双工位机器人火焰切割工作站技术方案1.doc

双工位机器人切割工作站

技　

术

方　

案

成都焊研威达自动焊接设备有限司
　　　　　　 　2009-4

目 录
一．系统方案介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
1.1方案设计依据及准则‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
1.2切割对象及要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
1.3方案慨述‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
二．工艺分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
三．系统设备配置‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
四．主要设备技术参数及特点说明‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
4.1机器人系统M-710IC/20L‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
4.2切割系统及控制说明‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
4.3程控系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
五．安全说明‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
六．基础制作‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
七．验收‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
7.1 预验收‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
7.2 终验收‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
八．人员培训‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
九．质量保证及售后服务‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
10．随机资料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
11．占地面积‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
12．业绩‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥

双工位机器人切割工作站技术方案
一．系统方案介绍
1.1方案设计依据及准则：
（1）业主提供的工程图纸和相关焊接要求。
（2）以产品的工艺分析和工艺流程的合理性为基础，力求高柔性、高性价比、高可靠性。
1.2 切割对象及要求：
（1）切割对象：坡口切割，切割工件如图：

工件1 工件2
工件1尺寸:圆筒弯头最大半径：2286mm1828;圆筒最大直径：762mm.1250
工件2尺寸：直径：400-19121219mm;长：500-18001900mm.
（2）切割要求：成形美观，工件尺寸符合图纸要求。
(3)生产纲领：
工作时间：一年250天，两班制，每班8小时，设备利用率85％，切割速度200-1000mm/min。
(4)使用条件：
A)使用地点区域自然环境：
●海拨高度：1000m以下
●环境温度：室外极端最低温度-15℃、极端最高温度42℃，昼夜最大温差25℃；室内温度5～40℃。
●相对湿度：年平均59%，最大90%、最小38%。
B)能源环境：
●电力：中国制式，供电电压380V±10%，50Hz。
1.3方案慨述：
　◆　跟据零件特点及切割工艺要求，策划了一套机器人火焰切割工作站，双工位工位，工位1安装切割工件1，工位2安装切割工件2.
该机器人站采用双工位布局方式。单种工件切割安装及拆御都在一个工装上进行。
切割方式：氧丙烷/乙炔焰切割，采用上海捷锐公司割炬装置。
切割机器人系统平面布局图如图所示。

◆系统结构说明：
该切割机器人工作站采用双工位结构形式，结构紧凑，上下料方便。主要由机器人系统、滑台、工作平台及工装组成。
工作平台及工装
工位1工装夹具及平台：
工作平台用于放置工件。工作平台工装用于装夹工件，工件稳固、牢靠，便于上下料。
夹紧工件效果图:

工装夹具主要由工作平台、夹具、支撑块、V型块等组成。
夹具图：
主要操作为中间支撑、两端夹紧固定，保证切割过程工件的稳定。
工位2工装夹具及平台：
工作平台用于放置工件。工作平台工装用于装夹工件，工件稳固、牢靠，便于上下料。
夹紧工件及工装效果图:

