货箱栏板焊接机器人站专项方案书.doc

货箱栏板焊接机器人工作站
设备方案书

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方案日期：4月2日

货箱栏板焊接机器人工作站技术方案
1、 焊接对象：
l 工件名称：货箱栏板
l 工件材料：低碳钢
l 工件外形图：

2、 焊接工艺分析：
l 焊缝形式：角焊缝、搭接焊缝等各种综合焊缝；
l 焊接方式：熔化极CO2混合气体保护焊接工艺（MAG）；
l 焊接形式：机器人自动焊接方式，人工吊装上下料；
l 焊前状态：未点定；
l 焊丝规格：φ1.6mm(实芯焊丝)，250Kg桶装焊丝或20Kg盘装焊丝；
3、 设备总述：
货箱栏板焊接机器人工作站是一台用于货箱栏板焊接柔性设备，该机器人工作站采用移动式机器人加头尾坐式单轴变位机配备方式，机器人系统采用6+3联动方式（机器人本体6轴+ A工位变位翻转1轴+B工位变位翻转1轴+机器人移动行走）实现工件各种焊缝焊接。其中机器人系统采用日本OTC公司工业机器人系统 AII-V6，外部轴焊接变位机电机为机器人系统协调控制外部轴马达；焊接系统采用日本OTC公司机器人专用全数字逆变焊接电源 DM-350及水冷焊枪配备，焊丝采用桶装焊丝；工作站配备德国BINZEL公司生产机器人专用自动清枪站；工作站控制系统采用 PLC 控制方式。
货箱栏板焊接机器人工作站示意图如下图：

3.1设备配备清单：
序号
名称
数量
备 注
1
弧焊机器人系统
1
日本OTC公司

①AII-V6弧焊机器人本体
1
座式，臂展1402mm,有效负载6kg；
②机器人控制器AX21
1
微软中文操作系统
③机器人示教器及电缆等
1
全图彩色显示屏，电缆长度8米；
④焊接软件
1
示教器上显示、控制焊接参数
⑤机器人本体与控制柜间电缆
1
高强度柔性电缆，长度12米；
⑥外部轴及驱动控制
1
外部轴马达、RV减速器、外部轴马达驱动伺服包，马达电缆
2
焊接机器人附加功能
1
日本OTC公司

①焊缝起始点寻位功能
1
实现工件表面上参照点实际位置与编程位置之间偏差纠正
②电弧跟踪功能
1
进行焊缝实际位置与示教位置偏差修正；焊接时进行实际焊缝
3
机器人焊接系统
1
日本OTC公司

①全数字式逆变MIG/MAG焊接电源
1
DM-350
②四轮送丝装置
1

③机器人接口及控制连接附件
1

④水冷气保焊枪及电缆
1

⑤循环冷却水箱
1
用于焊枪冷却（国产品牌）
4
一体式清枪、剪丝装置BRS-CC
1
德国BINZEL 公司
5
机器人行走床身
1

①机器人安装行走架
1
外部轴驱动，到位精度高
②行走床身安装底座
1
齿轮齿条传动，直线滑轨导向
6
头尾式单轴变位机
1

①固定式积极头架
1
外部轴驱动，与机器人本体随动
②随动式从动尾架
1
尾座可依照工件长度调节位置；
③变位机安装床身底座
1
型材焊接而成
④翻转架及工装夹具
1
实现工件迅速装夹及定位；
7
半开放式安全围栏
1

8
控制柜及焊接电源放置架
1

9
PLC+触摸屏电气集成控制系统
1

①PLC+触摸屏系统程序控制器
1
三菱PLC+工业触摸屏
②集中操作盘
1
独立组合PLC控制
③控制电缆、电缆拖链线槽等
1

10
随机资料
1

3.2设备重要参数
设备可焊最大工件重量
400kg
设备可焊工件最大长度
3500mm
机器人行走速度
25m/min
机器人位移行程
500mm
变位机翻转翻转速度
84RPM
最大焊接电流
350A
翻转定位精度（R=500）
0.1mm
机器人行走精度
0.1mm
4、设备重要部件阐明
半开放式安全围栏
货箱栏板焊接机器人站由焊接机器人系统、机器人焊接系统、机器人行走床身、头尾座式单轴变位机、焊接夹具、半封闭式安全围栏、控制柜及焊接电源放置架以及电气控制系统构成。设备布局如下图：
机器人移动行走床身
机器人控制放置架
焊接工件及夹具
变位机翻转头座
变位机翻转尾座
机器人及焊枪夹持

