T-CWAN 0105-2024 攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)通.用技術(shù)條件

ICS25.160.30CCSJ64團體標準Generaltechnicalspecificationsofroboticfrictionstirweldingsystem中國焊接協(xié)會發(fā)布IT/CWAN0105—2024 II 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4系統(tǒng)分類 25系統(tǒng)組成 26主要技術(shù)參數(shù) 47技術(shù)要求 48檢驗方法 79標志 810包裝、儲存和運輸 8 9附錄A（資料性）典型鋁合金機器人攪拌摩擦焊接參數(shù)推薦表 T/CWAN0105—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起本文件由中國焊接協(xié)會焊接設備分會專家工作委員會提出。本文件由中國焊接協(xié)會歸口。本文件起草單位：安徽萬宇機械設備科技有限公司、航天工程裝備（蘇州）有限公司、中國焊接協(xié)會焊接設備分會、南通振康機械有限公司、廣東省機器人創(chuàng)新中心有限公司、東莞市頌智科技有限公司、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、上海交通大學、北京石油化工學院。本文件主要起草人：萬龍、林永勇、林濤、李憲政、羅建坤、唐國寶、徐濤、樹西、朱志雄、黃永憲、陳樹君、李永兵、朱加雷、劉鑫、黃體方、李新松。1攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)通用技術(shù)條件本文件規(guī)定了攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)（工作站）的分類、組成、技術(shù)參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗方法、標志和包裝儲運等。本文件適用于各類攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)（工作站）。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T191包裝儲運圖示標志GB2893安全色GB2894安全標志及其使用導則GB/T3375焊接術(shù)語GB11291.2機器人與機器人裝備工業(yè)機器人的安全要求第2部分：機器人系統(tǒng)與集成GB/T12642GB/T12643GB/T13306GB/T13384工業(yè)機器人性能規(guī)范及其測試方法機器人與機器人裝備詞匯標牌機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件GB/T17248.3聲學機器和設備發(fā)射的噪聲采用近似環(huán)境修正測定工作位置和其他指定位置的發(fā)射聲壓級GB/T20867工業(yè)機器人安全實施規(guī)范GB/T34630.1攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第1部分：術(shù)語及定義JB/T8896工業(yè)機器人驗收規(guī)則JB/T10801.2電主軸第2部分：加工中心用電主軸技術(shù)條件JB/T11657加工中心用機械主軸單元3術(shù)語和定義GB/T3375、GB/T12643和GB/T34630.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。攪拌摩擦焊主軸weldingspindle攪拌摩擦焊焊具的傳動機構(gòu)，用于在焊接過程中帶動焊具高速旋轉(zhuǎn)。3.2支撐力supportforce焊接夾具作用在被焊材料焊縫下方的力，見圖1，單位：牛頓(N)。2標引序號說明：1-夾緊力；2-支撐力；3-側(cè)頂力；4-橫向偏移；5-焊縫理論位置；6-焊具；7-被焊材料。圖1攪拌摩擦焊夾具夾緊力、支撐力及側(cè)頂力示意圖3.3夾緊力clampforce焊接夾具作用在被焊材料上方的力，見圖1，單位：牛頓(N)。3.4側(cè)頂力lateraltightforce焊接夾具作用在被焊材料側(cè)方的力，見圖1，單位：牛頓(N)。3.5主軸轉(zhuǎn)速rotationalspeed主軸帶動焊具沿旋轉(zhuǎn)軸線，在單位時間的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)，單位：轉(zhuǎn)每分鐘(r/min)。