技术方案36：消声器机器人焊接工作站

一、工件技术资料

1、 适应工件规格：

工件材质：普通碳素钢

工件最大重量：200Kg

2、典型结构件模型：

▲消声器三维模型▲

二、工艺说明

1、 工艺简介

组对点定：用户完成。

装卸方式：人工吊装。

工件变位：本案设备中变位机进行单轴变位。

焊 接：本案设备执行机构（机械手）控制焊枪动作。

编 程：现场示教。

焊缝形式：角焊。

焊接工艺：单丝气体保护焊。

保护气体：80%Ar+20%CO2。

2、工艺流程：

本案焊接工艺规划为人工组对和机械手自动化焊接。外焊缝的焊接可焊率为95%以上。但要求组对精度需在±0.5mm之内，零件的下料精度需在±0.2mm。

3、节拍分析

按此总长为1200MM工件，一个工件焊接所需时间为8分钟，约每小时焊接6件，则每班48件。

4、工作环境：

电 源：3相5线～50Hz±1Hz 380V

工作温度：使用:0～45℃

工作湿度：≤90%，不结露。

三、设备简介

1、设备简述

本案提供的设备用于以上所提到的工件的自动化焊接。

设备主要由弧焊机器人、焊接电源、焊接变位机、清枪剪丝站、控制系统等组成。本工作站采用1套单机器人焊接工作站，满足24小时三班连续作业工作能力。

操作人员只需将组对点固好的工件放到工装夹具上。具有高效、快捷、稳定可靠等特点。

工作站基础采用混凝土地基结构。

焊接工作站机器人动作协调采用6+1模式，即六轴机器人和一轴变位机协调控制。

3、工作站参考布局图

▲工作站平面布置图（占地面积：4500X4500X2000mm）▲

▲焊接工作站三维效果图▲

4、设备配置清单

四、主要非标设计件

工装夹具

带动力卡盘需要与焊接机器人协调运动，以实现工件的良好焊接。

五、主要外购件

1、KUKA KR5弧焊机器人系统

机器人主要构成:机器人本体、控制柜、示教器、控制电缆等。

2、机器人控制系统 KRC2：

a、KRC2控制柜采用熟悉的个人电脑WINDOWS操作界面，中英文多种语言菜单；标准的工业计算机，硬盘、光驱、软驱、打印接口、I/O信号、多种总线接口，远程诊断。

b、标准的工业控制计算机处理器

基于WindowsXP操作系统平台，中文操作界面(可选择多种语言)，编程控制界面2友好易懂

3、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。

LCD彩显，VGA模式，640X480, 256色。

6D摇杆，外加键盘运动控制。示教过程简单，犹如游戏操作。

三位使能开关、易于安全操作。

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。

330x260x35mm

输入：400V+10%/-15% , 49-61Hz

工作环境温度：-10°-45°

防护等级：IP54

制造标准：DIN EN 292, DIN EN 418, DIN EN 614-1, DIN EN 775,DIN EN 954, DIN EN 50081-2, DIN EN 50082-2, DIN EN 60204-1

自重：185公斤

负载功率：7,3--13,5千瓦（视外部轴数量及功率）

5、弧焊软件包（Arc Tech）

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）。

6、接触传感（Touch Sensor）功能包

a、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。

b、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。

c、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。

d、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。

e、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

7、一体化焊接电源KempArc SYN 300

原装进口KempArc SYN300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。

KempArc SYN300焊接系统由KempArc SYN300焊接电源， DT400 机器人送丝机，Devicenet 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Binzel 机器人焊枪。

▲KempArc SYN300焊接电源示意图▲

▲DT400机器人送丝机▲

与同类焊机相比具有的突出优势:

KempArc SYN300数字化焊机可软件升级，升级内容包括，增加特殊材料焊接程序、特殊短路弧焊工艺等，大大减少了重复投资；

由于焊机功能大部分由数字化软件控制，减少了42% 的电子元器件数量，控制线路板结构大大简化，使焊机故障率极低；

有回路压降补偿功能，还原一元化焊接程序的最佳运行状态；

送丝机马达为编码测速反馈，精确控制送丝速度，并且反馈马达电流，辅助确定合适的焊丝盘刹车力、送丝轮压力等；

焊机具有非一元化调节功能，电流电压可以分开调节，以适应某些特殊焊接要求

KempArc SYN300 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 100% 时，300A

外形尺寸 (mm)： 590 x 230 x 500

重量 (kg)： 34

送丝机DT400

小于 5kg

适配各种导丝管

全金属送丝轮

DT400 技术参数

工作电压：50V DC

额定功率：100W

负载容量(40 ˚C)：80% ED， 600A

100% 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

8、机器人水冷焊枪TBi

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，当配合TBi高吸能防碰撞传感器工作时，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。

传统焊枪的保护气只有一路，在保护气由喷嘴喷出时极易迅速散失，只能靠加大气体压力和流量来提高气保护效果。而TBi新一代机器人焊枪创新地采用两路保护气设计，外层通道的保护气成轴向气流，而内层通道的保护气成径向气流，在喷嘴内混合形成层流状保护。

9、焊接循环冷却水箱

正特循环水冷箱LXII-20

采用封闭式不锈钢储水罐，永不生锈。

采用铜阀增压水泵，避免了长时间使用产生水垢，导致水泵堵塞烧毁的故障。

采用高精度电子仪器，显示水温、水位，及时掌握循环水的温度和容量。

具有缺水报警和水满报警功能。

技术参数

产品型号： LXII-20

输入电压： AC220 V 50/60HZ

额定功率： 185W

额定水流量： 10 L/min

额定水容量： 20 L

额定扬程： 10 m

外形尺寸： 600×360×880

空机重量： 30

10、清枪剪丝机构

本案配备自动清枪喷油装置是自主研发、制造的高效自动化产品，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：

▲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。

11、防碰撞传感器

12、安全护栏

系统安全围栏为方管（圆管）加钢丝结构，高度1.8m，上部0.6米有遮光膜，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。

六、电气控制系统

1、控制系统总体结构

控制系统网络主要有三层结构：上位机数据处理，主控系统，动作执行系统。

上位机信号处理系统：

负责产品型号的录入，与主控系统的通信，生产数据的实时采集，产品质量数据的记录等。

2、上位机部分

可以实时的监控整个系统的运行状态，查询历史数据，执行人工上线等操作。

3、主控系统

可监测各个工作站当前状态及各主要设备当前状态，并以图形方式显示。监测画面为工作站级。工作站作为一个整体的当前状态；工作站画面以图形方式显示各个执行单元当前运行状态。

具有各种异常状态的自诊断功能，且所有异常现象能自动提示。包括位置软、硬限位、门开关、过流、欠压、控制异常、急停和冷却水水压不足等故障的自诊断、显示和报警功能。迅速诊断故障位置和原因，指导维修人员；

A、故障分类：

故障要求分为停机类故障和非停机类故障，做停机信号。

B、故障显示：

主控制柜装有报警和状态显示，采用三色柱状指示灯（红色代表停机类故障，黄色代表非停机类异常）,故障或异常发生时都要求有声光报警；在人机界面上显示故障信息。

C、故障的退出：

非停机类故障，故障信号消失后，故障立即退出；停机类故障，手动排除故障后，按相应的故障复位按钮，故障退出。

4、执行系统

执行系统主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的翻转、定位夹紧、焊接。

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