项目七 工业机器人焊接编程与操作 ABB工业机器人编程与操作“十三五”智能制造高级应用型人才培养规划教材 目录一 学习目标二 工作任务三 问
题探究四五 知识拓展 实践操作一学习目标123掌握工业机器人焊接的基本知识掌握焊接常用I/O信号的配置及焊接参数掌握工业机器人焊接
的特点及编程方法二工作任务（一）工作任务的背景焊接机器人作为当前广泛使用的先进自动化焊接设备，具有通用性强、工作稳定、操作简便、功
能丰富等优点，越来越受到人们的重视。工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的点焊开始的，如图所示。二工作任务（一）工作
任务的背景随着汽车、军工及重工等行业的飞速发展，焊接机器人的应用非常广泛，工业机器人和焊接电源组成的机器人自动化焊接系统能够自由、
灵活地实现各种复杂三维曲线加工轨迹，如图所示，并且能够把人从恶劣环境中解放出来以从事更高附加值的工作，因此，现阶段对于能够熟练掌握
工业机器人焊接相关技术的人才需求很大。通过本任务的学习能够掌握机器人焊接的I/O配置、焊接参数设置、程序数据创建、目标点示教、程序
编写及调试，最终完成整个焊缝的焊接。二工作任务（二）需达到的技术要求1）在坡口及坡口边缘各20mm范围内，将油、污、锈、垢、氧化皮
清除，直至呈现金属光泽。2）焊缝表面无裂纹、气孔和咬边等缺陷。3）焊缝余高：e1≤1.5mm。二工作任务（三）所需要的设备机器人本
体、控制器、示教器、焊接电源、焊枪、变位机、气瓶和清枪装置等，如图所示。三实践操作（一）知识储备（二）（三）（四）（五）（六）程序
调试建立程序示教前的准备焊接任务运动规划三实践操作（一）知识储备任何焊接程序都必须以ArcLStart或ArcCStart开始，通
常运用ArcLStart作为起始语句；任何焊接过程都必须以ArcLEnd或ArcCEnd结束；焊接中点用ArcL\ArcC语句；焊
接过程中，不同的语句可以使用不同的焊接参数（WeldData和SeamData）。常用弧焊指令三实践操作-知识储备ArcLStar
t用于直线焊缝的焊接开始，工具中心点线性移动到指定目标位置，整个焊接过程通过参数监控和控制。程序如下：ArcLStart p1,v
100,seam1,weld5,fine,gun1；如图所示，机器人线性运行到p1点起弧，焊接开始。（1）ArcLStart：线性
焊接开始指令常用弧焊指令三实践操作-知识储备ArcL用于直线焊缝的焊接，工具中心点线性移动到指定目标位置，焊接过程通过参数控制。程
序如下：ArcL，v100，seam1，weld5\Weave：=Weavel，z10，gunl如图所示，机器人线性焊接的部分应
使用ArcL指令。（2）ArcL：线性焊接指令常用弧焊指令三实践操作-知识储备ArcLEnd用于直线焊缝的焊接结束，工具中心点线性
移动到指定目标位置，整个焊接过程通过参数监控和控制。程序如下：ArcLEnd p2，v100，seam1，weld5，fine，
gunl；如图所示，机器人在p2点使用ArcLEnd指令结束焊接。（3）ArcLEnd：线性焊接结束指令常用弧焊指令三实践操作-知
识储备ArcCStart用于圆弧焊缝的焊接开始，工具中心点圆周运动到指定目标位置，整个焊接过程通过参数监控和控制。程序如下：Arc
CStart p1，p2，v100，seam1，weld5，fine，gunl；执行以上指令，机器人圆弧运动到p2点，在p2点开
始焊接。（4）ArcCStart：圆弧焊接开始指令常用弧焊指令三实践操作-知识储备ArcC用于圆弧焊缝的焊接，工具中心点线性移动到
指定目标位置，焊接过程通过参数控制。程序如下：ArcC，，v100，seam1，weld5\Weave：=Weavel，z10
