工業(yè)機器人應用案例教程 課件 項目5-8 焊接應用實戰(zhàn)-裝配應用實戰(zhàn)

工業(yè)機器人應用工藝教程Industrialrobotapplicationprocesscourse項目五焊接應用實戰(zhàn)項目五焊接應用實戰(zhàn)項目導讀焊接機器人在各國機器人應用比例中占總數的40%~60%，廣泛應用于汽車、土木建筑、航天、船舶、機械加工、電子電氣等相關領域。項目五焊接應用實戰(zhàn)學習目標知識目標能力目標素質目標1.了解焊接機器人的分類及特點；2.掌握焊接機器人的系統(tǒng)組成及其功能；3.掌握焊接機器人的工藝流程特點及步驟；4.掌握焊接機器人工作環(huán)節(jié)的基本設計方法；5.拓展焊接機器人工作環(huán)節(jié)中的相關工藝知識。1.通過焊接機器人系統(tǒng)的工藝流程、特點及步驟的學習，掌握科學規(guī)范的方法和步驟的能力2.通過對焊接工作站的分析設計，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力3.在應用實戰(zhàn)過程中掌握合理利用與支配各類資源的能力4.通過拓展焊接機器人系統(tǒng)中的相關工藝知識，培養(yǎng)學生獲取信息并利用信息的能力5.通過拓展學習，強化自我認知、自主學習的能力1.在小組合作學習中，培養(yǎng)學生團隊協作意識2.通過設計焊接工作站，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和縝密的科學思維方式3.通過焊接應用實戰(zhàn)的學習建立嚴格良好的職業(yè)習慣和嚴謹的工作態(tài)度4.通過本項目的學習，培養(yǎng)學生嚴謹求實、精益求精的工匠精神任務一焊接機器人介紹工作任務通過對焊接機器人的學習，了解焊接機器人的分類、特點、系統(tǒng)組成及功能等相關基礎知識，并能自主介紹焊接機器人系統(tǒng)。任務一焊接機器人介紹一、焊接機器人的分類及特點按焊接工藝的不同，焊接機器人主要分三類：點焊機器人、弧焊機器人和激光焊接機器人，本章內容將詳細介紹弧焊機器人。（a）點焊機器人

（b）弧焊機器人

（c）激光焊接機器人圖5-2焊接機器人分類項目五焊接應用實戰(zhàn)（1）點焊機器人點焊機器人是用于自動點焊作業(yè)的工業(yè)機器人，其末端執(zhí)行器為焊鉗。在機器人焊接領域中，最早出現的便是點焊機器人，用于汽車裝配生產線上的電阻點焊。圖5-3點焊機器人應用項目五焊接應用實戰(zhàn)（2）弧焊機器人弧焊機器人是指用于自動弧焊作業(yè)的工業(yè)機器人，其末端執(zhí)行器是弧焊作業(yè)用的各種焊槍。圖5-4弧焊機器人弧焊作業(yè)項目五焊接應用實戰(zhàn)（3）激光焊接機器人激光焊接機器人是指用于激光焊接自動作業(yè)的工業(yè)機器人，能夠實現更加柔性的激光焊接作業(yè)，其末端執(zhí)行器是激光加工頭。圖5-5激光焊接機器人焊接作業(yè)項目五焊接應用實戰(zhàn)激光焊接的特點：焦點光斑小，功率密度高，能焊接高熔點、高強度的合金材料。無需電極，沒有電極污染或受損的顧慮。屬于非接觸式焊接，極大地降低機具的耗損及變形。焊接速度快，功效高，可進行任何復雜形狀的焊接，且可焊材質種類范圍大。熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序。不受磁場影響，能精確對準焊件。焊件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內。高反射性及高導熱性材料，如鋁、銅及其合金等，焊接性會受激光所改變。項目五焊接應用實戰(zhàn)利用機器人焊接具有以下特點：（1）機器人能適應產品多樣化、柔性化的特點（2）使用機器人焊接，可提高產品質量。(3）使用機器人焊接可提高生產率。（4）能夠在有害、惡劣的環(huán)境下作業(yè)，改善工人勞動條件。（5）降低對工人操作技術的要求，且可以進行連續(xù)作業(yè)，生產效率高。（6）可實現小批量產品的焊接自動化生產。（7）能夠縮短產品更新換代的準備周期，減少相應的設備投資，提高企業(yè)利潤。項目五焊接應用實戰(zhàn)

二、焊接機器人的系統(tǒng)組成①-操作機；②-控制器；③-示教器；④-送絲機；⑤-焊槍；⑥-變位機；⑦-供電及控制電纜；⑧-弧焊電源；⑨-保護氣瓶總成；⑩-焊絲桶；?-保護氣軟管；?-焊絲盤架圖5-5

弧焊機器人系統(tǒng)組成項目五焊接應用實戰(zhàn)

弧焊作業(yè)系統(tǒng)

弧焊作業(yè)系統(tǒng)主要由焊槍、弧焊電源、送絲機、保護氣氣瓶總成和焊絲盤架（焊絲桶）組成。（1）焊槍焊槍是指在弧焊過程中執(zhí)行焊接操作的部件。它與送絲機連接，通過接通開關，將弧焊電源的大電流產生的熱量聚集在末端來熔化焊絲，而熔化的焊絲滲透到需要焊接的部位，冷卻后，被焊接的工件牢固地連接在一起。①-噴嘴;②-導電嘴;③-氣體分流器;④-噴嘴接頭（焊鉗)；⑤-槍管圖5-6

焊槍的結構項目五焊接應用實戰(zhàn)（2）弧焊電源弧焊電源是用來對焊接電弧提供電能的一種專用設備，孤焊電源的負載是電弧，它必須具有弧焊工藝所要求的電氣性能，如合適的空載電壓、一定形狀的外特性、良好的動態(tài)特性和靈活的調節(jié)特性等。圖5-8

弧焊電源項目五焊接應用實戰(zhàn)(3)送絲機送絲機是為焊槍自動輸送焊絲的裝置，一般安裝在機器人第3軸上，由送絲電動機、加壓控制柄、送絲滾輪、送絲導向管接頭、加壓滾輪等組成，如圖5-9所示。圖5-9

送絲機的組成項目五焊接應用實戰(zhàn)(4)焊絲盤架焊絲盤架可裝在機器人第1軸上,也可放置在地面上。焊絲盤架用于固定焊絲盤，如圖5-10所示。項目五焊接應用實戰(zhàn)

做一做

簡述焊接機器人的分類及特點。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

工作任務

以案例為基礎設計焊接工作站：（1）能自主選擇正確的工藝流程并能設計工藝步驟；（2）根據工藝步驟，進行機器人示教編程；（3）嘗試個人或小組建立焊接機器人工作站并記錄所選用的設備及具體參數。一、案例背景

占有重要地位的領域：汽車制造、工程機械、摩托車等行業(yè)；

對人體會造成的傷害：電弧、火花及煙霧等；

焊接制造工藝的要求：復雜性、勞動強度、產品質量、批量等。

焊接機器人是焊接自動化的革命性進步，它突破了焊接剛性自動化的傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動化生產方式。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

二、案例介紹任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖5-11焊接工作站焊接機器人可以完成半成品金屬件的焊接加工，焊接機器人與其他系統(tǒng)配合協作完成工作任務。

三、案例學習要點

1.注意系統(tǒng)參數配置的合理性；

2.焊接工藝相對復雜，注意各系統(tǒng)之間的銜接與配合；

3.注意焊接單元各個模塊之間的完整性與結構性，保證系統(tǒng)運行的合理與流暢。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例四、案例工藝流程任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

