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  • 车桥机器人焊接工作站
  • 项目名称: 机器人焊接工作站
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项目名称: 机器人焊接工作站
 
 
一.系统方案概述
 
1.1车桥机器人焊接工作站方案设计依据及准则
 
(1)甲方所提供的被焊车桥工件照片、3D图纸及相关要求。
 
(2) 以产品的工艺分析和工艺流程的合理性为基础,力求高柔性、高性价比、高可靠性,并且日后可扩展升级 。
 
1.2被焊工件及焊接要求
 
焊接产品为13T、16T、φ127等光桥产品,焊接前为散件。

 
工件:13T II桥体

所需被机器人焊接的汽车焊接件的焊接要求:
 
(1)  机器人气体保护焊接(MAG/CO2)。
 
(2)  焊接牢固,无设备自身原因导致的夹渣、裂纹、咬边、漏焊等焊接缺陷。
 
(3)  焊缝均匀平整、无焊瘤等外观缺陷。
 
(4) 焊缝尺寸应符合图纸及技术要求 。
 
1.3工序及工艺路线的划分
 
工序:
 
人工摆放汽车零部件至气动夹具内→手动夹紧工件-→机器人点固工件→机器人焊接工件→ 焊接工件结束-→机器人复位→ 卸下工件 ,工件焊接程序结束。 

工艺:
 
操作人员按下操作盒上的启动按钮,焊接机器人按照预先设定好的程序运行,机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始焊接,在焊接过程中变位机可以适时转动工件,使得工件上的焊缝有利于机器人的焊接作业,焊接结束,机器人复位,人工装卸工件。
 
FANUC机器人弧焊软件包:
 
FANUC机器人带有焊缝寻位功能。该功能具备接触传感功能,具有自动寻找焊缝起始位置的功能,从而解决工件初始定位偏差问题。
 
FANUC机器人带有电弧跟踪功能。能够自动补偿由于工件的不一致性、焊接变形带来的偏差。电弧跟踪需要在摆焊和200A电流以上、角焊缝等特定要求下使用效果更佳。
 
机器人焊接工艺特点:通过触碰寻位对于其中特征位置的焊缝集中进行寻位;按照工艺需求,遵循焊接应力变化、表面要求及焊接可达性要求,依次进行焊接;大部分焊缝都尽***大可能调整为船型位置。焊接过程中,部分关键尺寸进行必要的二次寻位,以保证起弧位置准确。并利用变位机大幅反转的间隙,设置程序,进行清枪剪丝喷硅油的工作。
 
焊接工艺的分析
 
(1)工件参数条件
 
l 工件材料:碳钢(20Mn2、Q235、Q345等)
 
l 焊缝形式:点焊、角焊缝、对接焊缝。
 
l 材料厚度:4~15mm
 
l 工件重量:<300Kg
 
(2)焊接工艺条件
 
l 采用CO2或熔化极富氩气体保护焊80% Ar + 20% CO2.
 
l 工件不应被油、锈等污染。
 
l 适用焊丝:φ0.8-φ1.6(mm),同时具备φ1.2和φ1.6焊丝焊接零部件,同时具备配置盘装和桶装焊丝
 
l 保证工件的组对精度符合技术协议要求,
 
l 对接焊缝间隙小于1.0mm; 角接焊缝间隙小于2mm。
 
l 工件上不得有毛刺、浮锈、污垢等影响焊接的缺陷。
 
二.机器人焊接系统概述
 
2.1机器人自动焊接工作站的概述:
本机器人焊接系统可以24小时连续作业,跟人工作业相比,其效率、质量、稳定性等有很大提高。
 
根据甲方产品特点,特推荐选用弧焊机器人采用日本FANUC M-10iA/8L焊接机器人
 
2.2机器人焊接系统集成设备配置表
 
机器人焊接系统集成设备配置表
2.3设备演示图 
 
类似项目案例照片:

2.4 操作流程
 
操作流程图见图(2-4)。
 
 
三.机器人焊接工作站主要设备技术参数及特点说明
 
3.1焊接机器人
 
选用***3大一线***之一的FANUC 焊接机器人
 
l FANUC机器人做为***产量大、产品系列全的机器人制造商之一,拥有高精密伺服的控制技术和50多年的系统集成经验,在北美超过50%的焊接机器人为发那科系统。
 
l 它也是较早落户***,与***制造业分享其焊接经验的厂家之一。
 
其弧焊切割机器人的优点总结为:
 
