機器人焊接工作站在汽車起重機卷揚箱焊接中的應用-

1、摘要:從機器人柔性焊接系統(tǒng)設計的角度出發(fā),分析了汽車起重機卷揚箱的結構特點和可達性,明確了焊接工裝設計思路。從系統(tǒng)集成的角度出發(fā),介紹了雙工位機器人焊接工作站的系統(tǒng)配置,特別闡述了焊接機器人的功能配置和機器人周邊設備的功能配置以及結構特點,焊接系統(tǒng)的功能配置和環(huán)保裝置的功能。根據(jù)機器人工作站在實際生產(chǎn)中的使用效果分析,說明機器人焊接工作站作為一種柔性的制造裝備,可以提高卷揚箱的焊接質量和生產(chǎn)效率,減輕工人勞動強度,同時符合不同型號的卷揚箱進行混線自動化生產(chǎn)的要求。關鍵詞:機器人焊接工作站;雙工位;汽車起重機;卷揚箱中圖分類號:TG409 文獻標識碼:B 文章編號:1001-2303(20090

2、5-00183-03第39卷第5期2009年5月Electric Welding Machine杜望,張曉旭(昆山華恒焊接股份有限公司,江蘇昆山215301Application of welding robot work station for winding housing of truck craneDU Wang ,ZHANG Xiao-xu(Kunshan Huaheng Welding Equipment Co.,Ltd.,Kunshan 215301,ChinaAbstract :From the perspective of flexible welding robot sys

3、tem design ,analyze the structure feature and welding accessibility of winding housing for truck crane and clarify the approach of fixture design.From the perspective of system integration ,introduce the system configuration of welding robot system with two work stations ,especially present the func

4、tion and features of the welding robot ,the robot peripheral equipment ,the welding system and the environmental device.Based on the analysis of performance of the welding robot work station in practical production ,it is verified that the welding robot work station ,as flexible manufacturing equipm

5、ent ,has been improving the welding quality and productivity of the winding housing ,releasing labor intensity and meeting the requirement of mixed-model automatic production.Key words :robot welding station ;two stations ;truck crane ;winding housing收稿日期:2009-05-06作者簡介:杜望(1977,男,四川眉山人,碩士,主要從事機器人柔性焊

6、接系統(tǒng)主體方案設計工作。0前言卷揚箱是汽車起重機的重要結構件,工件結構復雜,焊接量大,對焊縫的質量要求高。起吊質量從8500t 的各種起重機都有該結構件,其重量、外形尺寸和結構形式都有較大的差別,因此要求相應的焊接設備必須具備較好的柔性。為了提高焊接質量,提高生產(chǎn)效率,減輕工人勞動強度,兼顧各種產(chǎn)品,采用雙工位機器人焊接工作站是較好的解決方案。1操作描述機器人系統(tǒng)分兩個焊接工位。在第一工位焊接過程中,操作人員進入第二工位變位機的工作區(qū)域對另一個工件進行裝卸或補充焊接;在第二工位焊接過程中,操作人員進入第一工位變位機的工作區(qū)域對另一個工件進行裝卸或補充焊接。雙工位的優(yōu)勢在于工件的裝卸和人工補焊不

7、占用生產(chǎn)時間,提高了生產(chǎn)效率。2工件描述(1工件描述及分析。卷揚箱為長方體中空框架結構,是汽車起重機結構件中的重要工件。卷揚箱的焊接主要為角焊縫和開單邊V 型坡口的焊縫,基本形式為直線加圓弧曲線,除底面沒有焊縫之外,內外側各面上均有焊縫。由于卷揚箱內部格子間空間狹窄,圓弧曲線焊縫的可達性問題較為突出,如圖1所示。專題討論西氣東輸二線焊接技術機器人焊接工作站在汽車起重機卷揚箱焊接中的應用183a 單軸機器人龍門架軸測圖b 單軸機器人龍門架側視圖圖2單軸機器人龍門架a 機器人模擬卷揚箱焊接軌跡b 機器人實際焊接卷揚箱圖1模擬實際焊接卷揚箱情況(2工件數(shù)據(jù)。各型號卷揚箱尺寸和質量相差較大,對變位機的

8、適應性和夾具的通用性要求很高。卷揚箱長度13002100mm ,寬度7001600mm ,高度500900mm ,質量范圍5001000kg 。(3焊接工裝。為了使工件能夠快速準確的定位裝夾,在卷揚箱底側增加了用于定位的工藝孔,作為解決應用機器人焊接定位和壓緊的手段。焊接工裝由在變位機回轉支撐上安裝的工裝通用基板、特殊設計的定位銷及壓板自由組合而成。通用基板上面均布鏍栓孔,配合特殊設計的定位銷及壓板使用,無論什么型號的卷揚箱,都可以利用基板上的定位銷及壓板將工件定位、壓緊。對于不同工件型號的裝夾,只需改變定位銷和壓板在通用基板上的位置,所有型號的卷揚箱都可在35min 內完成裝,方便高效。3系

9、統(tǒng)描述(16軸焊接機器人。采用德國KUKA KR16焊接機器人,第6軸最大負載16kg ,機器人工作半徑1611mm ,重復定位精度±0.1mm 。該機器人具備焊接中厚板復雜結構所必須的功能,如:精確的直線、圓弧、曲線插補和點到點的運動功能;接觸尋位功能通過帶有電壓的焊絲觸碰工件,找到正確的焊縫起始點、結束點或焊縫中間任意點;電弧跟蹤功能在焊接過程中實時修正焊接軌跡,補償工件由于裝配或焊接變形而產(chǎn)生的偏差;多種橫擺形式多種及用戶自定義擺動形式,擺動幅度及頻率可調;坡口尺寸偏差修正通過接觸尋位,獲取坡口變化量,可根據(jù)坡口寬度自動調整焊接電流、電壓、速度和擺幅等參數(shù);在線優(yōu)化功能工藝人員

