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道路护栏桥梁围栏机器人工装夹具设计

已阅读 2018/01/10
1.系统概要
 
本焊接机器人系统由两台弧焊机器人FANUC M-10ia/8L、两台焊接电源FANUC P400双脉冲焊机、一台一轴变位机以及两台一轴移动装置等组成。机器人控制轴数为8轴, 能够方便实现护栏围栏高效、可靠的自动焊接。该系统结构紧凑,生产效率高,手动夹具设计,操作工序简便。
 
 
护栏围栏机器人工作站技术特点:
 
(1)  专门针对方管圆管机器人焊接领域开发优化的机器人系统,具有完善的中厚板焊接解决方案及非常成熟的实践经验;
 
(2) 夹具为手动结构,最优化设计,适用各规格工件。使用快捷、可靠;
 
(3) 该系统为设备本身及人员提供了充分的安全保障和良好的工作环境。
 
2.适用工件
 
(1)工件名称:    护栏围栏
 
(2)工件规格:    最大质量: 400kg
 
外形尺寸:最大尺寸2500×940
 
               最小尺寸 1100×940
 
(3)组对情况:    有。点焊点位置基本固定,焊点焊角高小于3mm。组对间隙应小于2mm,当间隙大于2mm时应该手工补焊,补焊焊缝均匀。
 
(4)焊缝形式:按图纸要求方管角焊缝对接。
 
3.焊接条件
 
    焊接方法    :  气体保护电弧焊接  Ar(80%)+CO2 (20%) 
 
    焊接姿势    :  水平焊接
 
焊丝        :  φ1.2mm    实芯焊丝
 
焊丝伸出长度:  Φ1.2mm-22mm 
 
4.系统构成和规格
 
4.1. 系统构成(表中数量为1套系统所属数量)

名    称

规     格

数    量

焊接机器人

FANUC M-10ia/8L

2

焊接电源

FANUC P400双脉冲焊机

2

送丝装置

RFW651B

2

单丝焊枪

GC350

2

降压变压器(系统用)

TSMTR30HGE

1

清枪、剪丝装置

ARS-77

2

双夹持1轴变位机

R1-4000E-3S

1

机器人移动装置

TH-8000ESH

2

夹紧夹具

 

2

护栏

 

1

4.2.各部的规格和构成
 
4.2.1焊接机器人FANUC M-10ia/8L技术规格:

机器人本体

6轴焊接机械手 150kg

焊接

机器人安装规格

腕部标准型        

机器人可搬运质量

10kg

运动最大半径

2138mm

驱动方式

AC伺服电机

重复定位精度

±0.1mm

各轴动作角度

S1(旋回)

S2(下支臂)

S3(上支臂)

S4(腕部  回转)

S5(腕部  弯曲)

S6(腕部  扭转)

±150º

140º~-80º

±110º

±180º

±135º

±200º

使用环境

温度

湿度

高度

振动

使用温度范围:-10~+45 

20~90%  不结露范围(使用时·保存时)

1000m以下

4.9m/s2(0.5G)以下

机器人控制箱CA型

600×1100×400mm100kg

焊接

使用环境

温度

湿度

高度

动作中  -10~45,

20~90%  不结露范围(使用时·保存时)

1000m以下

初级侧电源

AC200~220V+10%-15%,3Phase,50/60Hz±3Hz

 

示教操作器

外形尺寸·重量

语言

表示区域

连接装置

异常停止按钮

300×200×50mm1.1kg

中文/日文

115.2×86.4mm液晶显示  带有背光照明

小型闪

2频异常停止按钮

 

 

焊接

电缆类

      控制电缆

      延长电缆

      控制电缆

      控制电缆

 

机器人控制箱~机器人本体

机器人控制箱~机器人本体

机器人控制箱~示教操作器

机器人控制箱~焊接电源

 

 5 3

203 根

20m×1 

 5m× 1 

焊接

焊枪安装工具

腕部弯曲长度600mm焊枪角度35°用

焊接

电弧点调整棒

腕部弯曲长度600mm用

焊接

送丝电缆

5m

焊接

工 具

内六角扳手组合

焊接

备用保险

 

焊接

福尼斯弧焊的标准软件功能

功     能

备      注

接触传感程序包

■贵公司若指定焊丝需提供2盘以供精度调试※1

电弧跟踪

 使用电弧传感时的功能※2

脚长管理功能(偏厚功能)

※3

电弧重起功能              

 ※4

数据库功能

 ※5

坡口多层焊接程序包

 

变位机空转回避功能(仅回转轴)

