国内外发展现状
一、国外发展现状
百年企业 可以说是全球弧焊机器人领域的王者,占据全球弧焊机器人领域 30%的市场份额,OTC 作为 集团面向海外的品牌名称。 于 1934 年开始生产弧焊机,1980 年开始生产弧焊机器人。其弧焊机占据日本市场半壁江山,达到 53%,并拥有业界首例焊接专用控制芯片 。 的超低飞溅焊接机器人系统(Ultra-low -feed)是一种新型的焊接方法,把通过 AC 伺服超高速送丝控制技术与 -P500L 的电流波形控制技术融合在一起,可以在 50A 低电流到 300A 中高电流的电流区域内实现超低飞溅焊接,在保证焊接质量的同时提高焊接速度,据说飞溅程度可以降低 98%。
松下的机器人事业开始于 1997 年,凭借松下机器人的先进技术和在焊接领域的丰富经验,松下机器人事业发展迅速,广泛应用于汽车、摩托车、机车、工程机械、电力设备、家具制造等多个领域。1994 年,松下集团和唐山开元集团合资成立了唐山松下产业机器有限公司。唐山松下业务涵盖电焊机、机器人及激光焊接系统等相关领域,电焊机年产量 10 万台,机器人及其系统年销售超 2000 台套。
机器人激光焊接系统是唐山松下最新推出的高亮度半导体激光机器人焊接系统,主要特点为:采用新一代激光发射器,高品质的光束,体积小、波长短、使用成本低 。可搭载的机器人本体有 以及 ,可以实现生产节拍缩短,焊穿抑制、间隙对应,低变形量的激光焊接。
作为全球最多样化的工厂自动化、机器人和智能机械的制造商,发那科的焊接、切割、涂胶、搬运及装配机器人已经广泛应用于汽车行业的各种工序中,并且已经成为汽车、电子、医药等行业自动化生产线上的关键设备。2017 年 7 月, 发那科推出新型弧焊机器人 Arc Mate 100iD,Arc Mate 100iD“极其紧凑”,是 Arc Mate 机器人系列的第一款型号,其前身是 Arc Mate 100iC/12。据悉,新的 Arc Mate 100iD 焊接机器人,具有卓越的运动性能,降低安装成本,从而显著提高了客户的生产效率。此外,它可以通过其新的图形用户界面直观地操作。Fanuc 声称 Arc Mate 100iD 达到了同级别的最高轴速度和精度。特别是对于狭窄的工作空间,或者当颠倒安装时,该款机器人都能能够提供完整的工作范围,以提高生产能力。
安川不仅仅掌握了伺服电机和运动控制系统等机器人核心技术,又通过伺服电机和运动控制两大产品衍生出了工业机器人产品,安川已经有五十多年的机器人研发和生产经验的积累。- 是安川最新弧焊适用机器人, 拥有优秀的焊接品质,流线型外表,加上极高的运作效率,将机器人弧焊技术提升到了一个新台阶。 可选择焊枪电缆内置或外置,根据用户实际工件及设备的状况,提供可供选择的机载焊枪。机器人负载重量从原有机型的3KG 升级至 6KG,实现各种传感器及伺服焊枪的配备。此外, 的 L 臂和U 臂改采用流线型构造,机器人近距离动作范围得以扩大。这样就可以减少机器人与工件以及治具间的干涉,适用于大型工件焊接。安川 Mini-cell 工作站采用- 机器人,由于其线缆内藏和 R 轴的特殊设计,能够在更小的范围内实现更多的焊接姿态,因而是 mini-cell 最优的选择。Mini-cell 主要应用于汽车零部件中小型零件的焊接,适用焊接零件尺寸范围为 500×500mm 以内。Mini-cell 的安全栏布局紧凑,采用全封闭式防护。为了防止弧光,在机器人 S 轴增加挡圈式弧光防护栏。