，gunl；如图所示，机器人圆弧焊接的部分应使用 ArcC指令。（5）ArcC：圆弧焊接指令常用弧焊指令三实践操作-知识储备Arc
CEnd用于圆弧焊缝的焊接结束，工具中心点圆周运动到指定目标位置，整个焊接过程通过参数监控和控制。程序如下：ArcCEnd p2
，p3，v100，seam1，weld5，fine，gunl；如图所示，机器人在p3点使用ArcCEnd指令结束焊接。（6）Arc
CEnd：圆弧焊接结束指令常用弧焊指令三实践操作机器人焊接运动可分解为检测装夹信息、检测焊枪信息、焊接工件、清理焊枪等一系列子任务
，焊接任务流程图如图所示。（二）运动规划三实践操作本实例规划了8个程序点将整个焊缝分为五段来进行焊接，每个程序点的用途见下表。（三
）焊接任务三实践操作（四）示教前的准备根据表中的参数配置I/O单元。1.配置I/O单元三实践操作-示教前的准备2.配置I/O信号根
据表中的参数配置I/O信号。三实践操作-示教前的准备2.配置I/O信号根据表中的参数配置I/O信号。三实践操作-示教前的准备3.设
备及工件的检查1）工件表面清理。使用砂纸、抛光机等工具清理钢板焊缝区，不能有铁锈、油污等杂质。2）工件装夹。将工件安装在变位机上。
3）安全确认。确认自己和机器人之间保持安全距离。4）机器人原点确认。通过机器人机械臂各关节处的标记或调用原点程序复位机器人。三实践
操作1）新建“Hanjie”程序模块，单击“显示模块”，如图所示。2）建立如图所示的相关例行程序。（五）建立程序三实践操作-建立程
序例行程序的功能见下表。三实践操作-建立程序3）选择 “rHome”，单击“显示例行程序”，如图所示。4）进入“手动操纵”菜单，建
立工具坐标和工件坐标，并确认已选择要使用的工具坐标和工件坐标，如图所示。5）回到程序编辑器，单击“添加指令”，打开指令列表，选择“
”为指令的插入位置，如图所示。6）单击指令列表中的“MoveJ”，双击“”进入指令参数修改界面，新建或修改其中的参数，
设定为如图所示的数值后单击“确定”。三实践操作-建立程序7）选择合适的动作模式，使用操作杆将机器人TCP移动到Home点，如图所示
。8）选择“pHome”，如图所示，单 击“修改位置”将机器人当前的位置信息记录下来。9）单击“修改”确认，如图所示。10）选择“
rWelding”，单击“显示例行程序”，如图所示。三实践操作-建立程序11）单击“添加指令”，打开指令列表，选择“”为
指令的插入位置，单击指令列表中的“MoveJ”，如图所示。12）进入指令参数修改界面，新建或修改其中的参数，设定为如图所示的数值后
单击“确定”。13）再次添加指令“MoveJ”，如图所示。14）在弹出的对话框中选择“下方”，如图所示。三实践操作-建立程序15）
双击“pHome10”进入指令参数修改窗口，进入“功能”菜单，选择“Offs”，如图所示。16）弹出如图所示的窗口，选择“新建”，
建立焊接点“pWeld_A10”，单击“确定”，如图所示。17）如图所示，选择“”，打开“编辑”菜单，选择“仅限选择内容
”。三实践操作-建立程序18）在弹出的输入框中输入数值，单击“确定”，如图所示。19）其余的参数如图所示，输入完成后单击“确定”。
20）修改相应的参数如图所示，修改完成后单击“确定”。21）回到程序界面后继续添加指令，打开“Common”菜单，选择“Arc”命
令，如图所示。三实践操作-建立程序22）单击“ArcLStart”指令，如图所示。23）弹出如图所示的参数数据对话框，通过新建或选
择对应的参数数据，设定为框中所示的数值，完成后单击“确定”。24）选择“pWeld_A10”，如图所示，选择合适的动作模式，手动操
