两个使用相同机器人的焊接单元方案，其范围可能差异巨大。这种差异很少在于机械臂本身，而在于变位机、夹具、电源、防护装置以及负责调试启动的责任方。仅通过机器人进行比较的人，比较的是对最终结果影响最小的那一项。
本文详细描述了每个组件、最常用的布局，以及在询价前必须确定的清单。关于是否对工艺进行自动化的前期决策，请参阅机器人焊接指南。
焊接机器人与焊接单元：有何区别
焊接机器人是指带有控制器的6轴机械臂。机器人焊接单元是一个完整的系统，它接收点焊后的零件并交付焊接完成的零件，具有已知的节拍和经过文档验证的安全性。根据ISO 10218标准，需要设计和验证的是这一应用系统，而非单独的机器人。
各组件逐一解析
| 组件 | 在单元中的功能 | 报价中需核对的内容 |
|---|---|---|
| 焊接机器人 | 按编程轨迹引导焊枪 | 对已装夹在夹具上的工件的可达范围、重复定位精度 |
| 控制器与面板 | 控制机器人及外部轴，配有急停按钮和总开关 | 可协调运动控制的外部轴数量 |
| 焊接电源与送丝机 | 以稳定参数输出电弧 | 与机器人控制器的集成通信、工艺及负载持续率 |
| 焊枪与清枪站 | 输送焊丝、气体和电流；清枪站清洁喷嘴 | 冷却方式是否与电流及负载持续率相匹配 |
| 夹具 | 确保焊缝始终位于同一位置 | 由谁设计、由谁制造以及工件如何上料 |
| 变位机 | 旋转和倾斜工件以提供接近性和焊接位置 | 轴数、负载能力、与机器人的同步性 |
| 导轨 | 沿长工件移动机器人 | 负载等级和重复定位精度 |
| 防护装置与安全联锁 | 防止机器人在运动时人员进入危险区域 | 安全范围及葡萄牙语文档 |
| 烟尘净化系统 | 在焊接点捕集烟尘 | 是否包含在供货范围内或由客户自行负责 |
| 操作界面 | 程序选择、启动、诊断 | 生产记录和报警记录 |
在 QJAR 产品线中，机器人、控制面板、数字焊接电源、变位机和导轨均来自同一制造商，且焊接电源具备与机器人控制器的集成通信功能。
焊接机器人选型
对于电弧焊而言，工具重量较轻。决定因素是臂展和重复定位精度。
| 型号 | 负载 (kg) | 臂展 (mm) | 重复定位精度 (mm) | 本体质量 (kg) |
|---|---|---|---|---|
| QJRH4-1A | 4 | 1,410.5 | ±0.03 | 150 |
| QJR6-1400H | 6 | 1,456 | ±0.08 | 150 |
| QJR6-2000H | 6 | 2,014 | ±0.08 | 230 |
约 1.4 m 与 2 m 臂展之间的差异并非细节问题。较大的臂展使机器人能够覆盖更宽的工件或无需导轨即可服务两个工位。较小的臂展则使工作站更加紧凑，且机械臂在处理小型工件时处于更有利的姿态。最终选择取决于安装在夹具和变位机上的已装配工件的包络范围。关于参数表的一般解读标准，请参阅工业机器人指南。
夹具：质量控制的起点
机器人始终将焊枪引导至同一点。夹具的任务是确保焊缝位于该点。它需要通过稳定的基准来定位工件，承受热变形而不夹紧已焊接完成的工件，并为焊枪留出畅通的路径。
三个问题有助于评估方案：谁负责设计夹具，操作员如何装载和检查工件，以及切换至其他产品需要多长时间。在系列化生产中，采用可更换部件的夹具可以缩短这一切换时间。
变位机
设置变位机主要有两个目的：一是将每条焊缝调整至最有利的焊接位置，首选平焊位置（ISO 6947 中的 PA），二是使焊枪能够接近工件，而无需人工翻转工件。
| 类型 | 工作方式 | 典型工件 |
|---|---|---|
| 1 轴 | 带伺服电机的头架和尾座 | 绕自身长度旋转的长形工件 |
| 2 轴 | 回转和倾斜 | 以平焊位置进行焊接的大体积工件 |
| L 型 | L 臂上的 2 个轴，可自由接近工件周围空间 | 多面均有焊缝的工件 |
| 3 轴 | 工位交换：操作员在一侧装载时，机器人在另一侧焊接 | 需人工上下料的连续生产 |
使变位机成为工艺一部分的关键在于协调运动。机器人与变位机同步移动，确保在工件旋转过程中，焊枪相对于焊缝保持恒定的速度和角度。
行走轨道
当工件长度超过机器人工作范围时，机械臂可在轨道上移动，该轨道相当于一个附加轴。生产线使用的轨道采用斜齿轮齿条、伺服电机和线性导轨，分为三个等级：
