機(jī)器人自動(dòng)焊接工作站設(shè)計(jì)

沈祥 賈秋琳

摘 要：依托公司的重磅板機(jī)器人焊接工作站項(xiàng)目，從整個(gè)工作站的方案布局、各個(gè)設(shè)備選型、電氣控制設(shè)計(jì)等方面介紹了整個(gè)機(jī)器人焊接工作站，并且分析了各個(gè)設(shè)備選型的依據(jù)，還介紹了部分設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)。最后，通過(guò)重磅板產(chǎn)品進(jìn)行了焊接工作站論證，此工作站的設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：重磅板;機(jī)器人焊接;設(shè)備選型;工作站布局

0 引言

在“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略指引下，上海振華重工著力打造高端制造產(chǎn)品，積極推動(dòng)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。工業(yè)機(jī)器人作為各大企業(yè)推動(dòng)智能制造應(yīng)用的主抓手，必然會(huì)給各個(gè)行業(yè)采用機(jī)器人帶來(lái)發(fā)展，極大地推動(dòng)生產(chǎn)自動(dòng)化向前發(fā)展。重磅板作為公司軌道吊組成構(gòu)件，重磅板作為公司產(chǎn)品構(gòu)件的連接件都是采用人工焊接，由于人為因素常出現(xiàn)焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低下等不利因素，并且對(duì)勞動(dòng)人員的身體影響極大，這些都是限制公司產(chǎn)品快速發(fā)展;因此，重磅板機(jī)器人自動(dòng)化焊接是公司發(fā)展的需要，也是進(jìn)行自動(dòng)化焊接制造重要手段。

本文是依據(jù)已經(jīng)投入公司生產(chǎn)運(yùn)行的重磅板機(jī)器人焊接工作站作為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要分析了整個(gè)機(jī)器人焊接工作站的設(shè)計(jì)與集成。

1 重磅板機(jī)器人焊接工作站的組成及布局

弧焊機(jī)器人焊接工作站的布局是根據(jù)產(chǎn)品的需求來(lái)設(shè)計(jì)的，機(jī)器人弧焊系統(tǒng)主要是由機(jī)器人、焊機(jī)、焊槍和電氣控制等設(shè)備組成。對(duì)于重磅板弧焊機(jī)器人自動(dòng)焊接工作站，設(shè)備主要是由發(fā)那科機(jī)器人、林肯焊機(jī)、焊槍、激光系統(tǒng)、簡(jiǎn)易的焊接工裝以及電氣控制柜等設(shè)備組成。

2 設(shè)備的選型

2.1 機(jī)器人選型

重磅板機(jī)器人焊接工作站選擇的機(jī)器人型號(hào)為FANUC M-10iA，控制柜型號(hào)為R30iB，機(jī)器人具體的參數(shù)如表1所示。機(jī)器人手臂可以覆蓋的范圍為1.4米。此機(jī)器人屬于中空結(jié)構(gòu)手腕，電纜內(nèi)置，第6軸手腕端部可承受的重量為20Kg。機(jī)器人通過(guò)采用高剛性手臂和先進(jìn)的伺服技術(shù)，提高了機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的加速度性能，縮短了動(dòng)作時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了高的生產(chǎn)率。此機(jī)器人的型號(hào)選擇基于覆蓋所需要焊接的工件直徑變化的范圍，確保機(jī)器人可達(dá)率為100%，機(jī)器人工作范圍最大為1.441米。

2.2焊機(jī)的選型

焊機(jī)選擇為林肯Power Wave？ R500，此焊機(jī)具有高性能焊接系統(tǒng)，可以通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)提高生產(chǎn)力，保證焊接質(zhì)量降低成本等優(yōu)勢(shì)，在重工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。此焊機(jī)系統(tǒng)與FANUC機(jī)器人進(jìn)行通訊，采用ArcLink，保證設(shè)備之間信號(hào)的傳遞，這樣子可以確保機(jī)器人對(duì)焊機(jī)控制。

送絲機(jī)的型號(hào)為AutoDrive？ 4R100，送絲機(jī)也是為林肯焊機(jī)品牌，此送絲機(jī)安裝在機(jī)器人第3軸上，可以保證更穩(wěn)定可靠的送絲，使用方便，驅(qū)動(dòng)輪、送絲導(dǎo)向和壓緊力調(diào)節(jié)無(wú)需任何工具。

2.3 水箱和焊槍的選型

重磅板選擇的水箱型號(hào)為TBI becool 2.2，此水箱作用主要是給焊槍進(jìn)行冷卻的。在工作站設(shè)計(jì)時(shí)，水箱位置傳感器通過(guò)電線接入到PLC控制柜中，當(dāng)水箱中的水降到某一個(gè)位置時(shí)，整個(gè)工作站電氣控制柜會(huì)通知三色燈進(jìn)行報(bào)警，告訴操作者給水箱加水，保證了焊槍能夠長(zhǎng)久使用，不會(huì)被焊接的時(shí)候因沒(méi)有冷卻水將焊槍燒壞。