4.1焊接机器人系统
见《附录1： 焊接机器人系统简介》。
4.2 机器人焊接系统
见《附录2： 机器人焊接系统简介》。
4.3 机器人外部轴系统
机器人外部轴系统重要由交流伺服电机（机器人外部轴）、伺服包、电机电缆及外部轴控制软件构成。
该部套所有采购机器人供应公司（日本OTC）产品，涉及可协调控制交流伺服电机、减速器、伺服驱动包、外部轴控制软件、电机电缆其他附件。
该机器人工作站共配备两套外部轴系统，分别作为两个焊接工位驱动单元。机器人外部轴系统重要作用：按系统控制器程序设定将工件旋转和机器人本体移动与机器人本体6关节运动实现联动，以满足工件复杂焊缝焊接。
4.4 机器人行走床身
机器人行走床身由机器人外部轴驱动，其中行走外部轴以机器人系统第7轴方式，扩展机器人可达范畴，移动导轨有效行程为2.5米。依照工件焊接状况，建议焊丝形式采用桶装焊丝形式，考虑送丝可行性本方案将送丝桶与机器人一起移动。
机器人移动导轨由移动导轨安装底座、机器人行走安装架构成；其中安装底座由型材焊接加工而成，具备变形小，精度高等长处；机器人行走安装架重要实现机器人安装和行走，由高精密齿轮齿条副传动，直线滑轨导向。
机器人行走台车
桶装焊丝
焊接机器人

机器人移动导轨示意图
4.5头尾座式单轴式变位机
头尾式单轴变位机驱动单元为机器人外部轴马达（MTC1200），它作为机器人系统第8轴与机器人实现联动。重要由固定式积极头架、移动式从动尾架、翻转架及工装夹具构成。
翻转架及工装夹具
从动尾架
焊接工件
固定式积极头架

变位机固定式积极头架实现翻转架及工件在焊接过程中翻转，动力源为交流伺服电机（机器人外部轴），经一种高精密低背隙行星齿轮减速器和翻转轴系传动实现翻转动作，并与机器人实现协调联动。
移动式从动尾架由从动尾架及尾架移动机构构成，其中从动尾架与固定头架构成变位主体，实现翻转变位动作，从动尾架为无动力端；重要由从动尾架焊装、回转轴系、及导电机构构成。针对不同长度规格工件焊接，需调节从动尾架位置，该设备采用手动方式，到位后人工手动锁死。
焊接工装夹具用于焊接时工件精准定位和夹紧。工件定位夹紧方式采用外形定位，手动夹紧方式。焊接工装夹具具备唯一性，针对不同品种及规格工件焊接，本设备需调节或跟换相应焊接工装夹具。
对工件规定：批量尺寸偏差≤1.5 mm。
4.6 半封闭式安全围栏
大挖斗杆焊接机器人工作站工作区域设立一种半开放式安全围栏，在防护围栏进口处设立安全光栅检测，以免操作者在机器人工作时误入焊接区域，导致安全事故。安全围栏整体采用拼接式，各分接单元由型材焊接而成，具备美观大方，牢固可靠等长处。安全围栏在设备操作位处为开放构造，别的位置封闭，在半开放式安全围栏侧方设立有检修门，以便于设备调试及检修人员进入设备内部。

4.7 控制柜及焊接电源放置架
机器人控制箱、焊接电源、冷却循环水箱、主控制柜以及控制附属箱柜等都放置在机器人控制放置架上，放置架安装在半封闭式安全围栏后部，由型材焊接而成