從宏觀需求角度，實戰(zhàn)案例的工藝流程設計以串行方式實現具體的工藝流程設計，如圖5-12所示：圖5-12

案例工藝流程圖五、案例設備參數

本案例中涉及的設備型號及參數見表5-1焊接工作站案例設備參數：任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例表5-1焊接工作站案例設備參數設備名稱型號品牌設備參數機器人ABB：IRB1410-5/1.44ABB臂展：1.44m負載：5kgPLC控制器S7-1214C西門子14DI16DODC/DC/DC弧焊焊槍MTG4000福尼斯弧焊焊槍六、案例工藝步驟1.機器人系統(tǒng)配置：ABB機器人在控制模塊中選配(1)IndustrialNetworks：709-1DeviceNetMaster/Slave，DeviceNet通信I/O模塊(2)MotionEvents：608-1WorldZones，機器人工作區(qū)監(jiān)控(3)MotionFunctions：611-1PathRecovery，機器人路徑恢復(4)MotionSupervision：613-1CollisionDetection，機器人碰撞檢測(5)EngineeringTools：624-1ContinuousApplicationPlatform，機器人系統(tǒng)連續(xù)應用平臺(6)Arc：633-4Arc，機器人弧焊焊接工藝應用(7)Powersource：StandardI/OWelder，標準I/O信號接口類型弧焊焊接電源(8)ApplicationProductionManager：812-1ProductionManager，生產管理任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例2.弧焊焊接機器人I/O信號配置

在弧焊焊接過程中，機器人通過I/O信號控制焊接電源的啟動與停止，并接收焊接電源的反饋信號，以實現自動焊接工作。一般情況下，機器人選配DSQC651信號模塊與焊接電源進行通信，如圖所示。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例3.設置I/O數字信號

首先配置機器人控制焊接電源啟停的數字量輸入輸出信號，示教器菜單欄下，點擊“配置”下拉菜單中的“I/OSystem”，打開配置-I/OSystem窗口，在DeviceNetDevice中新建DeviceNet設備。在彈出的實例編輯器中配置DeviceNet設備參數。數字I/O信號詳細配置參數。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例NameTypeofSignalAssignedtoDeviceDeviceMapping信號說明diArcEstDigitalInputd6510焊接啟停反饋doWeldOnDigitalOutputd65132焊接啟停控制doGasOnDigitalOutputd65133焊接氣體控制doFeedOnDigitalOutputd65134手動送絲控制doFeedOnBwdDigitalOutputd65135手動退絲控表5-2設置I/O數字信號4.配置I/O模擬信號

配置機器人對焊接電源電壓、電流數據設定的模擬量輸出信號，即I/O信號模塊的模擬量接口輸出最小值對應焊接電源的電壓、電流輸入最小值，I/O信號模塊的模擬量接口輸出最大值對應焊接電源的電壓、電流最大輸入值，見表5-3。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

信號說明焊接電流或送絲速度設定焊接電壓設定NameaoCurrentReferenceaoVoltReferenceTypeofSignalAnalogOutputAnalogOutputAssignedtoDeviced651d651DeviceMapping0-1516-31DefaultValue3012AnalogEncodingTypeUnsignedUnsignedMaximumLogicalValue35040.2MaximumPhysicalValue1010MaximumPhysicalValueLimit1010MaximumBitValue6553565535MinimumLogicalValue3012MinimumPhysicalValue00MinimumPhysicalValueLimit00MinimumBitValue00任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例表5-3配置I/O模擬信號5.機器人焊接系統(tǒng)配置ABB機器人通過焊接工藝應用軟件ArcWare實現自動焊接，ArcWare由焊接設備、焊接系統(tǒng)、焊接傳感器三個部分組成。焊接時ArcWare控制焊接電源的啟停，并實時監(jiān)控焊接過程，檢測焊接工作是否正常。當有錯誤發(fā)生時，ArcWare自動控制機器人停止焊接，同時將錯誤信息和處理方法顯示在示教器上。在ArcWare中，可以為機器人選配焊接電弧跟蹤或激光跟蹤選項，以實現機器人焊接過程中的焊縫實時追蹤。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例6.指令參數設定任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例7.焊接指令參數配置焊接指令中的起弧、熄弧控制參數seamdata可以在程序數據中進行定義，其中需要配置的參數主要包含以下三個，根據焊接工藝要求進行設定：purge_time：吹掃時間，焊接開始前清理焊槍槍管中空氣的時間，單位為秒，此時間不會影響焊接時間preflow_time：預送氣時間，焊槍到達焊接起點位置時對焊接工件進行吹氣保護，單位為秒postflow_time：尾送氣時間，焊接結束后焊槍繼續(xù)送氣，對焊縫繼續(xù)進行保護，單位為秒任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例焊接控制參數welddata也需要在程序數據中進行定義，其中需要配置的參數也包含以下三個，根據焊接工藝要求進行設定：weld_speed：機器人焊接速度，單位為毫米/秒voltage：焊接電壓，單位為伏特（V）current：焊接電流，單位為安培（A）8.PLC配置PLC獲取ABB機器人對應型號版本的GSD配置文件，在博途軟件中進行安裝，設置IP地址、名稱與ABB機器人設置的IP和名稱保持一致，完成后給ABB機器人配置IO模塊，并設置地址，最后將配置好的文件下載到PLC，實現PLC與ABB機器人進行多字節(jié)數據的通信功能；任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例9.焊接程序啟動PLC向機器人發(fā)送焊接指令（焊接件已就位），機器人啟動焊接程序，并移動至焊接需求點，執(zhí)行起弧指令。10.送絲、保護氣送絲盤為送絲機供絲，送絲機通過送絲軟管將焊絲輸送至焊槍末端，同時保護氣瓶閥門開啟，將保護氣體輸送至焊槍末端，對焊接工件進行吹氣保護，如圖5-13所示。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖

5-13送絲、保護氣11.焊接開始送絲機持續(xù)送絲，焊槍按事先設計好的程序路徑進行焊接作業(yè)，如圖5-14所示。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖

5-14焊接開始12.焊接結束焊接完成后，機器人執(zhí)行熄弧指令，送絲機停止工作，保護氣瓶在設置的尾送氣時間內繼續(xù)送氣，對焊縫繼續(xù)進行保護，尾送氣時間結束，保護氣瓶停止送氣。13.焊接完成機器人向PLC發(fā)送焊接完成信號，同時回到機器人坐標原點，如圖5-15所示。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖

5-15焊接完成七、案例工藝示教1.任務描述

工業(yè)機器人焊接單元中機器人通過焊接設備對工件進行弧焊焊接，如圖5-16所示。依據焊接工藝，設置好相應的參數，機器人需要完成的任務是把水平和豎直的兩個工件焊接在一起。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖

5-16末端焊槍2.任務實施(1)設計機器人程序流程任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例圖

5-17程序流程圖(2)機器人運動所需示教點，見表5-3所示任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例序號示教點、信號和坐標系說明備注1hanjie_home機器人原點需示教2hanjie_p1焊接起始點上方需示教3hanjie_p2焊接起始點需示教4hanjie_p3焊接結束點需示教5hanjie_p4焊接結束點上方需示教6tool1焊槍工具坐標系需建立7tool0默認工具坐標系無需建立8wobj0默認工件坐標系無需建立9seam1起弧、熄弧控制參數需建立10weld1焊接控制參數需建立11weave1焊接擺動參數需建立(3)機器人程序設計

1)主程序編寫

2)復位程序編寫任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例3)焊接程序編寫“hanjie（）”程序中，機器人末端焊槍根據示教好的軌跡點位以及配置好的焊接參數進行弧焊焊接。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例(4)建立主程序main和子程序，并確保所有指令的速度值不能超過100mm/s。程序編寫完成，調試機器人程序。單擊“調試”按鈕，單擊“PP移至例行程序…”，單擊“fuwei”，單擊“確定”，程序指針指在“fuwei”程序的第一條語句，如圖5-18所示。圖5-18建立主程序main和子程序任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

