油箱焊接機(jī)器人工作站20120414

1、油箱焊接機(jī)器人工作站方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書工業(yè)大學(xué)2012 年 4 月油箱焊接機(jī)器人工作站方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書、項(xiàng)目容? 設(shè)備名稱：油箱焊接機(jī)器人工作站? 設(shè)備數(shù)量：一個(gè)工作站，包括一套機(jī)器人和兩個(gè)焊接工位? 設(shè)備用途：本工作站用于各規(guī)格油箱的焊接、工件技術(shù)規(guī)格? 工件材料：低碳鋼（ 16Mn）? 焊縫規(guī)格：指接焊縫? 工件厚度：2mm? 工件尺寸：700 X 700 X 2000mm最大規(guī)格）? 工件重量：約為500Kg左右? 焊前工藝：手工點(diǎn)固。三、油箱焊接機(jī)器人工作站總體方案說(shuō)明3.1 焊接工藝油箱為方形結(jié)構(gòu)，焊縫形式為指接形式，焊縫寬度為2+2共4mm。若采用CO2/MAG焊接方式，那么由于焊縫寬度

2、有限，只能采取小電流來(lái)進(jìn)行焊接，而由于工件屬于結(jié) 構(gòu)件，焊縫縫隙會(huì)有較大變化，這時(shí)若加大送絲填充縫隙，會(huì)帶來(lái)焊接電流的增加， 易發(fā)生咬邊燒蝕等焊接問(wèn)題。TIG焊接方法有電弧穩(wěn)定，能量集中的優(yōu)點(diǎn)，相比較 CQ/MAG，更容易控制焊接 穩(wěn)定性。通過(guò)填絲的方式滿足焊縫的工藝要求，而且在焊縫縫隙較大的位置可以提高 送絲速度來(lái)填充金屬，而不會(huì)影響焊接參數(shù)。由于工件產(chǎn)量不高而且為高質(zhì)量要求的 工件，因此該方案選用TIG焊接方法進(jìn)行工件焊接。3.2 機(jī)器人機(jī)器人柔性度高，只需要編制相對(duì)應(yīng)機(jī)器人程序，即可滿足于多種規(guī)格型號(hào)工件 的焊接需要。此外，為了減少工件變形，需要在焊接時(shí)按照一定的焊接順序和焊接方向進(jìn)行焊

3、 接，機(jī)器人完全可以滿足這樣的焊接要求。目前，機(jī)器人主要制造商集中在歐洲和日本。日本機(jī)器人雖然在使用壽命，機(jī)械 剛度，擴(kuò)展功能相對(duì)于歐洲機(jī)器人略遜一籌，但是物美價(jià)廉。不過(guò)日本機(jī)器人存在對(duì) 軍工企業(yè)的限制問(wèn)題。本方案采用日本安川公司的 MOTOMAN MH6機(jī)器人，MOTOMAN機(jī)器人全世界銷 量第一，而且在國(guó)較早成立中日合資公司，主要銷售、技術(shù)、售后服務(wù)均是中國(guó)技術(shù) 人員，限制較少。3.3 焊接工位由于焊縫分布在工件 6 個(gè)面上，因此需要變位機(jī)對(duì)工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)變位才能使機(jī)器 人焊接到所有焊縫。變位機(jī)采用頭尾架形式，旋轉(zhuǎn)軸與地面水平。為了適應(yīng)不同長(zhǎng)度 的工件裝夾，尾架可前后移動(dòng)。為了提高生產(chǎn)效率，