| 等级 | 总负载 (kg) | 腕部负载 (kg) | 重复定位精度 (mm) |
|---|---|---|---|
| 轻型 | 最高 1,000 | 最高 50 | ±0.08 |
| 中型 | 最高 3,000 | 最高 300 | ±0.10 |
| 重型 | 最高 10,000 | 最高 1,000 | ±0.15 |
在焊接应用中，轨道的重复定位精度需与机器人的精度一并计入误差预算。因此，轨道等级的选择取决于工件和工艺要求，而非仅依据机械臂重量。
常用布局
| 布局 | 适用场景 | 关注要点 |
|---|---|---|
| 单工位固定台 | 小型零件，无需重新定位即可焊接 | 换件期间机器人处于等待状态 |
| 双工位 | 人工上下料的连续批量生产 | 焊接工位与上下料工位之间的隔离 |
| 头尾架 | 梁、轴、底盘及其他长形零件 | 夹具沿长度方向的刚性 |
| 2 轴或 L 型 | 多面焊缝的零件 | 零件与夹具组合体的负载及重心 |
| 机器人轨道 | 超出机器人工作范围的较长零件 | 轨道等级及布线 |
各种布局可组合使用。用于长形零件的工作单元可同时配备轨道和头尾架。高产量工作单元可采用双工位配置，每个工位各配一台变位机。
安全与环境
焊接工作单元叠加了运动机器人的风险与电弧风险：辐射、飞溅物和烟尘。在实际应用中，这意味着必须设置能阻挡电弧辐射的封闭结构，上下料入口须通过联锁门或存在检测装置进行防护，复位操作需具备完整视野，并在焊接点实施局部排风。
巴西的参考标准是 NR-12，该标准认可适用于机器人系统的 ISO 10218。关于该标准逐项要求的内容，请参阅 NR-12 在机器人化工作单元中的应用。请务必确认安全范围及葡萄牙语文档是否包含在报价方案内。
询价前需确定的事项
一份可比较的报价源于完整的需求说明：
- 零件图纸或3D模型，并标注焊缝位置。
- 材料、厚度及当前焊接工艺。
- 每件零件的总焊缝长度。
- 年产量、批量大小及班次数量。
- 每件零件的目标节拍时间。
- 到达焊接工位的零件公差。
- 焊缝验收标准及适用规范。
- 可用面积及层高。
- 现场公用设施：三相电压、压缩空气、气体及排烟系统。
- 夹具由谁提供以及由谁操作单元。
有了这些数据，讨论重点将从机器人本身转向最终结果：每班次产出件数、质量及投产周期。各部分对投资的影响详见工业机器人成本一文，评估实施方的标准则参见关于机器人集成商的文章。
在此阶段常出现以下四个错误：
- 在未确定变位机和夹具的情况下先选择机器人；
- 询价时未告知到达焊接工位的零件公差；
- 将排烟和安全视为后续再解决的问题；
- 仅针对单一零件进行设计，而忽略了随后引入的产品系列。
常见问题
机器人焊接单元由哪些部分组成？
包含带控制器的焊接机器人、带送丝机的焊接电源、带清洁站的焊枪、夹具、变位机或工作台、带联锁的安全防护装置、烟尘净化系统及操作界面。根据工件情况，还可能包括导轨和第二个上料站。
焊接机器人与机器人焊接单元有何区别？
焊接机器人是指带有控制器的机械臂。而焊接单元是生产系统，包括机器人、电源、焊枪、变位机、夹具、安全设施和操作部分。看似仅凭机器人型号就等同的方案，往往在其他部件配置上存在差异。
何时需要为焊接单元配备变位机？
当工件在多面有焊缝，或质量要求采用平焊位置时。变位机可旋转和倾斜工件，将每个接头调整至最佳位置，并使焊枪能够触及焊缝，从而避免人工重新定位。
同一焊接单元可以焊接不同工件吗？
可以。每个工件都有专属的夹具和程序，切换过程在项目设计阶段即已规划。相似系列的工件可共用同一变位机及部分夹具，从而缩短换产时间。
机器人焊接单元是否需要符合NR-12标准？
是的。NR-12标准将焊接单元视为机器进行适用，其第12.1.12条认可遵循ISO 10218-1、ISO 10218-2和ISO/TS 15066标准的机器人系统为合规系统。该标准要求配备防护装置、联锁装置、紧急停止功能以及葡萄牙语操作手册；关于培训要求，由于该标准将其责任归于雇主，建议在项目范围中予以明确约定。
联系 BR Robotics
BR Robotics 在巴西设计并集成搭载 QJAR 机器人的焊接单元。请发送工件、产量及期望节拍：我们将回复推荐型号、单元布局及报价。联系 BR Robotics 或查看 机器人、变位机和导轨。
