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厚板多层多道产品焊接--MOTOMAN机器人

厚板多层多道产品焊接--MOTOMAN机器人

摘要:厚板开坡口多层多道焊接工艺是机器人使用中经常遇到的问题,为提高生产效率,保证焊缝质量,需要采取特殊的工艺方法,才能满足生产要求。本文利用MOTOMAN机器人,配合电弧跟踪传感器,对厚板双丝焊机器人焊接
产品描述
参数

摘要:

厚板开坡口多层多道焊接工艺是机器人使用中经常遇到的问题,为提高生产效率,保证焊缝质量,需要采取特殊的工艺方法,才能满足生产要求。本文利用MOTOMAN机器人,配合电弧跟踪传感器,对厚板双丝焊机器人焊接工艺进行系统研究,达到设计指标,制造的成套设备达到客户使用要求。

一、主要设备构成:

序号

项目

内容

数量

1

机器人系统

MOTOMAN_HP20

 

机器人本体(6轴关节型)

1

机器人控制柜NX100

示教盒(中、英文显示,中文介面)

供电电缆及信号电缆,15米柔性电缆

1

COMARC电弧自动跟踪传感器

1

焊枪防碰撞传感器KS1

1

2

 进口双丝焊系统

500A焊接电源2

1

进口双丝水冷焊枪

信号电缆(含中继线、与机器人通讯等)

  机器人接口

1

双丝焊接主从焊机适配器及双电源协调控制模块

2

万能焊枪支架

1

四轮驱动送丝机构2

2

特制双丝焊枪电缆

2

3

变位机交流伺服系统

交流伺服电机+RV减速机,伺服放大器和伺服控制器,专用连接电缆

3

4

头尾座形式单轴翻转变位机

在±180°范围内任意定位,无级调速,从动座可调节

2

5

机器人行走机构

速度无级可调,具备始末端自动控制及检测

1

6

定位夹紧机构

快速可靠,适应多品种工件

2

7

工作站程控系统

三菱FX3uc系列专用数控多轴控制器,遥控操作盒、机器人操作盘、管线电缆等

1

 

1

 二、设备的规格与标准,使用要点

 

1.机器人系统:

工作站使用弧焊机器人MOTOMAN-HP20,在原有标准配置的基础上增加始端检出功能和焊缝跟踪功能。

始端检出就是借助加在焊丝与工件之间的直流高压脉冲,机器人自动按照检出程序规定的移动轨迹移动,对工件的实际位置进行测定,并计算出工件的实际位置与示教位置的偏差,然后在机器人的轨迹移动文件中将焊缝的轨迹按照偏差进行修正,机器人按照修正后的轨迹进行焊接,从而保证正确焊接轨迹的一种功能。

机器人电弧跟踪,利用摆焊时焊丝干伸长变化引起的焊接电流变化,探测实际焊接轨迹;电流周期采样曲线的积分差值,乘以修正系数,大小决定轨迹修正的大小,符号决定轨迹修正的方向。

值得注意的是:打底的第一道焊缝使用COMARCON指令时,一定要正确配置跟踪条件参数文件CAF#(*),由于双丝焊只能利用前丝电流进行跟踪采样,后丝的电弧对前丝电弧坡口侧壁熔深产生干扰,所以定标试验跟踪得到的增益系数,要根据实际焊接电流大小适当调整。焊接第二道以后的焊道时只须利用SHIFT ON指令进行水平和高度移动即可。

在进行电弧跟踪之前,对选定的稳定焊接规范,要进行多次堆道试验,计算出平均焊道宽度和高度,为以后使用SHIFT ON指令打下基础。

 

2.焊接设备系统:

2.1焊接电源使用进口500A双丝焊系统,配合进口水冷双丝焊枪。

2.2清理飞溅焊渣喷硅油由专用清枪设备完成。

2.3.焊接夹具:(参考三维立体夹具结构图1

1

利用工件的外形定位,手动螺旋,通过垫铁压紧。夹具承重平台的移动通过丝杠驱动,快速省力。驱动丝杠外露部分有盖板保护,防止飞溅。为确定不同尺寸工件的夹具承重平台定位位置,设置有移动对位标尺。

