论文总字数：21231字

摘 要

本文基于机器人离线编程进行了平焊位置和横焊位置的研究，借助安川机器人仿真软件MotoSimEG-VRC首先针对一板厚20mm，长度500mm的V型坡口厚板,坡口角度 60 度，设计了两种编写方式，采用80％Ar 20％CO₂混合保护气体，对直线与摆动两种情况进行了仿真模拟，所得结果对于提高自动焊接效率具有重要的指导意义。以UG三维软件为建模平台，进行工件的建模，同时将模型导入到 MotoSimEG-VRC 模拟仿真软件当中，进行仿真模拟。

在仿真软件当中，主要基于INFORM语言进行离线编程，同时在CAM自动生成摆焊程序的基础上对程序的指令进行优化。研究结果表明：MotoSimEG-VRC 模拟仿真软件结合UG建模软件虽然得不到真实的实验数据，实验仿真过程当中，可以对整个自动焊接离线编程的生产流程进行不断改善，有利于提高设计效率，节约成本，便于优化设计。

本课题旨在改善传统手工焊的生产环境，改善编程环境，提高生产效率，提高焊接机器人的使用周期。

关键词：多层多道焊；路径规划；离线编程；仿真模拟

Abstract

Based on the off-line programming of robot, this paper studies the flat welding,Two kinds of writing methods about a thick plate with the thickness of 20 mm and the length of 500 mm, the V-groove with a groove angle of 60 degrees ,80% Ar 20% CO2 mixed shielding gas is used to simulate the two cases of straight line and swing,With the help of robot simulation software Motosimeg-vrcThe results are of great significance to improve the efficiency of automatic welding.

UG is used as the modeling platform to model the workpiece. At the same time, the model is imported into Motosimeg-vrc simulation software for simulating. In the simulation software, the off-line programming is mainly based on the INRORM language, and the instructions of the program are optimized on the basis of CAM which automatically generates the swing welding program.

The purpose of this project is to improve the production environment of traditional manual welding,improve the programming environment and the production efficiency, and improve the use cycle of welding robot.

The research results show that although motosimeg-vrc simulation software combined with UG modeling software can not get real experimental data, but in the process of experimental simulation, the whole production process of automatic welding off-line programming can be continuously improved, and the actual problems we encounter can be solved in advance in the simulation.

Key words: Multi layer and multi pass welding; Path planning; off-line programming; simulation

目录

目录 IV

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2国内外研究与应用现状 1

1.3本文的主要研究内容与工作 2

第2章 厚板焊接工艺以及焊道规划 3

2.1厚板焊接工艺方法概述 3

2.2 多层多道焊焊道规划 4

2.3焊接工艺设计 5

第3章 仿真软件功能与焊接过程实现 7

3.1仿真软件 MotoSimEG-VRC的基本功能 7

3.1.1坐标的改变 7

3.1.2示教器 7

3.2典型焊接计算机操作编程 8

第4章 焊接工件的建模及导入 10

4.1UG的基本功能 10

4.2试板的建模 11

4.3衬垫及定位夹具的建模 12

4.4将模型导入仿真软件MotoSimEG-VRC 12

第5章 多层多道焊弧焊机器人编程 14

5.1安川INFORM语言命令一览 14

5.1.1作业指令 14

5.1.2移动指令 15

5.2利用示教器进行编程 15

5.2.1平焊位置多层多道焊直线焊接 15

5.2.2横焊位置多层多道焊摆动焊接 20

5.3弧焊机器人焊接过程模拟 21

第6章结论 22

参考文献 23

致谢 24

绪论

1.1概述

如今已经进入了21世纪20年代，经济发展越来越迅速，人民的生活质量越来越高，但是，由于我国人口老龄化逐年加剧，人民对手工操作的重视程度越来越低，技术工人因此越来越少，如今的一线工人已经供不应求，但是从我国统计局公布的焊接材料的产量数据来看，我国焊材量的产能却是逐年增加，其中焊接机器人的作用功不可没，焊接机器人具有高效率，稳定性等多项优点，不仅节约了大量焊接成本，而且将许许多多的工人从超负荷的劳动中解放了出来。

厚板焊接在压力容器、高层建筑、船舶工业、核工业等行业有广泛的应用，手工弧焊存在劳动强度大、生产效率低、操作技术要求高，焊缝质量不稳定等诸多问题，而随着焊接机器人的使用，焊接生产效率得到了大幅提升，操作人员的劳动条件也因此得到了改善，产品质量得到了稳定的保障与提升，产品的差异化生产变得越来越便捷，相关产业的自动化升级改造实现了有效的推动。