工装夹具主要由工作平台、夹具、定位机构、顶紧机构、V型块等组成。
夹具图：

定位机构的V型块与工件紧密接触，保证了工件的同心定位，同时压紧装置与工件相接处，人工手动使顶紧装置的V型块与工件接触，这样在保证了工件定位的同时，也使工件固定不动得到了保证。
二．工艺分析：
1.工艺流程: 切割安装及拆御都在一个工装上进行。工位1切割，工位2安装工件。
由人工吊装将工件放到相应工位、安装并将其固定—切割—工件切割完毕—机器人回位---拆御工件和再次安装工件---重复
2. 上料或下料由吊车完成。
3. 工位1切割方式：依据工件的特点，将工件的切割面分割成多段圆弧进行切割。具体操作如下：
切割轨迹为面1、面2的波浪式曲线。
由于切割工件比较大，切割面为不规则的成波浪式的曲线平面，因此针对该工件的特点，利用发那科机器人将切割曲线分割成多段圆弧进行切割，每段圆弧在X轴方向上进行两次寻点，确定在X轴方向上的平移或旋转的位置偏差，系统进行相应的偏差补偿，保证了切割的精度。
◆ 本功能实现的前提是多段圆弧的曲率基本上无变化，可以实现X轴的平移或旋转的位置补偿。
◆ 切割前先寻点，进行偏差补偿。
4.生产节拍
(1) 切割方式：氧丙烷/乙炔焰切割
(2) 切割速度：200-1000mm/min
(3) 切割形式：破口切割
以30mm厚为例，进行破口切割，切割速度为 240mm/min,切割出来的效果为切割面平滑，无挂渣。具体如下：
以最大工件为例：
工位1：外圆弧长度：≤4800mm;内圆弧长度:≤2400mm.
工位2：单侧水平圆弧周长：3830mm;竖直方向圆弧周长：3830mm.
生产节拍计算如下：

生产节拍
设：焊接速度为240mm/min
项目

工位
圆弧或圆周
长度
（mm）
切割次数
切割时间
（min）
机器人
跳转时间
机器人跳转次数
合计
工位一
外圆弧
4800
1
20
5秒/1条缝
1
30分钟
内圆弧
2400
1
10
工位二
单侧水平圆弧
3830
1
16
5秒/1条缝
2
48分钟
另一侧水平圆弧
3830
1
16
竖直方向圆弧
3830
1
16
总计
78分钟

三．系统设备配置：
机器人切割系统由机器人系统、程控系统、工作平台及工装、移动滑台及其他辅助设备组成。
机器人切割系统设备配置
序号
名称
型 号
内 容
数量
备注
1
机器人系统
M-710Ic/20l
机器人本体（含控制柜R-30IA、示教盒、操作软件、防碰撞软件等）
1套
发那可
2
激光寻点功能

1套
威达
3
火焰切割装置系统

含自动点火装置、火焰切割气路系统及火焰割炬装置
1套
捷锐
4
防碰撞传感器

机械防碰撞
1支
宾采尔
5
机器人移动装置

1套
威达
6
工作站程控系统

1套
威达
7
工装夹具

2套
威达
8
安装底座

1套
威达
9
简易围栏

1套
威达
四．主要设备技术参数及特点说明
4.1机器人系统
发那科M-710 ic/20L型机器人
· 轴数 6轴；所有轴机械自动
· 额定负载 20 kg ； 本体重量 540kg
· 臂伸 3110 mm
· 重复定位精度±0.15 mm
· 运动范围(degrees)：J1 360 J2 225 J3 432 J4 400 J5 280 J6 900
· 运动速度(degrees/sec.)：J1 175 J2 175 J3 180 J4 350 J5 360 J6 600
· 放置方法:自立,倒立,墙挂,倾斜
· 环境温度: 0 ～ 45°C
· 湿度: 75%～95% 短期（1个月）；75%为正常情况；95% 为非正常情况
· 震动量 0.5 G以下
· 机器人存储容量为3M
· 机器人寿命：以每天8小时，每月25个工作日计算，可以使用8年。
动作区域

l M-710iC/20L机器人功能配置

功能
备注
电弧重启功能

再生暂时停止再启动功能

防碰撞功能
6轴防碰撞软件
脚长管理功能

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、移动装置的位置坐标，外部信号状态等
程序编辑功能
位置、命令的更改、插入、删除、程序复制及删除，合并
程序变换功能
平行、回转移动、镜向变换等
程序呼出功能