 ※6

再生暂时停止自动恢复功能

※7

粘丝自动解除功能

※8

喷嘴接触回避功能

 ※9

 遥控坐标系选择功能

 直交、工具、便利、各轴、工件等各坐标系

 状态显示功能

 机器人・移动装置的位置座标,外部信号状态等

 程序编辑功能

 位置、命令的更改、插入、删除

程序复制、删除、合并

 程序变换功能

 平行·回转移动、镜像变换、焊枪平移等

 程序调出功能

 

 生产管理・历史显示功能

 

示教/再生切换功能

 

 焊接相关参数切换功能

※10

 断电再生功能

 

程序存储器容量

※11

外部记忆

 闪存卡

接口

 以太网2ch

焊接条件自动设定功能

※12

※1 接触传感功能
 
焊丝接触传感功能是开始点传感、3方向传感、焊接长传感、圆弧传感、根隙传感、多点传感等的集合。机器人通过焊丝端部传感电压,检测焊接工件偏差、坡口尺度,记忆工件或焊缝位置,利用这些功能,可以使焊接过程不受由于工件的加工、组对拼焊和焊接装夹定位带来的误差的影响,自动寻找焊缝并识别焊接情况,保证能够顺利地焊接。其优势在于焊枪不需要外加其他设备,以施焊焊丝为检测传感器,精度高,可达性好。
 
<1>开始点传感功能
 
开始点传感功能是,在焊接中预先检测焊接线的中央位置,其与示教时工件的偏移量作为纠正量,纠正以后的焊接线的位置偏移的功能。
 
<2>3方向传感功能
 
3方向传感功能分别进行x、y、z的3方向的传感,对于示教位置将示教的检测点(工件基准点)和根据传感动作检测出的检测点之间的差别,进行加算纠正。3方向传感从工件的偏移倾向开始到决定传感顺序,即使仅是1方向的传感也可实行。
 
<3>焊接长传感功能
 
焊接长传感功能是3方向传感的扩张功能,仅对焊接开始点或者焊接终了点检测平行偏移,纠正示教位置的功能。主要适用于焊接线长度有误差的场合和焊接长因工件而变化的场合。
 
<4>圆弧传感功能
 
圆弧传感功能是检测具有一定弯曲率的圆弧形状工件的基准面(省略设定中水平面(XY平面))内的平行偏移,纠正示教位置的功能。
 
<5>多点传感功能
 
多点传感功能是,在多点传感区间开始/终了命令所包含的区间中,在此区间焊接线的全示教点进行开始点传感、纠正示教点的功能。
 
<6>接触探测传感功能
 
接触探测传感功能,是对工件全体的偏移和坡口的偏移不一致的焊接对象,检测其坡口附近的功能。
 
<7>间隙传感功能
 
间隙传感功能是对焊接坡口底部间隙连续变化的工件,预先测量好底部间隙的变化,并在实际焊接时根据测量的结果,对焊接条件(焊接速度、摆动条件)进行  补偿的功能。
 
<8>变位机角度补正传感功能
 
传感纠正量的变位机反映功能是,通过与3方向传感功能组合使用,检测工件安装时发生的工件回转偏移纠正量,并将此纠正量在变位机轴上反映的功能。
 
※2 电弧跟踪
 
电弧跟踪功能是在焊接中进行摆动焊接的同时,根据焊接电流反馈值的变化,寻找焊接线的中心,实时修正焊接工件的偏差,自动检测焊接线的位置,追踪位置偏移的功能。在电弧跟踪中有焊接线跟踪(左右方向跟踪和上下方向跟踪)和坡口幅度跟踪(为选购项)。电弧传感的最大追踪范围,会因为电弧现象、焊接条件而不同。电弧传感的追踪范围是焊接速度越快,摆动次数越少越跟踪范围越小,而焊接速度越慢,摆动次数越多跟踪范围越大。直线焊缝最大跟踪范围为:40mm/500mm,圆弧焊缝工件中心的偏移容许范围最大跟踪范围为:200mm直径圆中心允许偏差3mm(大于3mm时配合使用接触传感中的圆弧传感功能纠正)
 
 
4.2.2控制柜  
 
注:
 
・控制系统全部设计制作,控制柜采用密封设计。
 
・示教操作器具有操作模式转换、暂停、急停等操作功能。操作界面所用语言为中文。
 
・示教操作器具有机器人编程操作按键、选择键、各轴操作键、数字/应用键、急停按钮、安全开关等,采用背光液晶显示。
 
・示教操作器可完成座标系选择、各示教点修改、各轴点动操作,对焊接速度、焊接电流、电压进行工作中或停止中进行微调修改。
 
・通过示教操作器可以显示机器人本体、周边设备报警、自诊断、报警内容记录。
 
・编程方式采用示教、菜单提示、人机对话方式。
 
・具有关节运动、直线及圆弧插补、工具姿态控制功能。
 
 
 