做一做

總結一下示教焊接機器人程序的注意事項。任務二解析焊接工作站實戰(zhàn)案例

工作任務

通過本次任務，掌握正確選擇合適弧焊機器人型號的方法；并根據不同因素選擇合適的焊槍、弧焊電源、送絲系統(tǒng)；分析、理解變位機選型原則，最終完成對焊接工作站的分析設計。任務三焊接工作站分析設計

一、弧焊機器人選型本案例選擇機器人型號為ABBIRB1410特點：結構堅固可靠，過程速度和定位均可調整，能達到最佳的制造精度，次品率極低，甚至達到零；噪音水平低、例行維護間隔時間長、使用壽命長；工作范圍大、廣、結構緊湊、手腕極為纖細任務三焊接工作站分析設計弧焊機器人的選型1.根據焊接工件的形狀和大小來選擇機器人的工作范圍，一般保證一次將工件上所有的焊點都焊到為準；2.考慮效率和成本，選擇機器人的軸數和速度及負載能力。3.應優(yōu)先選擇能夠在上臂內置焊槍電纜，底部還可以內置焊接地線電纜、保護氣氣管的工業(yè)機器人，這樣在減少電纜活動空間的同時，也延長了電纜的壽命。4.對于焊接機器人，還要考慮焊接用的專用技術指標。任務三焊接工作站分析設計專用技術指標：

1.適用的焊接方法：反映了機器人控制和驅動系統(tǒng)抗干擾的能力

2.擺動功能：工藝性能

3.焊接工藝故障自檢和自處理功能：檢出故險，自動報警

4.引弧和收弧功能：確保焊接質量

5.焊接尖端點示教功能：調整姿態(tài)，示教點位置不變任務三焊接工作站分析設計二、焊槍選型1.選擇自動型焊槍，不要選擇半自動型焊槍；2.根據焊絲的粗細、焊接電流的大小及負載率等因素選擇空冷式或水冷式的結構；3.根據機器人的結構選擇內置式或外置式焊槍；4.根據焊接電流、焊槍角度選擇焊槍；5.從設備和人身安全方面考慮應選擇帶防撞傳感器的焊槍。任務三焊接工作站分析設計三、弧焊電源選型弧焊機器人系統(tǒng)中的弧焊電源，通常是根據其特點和適用范圍來選擇。1.弧焊變壓器式交流弧焊電源(1)特點：將網路電壓的交流電變成適用于弧焊的低壓交流電，結構簡單，易造易修，耐用，成本低，磁偏吹小，空載損耗小，噪聲??；但其電流波形為正弦波，電弧穩(wěn)定性較差，功率因素低。(2)適用范圍：酸性焊條電弧焊、埋弧焊和TIG焊。任務三焊接工作站分析設計2.矩形波式交流弧焊電源(1)特點：網路電壓經降壓后運用半導體控制技術獲得矩形波的交流電，電流過零點極快，其電弧穩(wěn)定性好，可調節(jié)參數多，功率因數高；但設備較復雜，成本高。(2)適用范圍：堿性焊條電弧焊、埋弧焊和TIG焊。3.發(fā)電機式直流弧焊電源(1)特點：由柴（汽）油發(fā)動機發(fā)電而獲得直流電，輸出的電流脈動小，過載能力強；但空載損耗大，效率低，噪聲大。(2)適用范圍：各種弧焊。任務三焊接工作站分析設計4.整流器式直流弧焊電源(1)特點：將網路交流電經降壓和整流后獲得直流電，與直流弧焊發(fā)電機相比，制造方便省材料，空載損耗小，節(jié)能，噪聲小，由電子控制的近代弧焊整流器在控制與調節(jié)方面靈活方便，適應性強，技術和經濟指標高。(2)適用范圍：各種弧焊。任務三焊接工作站分析設計5.脈沖型弧焊電源(1)特點：輸出幅值大小周期變化的電流，效率高，可調節(jié)參數多，調節(jié)范圍寬而均勻，熱輸入可精確控制，但設備較復雜，成本高。(2)適用范圍：熔化極及非熔化極氣體保護焊、微束等離子弧焊等、窄間隙厚板焊、超薄板焊、普通板材焊、熱敏感性材料焊、全位置焊、單面焊雙面成形和封底焊。任務三焊接工作站分析設計四、送絲系統(tǒng)選型

1.送絲機選型

(1)一體式與分離式送絲機

由于一體式的送絲機到焊槍的距離比分離式的送絲機短，連接送絲機和焊槍的軟管也短，所以一體式的送絲阻力比分離式的小。從提高送絲穩(wěn)定性的角度看，一體式送絲機比分離式送絲機要好一些。任務三焊接工作站分析設計(2)推絲式、拉絲式與推拉絲式送絲機

推絲式送絲機主要用于直徑為0.8-2.0mm的焊絲，它是應用最廣的一種送絲機。其特點是焊槍結構簡單輕便，易于操作，但焊絲需要經過較長的送絲軟管才能進入焊槍，焊絲在軟管中受到較大阻力，影響送絲穩(wěn)定性，軟管長度一般為3-5m。任務三焊接工作站分析設計(3)一對滾輪和兩對滾輪

從送絲力來看，兩對滾輪的送絲力比一對滾輪的大些。當采用藥芯焊絲時，由于藥芯焊絲比較軟，滾輪的壓緊力不能像采用實心焊絲時那么大，所以為了保證有足夠的送絲推力，選用兩對滾輪的送絲機可以有更好的效果。任務三焊接工作站分析設計2.送絲軟管選型焊絲直徑與軟管內徑要配合恰當。焊絲直徑/mm0.8-1.01.0-1.41.4-2.02.0-3.5軟管內徑/mm1.52.53.24.7表5-5

焊絲直徑與軟管直徑任務三焊接工作站分析設計五、變位機選型原則

焊接變位機選型原則有以下三點：

一是工件適用原則；

二是方便焊接原則；

三是容易操作原則。任務三焊接工作站分析設計

做一做

結合任務三所學內容，分析、總結弧焊機器人選型需要考慮那些因素及技術指標。任務三焊接工作站分析設計

工作任務

通過對焊接生產線的分析設計，掌握弧焊機器人系統(tǒng)工位布局結構及其作業(yè)特點。任務四焊接生產線分析設計相關知識

弧焊機器人系統(tǒng)的設計以焊接生產工藝的最佳化為目標，同時具備良好的安全性、方便的操作性及性能的可靠性。系統(tǒng)在注重標準化的同時，設計有不同的布局結構，可對應多種焊接工藝要求。任務四焊接生產線分析設計弧焊機器人系統(tǒng)工位布局通常具備以下特點：1.雙工位系統(tǒng)，一工位進行焊接作業(yè)時，另一工位裝卸件，可提高工作效率。2.具備多重安全防護功能以及故障診斷功能，安全性能高，便于維護。3.整套系統(tǒng)由若干模塊組成，便于運輸和安裝以及車間布局，且方便物流。4.機械及電氣設計符合人機學原理，操作方便。5.采用通用的夾具接口，實現夾具快速更換。按照焊接工位的布局或運轉形式，弧焊機器人系統(tǒng)通常分為5大類：V型、H型、一字型、水平回轉型和垂直翻轉型。任務四焊接生產線分析設計(1)V型V型布局充分考慮了操作方便性和維護方便性，適合大多數產品的焊接。如在汽車零部件焊接中，適合汽車座椅骨架、汽車車橋、儀表盤支架、副車架、后排座椅靠背、排氣系統(tǒng)、汽車保險杠以及摩托車、電動車車架等各種產品，見圖5-22所示。任務四焊接生產線分析設計圖5-22

