技术方案34:上摆焊接机器人工作站

一、工件基础资料及工件技术资料:

1、被焊工件的基础资料

工件名称:上摆

工件种类:一种

加工对象:

焊接:上摆的连接焊缝;

材料:普通碳钢;

工件外形尺寸:长×宽×高mm=300×300×100mm

焊接工件厚度:≤4mm

焊接工件重量:≤10kg

被焊工件焊缝形式:对接、角接接头

焊逢完成率: ≥85%

被焊工件典型零件图纸:(如图所示,具体尺寸以双方签字确认的蓝图为准)

图2-1、上摆结构图

二、工艺流程:

工件装卸方式:由于工件较小,工件装卸采用人工搬运方式。

焊接工艺:焊接时采用单丝80%Ar+20%CO2气体保护焊。

第一工位人工装夹和定位工件时间:10秒

焊接节拍说明:

焊缝长度:800mm

焊接时间:

焊接速度:

MAG:6.7mm/秒

MAG焊接:800/7.5=107秒

机器人辅助时间:(机器人空行走速度:500mm/秒)

2工位切换时间:1.5秒(距离740mm)

机器人准备时间:1秒

变位机翻转时间:2秒

第二工位人工装夹工件和定位时间:10秒

焊接节拍说明:

焊缝长度:800mm

焊接时间:

焊接速度:

MAG:6.7mm/秒

MAG焊接:800/7.5=107秒

机器人辅助时间:(机器人空行走速度:500mm/秒)

2工位切换时间:1.5秒(距离740mm)

机器人准备时间:1秒

变位机翻转时间:2秒

机器人两边工位的行走时间:2.5秒(距离1200mm)

焊接节拍:

两个工位的总用时:223秒/2件,每小时产能:(3600÷223)×2=32件

三、工作环境:

电 源:3相~50Hz±1Hz 380V

工作温度:-10℃— 45℃

工作湿度:90%以下

四、机器人工作站简介:

1.工作站简述:

该机器人工作站用于上摆的半自动化组对和自动化焊接。本案设备采用双工位三班制,每班工作时间8小时,并且设备满足24小时三班连续作业工作能力。

本产线采用单机器人两个工位的焊接方式,从效率上考虑,为了提供生产效率和机器人的利用率,所以采用两工位的形式,一个工位焊接时,另外一个工位上下料,以达到提高效率的目的。本工作站主要包括弧焊机器人、焊接电源、焊接变位机、清枪剪丝机构、系统集成控制柜等组成。

2.机器人产线布局: (图中尺寸仅供参考)

3.机器人产线效果图:

4.机器人产线动作流程:

将第一工位工件(散件)定位装夹在焊接平台上→启动机器人→弧焊机器人到位→变位机旋转至工件船型位置→机器人起弧焊接(此时工人装夹另一工位的工件)→焊接完毕→机器人移动至另一工位→变位机旋转至工件船型位置→焊接机器人焊接第2工位的工件(此时工人卸下和装夹另一工位的工件),以此类推,进行下一循环。

五、产线配置清单:

六、机器人产线主要配置介绍:

KUKA KR5弧焊机器人

1、机器人系统

a、机器人系统KR 5

b、机器人控制系统 KRC2

主板:标准工业控制计算机主板,含PCI、ISA插槽,方便扩展

以太网接口,可接入高速Internet,实现远程联网监控和远程诊断

系统智能自诊断,提示相关信息

支持多种标准工业控制总线,包括:INTERBUS、PROFIBUS、DEVICENET、CANBUS、CONTROLNET、ETHERNET、 REMOTE I/O等

数字输入输出:16

模拟输出:2

存储程序:﹥5000

单套同步控制轴的数量:Max. 12(含机器人本体和外部轴)

伺服总线类型:Interbus-S(本体)HEDA(外部轴)

插补循环时间:12 ms

伺服控制循环时间:1 ms

可直接外接显示器、鼠标和键盘,方便程序的读写

内置大容量电池和UPS电池缓冲存储装置,具备断电保护功能

自动存储相关操作和系统日志

多种应用软件功能包,编程容易、快捷

示教盒KCP具有示教、编程、存储、检测、安全保护、绝对位置检测记忆、软PLC功能。

四种工作模式,可根据实际需要任意选择。

通过Canbus 与PC通讯,实时性更强。

c、弧焊软件包(Arc Tech)

1、基本弧焊软件

弧焊功能包的应用,可以在示教器上显示并控制焊接参数,快速设定焊枪的常用动作。

模块化的焊接程序逻辑关系,引导您快捷编程,简单易懂;库卡焊接专家的丰富经验,同时得益于库卡控制器的软PLC功能,使得逻辑关系周密之致,再复杂的焊缝或再多的周边设备,编程人员都可以得心应手的处理。