4系統(tǒng)分類4.1按攪拌摩擦焊焊具形式分類4.1.1動軸肩式攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)。4.1.2靜軸肩式攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)。4.1.3雙軸肩式攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)。4.2按攪拌摩擦焊接機器人主軸形式分類4.2.1電主軸式攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)。4.2.2機械主軸式攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)。5系統(tǒng)組成本文件定義的攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)是指應用于攪拌摩擦焊作業(yè)的成套裝備，如圖2所示。系統(tǒng)的基本組成包括：a）攪拌摩擦焊接機器人本體及其控制系統(tǒng)，包含機器人本體、機器人控制柜、示教器、攪拌3摩擦焊軟件包等；b）攪拌摩擦焊主軸，包含主軸本體、壓力傳感器、攪拌摩擦焊專用管線包等；c）攪拌摩擦焊主軸控制系統(tǒng)，包含總電源控制柜、主控系統(tǒng)、驅(qū)動單元、冷卻單元（選配）、液壓單元（選配）、氣動單元（選配）等；d）攪拌摩擦焊焊具，包含靜軸肩攪拌摩擦焊焊具、動軸肩攪拌摩擦焊焊具、雙軸肩攪拌摩擦焊焊具等；e）輔助裝置及附件，包含焊接夾具、修磨裝置（選配）、換刀裝置（選配）、安全防護設施、上下料輔助裝置（選配）等。系統(tǒng)組成還可根據(jù)具體待焊工件焊接工藝要求的不同，選擇移動裝置（選配）、焊接變位機（選配）等裝置。攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)組成示意如圖3所示。圖2攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)組成4標引序號說明：1-攪拌摩擦焊接機器人本體；2-攪拌摩擦焊主軸；3-攪拌摩擦焊焊具；4-攪拌摩擦焊接機器人控制系統(tǒng)；5-攪拌摩擦焊主軸控制系統(tǒng)；6-焊接夾具；7-安全防護設施。圖3攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)組成示意6主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)包括：a）系統(tǒng)外形尺寸（W×D×H），單位：毫米×毫米×毫米（mm×mm×mm）；b）系統(tǒng)重量，單位：千克（kg）；c）系統(tǒng)總功率，單位：千瓦（kW）；d）系統(tǒng)最大焊接深度，單位：毫米（mme）系統(tǒng)最高焊接速度，單位：毫米每分鐘（mm/minf）系統(tǒng)最大軸向壓力，單位：牛頓（N）；g）機器人額定負載，單位：千克（kgh）機器人軸數(shù)，單位：個（PCS）；i）機器人重復定位精度，單位：毫米（mmj）機器人最大作業(yè)半徑，單位：毫米（mmk）攪拌摩擦焊主軸額定功率，單位：千瓦（kW）；l）攪拌摩擦焊主軸額定轉(zhuǎn)速，單位：轉(zhuǎn)每分鐘（r/min）；m）攪拌摩擦焊主軸最高轉(zhuǎn)速，單位：轉(zhuǎn)每分鐘（r/minn）攪拌摩擦焊主軸額定扭矩，單位：牛米（N·m）。7技術(shù)要求57.1整機基本要求7.1.1攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)所用標準件、外購件均應符合相應現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準的規(guī)定,并有制造廠簽發(fā)的合格證。7.1.2應運行平穩(wěn)，無抖動和爬行現(xiàn)象。7.1.3運動裝置應具備可靠的硬件限位裝置。7.1.4攪拌摩擦焊接機器人系統(tǒng)應具備主軸轉(zhuǎn)速、焊接速度、軸向壓力、傾角等參數(shù)調(diào)整及監(jiān)控功能。典型鋁合金焊接參數(shù)可參照附錄A推薦進行選擇。7.2外觀和結(jié)構(gòu)7.2.1外露加工表面不宜有磕碰、劃傷、銹蝕等。7.2.2內(nèi)部應清潔，無明顯雜物及顆粒型粉塵粘附。7.2.3管路的外露部分必須布置整齊、美觀，管路不得出現(xiàn)扭曲、折疊、劃傷等現(xiàn)象。