4、在機(jī)器人兩側(cè)分別布置一套變位機(jī)，一套變位機(jī)進(jìn)行焊接， 另一套進(jìn)行工件裝夾。3.4 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)滑軌MH6機(jī)器人最大運(yùn)動(dòng)圍可達(dá)2844mm,但最大圍是指機(jī)器人手臂伸直時(shí)的運(yùn)動(dòng)圍,而這個(gè)姿態(tài)的機(jī)器人不可避免的與工件發(fā)生干涉；同時(shí)若工件靠近機(jī)器人，機(jī)器人受 其自身結(jié)構(gòu)限制,是無(wú)法到達(dá)的。因此,必須增加機(jī)器人有效的運(yùn)動(dòng)圍,即提高機(jī)器 人可達(dá)性。本方案采用高精度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)滑軌來(lái)提高機(jī)器人可達(dá)性。機(jī)器人安裝在機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)滑軌上,不僅可以擴(kuò)展機(jī)器人運(yùn)動(dòng)圍,而且在焊接靠近機(jī)器人的焊縫時(shí),改善機(jī)器 人姿態(tài)。良好的機(jī)器人姿態(tài)會(huì)提高了送絲穩(wěn)定性,保證焊接質(zhì)量。3.5 跟蹤系統(tǒng)由于工件為結(jié)構(gòu)件,焊縫位置會(huì)有較大偏差,焊

5、縫間隙不一致等問(wèn)題,需要通過(guò) 焊縫跟蹤的方法來(lái)實(shí)時(shí)校正機(jī)器人焊接位置軌跡,使其能夠按照實(shí)際焊縫軌跡行走。 而指接形式焊縫為平面焊縫,目前只有激光視覺(jué)跟蹤可以滿足這種焊縫形式的跟蹤要 求。本方案采用英國(guó)META公司的SLS-O50激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)校正機(jī)器人軌 跡偏差,同時(shí)根據(jù)其輸出的焊縫間隙信息,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送絲速度,具有一定的自適應(yīng)能 力。3.6 工裝夾具工裝夾具安裝在焊接工位的變位機(jī)上,工件的工裝夾具不采用標(biāo)準(zhǔn)的橫梁結(jié)構(gòu), 橫梁結(jié)構(gòu)會(huì)遮擋焊縫,使機(jī)器人難以一次裝件完成所有焊縫的焊接。為此采用頂緊的 方式來(lái)固定工件,這樣只需要變位機(jī)翻轉(zhuǎn),即可焊接所有焊縫。四、工作站設(shè)備介紹4.1 焊接機(jī)

6、器人系統(tǒng)4.1.1 機(jī)器人本體MOTOMAN MH6型機(jī)器人為一 6軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人，采用的新型交流伺服電機(jī)具有 結(jié)構(gòu)緊湊、高輸出、響應(yīng)快、高可靠性等特點(diǎn),從而使機(jī)器人本體緊湊靈活,具有較 大的運(yùn)動(dòng)空間、更好的穩(wěn)定性和較高的重復(fù)定位精度，尤其適合于三維曲線焊縫的焊技術(shù)數(shù)據(jù)如下:結(jié)構(gòu)垂直多關(guān)節(jié)形（6自由度）取大動(dòng)作圍S軸（回旋）± 170L軸（上臂）+155 °, -90 °U軸（下臂）+250 °，-175 °R軸（手腕回旋）± 180B軸（手腕擺動(dòng)）+255 °，-45 °T軸（手腕回轉(zhuǎn)）± 360最大速

7、度S軸3.84rad/s,220° /sL軸3.49rad/s,200° /sU軸3.84rad/s,220° /sR軸7.16rad/s,410 ° /sB軸7.16rad/s,410 ° /sT軸10.65rad/s,610 ° /s允許力矩R軸11.8Nm(1.2Kgfm)B軸9.8Nm(1.0Kgfm)T軸5.9N m(0.6Kgfm)允許慣性力矩R軸0.27Kg m2(CD24)B軸0.27Kgm2T軸0.06Kgm2重復(fù)定位精度± 0.08mm負(fù)載質(zhì)量6Kg電源容量3 相 200V± 10% 7KVA本

