《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案 任務(wù)九 焊接機器人

《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題焊接機器人課時2教學(xué)目的與要求（1）了解焊接與焊接機器人的含義。（2）了解各類焊接機器人其區(qū)別與應(yīng)用。（3）了解焊接機器人的系統(tǒng)組成。教學(xué)重點與難點重點：1）了解焊接與焊接機器人的含義。2）了解各類焊接機器人其區(qū)別與應(yīng)用。難點：3）掌握焊接機器人的系統(tǒng)組成。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：掌握焊接與焊接機器人的含義新課講授：掌握焊接機器人的系統(tǒng)組成四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了工業(yè)機器人的基礎(chǔ)，那么我們開始學(xué)習(xí)最常用的類型工業(yè)機器人之一，上面叫焊接機器人？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機器人選型和技術(shù)參數(shù)，本次課堂上我們學(xué)習(xí)焊接機器人與其的系統(tǒng)組成，焊接機器人有什么特點，為什么會設(shè)計焊接機器人呢？新課講授焊接機器人焊接與焊接機器人焊接也稱作熔接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。如圖9-2所示，焊接給人體可能造成的傷害包括燒傷、觸電、視力損害、吸入有毒氣體、紫外線照射過度等。無論在何處，焊接都可能給操作者帶來危險，所以在進行焊接時必須采取適當?shù)姆雷o措施。圖9-2人工電弧焊接圖9-3焊接機器人焊接焊接機器人作為當前廣泛使用的先進自動化焊接設(shè)備，具有通用性強、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，并且操作簡便、功能豐富，越來越受到人們的重視。使用機器人完成一項焊接任務(wù)只需要操作者對它進行一次示教，機器人即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作。如果讓機器人去做另一項工作，無須改變?nèi)魏斡布灰獙λ谧鲆淮问窘碳纯?。如圖9-3所示。焊接機器人可劃分為弧焊機器人、點焊機器人、激光焊接機器人三類1、弧焊機器人弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電(俗稱電弧燃燒)所產(chǎn)生的熱量將工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。如圖9-3所示弧焊有熔化極弧接和非熔化極弧焊之分。熔化極即引弧時熔化電極（焊絲），填充焊縫，也是常說的添料焊接，而非熔化焊接即非熔化電極，而是通過電極引燃電弧，高溫熔化工件并冷凝后形成焊縫。熔化極弧焊和非熔化極弧焊的焊縫在外觀上有明顯區(qū)別，熔化極焊接焊縫是凸出焊接面的，而非熔化極焊接是凹下去的一般的弧焊機器人如圖9-4所示是由示教盒、控制盤、機器人本體及自動送絲裝置、焊接電源等部分組成。可以在控制器的控制下，利用直線插補和圓弧插補功能實現(xiàn)連續(xù)軌跡運動控制，以獲得焊縫軌跡。焊縫一般是由直線及圓弧所組成的空間焊縫?；『笝C器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點。隨著技術(shù)的發(fā)展，弧焊機器人人正向著智能化的方向發(fā)圖9-4弧焊機器人2、點焊機器人點焊也叫電阻焊，是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。點焊機器人是用于點焊作業(yè)的工業(yè)機器人。如圖9-5所示它由機器人本體、控制系統(tǒng)、示教盒和點焊焊接系統(tǒng)幾部分組成。點焊機器人一般具有六個自由度：腰轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)、小臂轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)、腕擺及腕捻。點焊機器人的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動兩種。液壓點焊機器人各關(guān)節(jié)的運動是靠液壓油缸驅(qū)動的，電動點焊機器人是用直流伺服電機驅(qū)動或交流伺服電機驅(qū)動的，后者具有保養(yǎng)維修簡便，能耗低，速度高，精度高，安全性好等優(yōu)點。因此，點焊機器人多數(shù)是電動的。實用的點焊機器人一般屬于示教再現(xiàn)機器人。操作者根據(jù)不同被焊件的需要，可以示教不同的程序。因此點焊機器人對于不同生產(chǎn)要求及產(chǎn)品的改型換代具有很大的柔性和適應(yīng)性。圖9-5點焊機器人除機器人之外，點焊焊接系統(tǒng)包括點焊焊機和焊鉗兩部分。焊鉗有很多種形式，如C型焊鉗，Y型焊鉗等，所用焊鉗的種類是由用戶選擇的。機器人本體和點焊焊接系統(tǒng)在計算機的控制下構(gòu)成點焊機器人系統(tǒng)。操作者可以通過示教盒和計算機面板按鍵進行點焊機器人運動位置和動作程序的示教,設(shè)定運動速度,焊接參數(shù)等。點焊機器人按照示教程序規(guī)定的動作、順序和參數(shù)進行點焊作業(yè)，其過程是完全自動化的。