机器人焊接工作站技术方案广西刀板方案讲解.docx
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机器人焊接工作站技术方案广西刀板方案讲解
机器人焊接工作站
技术方案
成都焊研威达科技股份有限公司
2010年7月
机器人焊接工作站技术方案
设备概述：
1.1焊接对象:
1）如图所示工件尺寸最大范围为:
长×高×宽：
2900MM×540MM×110MM
焊接范围：
按工件图工艺要求焊接刀板与刀齿之间焊缝。
2）工件材质为：
碳钢材料厚度：
小于50mm
3）焊缝特征：
角焊缝
焊接组对要求（用户自己完成工件组对）：
各板与齿的位置误差不超过10MM。
焊接质量要求：
焊缝不允许存在咬边、气孔、砂眼、裂纹等缺陷。
生产节拍估算：
以焊高为12毫米焊缝为参考：
焊缝种类
12毫米焊高
焊缝长度（MM）：
1000×6
焊接速度（MM/MIN）：
450（两道三次焊完）
焊接时间（MIN）：
13.4MIN
焊接辅助时间：
变位机空行程及机器人行走时间：
5MIN
由于本系统为双工位，工件在焊接的同时就可完成工件装夹。
因此工件装夹辅助时间为：
0
焊完工件总耗时：
18.4MIN
按单班8小时计算：
8X60÷18.4=26个
2.设备基本功能：
该套设备能够完成工件上各条焊缝的焊接。
3.工作流程：
1）人工通过天车将已组对好的工件吊入变位机工装上定位夹紧。
2）机器人从安全区域移动到工作区域，准备对工件经行焊接。
3）机器人对工件经行焊接，当机器人对工位A的工件焊接完成后，通过机器人行走装置移动到工位B（在焊接的同时，工位B由人工已完成装件）。
对工位B上的工件经行焊接。
双工位交替经行，直到焊接结束。
机器人自动焊接系统设备配置表
焊接机器人工作站全景
系统介绍
机器人系统
机器人系统：
选用日本发那科机器人，型号M-10IA，配R-30IA高性能机器人控制器。
末端有效负载10Kg,最大伸长范围1420mm。
机器人本体：
发那科M-10IA机器人是一种增强型工业机器人即关节型手臂机器人。
它的特点是所有轴都有一个极大的旋转范围，给焊接机器人带来极大的灵巧性能和工作范围。
机器人的手臂具有细长而紧凑的设计，由于各个轴的动态性能高，保证了优良的焊接精度、速度和可重复性。
具备最大的工作半径和最小的干涉半径，工作范围变大，在系统设计上提供了较大的灵活性。
高强度的手臂与最先端的伺服控制技术有效提高了各轴的动作速度及加减速的性能。
运动的作业时间缩短15%以上，实现了行业内最高的生产能力。
电机传动轴上安装有制动器，通过闭合电路原理动作，在失电的情况下自动抱闸，避免危险性的运动。
六轴伺服防碰撞，避免误操作时各关节的损坏。
中空式，最大限度避免干涉，适合狭窄空间的焊接。
机器人本体参数：
机器人P点动作范围图：
3.1.2.R-30IA机器人控制柜：
机器人控制柜具有自动控制、检测、保护、报警等功能，系统的启动、停止以及暂停、急停等运转方式均通过操作盘进行。
系统运行状态及系统报警可在主操作盘上显示，也同时由系统运转状态高置显示灯显示。
机器人控制柜、示教盒、操作盘上设有急停按钮，在系统发生紧急情况时，可通过按下急停按钮来实现系统急停并同时发出报警信号。
ARCLink通讯总线技术，无论在通讯稳定性能，还是在数据传输能力上都大大领先于模拟信号接口和普通的通讯总线接口。
机器人控制柜至多能够控制36个轴，本机实现本体六轴＋3个外部轴联动控制（单工位）或本体六轴＋5个外部轴联动控制（双工位）。
提供公司局域网联接数据接口，具体具备以下主要功能：
功能
备注
电弧重启功能
当工件表面的锈和熔渣等绝缘物的影响电弧没有发生时，可反复进行预先设定次数的起弧动作
接触传感功能（用户选配）
电弧跟踪功能（用户选配）
摆动焊接功能（用户选配）
再生暂时停止再启动功能
（断电恢复功能）