V型布局(2)H型H型工位布局與V型工位布局的特點類似，適合大多數產品的焊接，見圖5-23所示。任務四焊接生產線分析設計圖5-23

H型布局(3)一字型一字型布局具有操作方便性和維護方便性的特點，適合大多數體積不太大、長度不太長的工件焊接，見圖5-24所示。任務四焊接生產線分析設計圖5-24

一字型布局(4)水平回轉型

水平回轉型布局內的三軸水平回轉變位機用于夾具回轉和將兩個夾具變換位置，其中用于工件焊接與裝卸位置轉換的水平回轉機構，采用外部軸、伺服電機、交流變頻電機驅動，通過齒輪副驅動工作臺水平回轉，回轉范圍為±180°，回轉到位后由氣動精確定位，保證焊接精度，見圖5-25所示。該布局適合大多數體積不太大、長度不太長的工件的焊接。任務四焊接生產線分析設計任務四焊接生產線分析設計圖5-25

水平回轉型布局(5)垂直翻轉型垂直翻轉型布局采用雙持三軸垂直翻轉變位機，可實現大軸垂直翻轉±90°和小軸垂直翻轉±180°，見圖5-26所示。該布局通過特殊設計，可保證系統(tǒng)焊接的穩(wěn)定性，且能夠實現與機器人的協調工作，適合絕大多數體積不太大、長度較長的工件的焊接。任務四焊接生產線分析設計圖5-26

垂直翻轉型布局

做一做

弧焊機器人系統(tǒng)工位布局通常具備那些特點？任務四焊接生產線分析設計本章小結一、焊接機器人介紹：分類及特點；系統(tǒng)組成二、實戰(zhàn)案例：工藝流程、設備參數、工藝步驟、案例示教三、工作站分析設計：弧焊機器人選型、電源選型、送絲系統(tǒng)選型、變位機選型四、焊接生產線分析設計：V型、H型、一字型、水平回轉型和垂直翻轉型工業(yè)機器人應用工藝教程項目導讀雕刻機器人工作站具有高靈活性、高精準度的優(yōu)點，編程方便，作業(yè)空間大，可以用于泡沫、有機塑料、石膏、木材、石材等材料的雕刻，適用于工藝品加工、汽車造型、電影道具制作、復雜曲面加工等場合，可滿足雕刻行業(yè)迅速發(fā)展的需求，加快藝術品的成型與應用，還可用于金屬表面處理與加工。項目學習目標知識目標能力目標素質目標1.了解雕刻機器人的分類及特點2.掌握雕刻機器人的系統(tǒng)組成及功能3.掌握雕刻機器人系統(tǒng)的工藝流程特點及步驟4.掌握雕刻機器人系統(tǒng)的統(tǒng)基本設計方法5.拓展雕刻機器人系統(tǒng)中的相關工藝知識1.通過雕刻機器人系統(tǒng)的工藝流程、特點及步驟的學習，掌握科學規(guī)范的編程能力2.通過對雕刻工作站的分析設計，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力3.在應用實戰(zhàn)過程中掌握合理利用與支配各類資源的能力4.通過拓展雕刻機器人系統(tǒng)中的相關工藝知識，培養(yǎng)學生獲取信息并利用信息的能力5.通過拓展學習，強化學生自我認知、自主學習的能力1.在小組合作學習中，培養(yǎng)學生團隊協作意識2.通過設計雕刻工作站，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和縝密的科學思維方式3.通過雕刻應用實戰(zhàn)的學習建立嚴格良好的職業(yè)習慣和嚴謹的工作態(tài)度4.通過本項目的學習，培養(yǎng)學生嚴謹求實、精益求精的工匠精神項目任務實施本項目主要對雕刻工作站工藝設計的學習目標進行概括，主要分四個任務對雕刻工作站的工藝設計進行講解，目的是使學生在應用實戰(zhàn)中明確學習要點，系統(tǒng)的掌握雕刻工作站的工藝設計方法。任務一雕刻機器人介紹工作任務通過對雕刻機器人的學習，了解雕刻機器人的分類、特點、系統(tǒng)組成及功能等相關基礎知識，并能自主介紹雕刻機器人系統(tǒng)。相關知識雕刻機器人運用多軸聯動控制、軌跡插補、離線編程等機器人相關技術，并結合了CNC硬件結構和控制軟件，可應用于模具（如輪胎模具）圖文雕刻及廣告標志、工藝美術的制作。雕刻機器人是一種能夠實現全自動化雕刻的機器人專用工作站，在雕刻速度、精準程度、精細程度等方面均有更好的表現，相比傳統(tǒng)方法能夠更加方便快捷地在常規(guī)材質上制作出逼真、精致和耐久的二維圖形及三維立體浮雕。一、雕刻機器人的分類及特點雕刻機器人按種類可分為并聯雕刻機器人、六自由度機器人、三種聯動機器人、混聯雕刻機器人等。主要的技術特點有：

1.基于機器人實時力感知技術，雕刻機器人可以根據不同材質的雕刻對象，調整雕刻速度等控制參數。

2.使用激光跟蹤儀對機器人實時動態(tài)誤差分析，采用基于神經網絡的補償算法，對機器人動態(tài)誤差的補償效果明顯，極大提高了機器人雕刻加工精度。3.開發(fā)出機器人離線編程與仿真軟件，針對復雜作業(yè)曲面，通過三維建模、數據轉化，實現復雜曲面機器人自動離線編程工作，還可以通過仿真驗證程序的可行性。4.工具快換裝置設計，雕刻機器人進行雕刻加工時，會根據不同的原料情況和加工要求快速切換使用不同類型的加工刀具，提高了生產效率。5.多機器人協同作業(yè)，不受雕刻尺寸的限制。使用多機器人協作與協調控制算法，合理規(guī)劃多個機器人位置，雕刻任務分解及多機器人協調控制，提高雕刻效率。6.采用工業(yè)機器人分段作業(yè)，實現大型或超大型部件雕刻，解決了傳統(tǒng)數控雕刻機難以對其加工的現實問題，具有精度高、效率高、成本低等優(yōu)點。改善傳統(tǒng)雕刻作業(yè)現狀，為大型或超大型部件加工提供了一種新型、可靠的解決方案。二、雕刻機器人的系統(tǒng)組成機器人雕刻系統(tǒng)由工業(yè)機器人、電動主軸、刀具庫、水冷機、空氣壓縮機等組成。該系統(tǒng)除具備五軸加工中心一些特點外，更可適應多種異型材料、非標準件的立體雕刻加工，適合多種軟金屬軟材料，如鋁、塑料、木料、玻璃、碳化纖維、復合材料等大型且復雜工件的快速成型加工，如圖6-1所示。圖6-1雕刻機器人

做一做

雕刻機器人的雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，它的主要的技術特點是什么？任務二

解析雕刻工作站實戰(zhàn)案例工作任務以案例為基礎設計雕刻工作站，能自主選擇正確的工藝流程并能設計工藝步驟，根據工藝步驟，進行機器人示教編程，嘗試個人或小組建立雕刻機器人工作站并記錄所選用的設備及具體參數。相關知識一、案例背景

雕刻機器人技術的運用不但可以提高工藝品的加工效率，減少加工時間，而且可以完成工藝品規(guī)模化加工，因此對于雕刻機器人技術的研究得到許多學者的重視。

工業(yè)雕刻機器人在不斷向更高集成化、自動化方向進行技術革新，設計更優(yōu)的控制系統(tǒng)，對加工工藝精益求精，有助于我國雕刻加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，與此同時對該領域的人才需求也將日益增多，掌握雕刻機器人工藝流程相關知識，學會分析不同雕刻場景，是相關領域專業(yè)人才不可或缺的技能。二、案例介紹本案例為一條雕刻生產線，如圖6-2所示，其中的雕刻單元可以完成對木質材料、鋁制材料、工業(yè)塑料的雕刻加工，雕刻單元與其他單元協作配合，完成雕刻任務。本案例所涉及的工藝流程單元模塊有ABB機器人雕刻單元、自動供托盤單元、智能輸送線單元、上下料單元。圖