10、在設備調試時可在線修改焊接參數(shù);程序復制功能在多套工作站同時交互調試時,編制好的焊接程序可從一個工作站復制到另一個工作站中,極大地縮短編程調試時間,使多套工作站可以迅速投入正常生產(chǎn)。(2單軸機器人龍門架。適合雙工位布局。由于變位機帶動工件進行變位,工件在空間中有一定的運動范圍,而且有內部格子間焊縫需要焊接,因此機器人需要配合單軸x 龍門架解決焊縫可達性及兩個工位間的位移問題。單軸龍門架為機器人外部軸,可自由編程,適用于機器人懸掛安裝,如圖2所示。伺服電機(德國Siemens驅動行星輪減速機/RV減速機,通過獨有的齒輪齒條無間隙傳動技術,使齒輪在轉動過程中始終與齒條嚙合,驅動溜板在直線導軌上滑行

11、。由于龍門架運動采用的伺服電機、伺服驅動和機器人屬于同一系列,同時受機器人控制器控制,因此可以實現(xiàn)龍門架運動和機器人本體運動的聯(lián)合軌跡插補。在龍門架一端設有樓梯和操作維護平臺。 如配專題討論第39卷專題討論西氣東輸二線焊接技術184合二級送絲機構,焊絲桶可放置于地面之上。溜板的直線滑軌副連接到中心潤滑系統(tǒng),潤滑油直接泵入滑軌副,保證了直線滑軌的精度和壽命。高度集成的系統(tǒng)聯(lián)線總成包含機器人的動力電纜及信號電纜、外部軸的動力電纜及信號電纜,焊接電源的水、電、氣管線等,穿入坦克鏈的部分均采用高柔性電纜。在龍門架一端設有系統(tǒng)聯(lián)線總成轉接,在龍門架安裝或運輸時只需要拔插若干航空插頭,而不需要重新對龍門架

12、進行布線。6軸機器人和龍門架配合使用,使得該機器人工作系統(tǒng)有極大的工作范圍和系統(tǒng)柔性,即使是大型復雜工件上可達性不好的空間焊縫,也可勝任。系統(tǒng)的水平運動最大速度v=60m/min,行程x=7000mm,重復定位精度為±0.1mm。(32.5t L型變位機?；谝陨系墓ぜ治?為了確保焊接質量和焊縫成形,卷揚箱在焊接過程中必須進行多次變位,保證在船型焊位置或平角焊位置進行施焊,因此選用L型兩軸變位機對工件實施變位,2.5t L型變位機為負載5t的單軸機器人變位機和負載為2.5t的單軸機器人變位機組合而成,可以實現(xiàn)工件軸向和徑向的回轉,因而可以實現(xiàn)絕大部分焊縫船型位置焊接(見圖3。伺服電

13、機(德國Siemens驅動減速機,通過獨有的齒輪無間隙傳動技術,齒輪在轉動過程中始終與回轉支撐嚙合,驅動變位器轉盤旋轉,無論正向和反向回轉均可保證變位機的轉動精度。由于變位機驅動采用和機器人驅動同一系列的交流伺服電機,同時受機器人控制器控制,因此機器人本體運動和變位機運動可以聯(lián)合進行軌跡插補。圖32.5t L型變位機軸測圖大回轉技術參數(shù):最大旋轉速度16°/s;旋轉范圍±185°重復定位精度±1.5弧度分。小回轉技術參數(shù):最大旋轉速度42°/s;最大輸出扭距4300Nm;旋轉范圍±185°最大回轉半徑1300mm;重復定位精

14、度±1.5弧度分;變位機最大負載2500kg;變位機最大偏心距172mm。(4焊接系統(tǒng)。a.采用奧地利FRONIUS全數(shù)字化TPS5000MIG 焊接電源,含水箱、VR1500機器人送絲機、機器人總線接口。b.采用德國TBi定制80W機器人水冷焊槍。為了解決卷揚箱格子間內部焊縫的可達性問題,通過三維模擬仿真軟件得到機器人焊槍的正確尺寸,焊槍槍頸長度達到400mm,如圖4所示。圖4帶有吸煙裝置的水冷機器人焊槍c.機器人槍夾,含防碰撞裝置KS-1(德國TBi。d.自動清槍剪絲、噴硅油裝置RBG2000(德國TBi。通過半圓型銑刀定期去除噴嘴內壁的附著物,壓縮空氣吹凈,帶噴硅油裝置及剪絲裝置,保證噴嘴內壁清潔及一致的干伸長。e.焊槍平衡支架保證焊槍電纜在機器人運動過程中不纏繞且保持平衡,不影響機器人動作。(5上海蒂恒DHS2-1焊煙處理系統(tǒng)。適用于大量焊煙和粉塵場合,吸風口集成在焊槍上,隨焊隨吸,如圖4所示?？烧{整合適真空度,既能達到良好的吸煙塵效果,又不會影響焊縫保護。4結論目前有兩套機器人焊接工作站系統(tǒng)已經(jīng)投入使用,只需要上下工件和按動按鈕就可以自動完成工件的焊接;工作可靠性高,焊縫成形質量穩(wěn)定,經(jīng)機器人焊接后的工件,只需要簡