机器人焊接集控流水线的研制

本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 机器人焊接集控流水线的研制

机器人焊接集控流水线的研制

I 内容摘要

本文对机器人焊接集控流水线项目的研发过程进行了详细的阐述，主要包括该项目的实施背景、项目执行、项目的技术创新点和技术难题解决方案等。本课题是根据法国VALEO汽车电器公司生产发电机调节器的工艺过程要求进行针对性的研发，设计内容包括精密焊接系统、机器人焊接过程控制的组网控制方式。后续调试过程中我们采用实物加工的方式对整机进行了大量的稳定性测试实验，结果令人满意。本人担任此项目的研发工程师，在此项目中负责整体研发结构的策划，硬件设计及整机网络的构建协调工作。

关键词：机器人 焊接 集控流水线 研制 机器人焊接集控流水线的研制

II 目 录 内容摘要 ................................................. I 引 言 ................................................. 1 第一章 绪论 ............................................... 2 1.1电阻焊的基本要素 ............................................... 2 1.2电阻焊的发展史 ................................................. 2 1.2.1 采用电－热－力耦合有限元模拟方法 .................................... 3 1.2.2计算机模拟的工业应用 ................................................. 4 1.2.3 电阻焊质量监控方法研究 .............................................. 4 1.3调研分析 ....................................................... 5

第二章 机器人集控焊接流水线硬件环境设计 ................... 7 2.1整机结构 ....................................................... 7 2.2机器人结构 ..................................................... 7 2.3精密焊接机头结构 ............................................... 8 2.3.1主要结构 ............................................................. 8 2.3.2位移距离的控制 ....................................................... 9 2.3.3电极对工件夹持力大小的控制 ........................................... 9 2.3.4焊接时间的控制 ....................................................... 9 2.3.5电极位移速度的控制 .................................................. 10

第三章 控制系统的设计 .................................... 11 3.1组网控制方式 .................................................. 11 3.2工作栈控制单元 ................................................ 12 3.2.1 ROBOT工作栈控制单元 ................................................ 12 3.2.2 焊接电源控制单元 ................................................... 13 3.2.3 精密焊接机头部分 .................................................. 13 机器人焊接集控流水线的研制 III 3.2.4 环行流水线部分 ..................................................... 14 第四章 解决的技术难点和方案 .............................. 15 4.1发现国外同类流水线存在如下三个难点问题 ........................ 15 4.2针对以上问题，经过不断试验和论证，给出如下解决方案 ............ 15

第五章 涉及问题难点及解决方案 ............................ 16 第六章 结语 .............................................. 18 参考文献 ................................................. 19 机器人焊接集控流水线的研制

1 引 言

近年来随着汽车车辆、航空航天、建筑、运输以及轻工家电等工业的飞速发展，相应的工业产品在其材料、结构及应用领域上不断更新和发展，对产品的加工质量要求不断提高，作为这些工业产品制造中的一种广泛使用的材料加工工艺 —— 电阻焊也受到了很大的挑战。 在以往传统的焊接方法多采用人工手动的方法操作，在焊接工艺上很难保证焊接的可靠性，使焊接成品率无法有效提高。同时高强度、高危险的工作环境无法满足现在企业对高效率安全生产的要求。虽然近些年国内外也出现过各种各样的自动化焊接设备，但都存在各种各样的弊端；如价格昂贵、使用操作过于复杂、焊接稳定性差等种种问题。 我们曾经做过统计，采用手动焊接一只具有7个焊点的组合型电子元气件的时间大约需要35~40秒，同样的工件我们采用机器人集控焊接流水线来完成，在焊接质量绝对保证的情况下从机器人抓取工件开始算起到焊接结束将工件放回到流水线的过程仅用了11秒不到的时间。从这两个数据的对比我们很容易发现机器人集控焊接流水线在工业焊接应用领域中体现出来的优势。 同样我们经过对比国外一些品牌设备；如韩国STATCOL生产的自动焊接设备，在控制方面及焊接质量的对比。韩国STATCOL生产的自动焊接设备由X、Y、Z三轴伺服控制系统带动焊接机头做位移运动，通过手工方式或输送线顶升上料的方式对工件进行焊接作业。在焊接过程中我们发现因为焊接机头加上焊接变压器的自重导致在高速焊接过程中焊机很容易产生过冲现象，导致焊接质量及焊接效率无法达到理想效果。而且对复杂工件无法焊接的诸多问题。根据客户反应在更换产品时对机器设置存在更多不理想因数；如在调整焊接头跟焊点位置的问题时，因为X、Y、Z三轴无法连动，因此在调整坐标点的时候必须由专业人员通过反复多次复杂的修改每一个轴的位置点来找到并记录下数据，然后进行设置修改参数，此过程平均耗时在2小时左右。而我们开发的机器人集控焊接流水线则完全克服了这些弊端，通过采用6轴机器人，利用机器人成熟的关节联动技术，在更换产品时只需要将机器人模拟焊接过程轨迹，并且自动记录下其行走路线保存为当前WORK文件，在以后使用中只需要调用相应的WORK文件即可实现快速更换产品的目的。 机器人焊接集控流水线的研制 2 第一章 绪论

1.1电阻焊的基本要素 由于电阻焊过程相当复杂，包含了多种影响因素，例如：被焊材料、电流、电极压力、通电时间、电极端面形状及尺寸、分流、焊点离边缘的距离、板厚、工件表面状态等，而且这些因素之间互相联系，有一定的交互作用。同时，加之焊接过程中熔核的不可见性及焊接过程进行的瞬时性，给焊接质量控制带来较大的困难。 电阻焊是一个牵涉到电学、传热、冶金和力学的复杂过程，其中包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力与变形等。要得到一个高质量的焊接接头必须要控制这些因素。传统的电阻焊工艺及参数制定方法是通过一系列工艺试验和经验数据得到的。然而从发展来看，随着计算机技术的发展，数值模拟的方法将起越来越重要的作用。例如，用新的高强钢等材料制造新的工程结构，尤其是对于一些航空航天重要结构，没有多少经验可以凭借，如果只依靠实验方法积累数据要花很长的时间和经费，而且任何尝试和失败，都将造成重大经济损失。此时数值方法将发挥其独特的能力和优点。只要通过少量验证试验证明数值方法在处理某一问题上的适用性，那么大量的筛选工作便可由计算机进行，而不必在车间和实验室里进行大量的试验工作。这就大大节约了人力、物力和时间，具有很大的经济效益。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。此外，数值模拟还广泛地用于分析点焊接头强度和性能等方面。

1.2电阻焊的发展史 由于电阻点焊熔核形成的不可见性，对其试验观测相当困难，理论模型的建立对它的分析研究具有重要价值。自1984年Nied建立的最初有限元点焊分析模型开始，至今已有不少点焊的有限元模型出现，并为实际生产提供了理论依据。 随着有限元数值模拟方法在电阻焊研究领域的深入应用，近年来国际上在此领域上的研究主要集中在以下三方面：