點焊機器人具有報警系統(tǒng)，如果在示教過程中操作者有錯誤操作或在點焊機器人再現(xiàn)作業(yè)過程中出現(xiàn)某種故障，點焊機器人的計算機系統(tǒng)便發(fā)出警報，自動停機，并顯示錯誤或故障的種類。焊機器人具有與外部設(shè)備通信的接口，它可以通過這一接口接受上一級主控與管理計算機的控制命令進行工作。因此在主控計算機的控制下，可以由多臺點焊機器人構(gòu)成一個柔性點焊焊接生產(chǎn)系統(tǒng)，如汽車廠的車身機器人點焊生產(chǎn)線便是一個例子。3、激光焊接機器人激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法如圖9-6所示圖9-6激光焊接機器人激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。和弧焊機器人一樣，激光機器人也是由示教盒、控制盤、機器人本體及激光發(fā)射系統(tǒng)等部分組成?？梢栽诳刂破鞯目刂葡?，利用直線插補和圓弧插補功能實現(xiàn)連續(xù)軌跡運動控制，以獲得焊縫軌跡。焊接機器人的系統(tǒng)組成焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。以汽車制造領(lǐng)域常用的弧焊機器人為例，焊接機器人的系統(tǒng)組成主要包括的設(shè)備有：機器人、焊機、焊槍、送絲機構(gòu)、保護氣瓶、焊絲、清槍剪絲系統(tǒng)等如圖9-7所示。圖9-7焊接機器人系統(tǒng)組成示意圖機器人焊接需要用到的設(shè)備和工裝有：機器人、焊機、焊槍、焊絲、送絲機構(gòu)、保護氣瓶、焊接工裝、焊接產(chǎn)品，下面我們來認識一下這些設(shè)備、工裝。如表9-1所示。表9-1焊接機器人系統(tǒng)組成序號設(shè)備、工裝序號設(shè)備、工裝1保護氣瓶5焊槍2焊機6焊絲3焊接機器人7焊接工裝4送絲機構(gòu)1、焊接機器人焊接機器人主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。2、焊機焊機是一種為焊接提供一定特性的電源的電器，常用焊機從焊接電流上分有直流、交流、脈沖三類，但常用的是交流和直流逆變電焊機如圖9-8所示。電焊機的主要部件是一個降壓變壓器，次級線圈的兩端是被焊接工件和焊條，工作時引燃電弧，在電弧的高溫中將焊條熔接于工件的縫隙中。焊接時，可以根據(jù)焊接工件材料、厚度、速度、焊絲直徑的不同，可通過調(diào)節(jié)焊接輸出的焊接電壓、電流來獲得滿意的焊縫質(zhì)量。圖9-8焊機3、焊槍焊槍是指焊接過程中，執(zhí)行焊接操作的工具。如圖9-9所示，焊槍利用焊機的高電流，高電壓產(chǎn)生的熱量聚集在焊槍終端，融化焊絲，融化的焊絲滲透到需焊接的部位，冷卻后，被焊接的物體牢固的連接成一體。它使用靈活，方便快捷，工藝簡單。圖9-9焊搶4、焊絲如圖9-10所示焊絲是作為填充金屬或同時作為\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"導(dǎo)電用的金屬絲焊接材料。在\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"氣焊和鎢極氣體保護\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"電弧焊時，焊絲用作\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"填充金屬；在\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"埋弧焊、\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"電渣焊和其他熔化極氣體保護電弧焊時，焊絲既是填充金屬,同時焊絲也是導(dǎo)電電極。焊絲通常盤成卷，便于實現(xiàn)機械化、自動化。圖9-10焊絲表9-2焊絲直徑與電流電壓對應(yīng)表外徑電流（A）電壓（V）Φ0.850-10018-21Φ1.070-12018-22Φ1.290-15019-23Φ1.6140-20020-24不同直徑的焊絲，對應(yīng)不同的焊接電流和電壓如上表9-2所示，實際的焊接電壓、電流、速度等重要參數(shù)需要經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，得出完美的焊縫后進行參數(shù)鎖定，并納入工藝管理文件進行標準化管理。5、送絲機構(gòu)送絲機構(gòu)是在添料焊接過程中負責(zé)輸送焊絲的機構(gòu)，并有校直焊絲的功能。要求其輸送焊絲過程穩(wěn)定、勻速，無打滑現(xiàn)象，輸送速度可調(diào)。送絲機構(gòu)工作是由電機驅(qū)動主動送絲輪及其主齒輪旋轉(zhuǎn)，通過主、從動齒輪嚙合傳到壓緊輪上，焊絲經(jīng)送絲導(dǎo)管從兩輪之間通過，使進入焊槍的焊絲被修整的比較直，以便在焊接過程中不會出現(xiàn)卡絲現(xiàn)象。送絲機構(gòu)一般由控制部分提供參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動部分在控制部分的控制下進行送絲驅(qū)動，送絲嘴部分將焊絲送到焊槍位置，如圖9-11所示。圖9-11送絲機構(gòu)6、保護氣瓶在金屬弧焊中，通常采用氣體來保護焊接的區(qū)域，其目的是防止焊縫在凝固時遭受大氣的污染，以及保護焊接過程中燃燒的電弧。保護氣瓶里儲存的一般是混合氣體如圖9-12所示，通常為80%Ar+20%CO2。圖9-12保護氣瓶及輔助設(shè)備7、焊接工裝典型