4.2.3 焊接装置
  
(1) 高效率逆变MAG电源 FANUC P400双脉冲焊机                                 2套

型  式

UC500

额定输入

额定输入电压、频率、相数

输出电流・电压

额定暂载

外形尺寸

重量

冷却方式

30 KVA

AC380±10%,50/60Hz,3

50500A,1545V

500A-100%

363W×775H×613Dmm

96 Kg

风冷

SRW  UC500为先进节能的全新逆变电源,由微电脑处理芯片实现焊接过程控制,控制精确、可靠,焊接性能优越,焊接质量优良,可保证低飞溅焊接。高频逆变技术使电源体积及能耗显著降低,高速波形控制技术,有效抑制短路上升电流,改善短路过渡特性,从而大量减少焊接飞溅量,提高焊接稳定性。先进的引弧方法及脉冲回烧程序保证了焊丝不结球,提高了引弧的可靠性。高性能稳定控制的收弧及停弧前的电流控制保证收弧性能及避免粘丝。
 
(2) 送丝装置     2套

型  式

RFW651B 

适用焊丝径

送丝速度

φ1.2mm/φ1.6mm

0~25 m/分

(3) 单丝焊枪(600mm):RTW502-LL-S220                                 2套

 

型  式

RTW502-LLS220

使用率(10分额定)

冷却方式

适用焊丝

焊枪电缆形状

500A-100%(CO2)、500A-80%(Ar+ CO2)

水冷

φ1.2mmφ1.6mm

一体型

   专门为机器人进行焊接而设计,具有优良的刚度碰撞后无需矫形。并带有防碰撞传感器,当焊枪遭受猛烈撞击时,发出报警,机器人停止,可以避免焊枪及机器人损坏一体式水冷,适应大电流焊接。

4.2.4 清枪剪丝装置:          

用伺服电机驱动,在焊接时可与机器人协调动作

移动装置型号

TH-8000ESH

移动方向

左右

前后

上下

移动行程

8000mm

   

再生时

15m/min

   

示教/遥控时(MAX)

7.5m/min

   

同期焊接时 (MAX)

3m/min

   

    〔定位精度〕               1mm以内

〔焊丝〕                   移动装置搭载、最大350kg

4.2.7双夹持1轴变位机

 变位机本体 型式  R1-6000E-3S

〔最大搭载质量〕1000kg(含有夹紧夹具质量)

〔最大偏荷重〕 900N・m  

〔动作范围、动作速度〕

 

倾斜轴

回转角度

+45°~-225°

动作速度

再生时      (MAX)

3rpm

 

示教遥控时  (MAX)

1rpm

 

连动焊接时  (MAX)

1rpm

 

    *回转轴是具备空转回避功能的多回转规格。

〔回转定位精度〕 ±0.115deg以内(1000mmφ的圆周在1mm以内)

 

4.2.8方管支架夹紧夹具工装实物示意图: 

1) 夹紧夹具推荐采用手动形式,夹紧、放松操作方便

2) 夹具可适应各种工件规格。

4.2.9机器人变压器                                           

额定输入电压

3相  AC380V  50/60Hz

额定输出电压

3相  AC200V  50/60Hz

额定容量

30KVA

 

 

FANUC弧焊机器人             使用说明书・操作说明             ‥‥‥  1本

焊接电源              使用说明书                      ‥‥‥  1

送丝                使用说明书                      ‥‥‥  1

焊枪                  使用说明书                      ‥‥‥  1本

冷却水循环器          使用说明书                      ‥‥‥  1

变位机                使用说明书                      ‥‥‥  1

5.机器人焊接效率计算和主要焊缝焊接姿势

5.1. 焊缝效率讨论结果 

 焊接系统构成

焊接系统的概略构成如以下所示。(详细内容如系统方案图所示。)

·地面机器人:ARCMANXL    ——————————  2

·一轴移动装置      ——————————————————  2

·双夹持一轴变位机    ——————————————————  1

 机器人适用焊缝

机器人可以焊接的焊接线如护栏围栏焊缝图所示。

 机器人的适用性

    机器人的适用性见焊缝图。

 一,焊接效率的计算结果

计算了护栏围栏焊缝图所示机器人适用焊接线的时间。结果如表-1所示,详细计算参数请参看适用率及焊接效率计算表。

(结果是2台机器人焊接时的焊接时间结算结果。)

 

表-1. (10T护栏围栏焊接时间结算结果

 