6-2

雕刻工作站三、案例學習要點學習本案例要注意以下要點：

1.各個單元在工作使用之前要注意調零、校準，保證單元模塊的正常運轉；

2.雕刻單元工作時，工藝步驟有疊加，同步執(zhí)行，注意工藝之間的邏輯關系；

3.注意雕刻單元各個模塊之間的完整性與結構性，保證運行系統(tǒng)的合理與流暢。四、案例工藝流程具體工藝流程如圖6-3所示。協作機器人裝配專用吸盤，由視覺檢測系統(tǒng)計算工件的抓取位置，PLC向機器人發(fā)送指令，將雕刻工件精準抓取至雕刻工作臺，實現半成品工件的上料。雕刻單元進行雕刻加工，執(zhí)行設定好的雕刻程序，并按照雕刻工件的類型，自動選擇并切換雕刻刀頭。圖

6-3

案例工藝流程圖五、案例設備參數本案例中涉及的設備型號及參數見表6-1雕刻工作站案例設備參數：

表6-1雕刻工作站案例設備參數設備名稱型號品牌設備參數工業(yè)雕刻機器人ABB：IRB2600-20/1.65ABB臂展：1.65m負載：20kgPLC控制器S7-1214C西門子14DI16DODC/DC/DC協作機器人Diana思靈機械負載：7Kg真空吸盤工具ZPT-20-H-A14SMC吸盤φ20mm真空壓力表DPSN1-10020亞德客DC24V-0.1-1MPA視覺檢測相機BasleracA2440-35ucBasler

相機鏡頭LensM0824-MPW2F2.4f8mm2/3Computar

雕銑電主軸DGZX-10036/3.5廣州昊志36000rpm功率3.5kW雕刻主軸控制變頻器MH300臺達AC380V刀庫轉臺原點接近開關E2B-M18KN10-WZ-B12M歐姆龍

刀庫旋轉電機CM08IG25TJB利得機電25W主軸刀具安裝電磁閥4V210-08-B亞德客DC24V六、案例工藝步驟根據本案例工藝流程，制定具體工藝步驟如下：1.雕刻機器人配置PLC與ABB雕刻機器人通過Profinet總線方式進行通訊，ABB機器人在控制模塊中選配888-2ProfinetController/Device功能，配置機器人的IP地址及網關，配置機器人Profinet的名稱，輸入輸出字節(jié)，完成機器人的配置內容，如圖6-4所示。2.PLC配置PLC獲取ABB機器人對應型號版本的GSD配置文件，在博途軟件中進行安裝，設置IP地址、名稱需要與ABB機器人設置的IP和名稱保持一致，完成后給ABB機器人配置IO模塊，并設置地址，最后將配置好的文件下載到PLC，即可實現PLC與ABB機器人進行多字節(jié)數據的通信功能。六、案例工藝步驟六、案例工藝步驟3.協作上料機器人配置PLC與Diana協作機器人通過網線連接，實現TCP/IP通信。在機器人程序中用python語言編寫SOCKET服務端通信腳本，同時在PLC中編寫SOCKET客戶端通信程序，完成通信配置。4.視覺系統(tǒng)識別原材料PLC啟動上料程序，協作機器人準備抓取雕刻材料，視覺相機通過機器視覺裝置將被檢測的原材料轉換成圖像信號，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些數字化信號進行運算來定位雕刻材料所在的位置坐標及輪廓，并將數據發(fā)送給Diana協作機器人。六、案例工藝步驟5.協作機器人執(zhí)行上料指令當協作機器人接收數據信息后，移動吸盤末端工具貼近雕刻原材料，開啟末端執(zhí)行器上的真空發(fā)生器，真空發(fā)生器利用真空原理吸取雕刻原材料，當內置壓力開關達到一定壓力值時，PLC接收信號，判定吸取完成。圖6-4視覺系統(tǒng)識別原材料圖6-5協作機器人執(zhí)行上料指令六、案例工藝步驟6.協作機器人上料完成

機器人吸取雕刻原材料，移動至雕刻臺固定位置，真空發(fā)生器停止工作，上料完成。圖6-5協作機器人上料完成六、案例工藝步驟7.夾緊原材料

PLC接收到上料完成信號后，控制雕刻臺夾緊工具，將原材料夾緊固定。圖6-6緊原材料六、案例工藝步驟8.雕刻程序準備通過離線編程，將需要雕刻的各種類型產品程序提前導入雕刻機器人。導入工件三維模型；

軟件輔助劃分雕刻區(qū)域并生成雕刻路徑；設定工件、工具、機器人坐標系；工藝點位姿態(tài)設定；機器人軌跡優(yōu)化；程序仿真驗證；生成工件雕刻程序。六、案例工藝步驟

9.雕刻機器人刀具準備

PLC向機器人及刀具系統(tǒng)發(fā)送雕刻信息，刀具系統(tǒng)自動回零。機器人按照雕刻信息啟動相應程序，在刀具系統(tǒng)中，選取程序任務所需刀具類型。圖6-7雕刻機器人刀具準備六、案例工藝步驟10.雕刻任務開始機器人按照程序設定的雕刻軌跡，開啟雕刻主軸，進行雕刻。圖6-8雕刻任務開始六、案例工藝步驟11.雕刻完成雕刻完成后，機器人關閉主軸，將刀具放還至刀具系統(tǒng)處，回到工作原點。圖6-9雕刻完成七、案例工藝示教根據上述工藝步驟，進行機器人示教編程：?任務描述：

雕刻單元是通過末端主軸結合刀具實現對工件的雕刻。DIANA協作機器人將雕刻工件放置在雕刻臺后，工業(yè)機器人通過雕刻圖案選取對應的刀具，根據雕刻工藝，完成對工件的雕刻圖6-10主軸搭配刀具七、案例工藝示教?任務實施：（1）設計機器人程序流程圖6-11程序流程圖（2）機器人運動所需示教點序號示教點、信號和坐標系說明備注1diaoke_home機器人原點需示教2daoju_p1更換刀具點上方需示教3daoju_p2更換刀具點需示教4diaoke_p1雕刻起始點上方需示教5diaoke_p2雕刻起始點需示教6diaoke_p3雕刻點2需示教7diaoke_p4雕刻點3需示教8diaoke_p5雕刻點4需示教9diaoke_p6雕刻結束點需示教10diaoke_p7雕刻結束點上方需示教11tool1主軸刀具工具坐標系需建立12tool0默認工具坐標系無需建立13wobj0默認工件坐標系無需建立14do1刀具鎖緊信號1為打開15do2雕刻主軸信號1為打開（3）機器人程序設計整個程序需要一個復位程序“fuwei（）”，刀具裝配和雕刻路徑2個子程序“daoju（）”、“diaoke（）”。1)主程序編寫2)復位程序編寫在“fuwei（）”程序中，要將機器人回到原點，所有信號復位，參考程序如下：3)刀具更換程序編寫“daoju（）”程序中，機器人末端主軸先移動到刀具庫上方，再移動到裝配刀具處，通過鎖緊信號將刀具安裝到主軸上。4)雕刻程序編寫“diaoke（）”程序中，機器人末端主軸裝配著刀具，按照示教完成的路徑進行雕刻。（4）建立主程序main和子程序，并確保所有指令的速度值不能超過100mm/s。程序編寫完成，調試機器人程序。單擊“調試”按鈕，單擊“PP移至例行程序…”，單擊“fuwei”，單擊“確定”，程序指針指在“fuwei”程序的第一條語句。圖6-12建立主程序main和子程序任務三

雕刻工作站分析設計

工作任務

通過對雕刻機器人的自由度、剛性、定位精度、工作空間、編程軟件、防護等級等選型因素的了解，能夠正確選擇合適的雕刻機器人型號；同時能完成對雕刻動力頭類型的比選，從而最終完成對雕刻工作站的分析設計。