再上电后，可以接序停止位置开始工作，无需进行坐标再确认。
防碰撞功能
6轴防碰撞软件
脚长管理功能
遥控坐标系选择功能
直交、工具、便利、各轴、工件等各坐标系
状态显示功能
机器人、移动装置的位置坐标，外部信号状态等
程序编辑功能
位置、命令的更改、插入、删除、程序复制及删除，合并
程序变换功能
平行、回转移动、镜向变换等
程序呼出功能
程序存储功能
最佳加速／减速控制
减震控制
轨迹恒定性控制
高精度轨迹控制
转角高速作业精确控制
自诊断功能
故障分类和数据显示
示教—再生切换功能
程序存储容量
100套
外部记忆
SUB插口、局域网或以太网
外部输出输入
I/O40点/CC-LINK（总线模块）
示教盒：
示教盒具有6.5″带触摸功能的彩色LCD显示屏，中文键面；分辨率640X480。
采用图标、图画显示，操作方法简单，操作者通过示教方式编辑焊接程序，菜单提示，人机对话方式容易掌握，屏幕显示的帮助向导功能协助操作者确认操作示教盒的步骤。
示教盒可以显著提高在工作现场对I/O信号的调试效率，可以在显示屏上编辑梯形图。
通过选用电弧检测功能，可以在焊接过程中监视焊接电压和电流。
示教盒上设置操作按钮和开关，可以在示教盒上设置伺服准备、示教、再现、远程等模式，操作方便；
具有在线参数修改和故障自诊断显示功能。
示教盒上设置CF卡插槽，方便用户备份程序和系统数据；
可进行示教点修改：
示教点的追加、删除或修正（可独立修改机器人轴和外部轴）；
可实现点动操作，具有启动、暂停、急停、编辑锁定功能。
■功能:
示教盒操作
座标系选择
关节、直角/圆柱、工具及用户座标系
示教点修改
追加，删除或修正（可独立修改机器人轴和外部轴）
各轴点动操作
可实现
轨迹确认
单步前进，后退，连续行进
参数调整
在机器人工作中和停止中均可微调
定时器设定
设定单位0.01秒
快捷功能
直接打开功能、画面预约功能
接口
FC1/FC2用，RS-232C（通道）
应用
弧焊、点焊、搬运、通用及其它
安全措施
基本安全标准
JIS（日本工业标准）
安全速度设定
可实现
安全保护方式
通过信号触发进行慢速再现
示教锁定模式
示教过程中不允许操作再现操作盒
干涉监视领域
S轴干涉监视（扇形），立体空间干涉监视
自诊断功能
报警两个系统（轻故障，重故障），故障分类和数据显示
用户报警显示
能显示周边设备报警信息
机械锁定
对周边设备进行运行测试（机器人不动作）
门互锁
MCCB置于“OFF”位时，可开安全门
维护功能
累计运行时间显示
控制电源接通时间，伺服电源接通时间，再现时间，操作时间，工作时间
报警显示
报警内容及以往报警记录
输入/输出诊断
可模拟使能/使不能的输出
工具常数校准
使用校对模架，自动校准终端效应器的参数
编程功能
编程方式
菜单提示，人机对话方式
程序语言
机器人语言：
动作控制
关节运动、直线及圆弧插补、工具姿态控制
速度设定功能
百分比设定（关节运动），0.1mm/s设定（插补），角速度设定（工具姿态控制）
程序控制命令
跳转命令，调用命令，定时命令，机器人停止，机器人工作中一些命令的执行
变量
全程变量、局部变量
变量类型
字节型、整数型、双精度型、实数型、位置型
输入/输出命令
ARCLink通讯总线技术
●TouchSensing焊缝自动寻找功能：
该功能是简便有效的机器人焊缝找寻功能。
工作原理：
机器人通过焊机的电压反馈，用焊丝端部碰触工件上的两个（或多个）基准点，来判断工件的偏差情况，并对起弧焊接的位置坐标进行补偿调整，实现焊缝起始点的自动寻找。
共包括焊接起始点传感和终点传感，多点传感，焊接长度传感，圆弧传感以及传感重试功能。
并能在坡口内部进行传感功能，检测坡口幅宽变化自动调整焊枪摆动幅度及熔敷量。
坡口自适应软件：
在坡口大小不一致的情况下，可利用接触传感检测坡口宽度同时修正焊接轨迹，跟据检测结果自动调整焊接参数如摆幅和焊接电流，以改变熔敷率或填充效果，确保焊缝余高一致。