4.8 控制系统
本系统由控制柜、操作盒及连接电线构成。
电气控制系统特点：
工作站由焊接机器人系统、传感系统及外围设备等某些构成，为完毕焊接任务需要协同控制。外围设备采用PLC控制，并且与机器人控制系统进行通讯。PLC采用日本三菱系列，涉及触摸显示屏在内操作平台，可以显示整个工作站工作状况和进程，具备手动、自动、示教、测试等功能模式。针对不同工件，可设立不同焊接程序并编号，进行预约，在焊接时从触摸屏上直接调用相应焊接程序进行焊接。
采用调节(手动)和自动焊接两种控制方式。
PLC可编程控制器、调速、显示、照明各某些采用各自电源，互相之间完全隔离，控制器可靠性明显提高。
5、设备操作流程：
人工将装配并定位点焊完毕工件装夹到变位工位夹具上，按位于安全围栏外部操作台上双启动按钮，机器人到位开始对工件按焊接工艺规定焊接顺序和焊接参数进行焊接，在机器人焊接过程中，机器人行走机构和变位机配合机器人本体动作，使工件焊缝处在最佳焊接位置。
其他事项阐明
1.设备运营环境
该产品应室内安装，放在避免阳光直射、避雨、干燥通风、无粉尘环境中，尽量避免严重影响设备使用气体蒸汽、化学沉积、霉菌及其他爆炸性、腐蚀性介质，并应远离激烈震动和颠簸场合。
电网电压波动： ≤±10%（当电网频率为额定值时）
电网频率波动： ≤±1% （当电网电压为额定值时）
周边空气温度范畴焊接时 0℃ ～＋40℃
2．设备制造执行原则符合
《GB/T8118-1995电弧焊机通用技术条件》
《GB6988-86 电气制图》
《GB4064-1983 电气设备安全设计导则》
《GB/T1184-1996 形状与位置公差》
《GB/T 1800.3－1998 极限与配合》
《GB4884-85 绝缘导线标记》
《GB/T3384-92 机电产品包装通用技术规定》
3 . 制作及设备安装、调试
3.1.设备基本、配电柜由买方自制；
3.2.设备基本由卖方提供图纸，买方按图施工制作；
3.3.设备安装、调试由卖方负责，买方配合安装。
4. 技术服务
4.1. 整机质保期为终验收后12个月；在质保期期间，我方将免费提供有关技术服务。
4.2.设备最后验收后，设备保修期为1年，免费提供零件及服务，服务应及时有效。在接到顾客故障信息后规定4工作小时内响应，3个工作日内到达甲方现场。
4.3. 我方将建立详细顾客档案，当设备质量保证期过后，依然能提供广泛而优惠技术支持、接受征询及设备备件供应。
5.提供随机资料
a.基本图1 套；
b.设备总装示意图1 套；
c.设备电气资料（原理图、接线图、程序梯形图）1 套；
d.设备阐明书1 套；
e.设备维护保养手册1套；
f.备品备件及易损件清单1 份；
g.出厂检查报告及合格证各1 份；
h.保修单1 份。
i.发货清单1 份
6.设备交货期
合同生效后100工作日具备预验收条件。
7、包装、运送
7.1. 包装：简易/木箱包装；
7.2．运送：（国内交货地）汽运。
8.验收及培训
8.1 预验收
预验收地点：预验收在卖方生产现场进行；顾客提供合格产品试件；签定预验收报告；
预验收原则：按照技术合同规定及国家关于原则进行。
8.2终验收
终验收地点：买方生产车间；
终验收原则：按照技术合同规定及国家关于原则进行；在规定期间内若因买方因素无法正常进行终验收项目，视为卖方设备已通过终验收。
8.3 培训
在预验收和终验收期间，由卖方负责对买方工程技术人员及操作工进行设备操作、维护保养等方面培训。