示教—再生切换功能

断电恢复功能
停电中断，再上电后可接序停止位置开始工作
程序存储容量
100套
外部记忆
SUB插口
外部输出输入
I/O 40点

◆激光寻点功能
配置寻点装置，保证起始点焊接位置基本无变化。依据工件的特点，使用非接触式激光寻点，其基本原理是采用激光发生器和探测器组成，进行非接触位置、位移测量的精密传感。由传感器探头发射出的激光， 通过特殊的透镜被汇聚成一个直径极小的光束，此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的探测器上， 通过探测器所感应到光束位置的不同， 可精确测量被测物体位置的偏差，此偏差经过控制系统补偿，可以使焊枪对中或对准焊缝的焊接位置。
主要具有以下优点：
1、 以预先设定的距离快速准确定位。
2、 通过在焊接前用激光寻找焊缝X,Y,Z方向上两点，可以确定焊缝的焊接中心点，快速确定焊接位置。
3、 激光寻点系统, 通过沿X, Y，Z等不同的方向进行无触感搜索，不受工件表面清洁度影响
◆防碰撞传感器
德国宾采尔防碰撞传感器与割枪相连接，割枪依靠预载弹簧实现准确定位，在碰撞发生时，弹簧弯曲后启动开关，机器人立即停止运行。由于碰撞脱离机构的屈从设计，碰撞发生后不需要对割枪重新校验。
优点
◆高稳定性。
◆具有全方向上的防撞安全性。
◆弹簧屈从性能优越，确保了机器人的安全停止。
◆可以被用于所有的焊接切割领域。
◆通过选择不同的焊枪把持方式，可以实现不同焊接位置上设备配备。
◆可调节开关的触发力。
4.2切割系统及控制说明：
◆ 割炬装置
割炬装置是由割炬体，夹持器，手动调节阀，回火防止器，管接头等组成。
1. 气路系统
本机采用三路供气(即切割氧,预热氧,燃烧气)。三路气体由汇流排分别把乙炔气及氧气集中，分别接入纵向三路供气总管,通过总管吊架接到主机的管路,由各自的压力表显示气压值,再经电磁阀,进入主机,由分气排分配到割炬,通过割嘴实现气割钢板之目的.
管路系统气体具体要求如下：
内 容
工作压力
气体纯度
切割氧
7.84×105pa
99.5%
预热氧
6.84×105pa
燃烧气
0.49×105pa
98%
2.控制装置
对于切割系统，控制系统进行程序控制。具有自动点火功能。
设置操作按钮站，集中控制两个工位的切割系统。
切割速度 ： 200-1000mm/min
2. 点火装置：与割枪同时装在机器人末端，由系统控制机器人自动点火。
3. 配用割嘴：割嘴为GO2型等压式割嘴。
4.3 机器人移动装置
机器人移动装置主要由滑台、机器人支架、程控系统及其它部件组成。机器人在机器人支架上安装，机器人及机器人支架在滑台上运行，运行精确、稳定。机器人支架的驱动为伺服驱动器、伺服电机和减速器，以保证运行的准确到位。
4.4程控系统
◆概述
工作站程序控制系统采用编程程序控制系统，编程系统主控部分采用PLC可编程控制器作为主控单元。具有“手动”、“自动”选择功能，在“手动”模式下可以人工参与，在“自动”模式下机器人自动完成切割操作。并且设有：电源开/关及指示按钮；急停按钮，当发生意外时可紧急停止。控制系统的其它电气元件如继电器、开关和按钮等器件，均采用中外合资生产或国内知名产品。
在示较器上，可直观对切割状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。
保护功能:割枪机械防碰传感器、伺服防碰、控制箱内温度散热等领域检查。
异常诊断停止功能: 控制系统元器件、机器人等设备出现异常时，进行自动诊断，提供故障信息，保障系统安全；切割异常、用户操作异常等情况下能诊断并采取停机保护措施。梯形图具动态显示功能。