●TAST电弧焊缝自动跟踪功能：
TAST（ThroughArcSeamTracking）电弧焊缝自动跟踪功能，是FANUC机器人公司开发的简便有效的机器人焊缝跟踪功能。
采用该功能可以自动补偿由于零件翘曲或装配不精确造成的焊缝位置偏离。
可以在纵向和横向的机器人运动轨迹上，进行位置补偿。
工作原理主要是通过摆动焊接过程中，检测焊接电流的反馈信号，与设定值进行比较，调整焊接轨迹，使焊接位置始终保持在焊缝中心位置。
可以用于多种焊缝接头形式和材料。
具有简单可靠，经济实用（不需要增加其他设备，如激光头，红外线传感器等），焊枪可达性好（无附加设备，体积小），可与TouchSensing焊接自动寻缝功能等配合使用。
最为重要的是它能记忆第一道焊缝跟踪的信息，在多层焊时达到事半功倍的效果。
机
焊接系统
选用苏州米加尼克公司生产高性能数字化焊接电源。
型号为SIGMA500双脉冲型。
该电源与威达机器人专用送丝机和TBIRM80W水冷机器人焊枪组成的焊接系统。
SIGMA-500数字式双脉冲IGBT逆变控制MIG/MAG自动焊接电源特点如下：
Ø一机多用，可进行CO2/MAG、MIG焊。
ØSIGMA系列焊机，采用IGBT逆变和软开关控制技术，CANBUS通讯方式，DSP控制技术。
能满足高质量的焊接要求。
Ø可对碳钢、不锈钢、铝板等金属进行高质量焊接；
Ø由于采用数字式控制，电弧稳定性超群，实现几乎没有飞溅的高质量焊接；
Ø具备焊接专家系统，只须按焊接材料、焊丝直径等参数选择相应的程序号，即可自行确定焊接电流／电压、送丝速度等，操作十分方便。
技术参数
TBiRM80W水冷焊枪：
创新地采用两路保护气设计，外层通道的保护气形成轴向的保护气流，而内层通道的保护气形成径向的保护气流，由于加强了保护气的流动控制，使得层流状保护气在焊接区温柔包裹，气体不易散失焊接过程中的保护气用量大大降低，同时两通道保护气可以到达焊枪内的多个部位，焊枪的冷却效果得到加强。
并且由于径向气流的存在，使得导电嘴也得到充分的冷却，避免导电嘴的过度烧损，从而使导电嘴的寿命延长了3—5倍。
双路循环水冷。
清枪装置
清枪装置选用TBI焊枪清理装置型号：
BRG2000
焊枪清理单元是每一个MIG-MAG焊接机器人不可缺少的部分，机器人只要一个动作就可以使两个旋转的刀片清除掉焊枪内部的附着的粘着物，并喷射硅油，确保焊渣与喷嘴不会发生死粘连。
清理的频率取决于不同的条件，如：
工艺过程、气体类型、材料类型、和它的表面等；程序员在机器人控制器中的工作程序中确定清理程序的频率。
效果图如下：
清枪前清枪后
特点：
减少中断时间,延长焊枪部件的使用寿命,不需要手工操作。
循环水冷箱
为了保证水冷焊枪的水冷效果，冷却系统采用1台上海正特循环水冷箱LX-20。
水箱采用封闭式不锈钢材料制作，耐蚀性强。
水箱采用无轴封设计的磁力泵，避免了普通电动水泵因长时间使用产生水垢，导致水泵堵转而烧坏的故障。
单水箱单水泵输出，为水冷焊枪提供水冷却。
本机具有水温水位显示，及时掌握水源的温度和缺水报警、水满报警。
技术参数：
序号
名称
冷却水容量L
输入电压V
额定扬程m
额定水流量L/MIN
空机重量
1
LX-20
20
220
12
14
40
．
防碰撞传感器TBIKS1-S
焊枪依靠预载弹簧实现准确定位，在碰撞发生时，弹簧弯曲后启动开关，机器人立即停止运行。
由于碰撞脱离机构的屈从设计，碰撞发生后不需要对焊枪重新校验。
主要技术参数：
结构
完全机械式，弹簧支撑
轴向释放压力
550N
横行释放扭矩
18.2Nm
释放后复位
自动
复位能力
在距离法兰300毫米处测量，偏差范围在+/-0.1毫米内
重量
1.96公斤
优点：
◆高稳定性。
◆具有全方向上的防撞安全性。
◆弹簧屈从性能优越，确保了机器人的安全停止。
