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一、设备的用途及要求 ※ 工件名称：顶梁、掩护梁、底梁 ※ 工件规格：三种规格，详见工件图纸 （长x宽x高）：4520x1910x720mm； （长x宽x高）：4389x1870x700mm； （长x宽x高）：4025x1920x898mm； ※ 材质： 普通碳素结构钢和低碳合金钢 ※ 重量： 11.2T； 12.55T； 10.099T； 二、门框结构示意图 顶梁示意图(其余图略)
三、焊接工艺条件 ※ 焊接方法: 气体保护电弧焊接 Ar(80%)+CO2 (20%) ※ 焊 丝: φ1.2mm，实芯焊丝 ※ 焊丝伸出长度: 10-15mm ※ 焊接参数：
四、工作环境要求 ※ 电源电压：380/220V±10％ ※ 电源频率：50Hz±2% ※ 环境温度：-5～40℃ ※ 相对湿度：≤90% ※ 光线：充足，通风良好 五、工作站概述 本技术文件所记载的是由德国库卡弧焊机器人KR5、焊枪ABIROB-455D、清枪剪丝器HLQ-Ⅰ、三轴滑台、焊接电源KempArc Syn400、双立柱翻转变位机、工装夹具、电控系统等组成，能够方便实现顶梁、底梁、掩护梁工件高效、可靠的自动焊接?双机器人焊接系统，结构紧凑，生产效率高，操作工序简便。一次装夹，通过回转翻转改变工件位置，完成所有焊道焊接。机器人具备接触寻点、电弧跟踪、多层多道等附加功能，能够完全满足全部焊道的焊接要求。变位机通过翻转工件，使各焊道处于船型或平角焊的最理想焊接位置
机器人焊接工作站整体示意图二 六、库卡机器人KR5介绍 本系统所选用的KR5机器人是德国KUKA的机器人，包括机器人本体，机器人控制柜（KRC2），示教盒（KCP）三部分及供电电缆。本机器人系统包含接触寻点，多层多道焊接，电弧跟踪等功能。 6.1、KUKA工业机器人概述 6.1.1、标准六轴工业机器人本体 标准六轴工业机器人本体： n 合理的机械结构和紧凑化设计 n 6个自由度AC伺服马达 n 绝对位置编码器 n 所有轴都带有抱闸 n 特定的负载和运动惯量的设计，使得速度和运动特性达到最优化 n 臂部的附加负载对额定负载没有运动限制 n 本体和控制器之间7m长电缆, 并可根据需要进行扩展 n 特点描述： l 模块化的机械结构设计，任何部分都可迅速更换 l l 可调机械手臂，更大的活动空间和柔韧性 l 高速运动曲线中动态模型的优化，加速性能高于普通机器人25%，更利于提高系统寿命、优化工作节拍。 6.1.2、KUKA机器人控制器KRC2 ※标准的工业控制计算机PENTIUMⅡ处理器 ※基于Windows平台的操作系统，可在线选择多种语言（包括中文） ※支持多种标准工业控制总线，包括：Interbus、Profibus、Devicenet、Canbus、Controlnet、EtherNet、Remote I/O等 ※标准的ISA、PCI插槽，方便扩展。可直接Intrnet，实现远程监控和诊断。 ※采用高级语言编程 ※标准的控制软件功能包，可适应于各种应用 ※6D运动控制鼠标，方便运动轨迹的示教 ※断电自动重启，不需重新进入程序 ※系统设示波器功能，可方便进行错误诊断和系统优化 ※软件可自动更新和升级 6.1.3、KUKA标准的工业控制PC 6.1.4、KUKA示教器 l LCD彩显，VGA模式，640X480, 256色 l 6D空间鼠标，示教过程简单方便 l 三位使能开关、易于安全操作 l 四种工作模式，可根据实际需要任意选择 l 通过Canbus 与PC通讯，实时性更强 l 6.1.5、基本配置 ※CPU：2.0 GHZ ※内存：256MB RAM ※硬盘：20G ※串口：COM1、COM2 、COM3，9针或15针 ※标准并口和打印机接口 ※主板：标准工业控制计算机主板，含PCI、ISA插槽 ※USB接口 ※标准CD-ROM和软驱 ※标准显卡，可外接显示器
