機(jī)器人焊接工作站在汽車起重機(jī)卷揚(yáng)箱焊接中的應(yīng)用-

1、摘要:從機(jī)器人柔性焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā),分析了汽車起重機(jī)卷揚(yáng)箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可達(dá)性,明確了焊接工裝設(shè)計(jì)思路。從系統(tǒng)集成的角度出發(fā),介紹了雙工位機(jī)器人焊接工作站的系統(tǒng)配置,特別闡述了焊接機(jī)器人的功能配置和機(jī)器人周邊設(shè)備的功能配置以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),焊接系統(tǒng)的功能配置和環(huán)保裝置的功能。根據(jù)機(jī)器人工作站在實(shí)際生產(chǎn)中的使用效果分析,說明機(jī)器人焊接工作站作為一種柔性的制造裝備,可以提高卷揚(yáng)箱的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)符合不同型號(hào)的卷揚(yáng)箱進(jìn)行混線自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞:機(jī)器人焊接工作站;雙工位;汽車起重機(jī);卷揚(yáng)箱中圖分類號(hào):TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1001-2303(20090

2、5-00183-03第39卷第5期2009年5月Electric Welding Machine杜望,張曉旭(昆山華恒焊接股份有限公司,江蘇昆山215301Application of welding robot work station for winding housing of truck craneDU Wang ,ZHANG Xiao-xu(Kunshan Huaheng Welding Equipment Co.,Ltd.,Kunshan 215301,ChinaAbstract :From the perspective of flexible welding robot sys

3、tem design ,analyze the structure feature and welding accessibility of winding housing for truck crane and clarify the approach of fixture design.From the perspective of system integration ,introduce the system configuration of welding robot system with two work stations ,especially present the func

4、tion and features of the welding robot ,the robot peripheral equipment ,the welding system and the environmental device.Based on the analysis of performance of the welding robot work station in practical production ,it is verified that the welding robot work station ,as flexible manufacturing equipm

5、ent ,has been improving the welding quality and productivity of the winding housing ,releasing labor intensity and meeting the requirement of mixed-model automatic production.Key words :robot welding station ;two stations ;truck crane ;winding housing收稿日期:2009-05-06作者簡介:杜望(1977,男,四川眉山人,碩士,主要從事機(jī)器人柔性焊

6、接系統(tǒng)主體方案設(shè)計(jì)工作。0前言卷揚(yáng)箱是汽車起重機(jī)的重要結(jié)構(gòu)件,工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接量大,對焊縫的質(zhì)量要求高。起吊質(zhì)量從8500t 的各種起重機(jī)都有該結(jié)構(gòu)件,其重量、外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式都有較大的差別,因此要求相應(yīng)的焊接設(shè)備必須具備較好的柔性。為了提高焊接質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,兼顧各種產(chǎn)品,采用雙工位機(jī)器人焊接工作站是較好的解決方案。1操作描述機(jī)器人系統(tǒng)分兩個(gè)焊接工位。在第一工位焊接過程中,操作人員進(jìn)入第二工位變位機(jī)的工作區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)工件進(jìn)行裝卸或補(bǔ)充焊接;在第二工位焊接過程中,操作人員進(jìn)入第一工位變位機(jī)的工作區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)工件進(jìn)行裝卸或補(bǔ)充焊接。雙工位的優(yōu)勢在于工件的裝卸和人工補(bǔ)焊不

7、占用生產(chǎn)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。2工件描述(1工件描述及分析。卷揚(yáng)箱為長方體中空框架結(jié)構(gòu),是汽車起重機(jī)結(jié)構(gòu)件中的重要工件。卷揚(yáng)箱的焊接主要為角焊縫和開單邊V 型坡口的焊縫,基本形式為直線加圓弧曲線,除底面沒有焊縫之外,內(nèi)外側(cè)各面上均有焊縫。由于卷揚(yáng)箱內(nèi)部格子間空間狹窄,圓弧曲線焊縫的可達(dá)性問題較為突出,如圖1所示。專題討論西氣東輸二線焊接技術(shù)機(jī)器人焊接工作站在汽車起重機(jī)卷揚(yáng)箱焊接中的應(yīng)用183a 單軸機(jī)器人龍門架軸測圖b 單軸機(jī)器人龍門架側(cè)視圖圖2單軸機(jī)器人龍門架a 機(jī)器人模擬卷揚(yáng)箱焊接軌跡b 機(jī)器人實(shí)際焊接卷揚(yáng)箱圖1模擬實(shí)際焊接卷揚(yáng)箱情況(2工件數(shù)據(jù)。各型號(hào)卷揚(yáng)箱尺寸和質(zhì)量相差較大,對變位機(jī)的