夹具的结构件采用钢板和型钢焊接件,经去应力退火处理。定位件等重要零件采用45#钢调质。该夹具设有工件安装平台丝杠驱动移动机构,减轻人工移动的劳动强度,提高精确度;夹具底板结构件钢板厚度40mm,提高夹具刚度,减少加载后的变形;增加定位块的定位孔个数,适应多品种工件的装夹;将顶块的基座设计成可移动形式,适应多品种工件的顶定要求。夹具采用首尾分体式,镜面对称结构。

由于工件吨位大,在安装工件时要特别注意:

1、一定要将夹具平台上的螺栓拧紧,否则工件翻转时,垫块掉落造成支点失效非常危险。

2、更换工件种类时要重新调整夹具平台位置,完毕后一定要将夹具平台得六颗M18螺栓锁紧,否则工件翻转时的侧向压力会加在调节丝杠上,造成弯曲。

 

2.4变位机:(参考三维立体变位机结构图2

      1

采用头尾座单轴变位机,由4.4KW交流伺服电机,经过精密减速机驱动。

变位机最大承载能力为2.5T的 CDB工件重量,回转角度±180°,任意点定位,定位精度为在R300mm半径上小于±0.25mm

变位机的尾箱安装在轨道上,可以手动前后移动,以适应不同工件长度,移动到位后手动锁紧。工件翻转之前,清理多余未点固杂物,轨道设有保护套,防止飞溅污染轨道或其它重物砸坏轨道。尾箱可以手动前后推拉移动,以适应不同工件长度。移动前松开定位夹块(前面2个,后面2个),到位后手动锁紧。

变位机的结构件采用钢板和型钢焊接件,经去应力退火处理,轴等重要零件采用45#调质处理。焊接电流导电系统采用焊接专用大电流低电压导电碳刷,每个尾箱主轴均匀分布三组,通过弹簧加力压紧。

2.5行走机构:(参考三维立体机器人X轴行走机构结构图3

       1

机器人行走机构采用单梁龙门架式行走机构,沿X轴方向左右自由行走,由程序控制任意定位。单梁后面设置维护平台和工作梯。

导轨采用优质直线导轨,驱动为交流伺服电机,通过精密减速机和齿轮齿条传动。通过弹性锁紧装置,使齿轮齿条之间始终保持固定的压紧力,一方面消除传动间隙,提高传动精度;另一方面保证传动安全,具有过载保护功能。

行走机构总长9000mm,两个端头设置二级保护:第一级是行程开关,机器人移动滑块碰到左或者右行程开关后,电机伺服电源立即掉电保护;第二级是物理限位挡铁,如果左右行程开关失效,机器人移动滑块碰到物理限位挡铁,电机伺服系统将产生过载现象,伺服电源同样立即掉电保护。有效行程8000mm,超过技术协议规定。

行走机构的最高行走速度为8m/min,任意点的重复定位精度±0.2mm

行走机构的结构件采用钢板和型钢焊接件,经去应力退火处理,齿轮齿条等重要零件采用45#钢高频调质处理。

 

2.6操作、控制系统:

工作站控制系统主要用于控制机器人、变位机、行走机构之间的协调有序运动。

正对机器人工作站,靠近左面的变位机定义为θ1轴,靠近右面的变位机定义为θ2轴,机器人移动的高架行走横梁定义为X轴。在每一个分控制屏当中设置了所有必要的功能按钮、移动或转动大小任意设定,移动或转动的速度任意设定。

主控部分采用三菱(FX3uc系列)PLC可编程控制器作为主控单元,具有高速度、高性能的优点。人机界面采用彩色触屏,设置主控制屏,含有X轴操作界面,θ1轴操作界面,θ2轴操作界面和特别提示四个分控制屏。

 

2.7变压器:

机器人系统用降压变压器使用工厂原有的,5KVA

 

三、结论

1、厚板双丝焊接工艺,对选定的稳定焊接规范,要进行多次堆道试验,计算出平均焊道宽度和高度,作为自动排列焊道的基础;

2、系统研究了双丝焊熔池,特别是后丝对前丝跟踪的影响,通过调节跟踪增益系数,减少干扰,提高跟踪精度;

3、制造出MOTOMAN机器人双丝焊接口控制器,在编程器上即可任意设定双丝焊主从焊机的焊接电流,焊接电压,焊接速度等重要参数;也可在焊机上定义JOB工作程序,包含相关焊接规范,有机器人灵活调用;

4、制造的大型重型变位机,机器人移动机构等外围设备和机器人,双丝焊系统组成厚板柔性焊接系统,配置灵活,使用方便可靠,使用众多工程领域。

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