6.1.5、KUKA机器人的优点 ※开放性好，能够直接和多种功能卡直接插接，方便扩展，通用性好 ※程序可方便进行备份及恢复，而且可在短时间内完成 ※可直接外接显示器、鼠标和键盘，方便程序的读写 ※可随时进行系统的更新 ※大容量硬盘对程序指令基本无限制，并可长期存储相关操作和系统日志 ※支持多种总线协议，与总线接口板连接方便，即插即用 ※一旦出现系统错误，可在最短时间内恢复 ※可方便进行联网，易于监控和管理 ※拆卸方便、易于维护 6.2 机器人焊接切割系统功能优点： 作为搬运及焊接应用的代表性领域，在工程机械、建筑钢结构、铁道车辆、桥梁、机床等行业的中，因为存在工件尺寸、板厚较大，焊接坡口加工、工件组对精度较差的问题，为了取得良好的搬运及焊接效果，需要机器人具有相当于人类的视觉、触觉等传感跟踪功能-即要有强劲的跟踪纠偏功能。以其在搬运及焊接领域的综合实力和丰富经验开发的面向软件、硬件技术以及高精度传感技术方面处于世界领先水平。 ★ 丰富多彩的焊丝接触传感功能 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。利用这些功能，可以使焊接过程不受由于工件的搬运、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，保证能够顺利地搬运及焊接、切害。 ★高性能电弧跟踪功能 包括对焊缝左右和上下两个方向的高精度跟踪功能、跟踪结果记忆功能、坡口幅宽跟踪功能、往复多层焊接功能等，尤其在多层多道焊接过程中，利用第一层焊接时获取的工件变化信息，经过控制系统整理计算，将结果直接作用于第二层以后的焊接中，以快速适应工件的变化，从而节省了时间，提高了工作效率和焊接质量。 其中坡口宽度的跟踪功能，是在焊接的过程中使用电弧传感器检测出坡口的宽度，根据检测到的坡口宽度自动补偿摆动条件、焊接速度的功能。利用该功能，即使焊接坡口宽度发生变化的工件时，也能将每层堆高焊接得比较均匀。 各种跟踪功能是通过焊丝实现的，不需要增加其它传感装置，从而增加了焊枪的灵活性。接触传感是利用焊丝接触工件表面，从而知道焊缝位置；电弧跟踪传感是在焊接的同时，通过检测焊丝的干身长度的变化，从而实时调整焊接动作，保证焊接轨迹与实际焊缝位置一致的功能。 ★ 高效焊接功能 使用φ1.2细径焊丝，通过即使在350～400A的大电流范围内也仍然有效的高性能电弧跟踪功能,可以实现高效焊接? ★ 焊接数据库功能 具有焊接专家条件数据库，其中包含德国KUKA经过几十年实践总结出来的为各种焊缝形式而设定的焊接参数及工艺，用户可以根据工件焊缝形式，直接调用数据库数据，可以自动生成焊接工艺表，并直接在焊接程序中应用；也可根据客户自身工艺需求对此工艺表进行修改，从而达到理想的焊接效果。 如下表：单边V形坡口，焊脚为18mm，自动生成焊接数据库表（下为数据库部分内容）。
注：数据库显示需要焊接三层。 平均焊接速度为24cm/min。 焊接电压是根据焊接电流进行一元化调节。 每层焊接过程中均可设置为电弧跟踪ON或OFF。 以上数据库参数均可根据需要人工从新编制（包括焊接层数的确定）。 ★连续运转 支持连续运转的功能，配有喷嘴清洁器?剪丝器，可以保持系统连续自动运转? 七、配置表明细
八、主要设备参数
变位机整体示意图 a.立柱 立柱是本变位机系统的基础支承部件，其上安装提升部件、升降滑座、翻转系统。因此立柱采用型材、钢板组焊结构。加工前退火处理。各安装配合面经过精加工。保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。 b.升降系统 滑座升降采用链条传动。电磁制动三相异步电动机经蜗杆减速器驱动。蜗杆减速器与链轮直联，减速器驱动链轮旋转，链轮拉动链条上下运动，使与之相连的滑座、中间架、转台上下移动。链条另一端悬挂配重，减轻升降电机负担。蜗杆减速器均具有自锁功能，滑座可在高度任意位置准确定位。立柱上设有上下限位行程开关，同时设有机械限位挡块，确保运行安全。 c.滑座 滑座由滑箱、滚轮组、防坠落机构、回转支承及翻转驱动系统等组成。滑座带动与其相连的翻转部分上下移动。滑箱上安装多组滚轮，通过滚轮住将滑座前后、左右方向固定在立柱导轨上，同时上下通过滚轮可自由滑动。滚轮采用淬火钢精加工而成，内部安装滚动轴承，具有较高的接触硬度和旋转精度。防坠机构安装与滑箱上，可避免在链条失效时发生工件快速下坠，造成安全事故。滑箱本体采用钢板拼焊后退火精加工而成，具有高刚性、高强度和高精度。 c.中间架 中间架是承载工件的重要构件。中间架安装在滑座上的滑板上，与回转支承相联。其上安装回转支承和回转减速机。主体结构采用箱型梁结构焊件，加工前退火处理，各安装配合面经过精加工。保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。 d.翻转驱动系统 由电磁制动三相异步电动机经蜗杆减速器、传动轴、主动齿轮、传至与安装在滑座上的回转支承实现翻转。双驱动系统。翻转驱动系统安装于立柱滑座上。与中间架相联。翻转电机带有制动器，并采用旋转编码器计量翻转角度，翻转工件（胎架）时，可在任意位置定位并自锁。回转支承采用德国进口品牌，可同时承受径向、轴向载荷和倾覆力矩，其上直接加工有齿轮，结构小传动效率高，使整个系统传动链拥有紧凑的结构。