相關知識一、雕刻機器人選型

上述案例中，選擇機器人型號為ABBIRB2600，該機器人采用優(yōu)化設計，機身緊湊輕巧，節(jié)拍時間與行業(yè)標準相比最多可縮減25%。專利QuickMoveTM運動控制軟件使其加速度達到同類最高，并實現速度最大化，從而提高產能與效率。IRB2600工作范圍超大，安裝方式靈活，可輕松直達目標設備，不會干擾輔助設備。優(yōu)化機器人安裝，是提升生產效率的有效手段。模擬最佳工藝布局時，其靈活的安裝方式能帶來極大的便利。

在選擇雕刻機器人型號時，需要注意6個部分，分別為：自由度、剛性、定位精度、工作空間、編程軟件、防護等級。（1）自由度雕刻機器人一般要選用6關節(jié)工業(yè)機器人，這樣機器人有6個自由度，可以通過改變機器人姿態(tài)，使機器人到達各種角度，完成工件不同部位的雕刻加工。（2）剛性雕刻機器人要選用具有一定剛性的工業(yè)機器人，以適應雕刻形成的沖擊力。（3）定位精度雕刻機器人要有較高的精度，以保證工件雕刻的品質。（4）工作空間雕刻機器人的工作范圍要滿足工件加工對空間的需求，防止設備之間相互干涉。（5）編程軟件對于外形曲面、曲線比較復雜，要求機器人能完成高精度的雕刻任務，這對機器人的運動編程提出了較高的要求。合理的方式是通過離線模擬仿真以及在線調試配合來完成，因此需要機器人配置有功能強大的離線仿真軟件系統(tǒng)。而對雕刻工藝的理解深度，也會直接影響編程的效果，從而影響工件雕刻后的產品質量。（6）防護等級雕刻作業(yè)工況惡劣，機器人防護等級要求高，一般要求防護等級為IP65。二、雕刻動力頭選型上述案例中，選擇雕刻主軸型號為DGZX-10036/3.5，該主軸是一款高速銑削電主軸，最高轉速36000rpm，額定功率3.5kW；主要應用于雕銑機及加工中心，專門針對各類金屬、非金屬高精度銑削加工而精心設計。具有發(fā)熱量小、熱伸長波動性小、表面加工刀紋優(yōu)等特性，其表面加工質量及熱伸長波動量為業(yè)內100系列主軸表現優(yōu)，較適合金屬（鋁及其合金、銅等材料）、非金屬（陶瓷、石墨、亞克力、玻璃等材料）的表面高精度加工。目前，雕刻機器人常用的雕刻動力頭類型有：旋轉銼型、銼刀型、倒角刀型。（1）旋轉銼型該類型雕刻動力頭主要用于輕金屬與非金屬的雕刻。其主軸可以進行任何方向自由的移動，根據機器人程序可以對工件邊緣設置壓力，且能進行弧形或固定角度的移動。圖6-13旋轉銼型（2）銼刀型

該類型雕刻動力頭適用于精密雕刻，可對金屬或石材雕刻。其主軸同樣可以在任何方向自由移動，且在工件邊緣可以保持壓力恒定和進行弧度或固定角度移動。圖6-14銼刀型（3）倒角刀型

該類型雕刻動力頭可以對孔的端面進行平面、柱面、錐面及其他型面雕刻加工。其主軸可以軸向移動，必要的前饋力可由程序控制設定。圖6-15倒角刀型在選擇雕刻動力頭時，需要結合雕刻工件的形狀、材料及加工部位等要求進行設計與選用。做一做雕刻機器人常用的三種雕刻動力頭都有哪些特點？任務四雕刻生產線分析設計

工作任務通過對雕刻生產線的分析設計，掌握雕刻機器人系統(tǒng)工位布局的作業(yè)特點及應用范圍。

相關知識?雕刻機器人系統(tǒng)工位布局雕刻機器人系統(tǒng)的設計以雕刻生產工藝的最佳化為目標，同時具備良好的安全性、方便的操作性及性能的可靠性。系統(tǒng)在注重標準化的同時，設計有不同的布局結構，可對應多種雕刻工藝要求。雕刻機器人系統(tǒng)工位布局通常具備以下特點：（1）雙工位系統(tǒng)，一工位進行雕刻作業(yè)時，另一工位裝卸件，可提高工作效率。（2）具備多重安全防護功能以及故障診斷功能，安全性能高，便于維護。（3）整套系統(tǒng)由若干模塊組成，便于運輸和安裝以及車間布局，且方便物流。（4）機械及電氣設計符合人機學原理，操作方便。（5）采用通用的快換接口，實現夾具快速更換。按照雕刻工位的布局或運轉形式，雕刻機器人系統(tǒng)通常分為3大類：V型、H型和一字型。

1)V型V型布局充分考慮了操作方便性和維護方便性，適合大多數產品的雕刻。2)H型H型工位布局與V型工位布局的特點類似，適合大多數產品的雕刻。3)一字型一字型布局具有操作方便性和維護方便性的特點，適合大多數體積不太大、長度不太長的工件雕刻。

做一做按雕刻工位的布局或運轉形式，雕刻機器人系統(tǒng)可分V型、H型和一字型，結合所學內容，簡述它們之間的區(qū)別。

項目小結本項目以雕刻生產線中上下料、雕刻、檢測等過程為應用工藝案例，系統(tǒng)分析了典型基于工業(yè)機器人雕刻工作站各組成部分的分類、特點、組成和基本功能，描述了機器人雕刻的工藝流程，解析了雕刻產線的布局和各部件的選型方法，以案例為基礎重點講授了雕刻生產線的實現方法和部分代碼，完成了既定的學習目標。項目七

打磨應用實戰(zhàn)項目導讀：打磨工業(yè)機器人系統(tǒng)替代人工，效率高降低對操作工人身心健康的影響

項目學習目標知識目標能力目標素質目標1.了解打磨機器人的分類及特點；2.掌握打磨機器人的系統(tǒng)組成及其功能；3.掌握打磨機器人的工藝流程特點及步驟；4.掌握打磨機器人工作環(huán)節(jié)的基本設計方法；5.拓展打磨機器人工作環(huán)節(jié)中的相關工藝知識。1.通過打磨機器人系統(tǒng)的工藝流程、特點及步驟的學習，掌握科學規(guī)范的編程方法和步驟的能力2.通過對打磨工作站的分析設計，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力3.在應用實戰(zhàn)過程中掌握合理利用與支配各類資源的能力4.通過拓展打磨機器人系統(tǒng)中的相關工藝知識，培養(yǎng)學生獲取信息并利用信息的能力5.通過拓展學習，強化學生自我認知、自主學習的能力1.在小組合作學習中，培養(yǎng)學生團隊協作意識2.通過設計打磨工作站，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和縝密的科學思維方式3.通過打磨應用實戰(zhàn)的學習建立嚴格良好的職業(yè)習慣和嚴謹的工作態(tài)度4.通過本項目的學習，培養(yǎng)學生嚴謹求實、精益求精的工匠精神任務一

打磨機器人介紹工作任務：1、打磨機器人的分類及特點2、打磨機器人的系統(tǒng)組成任務一

打磨機器人介紹一、打磨機器人的分類及特點1、機器人持工件2、機器人持工具（a）機器人持工件

（b）機器人持工具

圖

7-1

打磨機器人系統(tǒng)分類任務一

打磨機器人介紹一、打磨機器人的分類及特點1、機器人持工件（a）機器人持工件

（1）可以實現復雜幾何形狀工件的打磨（2）可將打磨后的工件直接放到發(fā)貨架上，容易實現現場流線化（3）在一個工位完成機器人的裝件、打磨和卸件，投資相對較?。?）打磨設備可以很大，能夠采用大功率，可以使打磨設備的維護周期加長，加快打磨速度（5）可以采用便宜的打磨設備任務一