作机器人至程序点3，如图所示，然后单击“修改位置”。三实践操作-建立程序25）重复以上步骤，建立如图所示焊接例行程序。26）在例行
程序的界面选择“main”，单击“显示例行程序”进入如图所示的界面单击添加指令开始建立主程序。三实践操作-建立程序27）单击“Pr
ocCall”调用例行程序，如图所示，进入如图所示的界面，选择要调用的例行程序“rInitAll”，单击“确定”调用成功，如图所示
。28）重复上述步骤建立如图所示的主程序。三实践操作-建立程序29）rInitall初始化例行程序如图所示。30）rCheckGu
nState检查焊枪例行程序如图所示。三实践操作-建立程序31）rWeldGunSet清枪系统例行程序如图所示。32）tLoadi
ngOK中断程序如图所示。三实践操作完成了程序的编写后，然后对程序进行调试，详细的调试操作步骤见项目四。（六）程序调试四问题探究（
一）常用焊接数据在弧焊的连续工艺过程中，需要根据材质或焊缝的特性来调整焊接电压或电流的大小，或焊枪是否需要摆动、摆动的形式和幅度大
小等参数。在弧焊机器人系统中，用程序数据来控制这些变化的因素。需要设定焊接参数、起弧收弧参数、摆弧参数。四问题探究（一）常用焊接数
据焊接参数用来控制焊接过程中机器人的焊接速度，以及焊机输出的电压和电流的大小。需要设定的参数见表。1.焊接参数（WeldData）
四问题探究（一）常用焊接数据起弧收弧参数用来控制焊接开始前和结束后的吹保护气的时间长度，以保证焊接时的稳定性和焊缝的完整性。需要设
定的参数见表。2.起弧收弧参数（SeamData）四问题探究（一）常用焊接数据摆弧参数用来控制机器人焊接过程中焊枪的摆动。通常在焊
缝的宽度超过焊丝直径较多时通过焊枪的摆动来填补焊缝。该参数属于可选项，如果焊缝宽度较小，机器人线性焊接可以满足的情况下不选用该参数
。需要设定的参数见表。3.摆弧参数（WeaveData）四问题探究（二）中断程序使用说明中断程序是用来处理在自动生产过程中的突发异
常状况的一种机器人程序。中断程序通常可以由以下条件触发：1）一个外部输入信号突然变为0或1。2）一个设定的时间到达后。3）机器人到
达某一个指定位置。4）当机器人发生某一个错误时。当中断发生时，正在执行的机器人程序会被停止，相应的中断程序会被执行，当中断程序执行
完毕后，机器人将回到原来被停止的程序继续执行。四问题探究（二）中断程序使用说明常用的中断相关指令简介如表所示四问题探究（三）清枪装
置机器人在焊接过程中焊枪喷嘴内外残留的焊渣以及焊丝干伸长的变化等势必影响到产品的焊接质量及其稳定性，清枪装置便是一套维护焊枪的装置
，能够保证焊接过程的顺利进行，减少人为的干预，让整个自动化焊接工作站流畅运转，如图所示。清枪过程包含以下三个动作：1）清焊渣：由自
动机械装置带动顶端的尖头旋转对焊渣进行清洁。2）喷雾：自动喷雾装置对清完焊渣的枪头部分进行喷雾，防止焊接过程中焊渣和飞溅粘连到导电
嘴上。3）剪焊丝：自动剪切装置将焊丝剪至合适的长度。四问题探究（四）变位机对于某些焊接场合，由于工件空间几何形状过于复杂，使焊接机
器人的末端工具无法到达指定的焊接位置或姿态，此时可以通过增加1～3个外部轴的办法来增加机器人的自由度。其中一种做法是采用变位机让焊
接工件移动或转动，使工件上的待焊部位进入机器人的作业空间如图所示。五知识拓展随着汽车制造技术的发展，焊接工艺被广泛地使用。焊接机器
人作为当前广泛使用的先进自动化焊接设备，具有通用性强、工作稳定、操作简便、功能丰富的优点，越来越受到人们的重视。目前焊接机器人应用
中比较普遍的主要有3种：点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人，如图所示。全球瞩目的全铝合金车身生产——特斯拉Model S五知识