7.2.4各種標牌應清晰、耐久。銘牌應固定在明顯位置，標牌的固定應平整牢固，不歪斜。7.3攪拌摩擦焊接機器人本體及控制系統(tǒng)7.3.1應符合GB11291.2、GB/T12642和JB/T8896中相關(guān)要求。7.3.2機器人本體應具備五個自由度以上。7.3.3機器人位置重復性(100%負載額定速度)要求:不大于0.1mm。7.3.4機器人運動及負載能力要求機器人運動及負載能力要求，主要包括：a）額定負載：不小于500kg；b）負載自重比（額定負載/本體重量）：不小于0.2；c）100%負載額定速度：不小于10.0m/min；d）靜態(tài)柔順性（攪拌針軸向）：小于6.5mm/500kg。7.3.5機器人應具有壓力傳感器輸入接口及壓力控制工藝包，以實現(xiàn)焊接過程中的壓力控制。7.3.6在系統(tǒng)最大軸向壓力下，焊縫的橫向偏移應小于1mm（可采用軌跡補償?shù)确椒ǎ?.4攪拌摩擦焊主軸7.4.1應符合JB/T10801.2和JB/T11657的要求。7.4.2攪拌摩擦焊主軸部件裝配后應工作平穩(wěn)、靈活、無阻滯及異常響聲等不良現(xiàn)象。7.4.3攪拌摩擦焊主軸的轉(zhuǎn)速誤差控制在±10%范圍內(nèi)。7.4.4攪拌摩擦焊主軸在空運轉(zhuǎn)各級轉(zhuǎn)速下，振動速度有效值應不超過1.2mm/s。7.4.5攪拌摩擦焊主軸所能承受的設計軸向力，應大于系統(tǒng)最大額定（或工作）軸向壓力1.3倍。7.4.6對于采用電主軸的產(chǎn)品，應具備強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，電主軸的冷卻系統(tǒng)應無泄漏現(xiàn)象。7.4.7對于采用電主軸的產(chǎn)品，電動機線包應埋設溫度測量傳感器，以測量電主軸軸承及電動機繞組溫度。當溫度過高時，必須停止作業(yè)并報警。7.4.8攪拌摩擦焊主軸上應具備壓力傳感器安裝接口，以實現(xiàn)焊接過程中的壓力控制。攪拌摩擦焊主軸上所安裝的壓力傳感器，量程應至少為系統(tǒng)最大軸向壓力的1.5倍。7.4.9攪拌摩擦焊主軸可具備自動松拉刀或手動機械拉刀功能，以實現(xiàn)焊具類型的切換。主軸的松刀、拉刀動作應到位靈活，拉刀可靠，拉刀后刀柄內(nèi)孔面的徑向跳動應不超過0.02mm。67.5主軸控制系統(tǒng)7.5.1主軸控制系統(tǒng)應與機器人控制系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)配合。7.5.2主軸控制系統(tǒng)中的主軸驅(qū)動單元，應滿足主軸轉(zhuǎn)速誤差控制在±10%范圍內(nèi)的要求。7.5.3主軸控制系統(tǒng)中可具備冷卻單元，用于對主軸進行循環(huán)冷卻，流量需滿足主軸冷卻要求，冷卻單元需通過流量計實時監(jiān)控冷卻介質(zhì)流量。7.5.4主軸控制系統(tǒng)中可具備氣動單元，用于對刀具進行冷卻，壓力需滿足末端工具使用要求，氣動單元需通過壓力傳感器實時監(jiān)控壓縮空氣壓力。7.5.5主軸控制系統(tǒng)中可具備液壓單元或氣液增壓單元，用于主軸的自動松刀、拉刀，液壓單元或氣液增壓單元需包含液位傳感器用于監(jiān)控液壓油油位，需包含壓力傳感器用于監(jiān)控液壓壓力。7.5.6主軸控制系統(tǒng)與機器人應具備可靠的通訊接口，可采用Profinet、EtherCAT或Modbus等通訊協(xié)議。7.6電氣控制系統(tǒng)7.6.1電氣控制系統(tǒng)配線應正確，布線排列整齊、走向合理，導線標識清晰。7.6.2電氣控制箱匯流排接地處應有明顯的接地端子與接地標志，用作接地線的絕緣引線的表面應為黃綠雙色，黃綠雙色導線不得用作電氣箱內(nèi)的其他接線。7.6.3動力線與信號線須布局合理，對信號線須采用抗干擾措施。7.6.4電氣設備在工作中突然停電后，再恢復供電時，不得自行工作。7.7焊接夾具7.7.1夾具定位準確，保證工件重復裝夾精度優(yōu)于±0.25mm。7.7.2夾具應避免與攪拌摩擦焊主軸、焊具干涉。7.7.3夾具必須具備足夠的剛度、壓緊力和側(cè)頂力，保證裝夾可靠，防止焊接過程中零件變形或移動，同時應避免壓傷零件。7.7.4背部墊板必須具備足夠的支撐力，在焊縫區(qū)平面度要求小于0.1mm，具有與焊接零件相擬合的形狀，要求平直光滑，硬度大于45HRC。7.7.5適應人體工程要求，操作方便，安全可靠。7.7.6須設置防止工件放錯和漏放的裝置及標識。7.7.7夾具可具備I/O總線控制模塊，以實現(xiàn)焊接夾具與攪拌摩擦焊接機器人的聯(lián)動控制，可采用Profinet、EtherCAT或Modbus等通訊協(xié)議。