那智是日本株式会社不二越(NACHI)100%出资的子公司,在中国主要经营NACHI 品牌工业用机器人的销售及售后服务。NACHI 作为工业用多轴机器人的先驱,其产品适用于多种行业,为客户提供诸如焊接、工件搬运、零件组装等多种用途的机器人。那智不二越 6 自由度点焊机器人/210 具有领先的速度, 使机器人作业实现最短的循环时间;追求快速性和振动控制性的轻质、高刚性的SRA 进而提高了全轴速度,也缩短了气割动作时间。此外,该款机器人通过最新的机械元件和电机驱动控制,提高位置反复的精度和驱动系的可靠性;通过紧凑式的本体,可进行更高密度的设置;简化了定期检查或零件更换等作业,也提高了维护性;通过比以前减轻 20%的轻质的机器人本体以及采用最新的电机驱动控制的最佳速度控制,实现了电力比以前降低 15%的目标。
川崎重工在机器人领域有 45 年以上的经验,产品包括各种负载的机器人手臂、码垛机器人、双手腕定位机器人、医疗与制药机器人、涂装机器人、拾放机器人、 弧焊机器人、点焊机器人和无尘机器人等。应用覆盖装配、搬运、码垛、焊接、 点焊、涂胶、喷涂等各领域。在 2017 年的埃森展上,川崎与肯倍联手发布了新品焊机 和 。这两款焊机具有反应速度快(焊接间停顿时间最小化,具备模拟和数字通信功能)、易于使用(利用一元化曲线可轻松编程)、优质 焊接(具有出色的电弧特性,焊接无飞溅)的特点。而弧焊套装采用川崎 BA 系列弧焊机器人,使用最新的弧焊技术。该机器人标准配备有弧焊专用软件,使工 艺路径的编程快速而容易;焊接时,自适应焊接功能可用来修改机器人的位置、 编织图案和速度,以填充各种接合处;其内置的智能性、灵活性和高精确度令它 非常适合各种弧焊应用。
KUKA 机器人种类齐全,几乎涵盖了所有负载范围和类型,KUKA 的客户主要分布于汽车工业领域,占 60%左右。在“2017 年第 22 届北京·埃森焊接与切割展览会”上,KUKA 展示了两款新一代的弧焊机器人——KUKA KR 8 R2100 和KUKA KR 8 R1420。据了解,这两款机器人可负载 8KG,不仅底座较小、结构紧凑、可灵活安装,还具有高精度重复定位能力,在极大程度上提高了焊接的准确性。另外,它们都采用单侧中空设计,这样的设计提高了机械手臂在狭窄空间的可达性, 有效避免了如线缆干涉、线缆缠绕等常见问题。值得一提的是,两款机器人都配备有功能强大的弧焊软件包,在弧焊过程中可实现接触寻位、电弧跟踪、焊枪自动校正等功能,辅以标准化配置模块,即插即用的特点,进一步提高了焊接效率与品质。KUKA 功能软件包 中的 -KUKA 点焊专利技术,通过控制机器人在焊接过程中围绕焊点进行旋转,不仅提高了焊接质量,也能更大程度的延长电极寿命。特别是在焊接铝合金材料时,常见的电极和母材之间的粘粘效应被消除,从而有效减少电极磨损、缩短焊接时间,事半功倍。此外,使用 还能减少生产耗能、降低配电容器要求等,不仅提高了难焊材料和带涂层材料的可焊性,也以高程度自动化方式极大提升了点焊品质。