打磨機器人介紹一、打磨機器人的分類及特點2、機器人持工具（b）機器人持工具（1）工具要求結構緊湊、質量輕（2）打磨頭的尺寸小，消耗快，更換頻繁（3）可以從工具庫中選擇和更換所需的工具（4）可以用于磨削工件的內部表面任務一

打磨機器人介紹一、打磨機器人的分類及特點總結——打磨機器人與傳統(tǒng)打磨拋光機床及手工打磨相比，具有如下特性：（1）加工過程幾乎完全自動化，工作效率大大提升。（2）具有高度柔性和適應能力，同套設備經過適當調整可快速實現加工其他規(guī)格產品的能力，大大提高了設備的使用率。（3）同時由于機器人具有多個自由度，特別適合一般設備不能實現的曲面加工。（4）在打磨拋光過程中，機器人可實現更快速、更可靠、更系統(tǒng)的控制。（5）提高打磨質量，產品精度高且穩(wěn)定性好，保證其一致性。二、打磨機器人的系統(tǒng)組成任務一

打磨機器人介紹①-機器人②-控制器③-示教器④-末端執(zhí)行器(打磨動力頭)⑤-力傳感器⑥-變頻器⑦-自動快換裝置（ATC）⑧-力傳感器控制器⑨-工具轉速控制電纜⑩-控制電纜圖7-2打磨機器人的系統(tǒng)組成二、打磨機器人的系統(tǒng)組成

打磨作業(yè)系統(tǒng)（1）打磨動力頭（2）變頻器（3）自動快換裝置任務一

打磨機器人介紹（1）打磨動力頭任務一

打磨機器人介紹圖7-3打磨動力頭（1）打磨動力頭任務一

打磨機器人介紹圖7-4打磨方式（2）變頻器任務一

打磨機器人介紹圖7-5變頻器（3）自動快換裝置任務一

打磨機器人介紹圖7-6自動快換裝置做一做

結合所學內容，說一說你對打磨機器人有那些了解？任務一

打磨機器人介紹工作任務

以案例為基礎設計打磨工作站，能自主選擇正確的工藝流程并能設計工藝步驟，根據工藝步驟，進行機器人示教編程，嘗試個人或小組建立打磨機器人工作站并記錄所選用的設備及具體參數。任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例一、案例背景

傳統(tǒng)的人工打磨不適合企業(yè)的長遠發(fā)展，打磨機器人受到前所未有的關注。任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例二、案例介紹

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖7-7

打磨工作站三、案例學習要點

學習本案例要注意以下要點：

（1）各個子系統(tǒng)在工作使用之前要注意調零、校準，保證子系統(tǒng)的正常運轉

（2）力控設備對打磨系統(tǒng)至關重要

（3）注意打磨系統(tǒng)各個模塊之間的完整性與結構性，保證系統(tǒng)運行的合理與流暢任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例四、案例工藝流程

從宏觀需求角度，實戰(zhàn)案例的工藝流程設計以串行方式實現具體的工藝流程設計如下：任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-8

案例工藝流程圖五、案例設備參數本案例中涉及的設備型號及參數如下表所示：

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例表7-1

打磨工作站案例設備參數設備名稱型號品牌設備參數工業(yè)機器人ABB：IRB2600-20/1.65ABB臂展：1.65m負載：20kgPLC控制器S7-1214C西門子14DI16DODC/DC/DC除塵器G400格威萊德?功率：400V/50Hz/2.2KW打磨頭工具ACT390ATI最大轉速：10000氣動馬達電磁閥4V210-08-B亞德客DC24V六、案例工藝步驟

根據本案例工藝流程，制定具體工藝步驟如下：

（1）打磨機器人配置

（2）PLC配置

（3）打磨參數設置

（4）打磨準備

（5）除塵系統(tǒng)啟動

（6）打磨開始

（7）打磨補償

（8）打磨完成任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例六、案例工藝步驟

（1）打磨機器人配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-9

打磨機器人配置1六、案例工藝步驟

（1）打磨機器人配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-10打磨機器人配置2六、案例工藝步驟

（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-11

打開配置GSD選項功能（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-12

選擇需要添加的GSD文件（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-13

在網絡視圖中添加機器人設備（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-14

建立機器人與PLC之間連接（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-15

分配與PLC信息交互數據區(qū)（2）PLC配置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-16

分配機器人IP地址和PROFINET設備名稱六、案例工藝步驟

（3）打磨參數設置

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-17

打磨參數設置六、案例工藝步驟

（4）打磨準備

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-18

打磨準備六、案例工藝步驟

（5）除塵系統(tǒng)啟動

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-19

除塵系統(tǒng)啟動六、案例工藝步驟

（6）打磨開始

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-20

打磨開始六、案例工藝步驟

（7）打磨補償

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-21

打磨補償六、案例工藝步驟

（8）打磨完成任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖

7-22

打磨完成七、案例工藝示教

任務描述：工業(yè)機器人工件打磨單元中機器人通過末端恒力執(zhí)行器的打磨盤對工件進行打磨。根據打磨工藝，機器人要完成的任務是通過圓弧指令將圓盤工件表面進行覆蓋打磨。任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖7-23恒力執(zhí)行器打磨盤任務實施：

（1）設計機器人程序流程任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖7-24

程序流程圖

（2）機器人運動所需示教點任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例序號示教點、信號和坐標系說明備注1damo_home機器人原點需示教damo_p1打磨外圓起始點上方需示教3damo_p2需示教4damo_p3打磨外圓弧1過渡點需示教5damo_p4打磨外圓弧1結束點需示教6damo_p5打磨外圓弧2過渡點需示教7damo_p6打磨外圓弧2結束點需示教8damo_p7打磨內圓起始點上方需示教9damo_p8打磨內圓起始點需示教10damo_p9打磨內圓弧1過渡點需示教11damo_p10打磨內圓弧1結束點需示教12damo_p11打磨內圓弧2過渡點需示教13damo_p12打磨內圓弧2結束點需示教14tool1打磨頭工具坐標系需建立15tool0默認工具坐標系無需建立16wobj0默認工件坐標系無需建立17do1打磨頭信號1為打開（3）

機器人程序設計

1)主程序編寫任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例（3）

機器人程序設計

2)復位程序編寫任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例（3）

機器人程序設計

3)外圓打磨程序編寫任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例（3）

機器人程序設計

4)內圓打磨程序編寫任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例

（4）建立主程序main和子程序，并確保所有指令的速度值不能超過100mm/s。任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例圖7-25建立主程序main和子程序做一做

任務二

打磨工作站實戰(zhàn)案例

工作任務1、打磨機器人選型2、打磨動力頭選型3、打磨砂帶機選型4、變頻器選型任務三

打磨工作站分析設計一、打磨機器人選型在選擇打磨機器人型號時，需要注意6個部分：

（1）自由度

（2）剛性

（3）定位精度

（4）工作空間

（5）編程軟件

（6）防護等級任務三

打磨工作站分析設計任務三

打磨工作站分析設計圖7-7

柔性打磨動力頭的分類

二、打磨動力頭選型

目前，打磨機器人常用的柔性打磨動力頭類型有：旋轉銼型、銼刀型、刷子型、倒角刀型、磨削拋光型。

三、打磨砂帶機選型

打磨砂帶機，主要有3個關鍵部件，分別為：

（1）砂帶驅動電機

（2）砂帶

（3）接觸輪

任務三

打磨工作站分析設計

四、變頻器選型

在選擇變頻器時可以按照負載電流、負載類型、應用場合來進行選擇。

（1）按負載電流

（2）按負載類型

（3）特殊應用場合

任務三

打磨工作站分析設計做一做

簡述打磨機器人選型的六點主要因素。

任務三

打磨工作站分析設計工作任務

通過對打磨生產線的分析設計，掌握打磨機器人系統(tǒng)工位布局的作業(yè)特點及應用范圍。任務四

打磨生產線分析設計打磨機器人系統(tǒng)工位布局

打磨機器人系統(tǒng)工位布局通常具備以下特點：（1）雙工位系統(tǒng)，一工位進行打磨作業(yè)時，另一工位裝卸件，可提高工作效率（2）具備多重安全防護功能以及故障診斷功能，安全性能高，便于維護（3）整套系統(tǒng)由若干模塊組成，便于運輸和安裝以及車間布局，且方便物流（4）機械及電氣設計符合人機學原理，操作方便（5）采用通用的夾具接口，實現夾具快速更換任務四