8、體質(zhì)量130Kg安裝環(huán)境溫度045°C濕度2080%RH不能結(jié)露）振動(dòng)0.5G以下其他*避免易燃，腐蝕性氣體，液體*勿濺水、油、粉塵等*勿近電氣躁聲源機(jī)器人控制系統(tǒng) DX100機(jī)器人控制柜的控制是基于In tel公司的處理器開(kāi)發(fā)的，采用 Win dows CE技術(shù)的 智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。全數(shù)字伺服模塊給機(jī)器人的6個(gè)關(guān)節(jié)的交流伺服電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電源，有能力提供多達(dá)54個(gè)伺服電機(jī)軸同步協(xié)調(diào)控制，完成直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。采用友好和簡(jiǎn)易的編程界面，圖標(biāo)式按鍵，使操作人員更加易學(xué)和舒適。分布式 硬件結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令集軟件能保證嚴(yán)格的時(shí)序和任務(wù)的執(zhí)行。記憶容量達(dá)到160000步,外部I/O點(diǎn)可達(dá)32點(diǎn)

9、。開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可以與Ethernet、Device-net等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。另 外，帶有過(guò)濾網(wǎng)的自循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)可以保證在5C-45C圍正常工作。機(jī)器人控制柜的控制系統(tǒng)具有如下的軟件功能再引弧功能：可以在第一次引弧失敗后，自動(dòng)再次引燃電弧。再起弧功能：在焊接過(guò)程中意外斷弧后，能夠自動(dòng)再次起弧。防粘絲功能：防止在熄弧時(shí)焊絲與工件的粘連。焊接參數(shù)存儲(chǔ)與調(diào)用功能： 經(jīng)過(guò)優(yōu)化的焊接參數(shù)，可存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)的焊接文件中, 通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)用程序，即可編入后續(xù)編制的同類型焊縫的焊接程序中。擺焊功能：多種焊槍擺動(dòng)方式供編程時(shí)調(diào)用，擺動(dòng)兩側(cè)停留時(shí)間可按需要設(shè)定。故障自診斷顯示功能。技術(shù)規(guī)格：控制硬件多個(gè)INTEL CPI分

10、布式硬件結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器緊湊式閃存卡取大存儲(chǔ)步數(shù)160,000 步可存儲(chǔ)出程序數(shù)量9999 個(gè)通訊接口RS232（ PC標(biāo)準(zhǔn)串行接口），打印機(jī)接口I/O總線系統(tǒng)device net現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字輸入16個(gè)，可擴(kuò)展數(shù)字輸出16個(gè)，可擴(kuò)展輸入電壓3 相 200V ± 10% 5060Hz功率5KVA系統(tǒng)參數(shù)最多可控聯(lián)動(dòng)軸54個(gè)最多可控聯(lián)動(dòng)機(jī)器人數(shù)量3個(gè)機(jī)器人軸6個(gè)，數(shù)字式伺服控制安全等級(jí)IP23自動(dòng)監(jiān)控各軸工作圍，冷卻水，電弧等重量80kg外形尺寸558X 503X 865示教編程器機(jī)器人系統(tǒng)配有大屏幕彩色 LCD觸摸編程器，操作與編程簡(jiǎn)單明了，具有在線焊 接參數(shù)修改和故障自診斷顯示功能。可轉(zhuǎn)換

11、中/英文顯示方式，方便操作者。并且安裝 有dead man開(kāi)關(guān)，其一步保證安全?？梢赃M(jìn)行擺動(dòng)模式，擺動(dòng)波形的編輯可以進(jìn)行焊接參數(shù)和焊接電流、電壓波形的實(shí)時(shí)顯示和參數(shù)修改?？梢赃M(jìn)行多窗口顯示。（例如，可以進(jìn)行程序、焊接參數(shù)、輸入、輸出的同時(shí)顯示）可以進(jìn)行部PLC的梯形圖編程，不同其他機(jī)器人的語(yǔ)句表編程。使編程更加直觀， 更加易于掌握?？梢燥@示電機(jī)速度變化波形，利于維護(hù)人員進(jìn)行維修和服務(wù)技術(shù)規(guī)格:顯示6.5"彩色LCD觸摸屏，支持中文重量0.9kG編程在線示教，離線編程（需另配軟件）插補(bǔ)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，直線，圓弧插補(bǔ)時(shí)間10ms坐標(biāo)系軸坐標(biāo)直角坐標(biāo)焊槍坐標(biāo)工件坐標(biāo)伺服控制循環(huán)時(shí)間1 ms通過(guò)點(diǎn)可