◆可以被用于所有的焊接切割领域。
◆通过选择不同的焊枪把持方式，可以实现不同焊接位置上设备配备。
◆可调节开关的触发力。
◆电气开关不需要供电。
单轴精密变位机
焊接变位机是焊接夹具的载体，能使工件达到最佳的焊接位置。
本套焊接系统配置的变位机由变位机头座、变位机尾座、专用工装夹具等部分组成。
此套变位机具有以下特点：
◆变位系统为双工位，极大提高焊接机器人使用效率。
◆变位机为交流伺服驱动，它能够完美的配合机器人在任意转动角度的完成焊接动作，从而保证了焊接质量。
◆变位机各结构件均采用优质钢材焊接而成，并进行退火等工艺处理，保证结构件的强度。
◆变位机采用专用夹具，一套夹具可夹紧两个工件。
它具有夹紧快速，定位准确，操作方便等特点。
变位系统性能参数：
a）结构形式：
单轴变位机
b）变位机变位角度范围：
±180度
c）变位机最大负载：
4吨。
d）重复定位精度：
500MM直径内±0.1MM。
焊接夹具简介
本套焊接夹具主要由L支撑板、侧向定位装置、侧向压紧装置、预变形装置、上端旋转压紧装置等部分构成。
定位主要以刀板下底面、端面及其刀板无刀齿面。
夹紧主要由侧面及上面构成。
压紧装置均采用手动方式，快速方便且维护容易。
上端压紧装置压紧头部为滚球，设置它的目的在于当侧压紧装置使工件向预变形装置推动并变形时，防止工件上翘。
同时可使侧推装置更加省力。
设置旋转的目的在于取工件时，可将压紧装置旋转开方便取件。
中央程控系统
程序控制系统主要用于控制机器人、变位机等其他相关部分有序运动。
工作站程序控制系统采用编程程序控制系统，编程系统主控部分采用PLC可编程控制器作为主控单元。
具有“手动”、“自动”选择功能，在“手动”模式下可以人工参与，在“自动”模式下各区域自动完成相应工作。
并且设有：
电源开/关及指示按钮；急停按钮，当发生意外时可紧急停止。
控制系统的其它电气元件如继电器、开关和按钮等器件，均采用中外合资生产或国内知名产品。
机器人是整个系统的核心，因此我们的系统可以对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数（焊接程序）,焊接程序可进行储存并被随时调用；工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。
保护功能:
焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、控制箱内温度监视、电源监视、干涉领域检查。
异常诊断停止功能:
控制系统元器件、机器人、焊接电源等设备出现异常时，进行自动诊断，提供故障信息，保障系统安全；焊接异常、用户操作异常等情况下能诊断并采取停机保护措施。
在焊接中，可人为干预焊接，在焊接中途因故停止后，智能处理继续焊接方式。
验收
设备分预验收和终验收
预验收：
在乙方现场进行，双方代表共同参加，乙方在完成设备生产调试后，书面通知甲方进行预验收，验收时间不超过通知之日的15天。
预验收合格后，双方签订预验收报告。
验收标准按双方签订的《技术协议》规定的技术指标执行。
终验收：
设备到达甲方现场后，乙方调试完成后通知甲方共同进行设备验收，验收时间不超过通知之日的10天。
验收合格后双方在终验收文件上签字认可，即可交付甲方使用。
验收标准按双方签订的《技术协议》和预验收报告规定的技术指标执行。
若验收因甲方原因推迟，其期限不得超过2个月，预期将视为自动通过最终验收。
.质量保证及售后服务
设备质保期为壹年。
在质保期内，属正常使用故障，乙方在48小时内及时到达甲方进行修理。
如果人为损坏，违规操作，外物撞坏等，乙方可以帮助修理，但要收一定的成本费。
成都焊研威达自动焊接设备有限公司
2010年07月
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