重磅板選擇的焊槍型號(hào)為RM82W，依據(jù)工件焊接范圍可達(dá)性選擇此長(zhǎng)度，本工作站選用的槍頸標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為200mm。根據(jù)產(chǎn)品的特征，選擇合適的焊槍長(zhǎng)度，且可以實(shí)現(xiàn)激光安裝。

2.4 清槍裝置和防撞器選型

重磅板機(jī)器人焊接工作站選擇的清槍站型號(hào)為BRG-2-ES+DAE，TBI清槍裝置包含焊槍清理、剪絲、噴硅油三個(gè)功能，通過(guò)信號(hào)控制整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)。重磅板機(jī)器人焊接工作站選擇的防撞器為TBI-KS-2，此碰撞器可以保證設(shè)備的穩(wěn)定性，在發(fā)生碰撞的情況下，發(fā)生緊急停止，保護(hù)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長(zhǎng)周期壽命。

2.5 激光焊接系統(tǒng)

本方案選擇的激光系統(tǒng)為賽融Fuji-cam，此產(chǎn)品可以具有跟蹤和尋位功能。由于產(chǎn)品種類的多樣性，以及產(chǎn)品加工精確度存在誤差，此焊接系統(tǒng)可以保證產(chǎn)品在焊接的過(guò)程中，準(zhǔn)確找到焊縫位置的起始位置，以及產(chǎn)品在焊接過(guò)程中，一直保證焊槍處在指定的位置，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3 電氣控制設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成說(shuō)明：全系統(tǒng)采用數(shù)字化處理，可通過(guò)通訊的方式和外界設(shè)備相連，程序間配置傳感器檢測(cè)動(dòng)作信號(hào)，并且程序動(dòng)作順序互鎖，保證安全及可靠性。在系統(tǒng)中設(shè)置有一系列檢測(cè)裝置和系統(tǒng)反饋裝置。有情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)并且操作面板上指示燈亮。同時(shí)自動(dòng)停焊、停機(jī)。

設(shè)備設(shè)有緊急停止開(kāi)關(guān)，在緊急的情況下能立即停止設(shè)備的任何工作。設(shè)備設(shè)有紅（設(shè)備報(bào)警或故障）、黃（設(shè)備暫停）、綠（設(shè)備正在運(yùn)行）三種故障報(bào)警指示，并安裝在設(shè)備明顯位置。操作者能準(zhǔn)確知道當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

4 設(shè)備連接

機(jī)器人焊接工作站電纜連接要求是電纜線連接要緊固，線纜走線要規(guī)范整齊，要通過(guò)線槽走線，保證線纜的安全。

控制柜內(nèi)外各元器件標(biāo)識(shí)清楚，所有接線端標(biāo)有清晰線號(hào)，相互連通的導(dǎo)線其線號(hào)統(tǒng)一，且各標(biāo)識(shí)應(yīng)與隨機(jī)資料上的標(biāo)注相同。采取可靠的防干擾措施，使設(shè)備在重型設(shè)備、焊接設(shè)備密集的廠房?jī)?nèi)能正常穩(wěn)定的工作。控制柜外殼、各輔助電氣設(shè)備、設(shè)備本體等均有可靠的接地保護(hù)，且各接地點(diǎn)不串接。

1）焊機(jī)和電控柜各自通過(guò)3相5線制接入車間總電源線控制柜。

2）機(jī)器人總電源線與PLC控制柜進(jìn)行連接，進(jìn)行動(dòng)力輸送。

3）PLC控制柜與外圍傳感器、水箱等通過(guò)電纜線進(jìn)行連接。

4）焊機(jī)正極端子接入送絲機(jī)，焊機(jī)的負(fù)極采用螺栓連接到各個(gè)焊接工裝臺(tái)。

5）每個(gè)設(shè)備上必須要接地端子，保證設(shè)備的安全。

5 生產(chǎn)運(yùn)用

通過(guò)對(duì)以上各個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，和機(jī)器人焊接程序優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出了一套可適用于生產(chǎn)運(yùn)用的焊接工藝參數(shù)，并且進(jìn)行了焊接生產(chǎn)論證，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，焊縫成型美觀，焊腳大小合適，符合技術(shù)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

重磅板機(jī)器人焊接工作站是我公司作為推廣弧焊機(jī)器人焊接工作站一個(gè)示范案例，對(duì)于推廣機(jī)器人自動(dòng)化焊接具有很重要的指導(dǎo)意義。本文主要簡(jiǎn)單介紹了一個(gè)工作站設(shè)備的主要組成部分，這樣保證我司的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，提高公司整體產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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