翻转联接板上设有旋转限位行程开关，确保翻转运行中不超过极限位置。 f.导电机构 铜棒一端在弹簧作用下始终顶向工作盘，另一端带有螺纹，可有效连接电缆。 g.控制系统 本控制系统针对焊接变位机进行控制。其中控制箱和主控制柜集成在琴键式控制柜中。电气控制采用先进的控制技术，具有较高的控制精度。。 控制系统应能满足如下要求： 2 琴键式控制柜放置与变位机盘，移动方便。长×宽×高：1200×700×1500。控制器的急停开关放置该控制箱前面显眼和易操作位置。其上还有有、升降、翻转和回转控制按钮。控制柜密封并有风机冷却。 2 设置自动和手动的工作方式。升降和正交轴旋转可独立控制也可联动控制。可点动控制也可连续控制。控制面板设有保护盖板，防止无关人员操作或观察。 2 各机构控制具有互锁功能。控制系统中已设置极限翻转位置，在不同提升高度时，对翻转的极限位置进行限制。避免设备运行中与外围设施、地面等发生碰撞出现安全事故。 2 主要控制柜能够对升降载人平台升降、横移，台车的行走等功能进行操作和控制。 2 电气控制系统的设计满足各机构动作的要求，制造质量符合质量标准和国家有关的安全标准。 2 各回路设有过载保护、短路保护及过压保护。电控柜安装在主动座上，控制柜面板上安装开关、控制按钮、指示灯及急停开关。移动手控盒配10米长电缆，其上装有急停开关、移动及旋转控制按钮，便于观察操作。 2 元器件配置：电器控制系统所选用的器件都是先进、优质、可靠的系列产品。其中部分要求如下：程序控制系统（PLC）选用台达产品；触摸屏选用台达产品；变频调速器选用台达产品；接近开关、光电开关选用欧姆龙产品；空气开关选用天津梅兰日兰品牌；接触器和继电器采用西门子品牌；按钮指示灯采用上海二工产品，电缆拖链选用进口或国内可靠产品等。 h．工装夹具 本工装夹具胎架采用型材与钢板焊接而成。结构轻巧且具有和好的强度和刚度。在胎架上加工多处孔、槽。可灵活的安装多组定位块和压紧螺杆。适应多种工件使用的需要。在只更换少量工装的情况下就能满足顶梁、掩护梁、底梁的焊接。
g．设计标准 翻转噪音在距设备 1 米远、1 米高处，不得高于 80dB（A）；其余应符合《GB21-2012工业企业设计卫生标准》 设备主要参数： 1. 提升承载能力： 20000Kg； 2. 提升速度： 0.5m/min 3. 翻转升降行程： 1600mm； 4. 翻转中心高： 1100-2700mm 5. 翻转承载能力： 15000Kg 6. 翻转扭矩： 39200N.m 7. 翻转速度： 0.5r/min 8. 翻转范围： ±180度 9. 导电能力： 1000A； 10.保护等级: IP54； 11.设备自重： 约10T； 12.设备尺寸： 1240×3400×4400(长×宽×高) 13.总装机容量： 16kw 14.保护等级: IP54； 8.2、三轴滑台 本方案书所述滑台为顶梁、底梁、掩护梁焊接用两台kukaKR5arc机器人的搭载平台。其中包括底座、横梁、伸缩梁、升降梁、传动系统、控制系统和焊接配套附件。本滑台横梁上搭载两套水平竖直正交运动系统，同时正交运动系统可在横梁与滑板联接，可左右水平移动。正交运动系统上倒悬挂kuka机器人。本三轴运动滑台与两台机器人采用协调控制，及机器人本体可与滑台同期施焊。各重要结构件据采用型钢与钢板拼焊后退火再加工，重量轻，强度高。系统运动惯量小。动力系统电机采用德国kuka机器人本体用原装伺服电机，保证运动精度和控制系统的统一性。减速机采用进口精密减速机，回差小，运动精度高。滑台系统如图所示： 设备主要参数： 1. 三轴滑台行程： X:5800mm Y:1500mm；Z:1000mm； 2. 三轴速度： 5m/min 3. 设备尺寸： 7300×3400×5400-4400(长×宽×高) 4. 总装机容量： 10kw 5. 保护等级: IP54；
(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) 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)在系统中设定焊接条件?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? 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。 |
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