8、適應(yīng)性和夾具的通用性要求很高。卷揚(yáng)箱長度13002100mm ,寬度7001600mm ,高度500900mm ,質(zhì)量范圍5001000kg 。(3焊接工裝。為了使工件能夠快速準(zhǔn)確的定位裝夾,在卷揚(yáng)箱底側(cè)增加了用于定位的工藝孔,作為解決應(yīng)用機(jī)器人焊接定位和壓緊的手段。焊接工裝由在變位機(jī)回轉(zhuǎn)支撐上安裝的工裝通用基板、特殊設(shè)計(jì)的定位銷及壓板自由組合而成。通用基板上面均布鏍栓孔,配合特殊設(shè)計(jì)的定位銷及壓板使用,無論什么型號(hào)的卷揚(yáng)箱,都可以利用基板上的定位銷及壓板將工件定位、壓緊。對于不同工件型號(hào)的裝夾,只需改變定位銷和壓板在通用基板上的位置,所有型號(hào)的卷揚(yáng)箱都可在35min 內(nèi)完成裝,方便高效。3系

9、統(tǒng)描述(16軸焊接機(jī)器人。采用德國KUKA KR16焊接機(jī)器人,第6軸最大負(fù)載16kg ,機(jī)器人工作半徑1611mm ,重復(fù)定位精度±0.1mm 。該機(jī)器人具備焊接中厚板復(fù)雜結(jié)構(gòu)所必須的功能,如:精確的直線、圓弧、曲線插補(bǔ)和點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)功能;接觸尋位功能通過帶有電壓的焊絲觸碰工件,找到正確的焊縫起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)或焊縫中間任意點(diǎn);電弧跟蹤功能在焊接過程中實(shí)時(shí)修正焊接軌跡,補(bǔ)償工件由于裝配或焊接變形而產(chǎn)生的偏差;多種橫擺形式多種及用戶自定義擺動(dòng)形式,擺動(dòng)幅度及頻率可調(diào);坡口尺寸偏差修正通過接觸尋位,獲取坡口變化量,可根據(jù)坡口寬度自動(dòng)調(diào)整焊接電流、電壓、速度和擺幅等參數(shù);在線優(yōu)化功能工藝人員

10、在設(shè)備調(diào)試時(shí)可在線修改焊接參數(shù);程序復(fù)制功能在多套工作站同時(shí)交互調(diào)試時(shí),編制好的焊接程序可從一個(gè)工作站復(fù)制到另一個(gè)工作站中,極大地縮短編程調(diào)試時(shí)間,使多套工作站可以迅速投入正常生產(chǎn)。(2單軸機(jī)器人龍門架。適合雙工位布局。由于變位機(jī)帶動(dòng)工件進(jìn)行變位,工件在空間中有一定的運(yùn)動(dòng)范圍,而且有內(nèi)部格子間焊縫需要焊接,因此機(jī)器人需要配合單軸x 龍門架解決焊縫可達(dá)性及兩個(gè)工位間的位移問題。單軸龍門架為機(jī)器人外部軸,可自由編程,適用于機(jī)器人懸掛安裝,如圖2所示。伺服電機(jī)(德國Siemens驅(qū)動(dòng)行星輪減速機(jī)/RV減速機(jī),通過獨(dú)有的齒輪齒條無間隙傳動(dòng)技術(shù),使齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與齒條嚙合,驅(qū)動(dòng)溜板在直線導(dǎo)軌上滑行

11、。由于龍門架運(yùn)動(dòng)采用的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)和機(jī)器人屬于同一系列,同時(shí)受機(jī)器人控制器控制,因此可以實(shí)現(xiàn)龍門架運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合軌跡插補(bǔ)。在龍門架一端設(shè)有樓梯和操作維護(hù)平臺(tái)。 如配專題討論第39卷專題討論西氣東輸二線焊接技術(shù)184合二級送絲機(jī)構(gòu),焊絲桶可放置于地面之上。溜板的直線滑軌副連接到中心潤滑系統(tǒng),潤滑油直接泵入滑軌副,保證了直線滑軌的精度和壽命。高度集成的系統(tǒng)聯(lián)線總成包含機(jī)器人的動(dòng)力電纜及信號(hào)電纜、外部軸的動(dòng)力電纜及信號(hào)電纜,焊接電源的水、電、氣管線等,穿入坦克鏈的部分均采用高柔性電纜。在龍門架一端設(shè)有系統(tǒng)聯(lián)線總成轉(zhuǎn)接,在龍門架安裝或運(yùn)輸時(shí)只需要拔插若干航空插頭,而不需要重新對龍門架

