原创技术方案14：板式换热器焊接机器人系统技术方案

一、工件基础资料及工件工艺要求：

1.1 被焊工件的基础资料：

• 工件种类与规格：以用户签字盖章版的工件图纸为准（结构形式见“典型工件附图”）。

• 材质：Q235和20#。

• 工件板厚：4-10mm。

• 被焊接的最大工件外形尺寸：主管管长9米、主管管径Φ426mm。

• 工件最大重量：200kg。

• 材质：Q235和20#。

• 被焊工件焊缝形式：角焊缝、坡口焊缝。

• 被焊工件零件图纸：（如图所示）

1.2 被焊工件零件图纸：（装配图如图所示）

典型工件二维图

1.3 对被焊工件的要求：

• 工件焊缝周围10mm内不能有影响焊接质量的油、水分和氧化皮。

• 工件上不能有影响定位的流挂和毛刺等缺陷。

• 工件的尺寸偏差不能超过2mm。

• 坡口的焊缝间隙小于3mm,大于3mm需人工打底。

二、工作环境：

• 电源：3相AC380V （3相5线制），功率：25KW，50Hz±1Hz，电源的波动小于10% 。

• 工作温度：5℃— 45℃。

• 工作湿度：90%以下。

• 压缩空气：不低于0.5MPa。

三、机器人工作站简介：

3.1 焊接工艺

• 焊接方式;人工点焊、机器人满焊。

• 焊接方法：MAG。

• 保护气体：80%Ar+20%CO2

• 焊丝直径：1.2mm。

• 焊丝形式：桶装。

• 焊接的可达率：100%。

• 工件装卸方式：人工装配。

• 物流方式：人工。

3.2 工作站简述：

• 该机器人工作站主要用于相贯线的自动化焊接。本案设备采用单工位三班制，每班工作时间8小时，并且设备满足24小时三班连续作业工作能力。

• 系统主要包括一套6自由度焊接机器人本体、机器人控制系统及应用软件（含焊缝寻找、电弧跟踪功能）、焊接电源、工装夹紧机构、防碰撞传感器、水冷机器人焊枪、四轮驱动送丝系统、清枪装置及配套安全围栏等设备。

• 操作人员只需将组对点固好的工件放到变位机上，夹紧机构采用自动夹紧，定位夹紧快速可靠，变位机旋转时确保工件不出现松动、滑落现象。装夹位置能确保所有焊缝无遮挡以便于机器人焊接；装夹机构不影响工件上下工位。直接调用相关程序即可完成的自动化焊接。具有高效、快捷、稳定可靠等特点。

• 工作站基础采用混凝土地基结构。

• 系统为以台机器人+变位机+滑台结构，总插补轴数个8个，能够完成相贯线的焊接。

3.3 机器人工作站布局以底座贴板为例: (图中尺寸仅供参考)

3.4 机器人工作站效果图：

3.5 机器人工作站动作流程：

• 将工件放置在H型变位机上并自动压紧→启动机器人→弧焊机器人开始寻位→起弧焊接→焊接完毕→卸下工件，以此类推，焊接完整个工件后，进行下一循环。

四、 工作站配置清单：

序号	名称	型号及配置	生产厂家	数量	备注
一、弧焊机器人
1	弧焊机器人本体及控制器	型号：KUKA Robot KR5-正装	德国KUKA	1套	含焊缝寻找、电弧跟踪等功能
		主要配置：标准配置机器人本体，有效负载5kg；KRC2控制柜、示教器电缆长度10m；机器人本体电缆长度15m，机器人标准中文操作系统
二、焊接设备
1	焊接电源	型号： KempArc SYN 400	芬兰肯比	1套
		主要配置：焊接电源、专用送丝机、通讯电缆
2	机器人水冷焊枪	RM 81W	德国TBI	1套
3	防碰撞传感器	KS-1	德国TBI	1套
4	水冷箱		上海正特	1套
三、周边设备
1	双立柱单轴变位机	头座配库卡外部轴电机、精密减速机；尾座移动用三相交流电机传动		2套
2	工装夹具	含轴向定位和周向定位		2套
3	简易围栏	高度不小于1.8m		1套
4	机器人行走滑台	滑台的有效行程为7米；配伺服电机与精密减速机		1套	与机器人不协调联动
四、系统控制设备
1	控制系统	配置：操作盒、配线盒		1套
五、辅助装置
1	清枪站	HQL-01	德国TBI	1套
六、随机备品备件、资料
1	备品备件			1套
2	随机工具
3	配套资料	设备整机说明书，KUKA的出厂随机资料

五、关键设备的主要参数及配置：

5.1 H型单轴单驱变位机：

• 焊接变位机为双立柱H型单轴变位机，可以实现工件的翻转运动。主要由变位机座、精密直线导轨、滑块、精密齿轮齿条、伺服驱动电机、精密减速机、翻转架、U臂和控制系统等组成。其中所有焊接结构件由钢板和型材组焊而成，所有焊缝按等强度焊缝要求进行焊接，焊后均进行退火处理，去除焊接内应力和有效防止加工的变形；双立柱H型单轴变位机可有效最大承重0.5T，可承受工件在吊装时的轻微碰撞和冲击。工件通过多次翻转，可实现各条焊道处于理想焊接位置，使机器人焊枪可达性最好，焊道处于平角焊或船型焊，保证焊缝成形质量。本变位机主要由立柱、中间架、翻转驱动系统、导电机构、控制系统、工装胎架组成。控制系统与机器人控制柜集成一体，通过机器人示教器操作。

技术参数：

• 有效承载能力: 0.5T

• 翻转速度: 0~2r/min

• 回转重复定位精度≤0.1°

• 尾座移动行程：8000mm.

