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焊接機器人簡介

2016-10-15 16:40:57      點擊:

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焊接機器人是從事焊接(包括切割與噴塗)的工業機器人。根據國際標準化組織(ISO工業機器人術語標準焊接機器人的定義,工業機器人是一種多用途的、可重複編程的自動控製操作機(Manipulator),具有三個或更多可編程的軸,用於工業自動化領域。為了適應不同的用途,機器人最後一個軸的機械接口,通常是一個連接法蘭,可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的,使之能進行焊接,切割或熱噴塗。

隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展,自動弧焊機器人工作站, 60年代開始用於生產以來,其技術已日益成熟,主要有以下優點:   

1)穩定和提高焊接質量; 2)提高勞動生產率; 3)改善工人勞動強度,可在有害環境下工作;4)降低了對工人操作技術的要求;5)縮短了產品改型換代的準備周期,減少相應的設備投資。   

因此,在各行各業已得到了廣泛的應用

組成

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控製櫃(硬件及軟件)組成。而焊接裝備,以弧焊及點焊為例,則由焊接電源,(包括其控製係統)、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對於智能機器人還應有傳感係統,如激光或攝像傳感器及其控製裝置等。

結構形式及性能

世 界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人,絕大部分有6個軸。其中,123軸可將末端工具送到不同的空間位置,而456軸解決工具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式:一種為平行四邊形結構,一種為側置式(擺式)結構,如圖2ab所示。側置式(擺式)結構的主要優點是 上、下臂的活動範圍大,使機器人的工作空間幾乎能達一個球體。因此,這種機器人可倒掛在機架上工作,以節省占地麵積,方便地麵物件的流動。但是這種側置式機器人,23軸為懸臂結構,降低機器人的剛度,一般適用於負載較小的機器人,用於電弧焊、切割或噴塗。平行四邊形機器人其 上臂是通過一根拉杆驅動的。拉杆與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小(局限於機器人的前部),難以倒掛工作。但80年代後期以來開發的新型平行四邊形機器人(平行機器人),已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部,又沒有測置式機器人的剛度問題, 從而得到普遍的重視。這種結構不僅適合於輕型也適合於重型機器人。近年來點焊用機器人(負載100150kg)大多選用平行四邊形結構形式的機器人。   

上述兩種機器人各個軸都是作回轉運動,故采用伺服電機通過擺線針輪(RV)減速 器(13軸)及諧波減速器(16軸)驅動。在80年代中期以前,對於電驅動的機器人都是用直流伺服電機,而80年代後期以來,各國先後改用交流伺服電機。由於交流電機沒有碳刷,動特性好,使新型機器人不僅事故率低,而且免維修時間大為增長,加(減)速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點(TCP)的最高運動速度可達3m/s以上,定位準確,振動小。同時,機器人的控製櫃也改用32位的微機和新的算法,使之具有自行優化路徑的功能,運行軌跡更加貼近示教的軌跡。

點焊機器人的特點及點焊機器人的基本功能

點焊對焊接機器人的要求不是很高。因為點焊隻需點位控製,至於焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求,這也是機器人最早隻能用於點焊的原因。點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力,而且在點與點之間移位時速度要快捷,動作要平穩,定位要準確,以減少移位的時間,提 高工作效率。點焊機器人需要有多大的負載能力,取決於所用的焊鉗形式。對於用與變壓器分離的焊鉗,3045kg負載的機器人就足夠了。但是,這種焊鉗一方麵由於二次電纜線長,電能損耗大,也不利於機器人將焊鉗伸入工件內部焊接;另一方麵電纜線隨機器人運動而不停擺動,電纜的損壞較快。因此,目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質量在70kg左右。考慮到機器人要有足夠的負載能力,能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進行焊接,一般都選用 100150kg負載的重型機器人。為了適應連續點焊時焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機器人增加了可在0.3s內完成50mm位移的功能。這對電機的性能,微機的運算速度和算法都提出更高的要求。

點焊機器人的焊接裝備

點焊機器人的焊接裝備,由於采用了一體化焊鉗,焊接變壓器裝在焊鉗後麵,所以變壓器必須盡量小型化。對於容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流,而對於容量較大的變壓器,已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為600700Hz交流,使變壓器的體積減少、減輕。變壓後可以直接用600700Hz交流電焊接,也可以再進行二次整流,用直流電焊接。焊接參數由定時器調節,參見圖1b。新型定時器已經微機化,因此機器人控製櫃可以直接控製定時器,無需另配接口。點焊機器人的焊鉗,通常用氣動的焊鉗,氣動焊鉗兩個電極之間的開口度一般隻有兩級衝程。而且電極壓力一旦調定後是不能隨意變化的。近年來出現一種新的電伺服點焊鉗,如圖4所示。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動,碼盤反饋,使這種焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定並預置。而且電極間的壓緊力也可以無級調節。這種新的電伺服點焊鉗具有如下優點:   

1)每個焊點的焊接周期可大幅度降低,因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控製的,機器人在點與點之間的移動過程、焊鉗就可以開始閉合;而焊完一點後,焊鉗一邊張開,機器人就可以一邊位移,不必等機器人到位後焊鉗才閉會或焊鉗完全張開後機器人再移動;   

2)焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整,隻要不發生碰撞或幹涉盡可能減少張開度,以節省焊鉗開度,以節省焊鉗開合所占的時間。   

3)焊鉗閉合加壓時,不僅壓力大小可以調節,而且在閉合時兩電極是輕輕閉合,減少撞擊變形和噪聲。