◆系统框图

◆系统流程图：

电网供电后，启动电源按钮，控制系统得电，机器人控制程序自动执行自诊断程序，判断系统是否正常，如果系统未正常，首先检查并排除故障；如果系统正常启动，确认系统各部件工作正常。机器人示教完成后，可通过模拟切割过程，执行模拟切割程序，通过反示教参数，直到满意为止，如果切割准备工作完成，将切割模式开关转换到自动位置，切割程序启动后，机器人得到启动指令，开始从原点移动到焊接起始位置，启动切割程序后，机器人并以预置的切割速度执行焊接切割过程，工位1切割完成后，机器人回原，工位2准备好后，进行切割，此时工位1工件装夹；循环往复。
五． 安全要求
1. 用户使用的气体，零配件必须符合国家的有关标准。
2. 气源应设置在室外，与明火距离不小于15米，并且燃气与氧气安置距离亦不小于15米，气源应保持良好的通风条件，且应在避风阴凉处。
3. 工作前必须检查各气路，如有漏气，必须修复后才能开机工作，确保万无一失。
4. 调压器调节不正常，显示压力不正确不得开机工作。
5. 调节压力、调换气瓶，操作者手上不得带有油类物资。
六．基础制作
所有设备安装地基图（含电气）均由供方提供图纸，需方按图施工制作。
七、验收
设备分预验收和终验收
7.1预验收：
在乙方现场进行，双方代表共同参加，乙方在完成设备生产调试后，书面通知甲方进行预验收，验收时间不超过通知之日的15天。预验收合格后，双方签订预验收报告。
验收标准按双方签订的《技术协议》规定的技术指标执行。
7.2终验收：
设备到达甲方现场后，乙方调试完成后通知甲方共同进行设备验收，验收时间不超过通知之日的10天。验收合格后双方在终验收文件上签字认可，即可交付甲方使用。
验收标准按双方签订的《技术协议》和预验收报告规定的技术指标执行。
若验收因甲方原因推迟，其期限不得超过2个月，预期将视为自动通过最终验收。
八．人员培训
机器人工作站人员培训非常重要，在设备发运前，供方提供详细的人员培训计划，用户应提前安排好受训人员，以及准备工作。
机器人工作站人员培训分两部分，整套设备功能操作培训和机器人操作培训。整套设备功能操作培训主要由机器人工作站系统集成供应商负责；机器人操作培训主要由发那科公司专业技术人员和供应商共同完成。
受训人员主要为机器人工作站的编程、操作和维护工程技术人员。培训时间分两阶段：第一次培训在整个设备出厂验收之前在供应商所在地进行；第二次培训在设备在用户现场安装后进行。
九.质量保证及售后服务
设备质保期为壹年。在质保期内，属正常使用故障，乙方在48小时内及时到达甲方进行修理。如果人为损坏，违规操作，外物撞坏等，乙方可以帮助修理，但要收一定的成本费。 十．随机技术资料
供方承诺提供齐全完整的技术资料及技术图纸。包括：外购件使用说明书和维修手册、整机使用说明书、产品合格证、设备安装示意图、气路原理图及元件清单、电气原理图、主机电气接线图、电气控制柜接线图、外购件详细清单等。
十一、占地面积

十二、业绩
近期相关产品使用业绩表
序号
使用单位
项目名称
单位（套）
1
重庆宗申摩托车制造公司
焊接机器人生产线
3套
2
河南郑州煤机厂
切割机器人系统
3套
3
广州提爱思
MAG焊机器人工作站
1套
4
武汉合力
机器人TIG焊工作站
1套
5
山西潞安矿业
机器人切割工作站
1套
6
东风汽车公司
机器人切割工作站
5套
7
武汉长江公司
机器人切割系统
1套
8
重庆上汽伊维克红岩汽车公司
机器人切割工作站
2套
9
上海沃海公司
MAG焊机器人工作站
1套
10
宁夏天地奔牛公司
双丝焊机器人工作站
1套
11
吉林胶合煤机厂
双丝焊机器人工作站
1套
12
青岛欧特美公司
MIG焊机器人工作站
2套
13
山西澳瑞特健身器公司
机器人切割工作站
1套
14
山西平阳重工机械有限责任公司
机器人切割工作站
3套
15
上海森松
MIG焊机器人工作站
2套

成都焊研威达自动焊接设备有限公司
2009-04-17