12、編程特殊控制功能程序平移焊接順序外部軸轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)同步控制自動(dòng)重復(fù) 引弧等焊接設(shè)備系統(tǒng)MW5000焊接電源是Fronius公司生產(chǎn)的全數(shù)字式逆變直流脈沖 TIG焊接電源。在 焊機(jī)部裝有數(shù)字信號(hào)處理器 DSP芯片，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)、控制程序、填絲速度的全數(shù)字 化控制，并帶有焊接參數(shù)的專家系統(tǒng)。該芯片可以精確控制電弧，快速進(jìn)行反饋和補(bǔ) 償，即使網(wǎng)路電壓波動(dòng)大，同樣能保證輸出平穩(wěn)。由于逆變頻率越高，輸出電流越平穩(wěn)，MW5000最小電流3A，5A電流就可穩(wěn)弧，更有利于薄板的精確焊接。脈沖頻率從0.2-2000HZ可調(diào)，滿足于薄板焊接熱輸入量精確控制的需要。焊機(jī)具有接觸引弧和數(shù)字高頻引弧方式，高頻強(qiáng)度可調(diào)，同普

13、通焊機(jī) 的電火花高頻引弧比具有更高的可靠性。高頻引弧可選擇轉(zhuǎn)極性引弧，使引弧過(guò)程更 加迅速。焊接電源部存儲(chǔ)了多套經(jīng)過(guò)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)焊接規(guī)參數(shù)，操作人員可以根據(jù)焊絲直徑、材料、保護(hù)氣體、焊接位置來(lái)調(diào)用焊接參數(shù)，使焊接參數(shù)的選擇更方便可靠。該焊接 電源具有JOB工作方式，每一焊道的焊接參數(shù)可以根據(jù)接頭形式和位置調(diào)用焊機(jī)部相 應(yīng)的JOB焊接工作程序。焊接工作程序包括焊接電流、送絲速度、脈沖頻率、峰值及 基值電流等焊接參數(shù)。數(shù)字顯示焊接電流、脈沖參數(shù)、弧長(zhǎng)、送絲速度、焊接工作程序號(hào)等參數(shù)?？梢?通過(guò)焊機(jī)提供的RS485 RS232計(jì)算機(jī)接口對(duì)焊接過(guò)程和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。技術(shù)規(guī)格焊接電源型號(hào)MW5000 j

14、ob額定輸入電壓V三相 400V± 15%額定頻率Hz50/60額定功率KVA15.6額定輸出電流A3-500負(fù)載持續(xù)率%45 (400A 100%)焊接電壓V12-45提前送氣時(shí)間s0-10滯后斷氣時(shí)間s0-10機(jī)器人接口外置ROBO5000機(jī)器人接口外形尺寸mm625 X 290 X 705（長(zhǎng) 寬高）重量Kg59防護(hù)等級(jí)IP234.1.5 TTW 4500水冷 TIG 焊槍TTW4500焊槍是為TIG焊機(jī)器人設(shè)計(jì)的，其特有的17度傾角設(shè)計(jì)非常適合焊接生 產(chǎn)對(duì)焊槍姿態(tài)的要求。強(qiáng)水冷設(shè)計(jì)，保證了在長(zhǎng)時(shí)間焊接時(shí)焊槍不會(huì)發(fā)生損壞。一體 化焊槍電纜便于安裝和機(jī)器人運(yùn)行?？梢耘鋫渲睆降逆u極