7.8攪拌摩擦焊接機器人管線包7.8.1管線包電纜應滿足攪拌摩擦焊機器人全空間軌跡運動的要求。7.8.2機器人機械臂適當位置應設置防碰撞環(huán)和支架用于固定管線包，避免管線包與攪拌摩擦焊機器人本體發(fā)生摩擦磨損和纏繞。7.8.3攪拌摩擦焊主軸編碼器及壓力傳感器信號線纜應采用雙絞雙屏蔽線纜，以保證信號傳輸抗干擾能力。7.8.4離開本體管線應采用分段快速連接安裝，便于后期更換和維護。注：離開本體管線包括，交流伺服電機動力線纜、編碼器控7.9安全保護77.9.1機器人系統(tǒng)和單元布局設計及安全防護設施應符合GB11291.2和GB/T20867的規(guī)定。7.9.2系統(tǒng)應配備故障報警裝置、急停保護開關(guān)、安全門鎖、安全隔離裝置等安全設施和措施，并能正常工作，確保操作者的安全。7.9.3機器人系統(tǒng)的急停裝置或器件的操作控制器應著紅色，四周著黃色襯托，且應安裝在方便操作且醒目的位置。急停裝置有效時，系統(tǒng)應停止運行；在急停裝置復位前，通過其他啟動裝置應不能啟動該產(chǎn)品。7.9.4應設置安全互鎖條件，確保在安全條件不滿足時，停止機器人運動及主軸旋轉(zhuǎn)。7.9.5采用自動松刀、拉刀的系統(tǒng)，主軸旋轉(zhuǎn)與自動松刀、拉刀應具備嚴格的電氣聯(lián)鎖功能。在主軸轉(zhuǎn)動過程中，嚴禁進行松刀，以防止可能造成的設備損壞或人身傷害。7.9.6機器人系統(tǒng)工作前，機器人工具中心點（TCP）應依據(jù)廠家提供的標定方法進行調(diào)整，避免可能導致攪拌針碰撞損壞。7.9.7機器人系統(tǒng)噪聲聲壓級不超過80dB。7.9.8應采取措施防止接觸正在工作的攪拌摩擦焊主軸的旋轉(zhuǎn)部分，或設置警示標識，以免造成嚴重的人身傷害。8檢驗方法8.1攪拌摩擦焊機器人本體重復定位精度檢查按GB/T12642的規(guī)定進行。8.2主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性檢查分別設置主軸轉(zhuǎn)速為最高工作轉(zhuǎn)速的25%、50%、100%，采用滿足誤差優(yōu)于±0.1%的轉(zhuǎn)速測速儀對主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性進行測量，每組轉(zhuǎn)速設定值與轉(zhuǎn)速實際值的差值須優(yōu)于±10%。8.3壓力傳感器精度檢查采用誤差優(yōu)于±0.25%的壓力計對系統(tǒng)壓力傳感器的精度進行測量，以500N為梯度逐步增加壓力至設備的最高壓力載荷，分別記錄系統(tǒng)壓力傳感器的數(shù)值及壓力計的數(shù)值，要求每組數(shù)值之間的差值優(yōu)于±5%。8.4安全檢查按照GB2893、GB2894、GB11291.2和GB/T20867的規(guī)定對系統(tǒng)進行安全檢查。8.5連續(xù)運行試驗系統(tǒng)在額定負載下須連續(xù)運行超過120h，運行過程中應記錄攪拌摩擦焊機器人本體、主軸、水冷單元、氣動單元、液壓單元及壓力傳感器等的狀態(tài)。運行中如出現(xiàn)故障，排除故障后須重新啟動系統(tǒng)做連續(xù)運行試驗，運行時間須重新計算。8.6噪聲檢驗8按GB/T17248.3的規(guī)定進行檢測，測試距機器邊沿水平1m，高度1.5m，在前、后、左、右位置測量，取最大值。9標志9.1產(chǎn)品標志9.1.1須在明顯位置固定產(chǎn)品標志，并應符合GB/T13306的規(guī)定。9.1.2每臺產(chǎn)品應在明顯的部位固定銘牌，銘牌上至少應標出下列內(nèi)容：a）產(chǎn)品型號及名稱；b）產(chǎn)品基本參數(shù)；c）制造日期；d）出廠編號；e）制造廠名。9.2操作和維護標志須有相應的操作和維護標志，并應符合GB/T13306的規(guī)定。9.3安全警告標志9.3.1系統(tǒng)在安裝固定后，須設置有關(guān)的注意事項和警告標志。標志的顏色、尺寸及印刷形式應符合GB2893和GB2894的規(guī)定。9.3.2該標志的大小和位置須能使在危險區(qū)外面的人員清晰地看到。9.4包裝標志包裝儲運標志須符合GB/T191的規(guī)定。運輸包裝標志應當有下列內(nèi)容：a）產(chǎn)品型號和名稱；b）制造廠名稱；c）產(chǎn)品特性。10包裝、儲存和運輸10.1.1產(chǎn)品的包裝應符合GB/T13384的規(guī)定。10.1.2產(chǎn)品包