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：

 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）

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）

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）

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。