库卡编程模板中的基本命令,例如动作命令——直线、圆弧、点对点差补、直线插补、圆弧插补、直线+摆动、圆弧+摆动差补等,和常用逻辑命令——wait、wait for等,均采用快捷方式调用,并以填空的方式出现,编程人员只要将相关参数填进即可,简单易学。

库卡工具坐标系的应用,可将导电嘴前端的焊丝尖点(将焊丝伸出长度调到正常焊接杆伸长长度),定义为坐标原点,这样就能方便地调节焊枪空间位置(x/y/z)以及所需要的焊接角度(A/B/C)。因此示教轨迹非常方便,库卡示教器上的6D摇杆,可使示教过程更快。

库卡控制器利用I/O或总线与焊接电源和清枪剪丝等装置进行信号及数据交换,可采用模拟量或数字量。对于全数字化焊机,能给出和接受多个焊接参数量,那么,在库卡控制器上就可以显示和控制常用焊接参数。

▲起弧时的焊接参数控制▲

▲收弧时的焊接参数控制▲

库卡的绝对位置记忆功能、程序逻辑功能,结合焊机等外围设备的信号反馈,能很好地处理焊接过程中遇见的问题。例如,由于电源或送丝机故障,系统中断了焊接过程;在排除了故障后,可选择“继续上次焊接”功能,那么机器人会自动回到上次停止的位置继续焊接。

弧焊软件包中可轻松调用焊机的专家系统数据和机器人运动数据,形成样板焊缝。可根据具体情况对专家数据库的具体参数进行修改。

弧焊功能包中有常用的焊枪摆动形式,操作人员可直接调用想用的形式,然后将相关参数填充;或者操作人员可自定义机器人的摆动方式(如上图所示)。

2、接触传感(Touch Sensor)功能包

工件的位置和外形偏差,使本来示教的机器人焊接轨迹要被“修正”。库卡的Touch Sensor功能包可以在焊接之前修正这类偏差,机器人在预定的距离内,以焊丝接触工件、形成电流回路,来检测寻找工件的正确焊缝位置,原理如上图所示。

库卡的绝对位置编码器,实时记忆焊枪在空间的位置(x/y/z)和角度(A/B/C)。当机器人按照设定的程序将带电的焊丝接触工件时,焊丝和工件之间形成回路,控制系统比较当前实际位置与示教时的位置参数。新的焊接轨迹,由当前数据结合示教轨迹,进行数据修正,修正焊接轨迹。

接触式传感器寻位功能的使用,可以判断工件上的部件或零件的实际位置与编程位置之间的偏差,相应的焊接轨迹即得以修正。

焊接起始点位置的寻找确定,可以通过一至三个点的接触传感完成;当要纠正工件整体位置的偏差时,需要多少个点的接触传感,取决于工件的外形或焊缝的位置。

此寻位功能可用于任何数目的单个点、焊接程序的某个段、或整个焊接程序的修正,如下图所示。测量精度≤±0.5mm

3、焊接变位机

焊接变位机为单轴变位机,可以实现工件的翻转运动。主要由变位机座、三相电机、编码器、气动插销、回转支承、翻转台、工装夹具和控制系统等组成。其中所有焊接结构件由钢板和型材组焊而成,所有焊缝按等强度焊缝要求进行焊接,焊后均进行退火处理,去除焊接内应力和有效防止加工的变形。工装夹具均采用快速压钳加自动气缸的形式,以达到快速定位和压紧的目的,上摆是靠两边大孔定位,快速顶紧机构将上摆顶紧并靠快速夹钳压紧。其结构如图所示:

▲焊接变位机结构示意图▲

4、焊接系统:

脉冲焊接电源Kemp Arc Pulse 350

原装进口Kemp Arc Pulse 350为机器人专用电源,可根据客户的特定需要提供定制不同的功能。完全适应机器人高效焊接生产,并且满足极高焊接精度和焊接可靠性要求。

Kemp Arc自动化焊机系列可根据特定焊接环境设置标准或定制软件程序包,例如Kemp Arc Pulse焊机系列可提供Work Pack全能软件包,包括碳钢焊接、铝合金焊接、不锈钢焊接的软件,或完全符合现场具体需要的Project Pack专家软件库。两种软件包都可以随时进行升级。