• 尾座驱动方式：三相交流电机+涡轮蜗杆减速器

其机构形式如下图：

5.2 机器人行走机构：

为了扩展机器人的可达范围，本工作站配备了机器人行走系统。机器人行走系统，主要由驱动机构（松下伺服电机，精密减速机）、精密直线导轨等组成，机器人安装都是由钢板组焊而成，所有焊缝均按高强度焊缝要求进行焊接，焊后经过去应力处理，能有效防止变形，精密直线导轨安装面和滑块安装面经过精加工而成。从而增加了行走系统的使用寿命和使用过程中的稳定性。具体结构见下图：

技术参数
移动轴	最大有效行程		最大速度	电机功率	重复定位精度	驱动方式
X轴	7米	10m/min		1.5KW	±0.1mm		齿轮齿条传动/双驱

5.3 工装夹具：

轴向定位采用三抓卡盘和尾座顶尖模式

气动三爪卡盘夹持范围: 直径219-426mm

尾座工装夹持范围：直径219-426mm

尾座工装定位工件方式：气动顶紧

周向定位采用下顶尖模式

弹簧顶起，气缸拉回

对于下面这个工件大体装置不变我们采用三角卡盘和圆环顶紧装置如下图

本设计变位机配工装夹具为手动+自动工装夹具；

工装夹具的操作要求符合人机工程，夹紧定位安全可靠，便于日常操作；

焊接夹具的设计充分考虑机器人对工件焊缝焊接的可达性；

夹具刚性良好，减少焊接变形，同时考虑了工件焊后拆卸方便。

焊接变形是不可消除，但可以通过调整焊接工艺及合理的工装夹具减小焊接过程中工件的变形。

※焊装夹具应满足产品结构、工艺和生产纲领的要求，夹具应有合理的定位夹紧机构和支撑装置，保证组件定位可靠，焊接质量稳定。

※夹具地板应涂防飞溅漆。

※夹具应有完善的装配定位基准，便于夹具制造、装配、调试和维修。

※夹具设计应充分考虑操作方便和安全可靠、维护修理方便，应保证焊接装卸方便，使焊接件处于最佳焊接位置，夹具设计在保证工艺要求和刚度的情况下结构应简单合理。

※夹具图应有焊装夹具总成图、焊装夹具分总成图、焊装夹具零件图、焊装夹具明细表、焊装夹具基础图、焊装夹具三维图纸（SOLID或IGS格式）。

※ 夹具设计图纸制图采用中国制图标准或ISO制图标准，文字采用中文简化字；规格和单位采用中国工业标准或ISO国际标准。夹具图纸图面应符合招标方要求，夹具总图应有详细的夹具零件清单（或单独编制）、气动原理图、电控原理图、夹具安装图和三维图纸（电子版）等，夹具设计图必须完整、正确。

六、电气控制系统：

6.1 在示较器上，可直观对焊接状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数（焊接程序）, 焊接程序可进行储存并被随时调用；工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。在焊接中，可人为干预焊接，在焊接中途因故停止后，智能处理继续焊接方式。

6.2 对开始工作的时间、待机时间及停机时间进行记录，同时可以记录下用户的操作记录，以及警记录。

6.3 异常诊断停止功能: 控制系统元器件、机器人、焊接电源等设备出现异常时，进行自动诊断，提供故障信息，保障系统安全；焊接异常、用户操作异常等情况下能诊断并采取停机保护措施。同时还具有:焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、干涉领域检查。

6.4 系统设有操作权限，权限分为一般操作者、高级操作者、维修人员等，不同的权限只能操作相应按钮或修改相应的数据，从而增加系统的安全性。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焊接操作。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。

6.5 全系统采用数字化处理，可通过通讯的方式和外界设备相连，所有数据均能远程存储和查看。由于系统采用网络连接，因此本系统具有很大扩展性，为今后增加工位提高方便性。

6.6 本系统具有自动保存和断电记忆功能，系统参数一旦修改，本系统将立即进行自动保存，即使突然断电，系统里的所有参数也不会被丢失。

6.7 控制柜内线路具耐油性，有线号套管，接地标志等，方便维修。控制柜设置有排风散热装置。控制柜与各工序设备、焊接电源和传输线之间采用标准的线槽盒进行连接，规范整洁。

6.8 设备多处设有紧急停止开关，在紧急的情况下能立即停止设备的任何工作。

6.9 设备设有红（设备报警或故障）、黄（设备暂停）、绿（设备正在运行）三种故障报警指示，并安装在设备明显位置。操作者能准确知道当前系统运行状况。

6.10 设备设有安全接地系统。