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

ICS25.160.30CCSJ64團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)Generaltechnicalspecificationsofroboticfrictionstirweldingsystem中國(guó)焊接協(xié)會(huì)發(fā)布IT/CWAN0105—2024 II 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)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(yàn)方法 79標(biāo)志 810包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸 8 9附錄A（資料性）典型鋁合金機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)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(guó)焊接協(xié)會(huì)焊接設(shè)備分會(huì)專家工作委員會(huì)提出。本文件由中國(guó)焊接協(xié)會(huì)歸口。本文件起草單位：安徽萬(wàn)宇機(jī)械設(shè)備科技有限公司、航天工程裝備（蘇州）有限公司、中國(guó)焊接協(xié)會(huì)焊接設(shè)備分會(huì)、南通振康機(jī)械有限公司、廣東省機(jī)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(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京石油化工學(xué)院。本文件主要起草人：萬(wàn)龍、林永勇、林濤、李憲政、羅建坤、唐國(guó)寶、徐濤、樹(shù)西、朱志雄、黃永憲、陳樹(shù)君、李永兵、朱加雷、劉鑫、黃體方、李新松。1攪拌摩擦焊接機(jī)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(jī)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(yàn)方法、標(biāo)志和包裝儲(chǔ)運(yùn)等。本文件適用于各類攪拌摩擦焊接機(jī)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(guò)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(duì)應(yīng)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(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志GB2893安全色GB2894安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則GB/T3375焊接術(shù)語(yǔ)GB11291.2機(jī)器人與機(jī)器人裝備工業(yè)機(jī)器人的安全要求第2部分：機(jī)器人系統(tǒng)與集成GB/T12642GB/T12643GB/T13306GB/T13384工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其測(cè)試方法機(jī)器人與機(jī)器人裝備詞匯標(biāo)牌機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件GB/T17248.3聲學(xué)機(jī)器和設(shè)備發(fā)射的噪聲采用近似環(huán)境修正測(cè)定工作位置和其他指定位置的發(fā)射聲壓級(jí)GB/T20867工業(yè)機(jī)器人安全實(shí)施規(guī)范GB/T34630.1攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第1部分：術(shù)語(yǔ)及定義JB/T8896工業(yè)機(jī)器人驗(yàn)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(jī)械主軸單元3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T3375、GB/T12643和GB/T34630.1界定的以及下列術(shù)語(yǔ)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(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在焊接過(guò)程中帶動(dòng)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(jiàn)圖1，單位：牛頓(N)。2標(biāo)引序號(hào)說(shuō)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(jiàn)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(jiàn)圖1，單位：牛頓(N)。3.5主軸轉(zhuǎn)速rotationalspeed主軸帶動(dòng)焊具沿旋轉(zhuǎn)軸線，在單位時(shí)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(dòng)軸肩式攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)。4.1.2靜軸肩式攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)。4.1.3雙軸肩式攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)。4.2按攪拌摩擦焊接機(jī)器人主軸形式分類4.2.1電主軸式攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)。4.2.2機(jī)械主軸式攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)。5系統(tǒng)組成本文件定義的攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)是指應(yīng)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(jī)器人本體及其控制系統(tǒng)，包含機(jī)器人本體、機(jī)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(dòng)單元、冷卻單元（選配）、液壓?jiǎn)卧ㄟx配）、氣動(dòng)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(dòng)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(hù)設(shè)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(dòng)裝置（選配）、焊接變位機(jī)（選配）等裝置。攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成示意如圖3所示。