中心，大大提高 焊缝质量，减轻焊工劳动强度，提高 劳动生产率。它是焊接各种轴类、盘 类、筒体等回转体零件的理想设备。 焊接变位机的基本结构形式有伸 臂式、座式、双座式三种，其特点、 性能、适用范围如表101所示。 焊接变位机的基本结构形式虽然 有上述三种，但其派生形式很多，有 的变位机的工作台还具有升降功能。 现以适用性良好的成都焊研威达自动 焊接设备有限公司生产的座式变位机 为例，阐述变位机的主要结构及工作 原理。通用的座式变位机的主要结构 如图192所示。 变位机主要由机架、驱动机构（包 括翻转减速机构和旋转减速机构）、 回转盘、导电机构及控制系统组成。 （1）机架。变位机机架主要包括 机座、支架及横梁等。这样构件均采 用型材焊接而成。 （2）驱动机构。变位机工作台的 翻转减速运动采用交流电机经蜗轮蜗 杆减速器驱动，通过一级齿轮实现， 使其具有自锁功能，且翻转力矩大， 定位可靠。工作台的回转驱动机构， 主要由摆线针轮减速电机、回转支承、 回转齿轮等组成，摆线针轮减速机通 过变频调速器，无级调速，变速范围 大，调速精度高。 236 焊接变位机基本分类如 何？ 237 焊接变位机的主要结构及 工作原理是什么？ J- 2009年第9期 总第81期60现代焊接 人才培训 TalentsTraining 流的要求。如图192所示的变位机采用 的是一种新型的导电装置，即采用铜 棒，使其一端在弹簧的作用下，始终 顶向回转盘，另一端带有螺纹的端头 可有效连接电缆，充分保证焊接电源 二次回路的可靠性。 （4）控制系统。变位机的控制部 分设有供自动焊接用的联动接口。工 作台的启动、停止、旋转均在遥控盒 上实现远程操作。变位机的电气控制 由旋转电机及翻转电机控制部分组成。 其电气原理图，如图193所示。 1）旋转电机控制部分：该部分控 制电路采用变频器作为主控部分，具 有变速功能较强，且外部控制线路简 单等特点。 变频器外部有反转控制端M1（15 号线）、正转控制端M0（14号线）、 公共端GND（16号线）、模拟信号输 入端AV1（17号线）及+10V电源输入 端（18号线）。当合上主电源开关QF 时，SA2处于启动位置时，扳动双向隔 离SA1，接通14号线与16号线，此时旋 转电机反转。同理使16与15号线接通。 调节电位器RP，使模拟信号输入端AV1 的电压从0V无级变化到+10V，从而实 现电机的无级调速。 2）翻转电机控制部分：该控制电 路通过降压变压器TC得到24V的控制 电压，当SA2处于启动位置时，控制电 路得到控制电压，23与24号线接通， 扳动双向隔离开关SA3，KA1吸合动作, 电机正转。同理，当接通23与27号线 时，电机便反转。同时该电路还具有 行程保护、电路互锁及短路保护的功 能。 （5）回转盘。通常工作台的结构 应便于装卡工件或安装卡具，因而， 一般回转盘上对称分布有若干T形槽, 配用T形螺栓对工件进行夹紧，并分 布有若干环形定位槽。另外，在驱动 系统的控制回路中还设有行程保护、 过载保护、断电保护等装置以及工作 台倾斜角度的指示等。 导电装置，以避免焊接电流通过轴承、 齿轮等传动部件。导电装置的电阻通 常不超过1mΩ，其容量应满足焊接电 回转电机 回转机构 回转盘 吊钩 翻转减 速机构 控制箱 机架 图192 变位机主要结构 （未完待续） 1 2 3 QF PE 5 6 7 R S T U V W U 11 12 13 M0 M1 GND AV1 +10V 14 15 16 17 18 19 SA1 SA2-1 KA1KA1KA1 KA2KA2KA2 RP 8 9 10 5 6 7 5 6 380V SA2-2 TC20FU 21 22 23 SA3 24 27 27V SQ1KA2 KA1 SQ2 25 28 26 29 KA1 KA2 图193 变位机电气原理图 旋转电动机 翻转电动机 基本结构 伸臂式 座式 双座式 结构特点与性能 回转工作台安装在伸臂的一端，伸臂相对 于某一倾斜轴成角度回转，而此倾斜轴的位置 是固定的，但有的也可在<100°的范围内上下 倾斜，也有的伸臂仅绕某一中心作圆弧运动。 该变位机范围与作业适应性好，但整体稳定 性差。 工作台连同回转机构支撑在两边的倾斜轴 上，工作台以焊接速度回转，倾斜轴通过扇形 齿轮或液压缸，多在110°～140°的范围内恒 速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地面 上，搬移方便。 工作台坐在“U”形架上，以预定的焊接 速度回转，“U”形架坐在两侧的机座上，多 以恒速或所需的焊接速度绕水平轴转动。 该机不仅整体稳定性好，而且如果设计得 当，焊件安放在工作台上以后，倾斜运动的重 心将通过或接近倾斜轴线，使倾斜驱动力矩大 大减少。因此，重型变位机多采用这种结构。 适用范围 电机驱动：承载能力多在0.5t以 下，适用于小型焊件的翻转变位。 液压驱动：承载能力多在10t左 右，适用于结构尺寸不是很大但自 重较大的焊件，它们多用于焊条电 弧焊中。 50t以上重型大尺寸焊件的翻转 变位，多与大型门式焊接操作机或 伸缩臂式焊接操作机配合使用。 0.5～50t焊件的翻转变位，是目 前产量最大、规格最全、应用最广 的结构形式，常与伸臂式焊接操作 机或弧焊机器人配合使用。 表101 焊接变位机的分类 （3）导电机构。变位机都应设有