(1)使用寿命:在美国北部制造业密集的五大湖区,有相当数量的焊接机器人使用已经超过了20年,这是******的。
 
(2)安全软控制:在每个机器人单元中,可以通过控制软为工作区域设置一个机器人运动的安全区域,这样可以避免机器人与设备、机器人与机器人之间产生碰撞。
 
(3)自适应的焊接软件包:在电弧和激光跟踪的配合下可以实现完全自适应焊接。
 
(4)高精度运动的外部轴:源自发那科机床级精密伺服的变位机,使用全进口部件,实现高精度机器人联动,结构合理,刚性卓越,并且有自动的润滑系统。无需人工维护,实现系统控制加润滑油。变位机还带有到位机械锁死结构安全性更高。
 
(5)激光焊缝辅助系统: 20 年的成功经验,成***机器人系统与激光跟踪系统的***结合。
 
(6)高速动作:市场上***快捷的机器人,高速启停,考验伺服控制的精度和使用寿命,这也是***通用汽车车间采用发那科的原因。唯有自己研发伺服控制的企业才能将机器人技术演绎到如此***。其他机器人***使用外部公司通用伺服电机+Windows系统,所无法比拟的。
 
(7)方便的鼠标连接:编程示教盒和可以插入鼠标,实现编程操作简易。
 
(8)可支持8个工作组,40 个轴联动。
 
(9)无级调节旋钮:0-***参数值无级调节与换挡调节双模式,适用于***系统用户,也便利初级操作者。
 
(10)***软件库:扩展功能:起始点寻位/ 电弧上下左右跟踪/ 多层多道/ 收弧填充/ 断电重启/ 焊接横向摆动和纵向摆动/焊缝坡口宽窄自适应等。美国***大的系统集成商30年来一直选用发那科机器人用作中厚板的弧焊,正是因为发那科的强大弧焊软件支持。
 
(11)***的硬件可扩展性:可以扩展外部空调/稳压器/不间断电源,适用于特殊工况。
 
(12)完善的服务网络:在***发那科有强大的售后服务团队,其销量超过某些同业50倍,这也是在服务及备品价格方面的优势。
 
(13)完备的培训体系:在华北、华东、华南建有***的焊接体验中心和实验室,可以随时为客户提供工件的实验焊接。也可以接待多家客户的培训。上海发那科超过300人的工程部会是所有问题的终结地。
 
(14)充分的备件供应:有完备的机器人的备品备件库,可以做到及时更换机器人备件。任何的备品无需海外支援。真正是您买得起,用得实惠的机器人。
 
 
FANUC 焊接机器人
 
选用发那科M-10iA/8L机器人
 
型号:        M-10iA/8L
 
轴数:        6轴。
 
***大负载:    8KG。
 
重复定位精度:±0.08mm。
 
配置起始点寻找、电弧跟踪及多层多道等弧焊软件。
 
发那科机器人特点介绍:
 
FANUC M-10iA/8L  机械部分
 
安装方式:地装、吊装、倾斜角。
 
关节方式:6 轴关节型   
 
***大负荷 : 8公斤
 
运输方式:利用叉车或吊车
 
软件 
 
基本字库: 中英文
 
弧焊专用软件
 
M-10iA/8L机器人控制软件
 
数字伺服功能
 
操作指令功能
 
位置寄存器功能
 
时间计数器功能
 
外部程序选择功能
 
高灵敏度防碰撞检测功能 
 
起始点寻找
 
手册 
 
软件操作和设置手册 (中文一册)
 
M-10iA/8L的机械维修手册 (英文一册)
 
A柜控制器维修手册 (中文一册)
 

机器人型号

M-10iA/8L

轴数

6 axes

***大负载

8kg

工作半径

2028mm

运动范围

J1

5.93rad (340deg)

J2

4.54rad (260deg)

J3

8.00rad (458deg)

J4

6.98rad (400deg)

J5

6.28rad (360deg)

J6

15.71rad (900deg)

***大运动速度

J1

    3.40rad/s (195deg/s)

J2

3.05rad/s (175deg/s)

J3

    3.14rad/s (180deg/s)

J4

      6.28rad/s (360deg/s)

J5

  6.28rad/s (360deg/s)

J6

   9.60rad/s (550deg/s)

允许的负载力矩

J4

44NM

J5

44NM

J6

22NM

允许的负载惯量

J4

1.04kgm2

J5

1.04kgm2

J6

0.28kgm2

重复精度

±0.08mm

防护等级

IP54

噪音

<85dB

焊接机器人附加功能介绍:
 