12、進(jìn)行布線。6軸機(jī)器人和龍門架配合使用,使得該機(jī)器人工作系統(tǒng)有極大的工作范圍和系統(tǒng)柔性,即使是大型復(fù)雜工件上可達(dá)性不好的空間焊縫,也可勝任。系統(tǒng)的水平運(yùn)動(dòng)最大速度v=60m/min,行程x=7000mm,重復(fù)定位精度為±0.1mm。(32.5t L型變位機(jī)。基于以上的工件分析,為了確保焊接質(zhì)量和焊縫成形,卷揚(yáng)箱在焊接過程中必須進(jìn)行多次變位,保證在船型焊位置或平角焊位置進(jìn)行施焊,因此選用L型兩軸變位機(jī)對工件實(shí)施變位,2.5t L型變位機(jī)為負(fù)載5t的單軸機(jī)器人變位機(jī)和負(fù)載為2.5t的單軸機(jī)器人變位機(jī)組合而成,可以實(shí)現(xiàn)工件軸向和徑向的回轉(zhuǎn),因而可以實(shí)現(xiàn)絕大部分焊縫船型位置焊接(見圖3。伺服電

13、機(jī)(德國Siemens驅(qū)動(dòng)減速機(jī),通過獨(dú)有的齒輪無間隙傳動(dòng)技術(shù),齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與回轉(zhuǎn)支撐嚙合,驅(qū)動(dòng)變位器轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),無論正向和反向回轉(zhuǎn)均可保證變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度。由于變位機(jī)驅(qū)動(dòng)采用和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)同一系列的交流伺服電機(jī),同時(shí)受機(jī)器人控制器控制,因此機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)和變位機(jī)運(yùn)動(dòng)可以聯(lián)合進(jìn)行軌跡插補(bǔ)。圖32.5t L型變位機(jī)軸測圖大回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù):最大旋轉(zhuǎn)速度16°/s;旋轉(zhuǎn)范圍±185°重復(fù)定位精度±1.5弧度分。小回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù):最大旋轉(zhuǎn)速度42°/s;最大輸出扭距4300Nm;旋轉(zhuǎn)范圍±185°最大回轉(zhuǎn)半徑1300mm;重復(fù)定位精

14、度±1.5弧度分;變位機(jī)最大負(fù)載2500kg;變位機(jī)最大偏心距172mm。(4焊接系統(tǒng)。a.采用奧地利FRONIUS全數(shù)字化TPS5000MIG 焊接電源,含水箱、VR1500機(jī)器人送絲機(jī)、機(jī)器人總線接口。b.采用德國TBi定制80W機(jī)器人水冷焊槍。為了解決卷揚(yáng)箱格子間內(nèi)部焊縫的可達(dá)性問題,通過三維模擬仿真軟件得到機(jī)器人焊槍的正確尺寸,焊槍槍頸長度達(dá)到400mm,如圖4所示。圖4帶有吸煙裝置的水冷機(jī)器人焊槍c.機(jī)器人槍夾,含防碰撞裝置KS-1(德國TBi。d.自動(dòng)清槍剪絲、噴硅油裝置RBG2000(德國TBi。通過半圓型銑刀定期去除噴嘴內(nèi)壁的附著物,壓縮空氣吹凈,帶噴硅油裝置及剪絲裝置,保證噴嘴內(nèi)壁清潔及一致的干伸長。e.焊槍平衡支架保證焊槍電纜在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中不纏繞且保持平衡,不影響機(jī)器人動(dòng)作。(5上海蒂恒DHS2-1焊煙處理系統(tǒng)。適用于大量焊煙和粉塵場合,吸風(fēng)口集成在焊槍上,隨焊隨吸,如圖4所示?？烧{(diào)整合適真空度,既能達(dá)到良好的吸煙塵效果,又不會(huì)影響焊縫保護(hù)。4結(jié)論目前有兩套機(jī)器人焊接工作站系統(tǒng)已經(jīng)投入使用,只需要上下工件和按動(dòng)按鈕就可以自動(dòng)完成工件的焊接;工作可靠性高,焊縫成形質(zhì)量穩(wěn)定,經(jīng)機(jī)器人焊接后的工件,只需要簡