15、。技術(shù)規(guī)格：焊槍長(zhǎng)度焊槍角度額疋負(fù)栽電流暫載率適應(yīng)鎢極直徑164mm17度450A60%4.1.6 KD1500-11 送絲機(jī)KD1500-11送絲機(jī)是Fronius公司專門為自動(dòng)焊接設(shè)計(jì)的。該送絲機(jī)可以適應(yīng)輸送 1.0、1.2、1.6mm的焊絲要求；采用數(shù)字化控制系統(tǒng)及在送絲電機(jī)上安裝轉(zhuǎn)速控制裝置， 以保證恒定的送絲速度，最大送絲速度可達(dá)到11m/min ;無(wú)級(jí)調(diào)速；四滾輪送絲裝置，保證了送絲的可靠性。可以調(diào)節(jié)送絲輪的壓力滿足各種焊絲對(duì)送絲壓力的要求。焊縫跟蹤傳感系統(tǒng)激光視覺(jué)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)采用英國(guó) META公司生產(chǎn)的SLS050激光視覺(jué)視覺(jué)焊縫跟蹤 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括SLS050激光視覺(jué)視覺(jué)跟蹤

16、頭，控制柜以及相應(yīng)的跟蹤識(shí)別軟件。激 光視覺(jué)非接觸式焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，負(fù)責(zé)糾正工件的裝配誤差及焊接過(guò)程中的熱變形 引起的焊縫偏差。技術(shù)規(guī)格：型號(hào)：SLS 050激光視覺(jué)波長(zhǎng)：675nm激光功率30 mW激光視覺(jué)波形：結(jié)構(gòu)光米樣頻率：30幀/秒水平方向視場(chǎng)：50mm視場(chǎng)深度80mm安裝咼度65mm水平方向識(shí)別精度0.05mm高度方向識(shí)別精度0.08mm系統(tǒng)跟蹤精度：± 0.1mm冷卻方式：水冷4.2機(jī)器人所需外部設(shè)備421機(jī)器人滑軌滑軌鋪設(shè)在地面上，采用雙直線導(dǎo)軌，齒輪齒條結(jié)構(gòu)。在直線導(dǎo)軌上有滑臺(tái)，機(jī) 器人安裝在滑臺(tái)上，滑臺(tái)的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)同樣采用可由機(jī)器人控制柜進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的交流 伺服電機(jī)

17、。減速機(jī)構(gòu)采用高精度的 RV減速機(jī)。技術(shù)規(guī)格:型號(hào)：FWL.04機(jī)器人滑軌長(zhǎng)度：4000mm機(jī)器人取大仃走速度：>8 m/min機(jī)器人滑軌重復(fù)定位精度：±0.2mm422頭尾架翻轉(zhuǎn)變位機(jī)頭尾架單軸翻轉(zhuǎn)變位機(jī)采用頭架驅(qū)動(dòng)，尾架隨動(dòng)的方式。變位機(jī)額定負(fù)載1t，尾架可移動(dòng)，最大工件長(zhǎng)度 電m。翻轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)采用可與機(jī)器人進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的交流伺服電機(jī)，減速機(jī)采用大減速比、高精度的RV減速機(jī)，保證重復(fù)定位精度為 土 0.2mm（距旋轉(zhuǎn)中心500mm處）。技術(shù)規(guī)格:變位機(jī)型號(hào)：WP/2000額疋最大負(fù)載：2000kg翻轉(zhuǎn)中心高度：1000mm翻轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度：± 0.2mm（距旋轉(zhuǎn)中心