附录1： 焊接机器人系统简介
（1）、机器人本体
AII-V6型机器人为6轴关节式机器人，采用新型交流伺服电机具备构造紧凑、高输出、响应快、高可靠性等特点，从而使机器人本体紧凑灵活，具备较大运动空间、更好稳定性和较高重复定位精度。
AII-MV6L型机器人技术数据如下表：
名称
AII-V6
构造
垂直多关节形
轴数
6
最大可载能力
6kg
位置重复精度
±0.08mm (Note 1)
驱动系统
AC伺服马达
驱动容量
5200W
位置数据反馈
绝对值编码器
动作范畴
1轴
340°(±170°)
[100°(±50°)] (Note 2)
2轴
255°(-155°~+90°)
3轴
375°(-170°~+190°)
4轴
360°(±180°)
5轴
280°(-50°~+230°)
6轴
720°(±360°)
最大速度
1轴
2.88弧度/s(150°/s)
2轴
2.88弧度/s(160°/s)
3轴
3.05弧度/s(170°/s)
4轴
6.11弧度/s(340°/s)
5轴
5.93弧度/s(340°/s)
6轴
9.08弧度/s(520°/s)
荷载能力
容许扭矩
回转
11.8N·m
弯曲
9.8N·m
扭转
5.9N·m
容许惯性矩
回转
0.30kg·m2
弯曲
0.25kg·m2
扭转
0.06kg·m2
机器人动作范畴截面面积
6.43m2×340°
周边温度，周边湿度
0-45℃、20~80%RH(无压缩)
本体质量
260kg
第三轴可载能力
12kg (Note3)
安装办法
地面,侧挂,吊装
原点复元
不需要
本体颜色
臂:白色，基座:蓝色
（2）、机器人控制系统 AX-21
机器人控制柜控制是基于Intel公司解决器开发，采用Windows NT技术智能运动控制系统。全数字伺服模块给机器人6个关节交流伺服电机提供驱动电源，有能力提供多达54个伺服电机轴同步协调控制，完毕直线插补和圆弧插补。
采用和谐和简易编程界面，图标式按键，使操作人员更加易学和舒服。分布式硬件构造和精简指令集软件能保证严格时序和任务执行。记忆容量达到160000步，外部I/O点可达32点。开放式构造，可以与Ethernet、Device-net等网络进行连接。此外，带有过滤网自循环通风系统可以保证在0℃—50℃范畴内正常工作。
技术规格：
控制硬件
各种INTEL CPU分布式硬件构造
存储器
紧凑式闪存卡
最大存储步数
160,000步
可存储出程序数量
9999个
通讯接口
RS232（PC原则串行接口），打印机接口
I/O总线系统
DEVICE-NET和CAN－BUS现场总线
数字输入
16个，可扩展
数字输出
16个，可扩展
输入电压
3相200V ±10% 50~60Hz
功率
7KVA
系统参数

最多可控联动轴
54个
最多可控联动机器人数量
2个
机器人轴
6个，数字式伺服控制
可连接焊机数
2台
安全级别
IP23
自动监控
各轴工作范畴，冷却水，电弧等
重量
80kg
外形尺寸
558*503*865
（3）、示教编程器
机器人系统配有大屏幕彩色LCD显示编程器，操作与编程简朴明了，具备在线焊接参数修改和故障自诊断显示功能。可转换中/英文显示方式，以便操作者。并且安装有dead－man开关，其一步保证安全。
l 可以进行摆动模式，摆动波形编辑
l 可以进行焊接参数和焊接电流、电压波形实时显示和参数修改。
l 可以进行多窗口显示。（例如，可以进行程序、参数、输入、输出同步显示）
l 可以进行内部SOFT-PLC梯形图编程，不同其她机器人语句表编程。使编程更加直观，更加易于掌握。
l 可以显示电机速度变化波形，利于维护人员进行维修和服务
l 技术规格：
显示
彩色液晶大屏幕
重量
1.5kG
编程
在线示教，离线编程（需另配软件）
插补
点对点，直线，圆弧
插补时间
11ms
坐标系
轴坐标 直角坐标 焊枪坐标 工作坐标
伺服控制循环时间
1 ms
通过点
可编程
特殊控制功能
程序平移 焊接顺序 外部轴转动 系统同步控制 自动重复引弧等
(4)、附加功能简介：
考虑到工件装配公差也许浮现偏差，在焊接时需要进行焊缝跟踪寻位来实时校正轨迹。安装了这些装置后，也提高焊接自动化水平，提高轨迹精准度和焊缝质量，减少操作人员介入。
在本机器人工作站方案中，配备了焊缝起始点寻位装置和电弧焊缝跟踪传感器系统功能。
4.1焊缝始端寻位装置
该工作站配备焊缝始端寻位装置。焊缝始端寻位对于公差较大或装配精度较差工件是必不可少。
寻位装置有一种线包，可产生几十伏电压。寻位就是通过焊丝接触工件发生瞬间短路，即机器人系统发现实际工件焊缝该点空间三维坐标，通过这种方式，机器人系统检测各种点后，依照这几种点进行计算得出偏差值，用该偏差值修改原示教焊缝位置数据，从而得出实际焊缝起始点位置。
在寻位过程中，可拟定工件表面上参照点实际位置与编程位置之间偏差，相应切割程序即得以修正。此寻位功能可用于任何数目单个点、切割程序段或整个程序校正。
4.2电弧焊缝跟踪传感器系统
该工作站配备焊缝电弧焊缝跟踪传感器系统。电弧传感跟踪焊缝实时校正焊接途径，以适应焊缝位置变化。通过一种扩展控制单元，可以测量到焊接电流在焊接过程中变化，专用软件程序使得计算机可以在焊接角焊缝和V型焊缝过程中解决因电弧摆动而产生数据，指明焊缝确切位置并相应修正程序途径。
独到控制系统可以控制焊丝从导电嘴伸出长度在任何动态运营状况下永远保持恒定长度，并与焊接开始时测量值相似。这样除了保证焊接过程中电弧稳定外，最明显长处是避免导电嘴烧损。(采用此办法，既不必修改焊接参数，也不必变化焊接系统配备，更不必修正存储于焊接程序中焊枪与工件距离)。