●Touch Sensing焊缝自动寻找功能:
 
该功能是简便***的机器人焊缝找寻功能。工作原理:机器人通过焊机的电压反馈,用焊丝端部碰触工件上的两个(或多个)基准点,来判断工件的偏差情况,并对起弧焊接的位置坐标进行补偿调整,实现焊缝起始点的自动寻找。
 
共包括焊接起始点传感和终点传感,多点传感,焊接长度传感,圆弧传感以及传感重试功能。并能在坡口内部进行传感功能,检测坡口幅宽变化自动调整焊枪摆动幅度及熔敷量。
 
●TAST电弧焊缝自动跟踪功能:
 
TAST (Through Arc Seam Tracking) 电弧焊缝自动跟踪功能,是FANUC机器人公司开发的简便***的机器人焊缝跟踪功能。采用该功能可以自动补偿由于零件翘曲或装配不***造成的焊缝位置偏离。可以在纵向和横向的机器人运动轨迹上,进行位置补偿。
 
工作原理主要是通过摆动焊接过程中,检测焊接电流的反馈信号,与设定值进行比较,调整焊接轨迹,使焊接位置始终保持在焊缝中心位置。可以用于多种焊缝接头形式和材料。具有简单可靠,经济实用(不需要增加其他设备,如激光头,红外线传感器等),焊枪可达性好(无附加设备,体积小),可与TouchSensing焊接自动寻缝功能等配合使用。***为重要的是它能记忆***道焊缝跟踪的信息,在多层焊时达到事半功倍的效果。
 
机器人系统具备主要功能描述:
 
(1)临时停点自恢复:焊接过程中发生气流量异常、焊丝用完和暂时停止时,排除故障后可直接调用“继续上次焊接”命令,机器人可从任意位置自动到暂停的位置继续进行焊接。
 
(2)接触传感和焊缝寻位功能:在工件焊接变形或组对不准确时,可通过焊丝与工件的碰触,实现高精度焊缝起始点寻位,并具有焊缝跟踪和多层多道焊接功能。
 
(3)具备收弧填充/ 断电重启/ 焊接摆动/焊缝坡口宽窄自适应/刮擦起弧等功能。
 
(4)粘丝自动解除功能:在焊接结束时(电弧OFF命令执行时),出现焊丝粘在工件上的情况下,自动熔断焊丝(再给上电弧)解除粘丝状态,继续运转,并可以设置接触次数。
 
(5)机器人支持内置焊枪的安装,前臂为中空结构,可以实现线缆内置,避免干涉。
 
(6)***数据库:通过在程序中设定必要的焊接条件,系统可自动完成排焊道和相应焊接参数调整。
 
(7)示教编程:配置大屏幕彩色背光液晶显示屏示教器,具有参数在线修改和故障自诊断显示功能,实现便捷现场编程。
 
(8)故障自诊断:焊机和机器人对各种突发情况进行判断,并尝试自动修复,不能自动修复的故障通过显示故障代码提供相关故障信息。
 
(9)具有程序编辑、变换、呼出功能以及示教/再生切换功能。设备安装时应提供安装作业指导书,保证实现未来再增加相同设备时所需要的程序复制、平移和镜像等功能,不需要重新编辑程序,简化示教。
 
(10)具有开放式接口,可通过数字接口与***外主流焊接设备、清枪剪丝机构等进行信号和数据的交换。
 
(11)机器人具备后续升级扩展能力,可扩展100个I/O接口以备后续升级。
 
3.2焊接电源
 
FANUC SmartPower  SFP-P400iA专为机器人和自动化焊接设计的机型,根据客户的特定需要提供定制不同的功能。
 
组成部分:FANUC SmartPower  SFP-P400iA焊接系统由焊接电源,送丝机等组成。
 
本套送丝机是独立小巧的填充焊丝的送丝机,可轻松伴随焊接机器人的机械臂一起移动。
 
    
 
FANUC SmartPower  SFP-P400iA为数字化焊机,和FANUC机器人的***数字化控制系统实现对接通讯,接线简单,通讯速度快,编程操作简化。
 
焊机特点:
 
快速通信能力显著地增加了机器人焊机的焊接效率。
 
性能可靠的送丝机构减少了故障次数。
 
轻便小巧的送丝装置可随机械臂轻松摆动。
 
记忆通道和焊接程序方便编写机器人操作程序。
 
 
 