打磨生產線分析設計按照打磨工位的布局或運轉形式，打磨機器人系統(tǒng)通常分為5大類：

1)V型

2)H型

3)一字型

4)水平回轉型

5)垂直翻轉型任務四

打磨生產線分析設計

4)水平回轉型

任務四

打磨生產線分析設計（a）整體布局

(b）三軸水平回轉變位機

圖

7-26

水平回轉型布局

5)垂直翻轉型任務四

打磨生產線分析設計(a）整體布局(b）三軸垂直翻轉變位機圖7-8

垂直翻轉型布局做一做

水平回轉型系統(tǒng)布局的特點是什么？

任務四

打磨生產線分析設計項目小結項目八裝配應用實戰(zhàn)項目導讀：不同的裝配作業(yè)所選擇的機器人系統(tǒng)也是不同的系統(tǒng)掌握裝配工作站的工藝設計方法

項目學習目標知識目標能力目標素質目標1.了解裝配機器人的分類及特點；2.掌握裝配機器人的系統(tǒng)組成及其功能；3.掌握裝配機器人的工藝流程特點及步驟；4.掌握裝配機器人工作環(huán)節(jié)的基本設計方法；5.拓展裝配機器人工作環(huán)節(jié)中的相關工藝知識。1.通過裝配機器人系統(tǒng)的工藝流程、特點及步驟的學習，掌握科學規(guī)范的編程方法和步驟的能力2.通過對裝配工作站的分析設計，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力3.在應用實戰(zhàn)過程中掌握合理利用與支配各類資源的能力4.通過拓展裝配機器人系統(tǒng)中的相關工藝知識，培養(yǎng)學生獲取信息并利用信息的能力5.通過拓展學習，強化自我認知、自主學習的能力1.在小組合作學習中，培養(yǎng)學生團隊協作意識2.通過設計裝配工作站，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和縝密的科學思維方式3.通過裝配應用實戰(zhàn)的學習建立嚴格良好的職業(yè)習慣和嚴謹的工作態(tài)度4.通過本項目的學習，培養(yǎng)學生嚴謹求實、精益求精的工匠精神

項目任務實施

四個任務對裝配工作站的工藝設計進行講解系統(tǒng)的掌握裝配工作站的工藝設計方法任務一裝配機器人介紹工作任務：1、裝配機器人的分類及特點2、裝配機器人的系統(tǒng)組成任務一裝配機器人介紹一、裝配機器人的分類及特點

1、裝配機器人的分類2、特點裝配機器人在本體上較其他類型機器人有所區(qū)別，但在實際運用中無論是直角式裝配機器人還是關節(jié)式裝配機器人都有如下特性：（1）每臺裝配機器人的末端執(zhí)行機構可根據工藝需要配備不同工具，以滿足生產線多品種，小批量、和多批次的生產要求，只需要簡單的重新標定、示教編程即可實現工具的切換。（2）裝配機器人高精度和作業(yè)穩(wěn)定性，有利于其在精益工業(yè)生產過程中的拓展應用。（3）視覺輔助功能的應用，由于裝配過程工件誤差、尺寸跨度大、裝配關系復雜和軌跡規(guī)劃難等實際問題，在裝配機器人的應用過程中，通常帶有視覺輔助功能。通過機器人——手（執(zhí)行機構）、眼（視覺引導）的協調操作，引導機器人各軸準確定位和抓取目標工件，完成精確復雜裝配。任務一裝配機器人介紹二、裝配機器人的系統(tǒng)組成裝配機器人系統(tǒng)主要由機器人、控制器、示教器、裝配作業(yè)系統(tǒng)和周邊設備組成。①—機器人；

②—控制器；

③—示教器；

④—末端執(zhí)行器（吸盤）；⑤—機器人安裝平臺；

⑥—輸送系統(tǒng)；

⑦—真空負壓站；

⑧—工件圖8-1裝配機器人系統(tǒng)組成任務一裝配機器人介紹二、裝配機器人的系統(tǒng)組成裝配作業(yè)系統(tǒng)周邊設備（1）給料器（2）托盤圖8-2給料器圖8-3托盤做一做

直角式裝配機器人與關節(jié)式裝配機器人都有什么主要特性？

任務一裝配機器人介紹任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例工作任務：以案例為基礎設計裝配工作站，能自主選擇正確的工藝流程并能設計工藝步驟，根據工藝步驟，進行機器人示教編程，嘗試個人或小組建立裝配機器人工作站并記錄所選用的設備及具體參數。任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例一、案例背景國內工業(yè)機器人裝配技術的應用已成為產品加工業(yè)發(fā)展的必然趨勢；裝配機器人重復定位精度高，能夠保證裝配精度。任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例二、案例介紹

圖8-4裝配工作站

任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例三、案例學習要點

學習本案例要注意以下要點：（1）裝配工藝各單元配合度高，需注意工藝流程先后順序與工藝邏輯（2）不同裝配內容，需注意設備的選型合理性（3）加強拓展部分的學習，思考裝配流程的優(yōu)化方案任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例四、案例工藝流程從宏觀需求角度，實戰(zhàn)案例的工藝流程設計以串行方式實現具體的工藝流程設計如下：圖8-5案例工藝流程圖任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例五、案例設備參數本案例中涉及的設備型號及參數如下表所示：

設備名稱型號品牌設備參數工業(yè)機器人ABB：IRB1200-5/0.9ABB臂展：0.9m負載：5kgPLC控制器S7-1214C西門子14DI16DODC/DC/DC機器人末端夾持工具MHZ2-40DSMC

夾持器氣缸電磁閥4V210-08-B亞德客供電：DC24V旋轉裝配臺伺服電機ECMA-C20604RS臺達功率：400W旋轉裝配臺伺服電機驅動器ASD-B2-0421-B臺達B2系列功率：400W視覺檢測相機Mech-EyeLogS梅卡曼德3D轉盤式螺絲供料器LG-C6900瀾光供料速度：50-70PCS/MIN螺釘拾取擰緊模組TMH-SPV-00-P1丹尼克爾

機器人快換盤LTC-005A領航5Kg表8-1裝配工作站案例設備參數六、案例工藝步驟根據本案例工藝流程，制定具體工藝步驟如下：

（1）裝配機器人配置；（2）PLC配置；（3）機器人程序啟動；（4）執(zhí)行器取料姿態(tài)（5）執(zhí)行器上料到位；（6）初步組裝；（7）PLC與周邊設備通信配置；（8）旋轉裝配臺工作（9）視覺系統(tǒng)啟動定位檢測；（10）裝配夾具吸釘；（11）裝配準備；（12）裝配執(zhí)行（13）裝配完成；（14）啟動更換執(zhí)行器程序；（15）快換末端執(zhí)行器；（16）完成裝配任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例六、案例工藝步驟（1）裝配機器人配置

任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例圖8-6裝配機器人配置六、案例工藝步驟（2）PLC配置

任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例圖8-7打開配置GSD選項功能六、案例工藝步驟（2）PLC配置

任務二裝配工作站實戰(zhàn)案例圖8-8選擇需要添加的GSD文件六、案例工藝步驟