角焊缝摆焊示意
4.3清枪剪丝机构
剪丝清嘴装置对于机器人上长时间进行焊接焊枪来说，是非常必要。进行剪丝清嘴时，普通编制一种专门程序。当焊枪到达剪丝位置后，自动控制送丝及剪丝动作。当焊枪到达清嘴位时，开关检测焊枪与否到位，锁定焊枪后，由气缸推动旋转刀片对喷嘴内部粘附飞溅进行清理。该装置放在机器人一侧。机器人可以最舒服姿态进行剪丝和清嘴。
长处

：
l 清枪站喷硅油装置采用了喷嘴喷射，使硅油能更好地到达焊枪喷嘴内表面，保证焊渣与喷嘴不会发生死粘连。
l 清枪喷硅油装置设计在同一位置，机器人只要一种动作就可以完毕喷硅油和清枪过程。
l 在控制上清枪喷硅油装置仅需要一种启动信号，它就可以按照规定好动作顺序启动。
l 剪丝装置采用焊枪自触发构造设计，不需要再使用电磁阀对它进行控制，简化了电气控制。

清枪前 清枪后

附录2：焊接系统简介
全数字化逆变CO2/MAG焊接电源DM-350是日本OTC公司生产机器人专用焊接电源，该焊接电源体积小，并采用一体化设计，焊接参数精准稳定。具备如下技术特点：
l 具备先进控制方式，飞溅小，焊缝成型美观，焊接质量好。
l 通过焊接电流电压数字化反馈，可以对弧长进行精准控制，虽然焊丝伸出长度发生变化，也可以保证弧长不变。
l 焊机还具备收弧回烧功能，减小焊丝端头小球，保证100%引弧成功率。
l 内部存储原则焊接规范参数，操作人员调用焊接参数，选取更以便。
l 数字显示焊接电压、焊接电流等参数。
l 机器人控制系统通过焊机内置CAN-BUS接口与其相连，在示教盒上可完毕各种焊接参数输入，实时显示焊接参数，并且在焊接过程可实现不断弧变化参数。
l 采用CM-7401四轮送丝机，保证送丝稳定性，可靠性。
l 附属设备涉及焊枪把持器（带防碰撞传感器）、管线支撑架、有关电缆及管线
l 技术参数：
型号
DM350
额定输入电压
三相380V±10% 50 Hz
额定输出电流
30—500A
负载持续率
100%
机器人接口
内置CAN-BUS接口