拓展全球瞩目的美国纯电动汽车生产公司特斯拉研发并制造的Model S，如图所示，整辆车包含了250项专利。其全铝合金车身兼顾了轻量
化与高强度特性，除了车身外，其前后悬架大部分材料也采用铝材。从制造的角度看，这款车的生产方式与其他汽车有着根本不同；由于铝合金材料
对热较敏感，如果采用传统焊接工艺，会存在材料强度下降的问题，而且由于受热易变形，全铝车身拼合尺寸精度也不易控制。那么，特斯拉工厂是
如何克服铝合金焊接过程的难点的呢？全球瞩目的全铝合金车身生产——特斯拉Model S五知识拓展特斯拉工厂的焊接工艺选择的是CMT冷
金属过渡技术及DeltaSpot电阻点焊技术。那么特斯拉为什么会选择这两种技术，它们又是如何克服铝合金材料遇热易变形的难点的呢？全
球瞩目的全铝合金车身生产——特斯拉Model S五知识拓展CMT冷金属过渡技术介绍 2005年，奥地利福尼斯焊接技
术国际有限公司推出了CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡技术，该技术在世界上首次实现了钢和铝的连接，设备如图
所示。和传统的MIG/MAG焊接相比，CMT工艺真的是“冷过渡”。 CMT熔滴过渡时电流几乎为零，通过焊丝的回抽将
熔滴送进熔池，热输入量迅速减少，对焊缝持续热量输出的时间非常短，从而给焊缝一个冷却的过程，显著降低了薄板焊接变形量，同时使得焊缝形
成良好的搭桥能力，进而降低了工件的装配间隙要求及对夹具精度的要求。CMT可焊接厚度仅为0.3mm的超轻板材。 CMT
拥有极为稳定的电弧。电弧长度可被检测和调整，无论工件表面情况如何或者你想以何种速度进行焊接，电弧始终保持稳定，焊接过程几乎无飞溅，
更无烧穿现象。全球瞩目的全铝合金车身生产——特斯拉Model S五知识拓展DeltaSpot电阻点焊技术介绍 福尼斯
DeltaSpot电阻点焊工艺是针对铝焊而开发的新技术。它的创新在于配备了独特的电极带，如图7-53所示。电极带的发明带来了前所未
有的优势。 极高的工艺可靠性，每个电阻焊点均可达到100%的重复精度：母材和电极受到电极带保护，电极带在电极和需要接
合的母材之间运动从而实现连续的焊接过程，确保在多个班制中保持恒定的质量水平。 每个焊点都使用全新的有效电极：由于电极
带的保护，电极头避免了来自于母材的磨损，同时避免了受到锌、铝或有机残渣的污染。在这样的保护下，电极的使用寿命显著提高。在用铝板做的
焊接实验当中，电极的使用寿命高达大约30000个焊点。 焊接表面无飞溅：由于电极与母材不进行直接接触，因此确保了无飞
溅的焊接效果。尤其是在焊接铝板时，电极带的涂层能够优化与铝材的接触，避免了飞溅及由此造成的部件损坏。 利用电极带，可精确控制热输入量：三板连接（两张厚板、一张薄板）对于传统的点焊来说是个技术难点。焊点在厚板范围内形成，不足以抓住薄板。而DeltaSpot的电极带通过其额外的热输入有针对性地控制焊点的深度，因此，薄板范围中的低热量能够通过电极带利用高电阻来弥补。焊点以这种方式充分深入薄板。同时焊点形状更加对称，在薄板范围内的焊缝体积更大。 DeltaSpot不仅在铝焊方面表现出色，在不同厚度/不同材料焊接方面也具有不可比拟的优势。例如：高标准的焊点外观、表面镀层的高强钢材焊接等。DeltaSpot可焊接的母材包括：高强钢、表面镀层材料、铝、不锈钢、钛、镁、复合材料等。全球瞩目的全铝合金车身生产——特斯拉Model S天津职业技术师范大学机器人及智能装备研究所www.tjrobot.tech谢谢欣赏！ |
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