18、 500mm處）最大翻轉(zhuǎn)速度：2rpm尾架滑動(dòng)圍0-2000mm五、設(shè)備安裝要求及調(diào)試、驗(yàn)收和人員培訓(xùn)油箱焊接機(jī)器人工作站安裝環(huán)境要求1、電源要求：3 相 380V± 10% 50Hz 40kVA2、壓縮空氣：氣體壓力大于 0.5Mpa （經(jīng)過(guò)油、水過(guò)濾）3、環(huán)境要求：環(huán)境溫度：5-45 °濕度：2080%RH不能結(jié)露）震動(dòng)：0.5G以下設(shè)備調(diào)試、驗(yàn)收工作站整套設(shè)備的安裝、調(diào)試和驗(yàn)收采用一貫的交鑰匙工程的方式，即整套工作 站設(shè)計(jì)完成后，由貴公司派人雙方進(jìn)行前期設(shè)計(jì)審核；審核后，進(jìn)行拆圖和設(shè)備加工。 機(jī)器人系統(tǒng)到貨及外圍設(shè)備加工完畢后，進(jìn)行系統(tǒng)的總裝與聯(lián)調(diào)，檢測(cè)調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)

19、參數(shù)，并進(jìn)行模擬件的焊接實(shí)驗(yàn)。全部完成后，由貴公司再次派人來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的 出廠前檢驗(yàn)；檢驗(yàn)滿意后，設(shè)備發(fā)送到貴公司。我校工程技術(shù)人員在設(shè)備到貴公司指 定的安裝地點(diǎn)后的一周到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試，設(shè)備的安裝調(diào)試完成后進(jìn)行 工件的試焊接。焊件檢測(cè)合格后，進(jìn)行正式焊接生產(chǎn)。在完成焊接一定數(shù)量的產(chǎn)品后， 貴公司進(jìn)行設(shè)備最后的驗(yàn)收，雙方簽署設(shè)備驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，設(shè)備正式交付貴公司使用。人員培訓(xùn)培訓(xùn)由我公司為貴公司培訓(xùn)三名機(jī)器人工作站的編程、 操作和維護(hù)工程技術(shù)人員, 第一次培訓(xùn)在整個(gè)設(shè)備出廠驗(yàn)收之前在我公司進(jìn)行；第二次培訓(xùn)在設(shè)備在貴公司安裝 后進(jìn)行。六、工程進(jìn)度及付款方式整套生產(chǎn)線的工程工期為合同生效后

20、 6個(gè)月。支付條件如下：a）合同生效后，貴公司首付30%合同款，我公司在收到預(yù)付款后 2個(gè)月完成整個(gè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并開(kāi)始采購(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)。b）貴公司完成設(shè)計(jì)審核認(rèn)可后，貴公司支付 35%合同款（即全部付款數(shù)達(dá)到合同 總額的65%）。同時(shí)我公司在3個(gè)月完成整套設(shè)備的制造及機(jī)器人系統(tǒng)的引進(jìn)，并進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。c）貴公司在完成出廠前的檢驗(yàn)后，設(shè)備拆裝發(fā)送到貴公司。我公司的技術(shù)人員在 設(shè)備到廠后的一周到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行整套設(shè)備的安裝調(diào)試，人員培訓(xùn)，預(yù)生產(chǎn)及 設(shè)備驗(yàn)收。貴公司應(yīng)給予充分配合，并做好工件的準(zhǔn)備。d）雙方在完成設(shè)備最終驗(yàn)收并簽署驗(yàn)收協(xié)議后，貴公司支付 30%合同款（即全部 付款數(shù)達(dá)到合同總額的 95%）。e）一年質(zhì)量保證期后，付 5%合同款（結(jié)清）。并一次開(kāi)具全額發(fā)票。七、設(shè)備的售后服務(wù)整套工作站的質(zhì)量保證期為 1 年，在質(zhì)保期設(shè)備在正常使用的條件下發(fā)生故障， 我公司免費(fèi)維修。過(guò)了質(zhì)保期后，設(shè)備發(fā)生故障，我公司繼續(xù)提供服務(wù)，但只收取成 本費(fèi)。機(jī)器人系統(tǒng)易損件由貴公司購(gòu)買必要的備件或由我公司