3.3焊接变位机 
 
两边轴联动式,中间轴非联动
 
焊接变位机是焊接夹具的载体,通过变位机的转动带动工件变换位置,以便于机器人的焊接。
 
焊接变位机回转运动由伺服电机、帝人减速机、电气系统控制等部分组成,可实现多种工件的自动翻转。
 

变位机主要参数:

项目

参数

***大负载

500kg

翻转范围

360°

***大翻转速度

16°/sec

***大翻转半径

500mm  具体以设计为准

两法兰间距

2500mm 具体以设计为准

此变位机的***大负载为500Kg,可以焊接工件和工装夹具的总重量为500Kg以内的产品。
 

3.4机器人焊枪  
 
选用TBI水冷内置焊枪(带夹丝功能)
 
 
 
3.5防碰撞传感器
 
选用*********德国TBI 防碰撞器。焊枪依靠预载弹簧实现准确定位,在碰撞发生时,弹簧弯曲后启动开关,机器人立即停止运行并报警。由于碰撞脱离机构的屈从设计,碰撞发生后不需要对焊枪重新校验。
 
优点介绍:
 
l 精度高 /High precision;
 
l 重复性好/Good repeatability;
 
l 微电安全开关 /Micro electrical safety switch;
 
l 重量轻/Light weight;
 
l 体积小/Small volume
 
 
 
3.6清枪剪丝装置
 
清枪剪丝装置对于机器人上长时间进行焊接的焊枪来说,是非常必要的。进行剪丝清嘴时,一般编制一个专门的程序。当焊枪到达剪丝位置后,自动控制送丝及剪丝动作。当焊枪到达清嘴位时,开关检测焊枪是否到位,锁定焊枪后,由气缸推动旋转刀片对喷嘴内部粘附的飞溅进行清理, 并向喷嘴内部喷射硅油,避免焊接时飞溅的牢固粘附。保证机器人系统长时间连续无监视运转。
 
该装置放在机器人的一侧。机器人可以***舒适的姿态进行剪丝和清嘴。
 
清理的频率取决于不同的条件,如:工艺过程、气体类型、材料类型、和它的表面等;程序员在机器人控制器中的工作程序中确定清理程序的频率。
 
3.7工装夹具(手动夹具)
 
工装夹具具有快速切换工装功能,小工装快换时间在3分以内,大工装快换时间在5分钟以内完成快换。
 
工装快速换型细节:一级工装与二级工装配合,实现快速换型

工装夹具示意图:

该工装夹具为手动夹紧工装,人工摆放零部件以后,机器人点固,机器人焊接。
 
设计时考虑操作者的人机工程学、三坐标检测的可行性,焊接夹具应动作迅速、操作方便,并确保操作者的安全。
 
工装夹具上的结构件通用性好,备件可以通用。
 
工装夹具具有工装快换防错接口,可以与其他产品的工作站切换工装共用机器人工作站。
 
工件放在工装上有防错结构防止工件放反。
 
工装夹具仿真软件模拟焊接,防止后期工装有干涉。
 
工装夹具上的定位销和托块三方向或单方向可调
.8排烟除尘设施
 
本套系统采用低负压顶置罩式除尘方式,主要有除尘罩、皮帘、支撑机构、除尘软管、低负压除尘器等组成。
 
 
除尘器:
 
 3.9安全防护
 
 
 安全防护由弧光屏式围栏和安全光栅组成,达到人机分离的目的。
 
3.8集成控制系统
 
本套系统包含触摸屏系统。
 
保护气体流量检测功能:当保护气体无法及时提供时,机器人工作站自动识别并暂停动作,以避免因无保护气体而使焊缝产生气孔等缺陷。
 
水箱故障检测功能:当水箱液位不足或有异常时,机器人工作站暂停工作,以避免焊枪因无水冷却而损坏。
 
系统主控部分采用可编程控制器作为主控单元,人机界面显示工作状态,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”模式下设备通过操作台启动对应的工位,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。控制系统的其它电气元件如继电器、开关和按钮等器件,均采用中外合资生 产或******产品。
 
控制系统由机器人系统、外部轴系统与焊接系统组成,几者之间通过通信接口进行通信及相关动作的链接,共同完成对工件的焊接工作。
 
整个系统通过单元触摸屏操作台来启动,当焊接完成需要清理焊枪时,机器人可自动运动到清枪器位置自动清理焊枪,机器人通过总线与焊机连接,可控制焊机的启停,焊接参数的调用通过程序号来实现。设备全程由机器人来控制,焊接工艺和流程需要通过示教者来编译规划。
 
 

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