因此，焊接机器人的发展已经成为我国焊接产业发展的主要研究重点，焊接机器人的发展离不开编程的进步，编程的存在，将工人的工作从传统的手工焊接变为了通过示教器来指导机器人进行焊接工作，随着编程的进步，人们可以通过直接利用电脑进行离线示教，不仅更加远离了机器人的焊接环境，而且可以通过线上模拟预先观察焊接过程，针对一些问题及时提出相应的修改措施，进一步降低了焊接成本，提高了生产效率。

焊接机器人目前已经广泛应用于各式各样的产业当中，尤其在制造业中占有很大比重，这主要取决于它能够在恶劣的环境中连续且稳定工作的情况下并保证焊接质量不下降的能力，焊接机器人的出现不仅大大提高了焊接生产效率，改善了工作环境，而且大大减轻了焊接技术工人的劳动强度。

1.2国内外研究与应用现状

人工焊接时，无法保证手臂平稳，因此焊接速度、焊丝干伸长等焊接参数很难趋于稳定，很难使得焊缝质量均一，因此无法大批量得到成型稳定的焊接产品。为了得到稳定的焊接产品，焊接专机的出现变得必不可少，但是焊接专机无法识别焊接条件的改变，当焊接条件改变时，焊接专机没有办法做出焊接参数的自动调整，因此，焊接专机只能焊接非常相似的工件，一旦需要焊接结构大不相同的工件时，焊接专机就要进行结构上的重新修改，甚至完全重新设计制造或购买，越来越明确的需求是焊接机器人产生的主要原因。

1959年，美国研制出了世界第一台焊接机器人，焊接机器人在焊接生产领域中逐渐取代了了焊接工人的地位来从事焊接相关工作，随着人们需求的不断扩大焊接机器人的发展越来越迅速，从只能够进行示教再现的第一代焊接机器人到加入了感应功能能够感应焊接时偏差的第二代焊接机器人再到能够进行检验偏差并智能修改焊接参数的第三代机器人，这三个阶段是因不同时代人们对焊接要求的提高而产生的^[7]。我国在二十世纪七十年代也开始进军焊接机器人领域，在经过多年摸爬滚打以后，我国在焊接机器人领域有了突飞猛进的发展，焊接机器人的发展带动了我国制造业的蓬勃发展，对我国社会经济的迅速发展起到了积极作用。利用焊接机器人进行焊接，焊缝成型、焊缝质量较高，产品的均一性得到了充足的保证，为实现流水线作业的生产线的产生奠定了基础，机器人与人不同，焊接时不需要休息，大大提高了产品的生产效率;机器人设备质量稳定，因此所需要的设备投资并不高。到了近代，人机交互技术越来越发达，互联网越来越普及，随着网络应用到机器人当中，机器人可以随时更新、共享数据，机器人可以带来的收益越来越大，焊接机器人具有非常良好的前景^[9]。

虽然焊接机器人发展迅速，但是焊接机器人本身价格比较昂贵，维修费用也较高，而且对加工精度要求比较严格，因此对焊接前的工序要求就比较严格，可能造成浪费，而使用模拟仿真软件不仅可以有效模拟焊接过程，而且可以在焊接开始前对焊接方案进行检测，观察焊接模拟时是否会发生意外危险并焊接结果与预期是否符合并加以修改，大大降低了焊接成本，目前国内与国外各个焊接机器人制作公司均有自己的离线编程软件，如安川公司的motosimeg-vrc以及ABB公司的robotstudio仿真编程软件，不仅可以做到仿真模拟又可以做到离线编程，但是在模型导入、定位基准以及精度等方面我国还有很长的路要走，发展一个具有我国特色的编程软件也是我们的必然需求。

1.3本文的主要研究内容与工作

本课题主要从编程仿真的角度出发，对多层多道焊进行仿真模拟，从典型平焊位置的直线焊缝入手，以几种典型位置的焊接为例，设计不同焊接所需的程序，且设计出的路径保证焊接过程中不会发生危险。改变不同焊接参数，调整相关路径，分析对比优化参数的合理之处。此外还要结合实际焊接设计绘制出试板和夹具的3D模型，以满足实际生产的要求。

厚板焊接工艺以及焊道规划

多层多道焊的基础是焊接工艺以及焊接路径，焊接工艺与路径与多层多道焊紧密相连。因此，本章从厚板焊接工艺以及焊道规划入手，分析多层多道焊在不同参数及轨迹下焊缝受力情况和成型情况，选择合适的参数，保证焊接过程平稳可靠。

2.1厚板焊接工艺方法概述

在厚板焊接中，相较于传统的单道焊或者单道多层焊，实施多层多道焊时，因焊缝截面不受限制，能在较大范围内调整热输入和焊接速度，因此对焊接热循环的调整较大^[5]。同时通过调节多层多道焊热输入和冷却时间，改变焊接顺序，达到控制结构变形和应力。

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