作为老牌的工业机器人公司,ABB 有最为完整的机器人产品系列,除此之外, ABB 还为业界提供应用设备与软件,主要应用于焊接、切割、拾取、包装、码垛、搬运、机加工、装配、测试等工业领域。ABB 焊接机器人 能最大程度提高弧焊应用的生产效率。 型机器人工作范围大,而机械腕、臂都十分纤细。其他型号机器人的承重能力最高达 20kg,具有运动控制性能佳、荷重补偿大、第 6 轴运动无限制等优势。而 ABB 的 IRB 机器人运行速度快,路径精度高,非常适合于工业弧焊和加工应用领域。配合 ABB 弧焊离线编程软件 Arc Power Pac,可以通过客户的 3D 模型直接生成焊缝路径和焊接姿态,提高工作效率和工件质量。值得一提的是,ABB 机器人在沃尔沃的焊接生产线上,让沃尔沃焊接自动化率超过 70%,S90 长轴距豪华轿车有 5789 个焊点,其中有 4000 多个焊点是由机器人自动完成焊接。
柯马为汽车、飞机制造等众多行业提供工业自动化系统和全面维护服务,从产品的研发,整体工艺解决方案及成套自动化系统装备,直至工业维保服务,为客户提供完整的工程解决方案。据悉,柯马在中国已经装配了超过 100 条汽车白车身线。柯马新型 NJ4 机器人采用的解决方案具有完美的机械结构对称性。该结构有两大优势:焊接线两侧高光,离线模拟和编程时间大大缩短;结构灵动轻巧、机身重量降低的特点使其不仅高性能,更重要的是节能,比其它同款机器人节能25%以上。该款机器人使用中空腕方案后,连接焊枪的所有线缆都被收入到机器人腕部。这一概念后来演化成将整个电焊管线包集成到机器人本体内;并且内置管线包通过仿真模拟机器人的实际动作,发现在实际运动中可能发生的问题。
二、国内发展现状
随着我国汽车、工程机械、轨道交通等行业自动化发展需求的不断释放,国产焊接机器人的研发与生产取得了长足进步,涌现出沈阳新松、时代、埃夫特、埃斯顿、开元、华恒等一批企业。近年来,国产焊接机器人销量逐年增长,从 2012年的 796 台增至 2017 年的 5608 台,年均增速达到 47.8%。
从细分产品结构来看,我国国产焊接机器人以弧焊和钎焊为主,近几年,国产机器人厂家纷纷推出不同结构形式的弧焊机器人,已超过 20 家。目前,弧焊机器人具有:实现低飞溅和快速焊接生产;丰富焊接工艺适合多种材料焊接,操作性简单;多种焊接传感技术(触碰传感、电弧跟踪、激光跟踪)适应性广等应用特点。从自行车、摩托车和电动车的薄型金属材料、车体零件、医疗器材、家用电器、金属家具到工程机械、矿山机械、钢构厂房、船舶海工、轨道交通等行业的中厚板加工,弧焊机器人能更好解决企业“用工难”的问题,满足企业产品高质量要求。
汽车制造业是焊接机器人使用最密集的产业,国产点焊机器人的需求和销量逐年上升,沈阳新松、广数、埃夫特、埃斯顿等厂家已具有用于点焊的重载机器人的开发能力。点焊机器人具有负荷承受能力大(125-250kg)、动作快(短小距离多点定位快速完成)、稳定性高、可长期连续性生产等应用特点,非常适用于汽车行业中整车厂的白车身焊接,以及零部件厂的底盘、轮罩、座椅等产品的节能、安全焊接生产。
我国作为 3C 电子制造行业大国,有着华为、格力、美的等大型企业。这些企业每天生产过万件产品,其中锡钎焊工作已采用钎焊机器人替代生产。钎焊机器人在微点锡、焊锡等生产加工环节上有着生产快速、效率高、焊点质量可靠性好、示教编程操作简单等应用特点,广泛应用 3C 电子、汽车电子、医疗电子、智能家居、新能源锂电池等行业。钎焊机器人厂商有常州快克等,钎焊机器人销量已占国产焊接机器人总销量的四成多,2017 年国产点焊机器人销售了 600 余台。
产品特点