机器人适用焊接线长

39.258m

机器人焊接的熔融金属量

18kg

焊接时间

100分

焊接以外的必要时间

20分

生产节拍

120分

(不含上下件时间)

机器人适用率

88.21%(占总焊缝长度)

6.操作方法和流程

(1)示教作业

①将工件置于工装平台上,定位

②打开设备电源。

③将机器人操作箱上运转模式键设定在示教模式一侧。

④进行示教作业前的确认作业。(首次工作进行,一次完成后,以后无需进行此步骤)

  1)调整焊丝伸出长度为22mm。

2)使用原点棒,调整电弧点。

⑤使用示教操作器进行示教作业(首次工作进行,一次完成后,以后无需进行此步骤)

 a)焊接程序

1)遥控机器人,作成轨迹。即使在多道焊的场合,轨迹也仅做成第1层。参考现状下的焊接方法,预先决定焊接顺序和焊接方向。为了便于更改焊接顺序,将每条焊接线的示教程序分开。

2)设定命令代码。

例如,在焊接开始点传感的时候,仅仅指定命令代码和坡口种类,机器人就会自动生成传感动作。

3)在数据库中设定焊接条件。焊接电流、焊接电压、焊接速度、摆动条件、收弧条件。

4)确认示教程序有无错误,程序是否传送至步骤。如果有错误,进行修改。

5)遥控机器人移动至退避位置(程序的开始位置、终了位置)。

  b)相关作业程序

    做成喷嘴清洁器、剪丝器等相关作业的程序。

 ⑥将程序保存在外部记忆(闪存卡)中。

(2)再生作业(自动运转)

①从安全栏内出来,插上安全栏的安全栓。

②将机器人操作箱的运转模式键变更至再生模式侧。

③确认安全栏内无人,机器人动作范围内没有干涉物。

④通过外部启动单元设定该程序编号,进行再生。

⑤只要不发生异常停止,焊接程序和相关作业程序就会自动再生,所以不需要操作员的监视。

⑥由于电弧异常等轻异常发生停止时,状态显示灯从黄色变为红色,以此通知操作员。

⑦以下所示为异常处理作业的顺序。

 1)将运转模式键变更至示教模式侧,进入安全栏内。

 2)确认异常状态,排除异常的原因。如果使用暂时停止点自动恢复功能,机器人可以从异常停止的位置自动再次启动。

 3)进行适当的处理后,从安全栏内出来,插上安全栓。

 4)将运转模式键变更至再生模式侧,进行再启动。

 ⑧再生运转结束后,将运转模式键变更至示教模式侧,进入安全栏内,确认焊接状态。需要更改焊接条件时,修正数据库。

 ⑨将程序保存在外部记忆(闪存卡)中。

 ⑩循环,相同规格工件装夹完成后调用固定示教好的程序,外部启动,开始焊接,完成焊接后卸件,完成一循环。

7.制造、安装、运转分工范围

 

内 容

我公司

贵公司

备注

 

制作

搬运

现场

施工

  

  

  

     

1.设计・制作(系统制作的范围)、试运转

   

2.试运转验收

 

3.运输(唐山开元→贵公司)

   

4.装卸・搬运作业(抵达安装场所的作业)

    搬运路径的确保、起重机的借贷

 

5.安装、调整、试运转

   

6 .安装调试后各项几何精度的调试及初步检测

   

7 .系统使用操作指导

  维修培训

 

8 .操作员培训

 

9 .调试中的示教

 

基础

工程

1 .混凝土地基的详细图纸

   

2 .混凝土地基。或者钢板地基设置工事

 

 

3 .机器人以及周边装置固定用地脚螺栓

   

4 .上述螺栓的固定作业

   

 电气

 工程

  

 

 

 

 

 工厂

 空气  

1.分电盘(机器人、焊接电源、周边装置)   

 

 

2.次侧配线材料以及施工

    (断路器~我公司装置端子)

 

 

3.焊接用接地电缆

   

4.确保D种接地

 

 

5.D种接地棒、配线材料、施工

   

6.一次侧电缆・软管保护用支架、线槽、压缩空气气源

 

 

7.安全栏以及联锁开关、配线材料、施工

   

8.喷嘴清洁器用以及剪丝器用

  空气软管的准备(全部连接口为PT3/8量)

   

9.空气过滤器・调节器

   

其他

1.夹具

   

2.带有保护气体流量计的调节器

   

3.焊丝导出夹具

   

5.示教用工件的准备・发放

 

 
(1) 安装施工时,请无偿借予天车、应用工程物品; 
 
(2) 请确保安装场所的混凝土厚度不小于150mm。
 
 

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