Wise焊接专家程序自动化产品提供额外的、与实际焊接相匹配的选择和解决方案,可确保满足您现在和将来的焊接要求。

Kemp Arc Pulse 350焊接系统由Kemp Arc Pulse350焊接电源, DT400 机器人送丝机,Device net 总线接口卡,送丝机中途线等组成,送丝机焊枪接口为欧式接口,可以快速安装德国TBI机器人焊枪或者Bin zel 机器人焊枪。

▲KempArc Pulse 350焊接电源示意图▲

▲DT400机器人送丝机▲

5、Kemp Arc Pulse 350 技术参数

电源电压:400V(-15~+20 %)

保险丝(慢熔):25 A

负载容量(40 ˚C):负载持续率 80% 时,350A

外形尺寸 (mm):590 x 730 x430

重量 (kg):36

6、送丝机DT400

DT400送丝装置,安装于机器人臂上,或作为机械化焊接系统的集成送丝解决方案。结构紧凑,重量轻,配备了4x4的送丝机构。

DT400 技术参数

工作电压:50V DC

额定功率:100W

负载容量(40 ˚C):80% ED,600A100% ED,500A

工作原理:4轮送丝

送丝速度:0~25m/min

填充焊丝: ΦFe,Ss 0.6~1.6mm

Φ药焊丝 0.8~1.6mm

ΦAl 1.0~1.6mm

焊枪接口:Euro

操作温度范围:-20~+40℃

存放温度范围: -40~+60℃

保护等级:IP23S

外形尺寸L×W×H 269×175×169mm

重量:4.5kg

7、HLQ-I清枪站

该清枪剪丝由机器人联动控制,按程序设定定时清理焊枪喷嘴内焊接飞溅,并向喷嘴内部喷射硅油,避免焊接时飞溅的牢固粘附。整体保证机器人系统长时间连续无监视运转。该自动清枪剪丝装置由清枪站、剪丝机构和喷硅油单元三部分组成。其结构如下图:

▲图8-2:自动清枪剪丝器示意图▲

清枪站

清枪站采用三点固定方式,将焊枪喷嘴固定于与铰刀同心位置,铰刀转动的同时上升,将喷嘴上粘附的焊渣飞溅清理干净。精确高效的清枪站用于机器人焊接。

剪丝机构

剪丝机构能够保证焊丝的剪切质量,并能提供最佳的焊接起弧效果和焊枪TCP测量的精确程度。

喷硅油单元

喷硅油装置采用了双喷嘴交叉喷射,使硅油能更好地到达焊枪喷嘴的内表面,确保焊渣与喷嘴不会发生死粘连,由此能有效的减少焊枪喷嘴的清理次数和延长其使用寿命。

8、KUKA 360A 焊枪

枪体外套管是由一整块特质高钢性不锈钢通过 CNC 设备整体加工而成,非常强壮,同时和内层枪管之间留有足够空间,配合防碰撞传感器工作,即使发生碰撞也不用重新校枪,机器人 TCP 点基本不变,这样就节约了大量的机器人停机维护时间。

9、安全护栏

系统安全围栏为方管(圆管)加钢丝结构(正面、两侧三面需加遮弧光板),高度不小于1.8m,正面需设置可开启门,便于工件吊装,并不影响操作人员和周围工作人员正常工作。若现场操作不便可考虑不装或少装护栏。

七、电气控制系统

在示较器上,可直观对焊接状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。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。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。对开始工作的时间、待机时间及停机时间进行记录,同时可以记录下用户的操作记录,以及报警记录。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。同时还具有:焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、干涉领域检查。

系统设有操作权限,权限分为一般操作者、高级操作者、维修人员等,不同的权限只能操作相应按钮或修改相应的数据,从而增加系统的安全性。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”模式下机器人自动完成焊接操作。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。

全系统采用数字化处理,可通过通讯的方式和外界设备相连,所有数据均能远程存储和查看。由于系统采用网络连接,因此本系统具有很大扩展性,为今后增加工位提高方便性。本系统具有自动保存和断电记忆功能,系统参数一旦修改,本系统将立即进行自动保存,即使突然断电,系统里的所有参数也不会被丢失。

控制柜内线路具耐油性,有线号套管,接地标志等,方便维修。控制柜设置有排风散热装置。控制柜与各工序设备、焊接电源和传输线之间采用标准的线槽盒进行连接,规范整洁。设备多处设有紧急停止开关,在紧急的情况下能立即停止设备的任何工作;设备设有红(设备报警或故障)、黄(设备暂停)、绿(设备正在运行)三种故障报警指示,并安装在设备明显位置;操作者能准确知道当前系统运行状况,设备设有安全接地系统。

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来源:指南车原创,如需转载,请后台留言

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指南车机器人学院,机器人工程师摇篮

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