圖2攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成4標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1-攪拌摩擦焊接機(jī)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(jī)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(hù)設(shè)施。圖3攪拌摩擦焊接機(jī)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(jī)器人額定負(fù)載，單位：千克（kgh）機(jī)器人軸數(shù)，單位：個(gè)（PCS）；i）機(jī)器人重復(fù)定位精度，單位：毫米（mmj）機(jī)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(jī)基本要求7.1.1攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)所用標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件均應(yīng)符合相應(yīng)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,并有制造廠簽發(fā)的合格證。7.1.2應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)和爬行現(xiàn)象。7.1.3運(yùn)動(dòng)裝置應(yīng)具備可靠的硬件限位裝置。7.1.4攪拌摩擦焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)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(jìn)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(yīng)清潔，無(wú)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(biāo)牌應(yīng)清晰、耐久。銘牌應(yīng)固定在明顯位置，標(biāo)牌的固定應(yīng)平整牢固，不歪斜。7.3攪拌摩擦焊接機(jī)器人本體及控制系統(tǒng)7.3.1應(yīng)符合GB11291.2、GB/T12642和JB/T8896中相關(guān)要求。7.3.2機(jī)器人本體應(yīng)具備五個(gè)自由度以上。7.3.3機(jī)器人位置重復(fù)性(100%負(fù)載額定速度)要求:不大于0.1mm。7.3.4機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及負(fù)載能力要求機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及負(fù)載能力要求，主要包括：a）額定負(fù)載：不小于500kg；b）負(fù)載自重比（額定負(fù)載/本體重量）：不小于0.2；c）100%負(fù)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(jī)器人應(yīng)具有壓力傳感器輸入接口及壓力控制工藝包，以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)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(yīng)小于1mm（可采用軌跡補(bǔ)償?shù)确椒ǎ?.4攪拌摩擦焊主軸7.4.1應(yīng)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(yīng)工作平穩(wěn)、靈活、無(wú)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(yùn)轉(zhuǎn)各級(jí)轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)速度有效值應(yīng)不超過(guò)1.2mm/s。7.4.5攪拌摩擦焊主軸所能承受的設(shè)計(jì)軸向力，應(yīng)大于系統(tǒng)最大額定（或工作）軸向壓力1.3倍。7.4.6對(duì)于采用電主軸的產(chǎn)品，應(yīng)具備強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，電主軸的冷卻系統(tǒng)應(yīng)無(wú)泄漏現(xiàn)象。7.4.7對(duì)于采用電主軸的產(chǎn)品，電動(dòng)機(jī)線包應(yīng)埋設(shè)溫度測(cè)量傳感器，以測(cè)量電主軸軸承及電動(dòng)機(jī)繞組溫度。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，必須停止作業(yè)并報(bào)警。7.4.8攪拌摩擦焊主軸上應(yīng)具備壓力傳感器安裝接口，以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)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(yīng)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(dòng)松拉刀或手動(dòng)機(jī)械拉刀功能，以實(shí)現(xiàn)焊具類型的切換。主軸的松刀、拉刀動(dòng)作應(yīng)到位靈活，拉刀可靠，拉刀后刀柄內(nèi)孔面的徑向跳動(dòng)應(yīng)不超過(guò)0.02mm。67.5主軸控制系統(tǒng)7.5.1主軸控制系統(tǒng)應(yīng)與機(jī)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(dòng)單元，應(yīng)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(duì)主軸進(jìn)行循環(huán)冷卻，流量需滿足主軸冷卻要求，冷卻單元需通過(guò)流量計(jì)實(shí)時(shí)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(dòng)單元，用于對(duì)刀具進(jìn)行冷卻，壓力需滿足末端工具使用要求，氣動(dòng)單元需通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)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?jiǎn)卧驓庖涸鰤簡(jiǎn)卧糜谥鬏S的自動(dòng)松刀、拉刀，液壓?jiǎn)卧驓庖涸鰤簡(jiǎn)卧璋何粋鞲衅饔糜诒O(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(jī)器人應(yīng)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(yīng)正確，布線排列整齊、走向合理，導(dǎo)線標(biāo)識(shí)清晰。7.6.2電氣控制箱匯流排接地處應(yīng)有明顯的接地端子與接地標(biāo)志，用作接地線的絕緣引線的表面應(yīng)為黃綠雙色，黃綠雙色導(dǎo)線不得用作電氣箱內(nèi)的其他接線。7.6.3動(dòng)力線與信號(hào)線須布局合理，對(duì)信號(hào)線須采用抗干擾措施。7.6.4電氣設(shè)備在工作中突然停電后，再恢復(fù)供電時(shí)，不得自行工作。