技术方案35:滤机阀体焊接机器人工作站|原创

机器人及PLC · 发表于 2024-8-12 10:23:45

一. 工件技术资料
1、适应工件规格：

工件材质：304

工件最大重量：200Kg
2、典型结构件模型：

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、单坡口。

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。要求组对精度需在±0.5mm之内，零件的下料精度需在±0.2mm。
3、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变位机上。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+2模式，即六轴机器人、两台一维变位机协调控制。
a、工作站参考布局图

工作站平面布置图（占地面积：4000X4000X2500mm）

b、设备配置清单

序号	名称	型号及配置	生产厂家	数量	备注
弧焊机器人
1	弧焊机器人本体及控制器	型号：KUKA Robot KR5-正装	德国KUKA	1套	含焊缝寻找、电弧跟踪等功能
1	弧焊机器人本体及控制器	主要配置：标准配置机器人本体，有效负载 5kg；KRC2控制柜、示教器、附10m电缆；机器人标准中文操作系统	德国KUKA	1套	含焊缝寻找、电弧跟踪等功能
焊接设备
1	焊接电源	型号：芬兰KempArc Puls 350		1套
1	焊接电源	主要配置：焊接电源、专用送丝机、通讯电缆		1套
周边设备
1	双立柱H型单轴变位机，承载500kg，跨距2200mm	两轴均采用库卡伺服电机，精密减速机，立柱，底座，U臂		2套	承载工件及焊接所需工装
2	机器人底座			1套
系统控制设备
1	控制系统	配置：操作盒、配线盒		1套
辅助装置
1	机器人空冷焊枪	ABIROB-350GC		1套
2	防碰撞传感器	KS-1		1套
3	清枪剪丝站	HLQ-1		1套
4	备品备件			1套
5	随机工具			1套
6	配套资料	设备整机说明书\机器人操作说明书（中文）\操作手册（中文）\编程手册（中文）\维修手册（中文）		各1本
安全防护装置
1	安全围栏	配置：简易围栏，具体尺寸另定		1套

四、主要非标设计件

a、单轴变位机

焊接变位机为双立柱H型单轴变位机（翻转单驱），可以实现工件的翻转运动。主要由变位机座、精密直线导轨、滑块、精密齿轮齿条、伺服驱动电机、精密减速机、翻转架、U臂和控制系统等组成。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；双立柱H型双轴变位机可有效最大承重0.5T，可承受工件在吊装时的轻微碰撞和冲击。

工件通过多次翻转，可实现各条焊道处于理想焊接位置，使机器人焊枪可达性最好，焊道处于平角焊或穿行韩，保证焊缝成形质量。本变位机主要由立柱、升降系统、滑座、中间架、翻转驱动系统、导电机构、控制系统、工装胎架组成。控制系统与机器人控制柜集成一体，通过机器人示教器操作。其结构形式如图所示：

立柱：

立柱是本变位机系统的基础支承部件，其上安装有翻转系统。因此立柱采用型材、钢板组焊结构。加工前退火处理。各安装配合面经过精加工，保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。立柱一端设定为固定，另一端设定为移动，这样可以加工件装夹的柔性度。

中间架：

中间架是承载工件的重要构件。中间架安装在滑座上的滑板上，与回转支承相联。其上安装回转支承和回转减速机。主体结构采用箱型梁结构焊件，加工前退火处理，各安装配合面经过精加工。保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。

翻转驱动系统：

由KUKA电机、传动轴、齿轮实现翻转，单驱动系统。翻转驱动系统安装于立柱滑座上。与中间架相联。翻转电机带有制动器，并采用旋转编码器计量翻转角度，翻转工件（胎架）时，可在任意位置定位并自锁。翻转联接板上设有旋转限位行程开关，确保翻转运行中不超过极限位置。

导电机构:

铜棒一端在弹簧作用下始终顶向工作盘，另一端带有螺纹，可有效连接电缆。

控制系统:

本控制系统针对焊接变位机进行控制。其中控制箱和主控制柜集成在琴键式控制柜中。电气控制采用先进的控制技术，具有较高的控制精度。

五、主要标准件
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。

a、机器人系统KR5

KR 5 arc性能参数
负载(指第6轴最前端P点负载）		5公斤
手臂/第1轴转盘负载		12/20 公斤
总负载		37公斤
运动轴数		6
法兰盘（第6轴上）		DIN ISO 9409-1-A50
安装位置		地面/墙壁/天花板
工作半径		1411mm
重复精度		+/-0.04mm
控制器		KRC2
自重		127公斤
作业空间范围		8.4立方米
每个轴的运动参数	运动范围		运动速度
轴1	+/-155°		154°/s
轴2	+65°/-180°		154°/s
轴3	+158°/ -15		228°/s
轴4	+/-350°		343°/s
轴5	+/-130°		384°/s
轴6	+/-350°		721/°/s

b、机器人控制系统 KRC2：

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。

2、弧焊软件包（Arc Tech）

基本弧焊软件

起弧时的焊接参数控制

收弧时的焊接参数控制

3、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

4、焊接系统

a、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，可确保满足客户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

KempArc Pulse 350焊接电源示意图

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

Φ药焊丝 0.8~1.6mm

ΦAl 1.0~1.6mm

7、机器人空冷焊枪：

气冷机器人焊枪ABIROB-350GC

ABIROB-350GC焊枪系统为二氧化碳焊枪，普遍用于亚洲区域的弧焊工作。

可换枪颈焊枪系统具有额定值高及暂载率高等优点：智能接口

可实现快速维护和可重复定位功能，缩短停工时间。

该焊枪系统有多种针对所有常用机器接头的枪颈和夹持器供选择。

（ABICOR BINZEL ,MOTOMAN,PANASONIC,FANUC,OTC）

ABIROB-350GC 技术参数

8、清枪剪丝机构：

本案配备自动清枪喷油装置是由本公司自主研发、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：

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。

9、防碰撞传感器

10、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。

2、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。

3、主控系统：

采用西门子S7-300或台达系列PLC，负责控制整个系统的运行。主要包含机器人焊接站6个单元、机器人起动命令传达，与上位机的数据传递等。

4、动作执行系统：

主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的定位夹紧、焊接等工作。

整个系统主要有两种通信方式，其中PLC和上位机以及PLC和HMI采用以太网通信，优点是可以传输大量通信数据；PLC和执行元件之间采用DEVICENET或FROFIBUS DP通信方式，优点是通信稳定，可扩展性强。

5、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。

6、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；

七、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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