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

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題焊接機(jī)器人課時(shí)2教學(xué)目的與要求（1）了解焊接與焊接機(jī)器人的含義。（2）了解各類焊接機(jī)器人其區(qū)別與應(yīng)用。（3）了解焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）了解焊接與焊接機(jī)器人的含義。2）了解各類焊接機(jī)器人其區(qū)別與應(yīng)用。難點(diǎn)：3）掌握焊接機(jī)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(jī)器人的含義新課講授：掌握焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成四、強(qiáng)化鞏固利用實(shí)際生活中接觸的例子加強(qiáng)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(dòng)一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強(qiáng)調(diào)本門課程的上課時(shí)間、地點(diǎn)。推薦教材：《工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人之一，上面叫焊接機(jī)器人？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)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(jī)器人與其的系統(tǒng)組成，焊接機(jī)器人有什么特點(diǎn)，為什么會(huì)設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人呢？新課講授焊接機(jī)器人焊接與焊接機(jī)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(xiǎn)，所以在進(jìn)行焊接時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。圖9-2人工電弧焊接圖9-3焊接機(jī)器人焊接焊接機(jī)器人作為當(dāng)前廣泛使用的先進(jìn)自動(dòng)化焊接設(shè)備，具有通用性強(qiáng)、工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，并且操作簡便、功能豐富，越來越受到人們的重視。使用機(jī)器人完成一項(xiàng)焊接任務(wù)只需要操作者對(duì)它進(jìn)行一次示教，機(jī)器人即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作。如果讓機(jī)器人去做另一項(xiàng)工作，無須改變?nèi)魏斡布?，只要?duì)它在做一次示教即可。如圖9-3所示。焊接機(jī)器人可劃分為弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人三類1、弧焊機(jī)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(shí)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(jī)器人如圖9-4所示是由示教盒、控制盤、機(jī)器人本體及自動(dòng)送絲裝置、焊接電源等部分組成?？梢栽诳刂破鞯目刂葡拢弥本€插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jìn)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(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，弧焊機(jī)器人人正向著智能化的方向發(fā)圖9-4弧焊機(jī)器人2、點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)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(diǎn)焊機(jī)器人是用于點(diǎn)焊作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。如圖9-5所示它由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、示教盒和點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)幾部分組成。點(diǎn)焊機(jī)器人一般具有六個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)、小臂轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)、腕擺及腕捻。點(diǎn)焊機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)兩種。液壓點(diǎn)焊機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是靠液壓油缸驅(qū)動(dòng)的，電動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)器人是用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(diǎn)。因此，點(diǎn)焊機(jī)器人多數(shù)是電動(dòng)的。實(shí)用的點(diǎn)焊機(jī)器人一般屬于示教再現(xiàn)機(jī)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(diǎn)焊機(jī)器人對(duì)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(diǎn)焊機(jī)器人除機(jī)器人之外，點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)包括點(diǎn)焊焊機(jī)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(jī)器人本體和點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下構(gòu)成點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)。操作者可以通過示教盒和計(jì)算機(jī)面板按鍵進(jìn)行點(diǎn)焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置和動(dòng)作程序的示教,設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度,焊接參數(shù)等。點(diǎn)焊機(jī)器人按照示教程序規(guī)定的動(dòng)作、順序和參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)焊作業(yè)，其過程是完全自動(dòng)化的。點(diǎn)焊機(jī)器人具有報(bào)警系統(tǒng)，如果在示教過程中操作者有錯(cuò)誤操作或在點(diǎn)焊機(jī)器人再現(xiàn)作業(yè)過程中出現(xiàn)某種故障，點(diǎn)焊機(jī)器人的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便發(fā)出警報(bào)，自動(dòng)停機(jī)，并顯示錯(cuò)誤或故障的種類。焊機(jī)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(jí)主控與管理計(jì)算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作。因此在主控計(jì)算機(jī)的控制下，可以由多臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人構(gòu)成一個(gè)柔性點(diǎn)焊焊接生產(chǎn)系統(tǒng)，如汽車廠的車身機(jī)器人點(diǎn)焊生產(chǎn)線便是一個(gè)例子。3、激光焊接機(jī)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(jī)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(jì)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(kuò)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。和弧焊機(jī)器人一樣，激光機(jī)器人也是由示教盒、控制盤、機(jī)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(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)控制，以獲得焊縫軌跡。焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。以汽車制造領(lǐng)域常用的弧焊機(jī)器人為例，焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成主要包括的設(shè)備有：機(jī)器人、焊機(jī)、焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣瓶、焊絲、清槍剪絲系統(tǒng)等如圖9-7所示。圖9-7焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成示意圖機(jī)器人焊接需要用到的設(shè)備和工裝有：機(jī)器人、焊機(jī)、焊槍、焊絲、送絲機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣瓶、焊接工裝、焊接產(chǎn)品，下面我們來認(rèn)識(shí)一下這些設(shè)備、工裝。如表9-1所示。表9-1焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成序號(hào)設(shè)備、工裝序號(hào)設(shè)備、工裝1保護(hù)氣瓶5焊槍2焊機(jī)6焊絲3焊接機(jī)器人7焊接工裝4送絲機(jī)構(gòu)1、焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。2、焊機(jī)焊機(jī)是一種為焊接提供一定特性的電源的電器，常用焊機(jī)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(jī)如圖9-8所示。電焊機(jī)的主要部件是一個(gè)降壓變壓器，次級(jí)線圈的兩端是被焊接工件和焊條，工作時(shí)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(shí)，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(jī)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(jī)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(shí)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(hù)\t"/item/%E7%84%8A%E4%B8%9D/_blank"電弧焊時(shí)，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(hù)電弧焊時(shí)，焊絲既是填充金屬,同時(shí)焊絲也是導(dǎo)電電極。焊絲通常盤成卷，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。圖9-10焊絲表9-2焊絲直徑與電流電壓對(duì)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(duì)應(yīng)不同的焊接電流和電壓如上表9-2所示，實(shí)際的焊接電壓、電流、速度等重要參數(shù)需要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，得出完美的焊縫后進(jìn)行參數(shù)鎖定，并納入工藝管理文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。5、送絲機(jī)構(gòu)送絲機(jī)構(gòu)是在添料焊接過程中負(fù)責(zé)輸送焊絲的機(jī)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(jī)構(gòu)工作是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)送絲輪及其主齒輪旋轉(zhuǎn)，通過主、從動(dòng)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(jìn)入焊槍的焊絲被修整的比較直，以便在焊接過程中不會(huì)出現(xiàn)卡絲現(xiàn)象。送絲機(jī)構(gòu)一般由控制部分提供參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動(dòng)部分在控制部分的控制下進(jìn)行送絲驅(qū)動(dòng)，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(jī)構(gòu)6、保護(hù)氣瓶在金屬弧焊中，通常采用氣體來保護(hù)焊接的區(qū)域，其目的是防止焊縫在凝固時(shí)遭受大氣的污染，以及保護(hù)焊接過程中燃燒的電弧。保護(hù)氣瓶里儲(chǔ)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(hù)氣瓶及輔助設(shè)備7、焊接工裝典型