7.7焊接夾具7.7.1夾具定位準(zhǔn)確，保證工件重復(fù)裝夾精度優(yōu)于±0.25mm。7.7.2夾具應(yīng)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(guò)程中零件變形或移動(dòng)，同時(shí)應(yīng)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(yīng)人體工程要求，操作方便，安全可靠。7.7.6須設(shè)置防止工件放錯(cuò)和漏放的裝置及標(biāo)識(shí)。7.7.7夾具可具備I/O總線控制模塊，以實(shí)現(xiàn)焊接夾具與攪拌摩擦焊接機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)控制，可采用Profinet、EtherCAT或Modbus等通訊協(xié)議。7.8攪拌摩擦焊接機(jī)器人管線包7.8.1管線包電纜應(yīng)滿足攪拌摩擦焊機(jī)器人全空間軌跡運(yùn)動(dòng)的要求。7.8.2機(jī)器人機(jī)械臂適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)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(jī)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(hào)線纜應(yīng)采用雙絞雙屏蔽線纜，以保證信號(hào)傳輸抗干擾能力。7.8.4離開(kāi)本體管線應(yīng)采用分段快速連接安裝，便于后期更換和維護(hù)。注：離開(kāi)本體管線包括，交流伺服電機(jī)動(dòng)力線纜、編碼器控7.9安全保護(hù)77.9.1機(jī)器人系統(tǒng)和單元布局設(shè)計(jì)及安全防護(hù)設(shè)施應(yīng)符合GB11291.2和GB/T20867的規(guī)定。7.9.2系統(tǒng)應(yīng)配備故障報(bào)警裝置、急停保護(hù)開(kāi)關(guān)、安全門鎖、安全隔離裝置等安全設(shè)施和措施，并能正常工作，確保操作者的安全。7.9.3機(jī)器人系統(tǒng)的急停裝置或器件的操作控制器應(yīng)著紅色，四周著黃色襯托，且應(yīng)安裝在方便操作且醒目的位置。急停裝置有效時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)停止運(yùn)行；在急停裝置復(fù)位前，通過(guò)其他啟動(dòng)裝置應(yīng)不能啟動(dòng)該產(chǎn)品。7.9.4應(yīng)設(shè)置安全互鎖條件，確保在安全條件不滿足時(shí)，停止機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及主軸旋轉(zhuǎn)。7.9.5采用自動(dòng)松刀、拉刀的系統(tǒng)，主軸旋轉(zhuǎn)與自動(dòng)松刀、拉刀應(yīng)具備嚴(yán)格的電氣聯(lián)鎖功能。在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，嚴(yán)禁進(jìn)行松刀，以防止可能造成的設(shè)備損壞或人身傷害。7.9.6機(jī)器人系統(tǒng)工作前，機(jī)器人工具中心點(diǎn)（TCP）應(yīng)依據(jù)廠家提供的標(biāo)定方法進(jìn)行調(diào)整，避免可能導(dǎo)致攪拌針碰撞損壞。7.9.7機(jī)器人系統(tǒng)噪聲聲壓級(jí)不超過(guò)80dB。7.9.8應(yīng)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(shè)置警示標(biāo)識(shí)，以免造成嚴(yán)重的人身傷害。8檢驗(yàn)方法8.1攪拌摩擦焊機(jī)器人本體重復(fù)定位精度檢查按GB/T12642的規(guī)定進(jìn)行。8.2主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性檢查分別設(shè)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(cè)速儀對(duì)主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量，每組轉(zhuǎn)速設(shè)定值與轉(zhuǎn)速實(shí)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(jì)對(duì)系統(tǒng)壓力傳感器的精度進(jìn)行測(cè)量，以500N為梯度逐步增加壓力至設(shè)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(jì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全檢查。8.5連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)系統(tǒng)在額定負(fù)載下須連續(xù)運(yùn)行超過(guò)120h，運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)記錄攪拌摩擦焊機(jī)器人本體、主軸、水冷單元、氣動(dòng)單元、液壓?jiǎn)卧皦毫鞲衅鞯鹊臓顟B(tài)。運(yùn)行中如出現(xiàn)故障，排除故障后須重新啟動(dòng)系統(tǒng)做連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，運(yùn)行時(shí)間須重新計(jì)算。8.6噪聲檢驗(yàn)8按GB/T17248.3的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試距機(jī)器邊沿水平1m，高度1.5m，在前、后、左、右位置測(cè)量，取最大值。9標(biāo)志9.1產(chǎn)品標(biāo)志9.1.1須在明顯位置固定產(chǎn)品標(biāo)志，并應(yīng)符合GB/T13306的規(guī)定。9.1.2每臺(tái)產(chǎn)品應(yīng)在明顯的部位固定銘牌，銘牌上至少應(yīng)標(biāo)出下列內(nèi)容：a）產(chǎn)品型號(hào)及名稱；b）產(chǎn)品基本參數(shù)；c）制造日期；d）出廠編號(hào)；e）制造廠名。9.2操作和維護(hù)標(biāo)志須有相應(yīng)的操作和維護(hù)標(biāo)志，并應(yīng)符合GB/T13306的規(guī)定。9.3安全警告標(biāo)志9.3.1系統(tǒng)在安裝固定后，須設(shè)置有關(guān)的注意事項(xiàng)和警告標(biāo)志。標(biāo)志的顏色、尺寸及印刷形式應(yīng)符合GB2893和GB2894的規(guī)定。9.3.2該標(biāo)志的大小和位置須能使在危險(xiǎn)區(qū)外面的人員清晰地看到。9.4包裝標(biāo)志包裝儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)志須符合GB/T191的規(guī)定。運(yùn)輸包裝標(biāo)志應(yīng)當(dāng)有下列內(nèi)容：a）產(chǎn)品型號(hào)和名稱；b）制造廠名稱；c）產(chǎn)品特性。10包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸10.1.1產(chǎn)品的包裝應(yīng)符合GB/T13384的規(guī)定。10.1.2產(chǎn)品包