弧焊机器人一般为轻量型六关节机器人,多以 6-20Kg 级别机器人为主。由于进行弧焊时,焊丝与焊枪线缆会绕着机器人关节旋转,旋转角度过大的话,造成线缆缠绕过多,影响焊接效果与效率,因此针对这种特殊工况,弧焊机器人第 4 关节与第 6 关节通常采用中空结构设计,关节中部会有一个直径大于等于 50mm 的孔,用于穿过焊丝和焊枪的线缆,这样在第 4 关节与第 6 关节旋转时,线缆也处于两个关节的中心,绕回转中心旋转,并不会造成线缆缠绕,从而使得焊接角度或空间更加宽裕,提高焊接质量与焊接效率。
点焊机器人一般为重载六关节机器人,多以 160-210Kg 级别机器人为主。由于点焊是通过焊钳两端电机,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点。设备比较简单,但比较重,因此一般通过通用型重载机器人末端法兰便可以连接使用,无特殊的结构特点。
焊接机器人未来发展趋势
一、更加完善的焊接工艺
随着焊接机器人不断推广,取代原有的人工焊接,焊接工艺也会不断得到完善。例如,更加合理高效的焊接轨迹、更加稳定电流输出、更加顺畅的送丝机构等等。
视觉与激光技术的不断发展也推动着焊接工艺不断提高。实现激光寻位功能, 对焊缝进行实时跟踪监测,能够解决来料过程中造成的焊缝偏差导致焊缝偏位的问题,这项功能也在逐渐主流技术。
二、冗余型机器人的推广
面对多样化和特殊化的焊接轨迹,普通的六关节焊接机器人搭配双轴变位机虽然可以完成,但没法做到高效,且部分位姿较为极限,会导致机器人各关节出力不均或超过极限而造成抖动,影响焊接质量。因此面对这种情况,冗余型机器人可以很好的解决。目前市场上用于焊接的冗余型机器人一般为七轴机器人,在普通机器人大臂中间会添加一个回转关节。比较典型的有 OTC 的 FD-B4S 焊接机器人。
三、更加先进的焊接配套设备
为了解决焊接轨迹的多样化和特殊化,采用普通六关节焊接机器人一般需要搭配一些辅助设备来提高焊接质量与效率,因此机器人搭载行走机构、变位机成为一种解决方案。
在机器人控制系统方面,已由过去控制标准的 6 轴机器人发展到现在能够控制 21 轴甚至 27 轴,并实现了软件伺服和全数字控制。
四、大孔径中空减速器的研发应用
目前市场上的弧焊机器人第 4 关节与第 6 关节多采用中空结构设计以解决焊接过程中线缆缠绕问题。且采用的是准双曲面或者消隙齿轮的结构设计,前者效率较低,发热较大,后者消隙情况不稳定。市场上虽然有中空型减速器销售,但由于孔径较小,无法满足现有主流焊接过线的大小。因此后期随着弧焊机器人的逐步推广与应用,对于大孔径、高精度、大速比的中空减速器的需要会越来越明显。
以上内容来源:《2018年中国机器人产业白皮书》第四章广州数控设备有限公司吴泽龙江文明李鸿基
中国十大焊接机器人品牌
1、fanuc:fanuc弧焊机器人系列产品众多,鉴于弧焊自动化产线工作量比较大,使用传统的手工示教需要整线停止,因此会影响产线的产能。采用FANUC 离线编程功能弥补了这一弊端,可通过FANUC 仿真软件进行离线条件下的焊接轨迹示教或整条焊缝的选取。
2、ABB 经典款IRB-1410弧焊机器人,算是整个行业的翘楚。
3、kuka 推出的焊接机器人工作站支持多个外部轴及变位机的协调焊接功能,包括、电弧跟踪、激光跟踪等。
4、安川
5、OTC
6、川崎
7、松下
8、埃斯顿
作为国内机器人四小龙之一,埃斯顿弧焊类机器人,进步熟读飞快,目前在汽车零部件等多个领域有较多应用。
9、广数
10、新时达焊接机器人
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