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焊接机器人的革命

日本OTC机器人在汽车座椅骨架焊接中的应用方案

时间:2013-08-23 来源:强点焊接网 作者:强点焊接网 点击:

1、焊接机器人的组成及特点 焊接机器人 是在工业机器人的基础上发展起来的先进焊接设备,由机器人本体、机器人控制器及相应的焊接电源、送丝机构、冷却系统和预热装置等组成。其主要优点在于性能稳定、能够提高焊接质量和生产率且能够改善工人劳动条件等。焊

1、焊接机器人的组成及特点

    焊接机器人是在工业机器人的基础上发展起来的先进焊接设备,由机器人本体、机器人控制器及相应的焊接电源、送丝机构、冷却系统和预热装置等组成。其主要优点在于性能稳定、能够提高焊接质量和生产率且能够改善工人劳动条件等。焊接机器人的采用可以消除人为因素对产品质量的影响。保证产品的质量。

    汽车座椅骨架多由管件和冲压件组焊构成,图1 为某汽车双人座椅骨架总成。此类结构中材料厚度较薄。多为1.5~3mm,人工焊接容易出现气孔、夹渣、咬边、焊瘤、弧坑、裂纹、未熔合、焊穿等缺陷;另外,焊缝长度短,多为5~20mm,焊点多,动作多,容易出现漏焊,劳动强度大。该结构适合于自动化焊接,建立焊接机器人工作站,采用机器人焊接。

某汽车双人座椅骨架总成示意图

2、焊接机器人工作站的组成、系统配置及特点

2.1、焊接机器人工作站的组成

焊接机器人工作站的组成如图2所示。

 

 

焊接机器人工作站布局图 FD-V6机器人本体和FD-11机器人控制器
落地式头尾架变位机示意图

 

具体如下:

(1)、 OTC焊接机器人1台。包括FD-V6机器人本体1个(图3),FD-11机器人控制器1个(图4)。

(2) 、OTC焊接电源1套,包括DP-400焊机1台,送丝机构、冷却系统和预热装置等。

(3)、自制变位机1台,其中外部轴伺服电机和减速机来自日本OTC。图5为落地式头尾架变位机。

(4)、OTC伺服变压器(7.5 kVA,380/200 V)1个

(5)、自制WID夹具3套,其中变位机夹具1套,固定夹具2套。

(6)、自制WID操作台2个及WID安全围栏1套。

2.2、焊接机器人工作站的系统配置

(1)、供电系统:焊接机器人工作站总容量30 kVA。其中单台焊机负荷功率19 kVA,单台机器人控制器负荷功率10 kVA,周边柜负荷功率l kVA。

(2)、供气系统:压缩空气总流量大于300 l_/min,压力0.5 MPa,需滤出水、油。

(3)、机器人控制器与周边设备接口技术

①、机器人与焊机之间通信电缆1根;机器人本体上的送丝机构的控制电缆由焊机引出.连到机器人本体底后面相对应的航空插座上。

②、机器人控制器引出的机器人本体上6个轴伺服电机码盘信号电缆、动力电缆各1根,直接接入机器人本体底后面相对应的航空插座上;引出的外部轴伺服电机码盘信号电缆和动力电缆各1根。直接穿过转台内部,连接到相应的电机航空插座上。、

③、机器人控制器通过本身的I/0接口板上的输入输出接口与周边柜内的可编程序控制器进行通信。

④、周边控制柜内的PLC采集周边信号,以使系统能顺利完成预定的各项工作。

⑤、工作站的夹具、安全门开关、操作台等信号全部通过电缆连接到周边控制柜内,由PLC控制整个工作站的运行。

(4)、接地、屏蔽、抗干扰措施

   工作站的机器人控制器、焊机和工件工作台等分别单独安装接地装置。接地电阻小于100 Q。对外界静电强磁场的干扰能起到抑制作用,保证机器人焊接过程的可靠性。动力电缆与信号电缆尽量避免平行走线,若无法避免,需至少保持20 mm的距离;机器人控制器、焊机和工件工作台相互之间要保持1.5 m以上的距离;动力电缆不能盘绕;机器人码盘信号和焊接参量的模拟信号、通信信号等,均采用双绞屏蔽电缆;所有信号电缆都外套1个涂塑金属软管,可起到抗拉伸、防碰撞、防腐蚀,并具有附加一层屏蔽抗干扰的效果。

2.3、焊接机器人工作站的特点

  FD-V6机器人本体机构形态为垂直多关节形.具有6个自由度,重复定位精度为±O.08 mm,每个轴均采用AC伺服电机驱动,最大抓重为6 kg。机器人上配有焊枪及相应的送丝机构、水路、气路。通过编程器输入指令,执行焊接程序实现对座椅骨架的焊接。控制器程序容量为9999个程序。在示教状态下编程,主程序中可加入焊接程序、变位机头尾架转动程序及掐丝、清理喷嘴程序,实现多个座椅骨架的连续焊接。焊接时由于导电嘴电阻热很高,产生的热量较大,所以为避免焊枪过热,除在系统中采用封闭式的净化水循环冷却系统。另外,还在程序中加入掐丝程序。这样一方面防止腐蚀;另一方面也防止污物阻塞喷嘴影响送丝及送气。

3、焊接机器人工作站的工作原理

3.1、示教轨迹的确定

   焊接机器人是严格按照操作人员编制的示教程序来完成动作轨迹的。示教前首先对焊枪定位及基准点设置,然后通过编程器完成焊接过程的示教编程。周边设备的控制及工件的装夹和焊接过程的控制逻辑由配套的机器人控制器内在的(PLC)可编程控制器、周边柜(PLC)可编程控制器和用户焊接示教程序来共同完成,工件翻转机构(变位机)换位工作是由机器人控制器内在的交流伺服单元来驱动和控制的。机器人操作机和相应的外部轴上的配套件夹具在焊接示教程序中可实现同时、同步的插补协调工作。

3.2、焊接参数的设定及控制

由于座椅骨架材料厚度是变化的。除分区段设置焊接电流、电弧电压外,还应根据需要对不同位置的焊接速度分别设定,采用Ar+CO:混合气体保护焊,妒(Ar):Iio(co:)为4:1。直流反接(工件接阴极),焊丝直径1 mm,焊接电流140-160 A,电弧电压24~28 V,细颗粒过渡。焊丝伸出长约为焊丝直径的10倍,保护气体流量为15-20 I/min,焊速为5~8 mm/s(18-28 m/h)。可通过焊接辅助条件文件对引弧、焊接中断以及熄弧过程进行控制和管理。在焊接前,通过参考点的设定,使每一次焊接前将用户坐标系重新设定.焊接程序就能以参考点为中心进行平移。机械手前部的探测器通过探测工件位置,将其竖直及水平位置的偏差记录下来,在焊接系统中加以补正。由于其重复精度很高,完全可以消除工件位置带来的误差。同时由于其再现精度较高,一套焊接程序,只要所焊工件相同,就可以反复应用同一示教程序,不用重复示教,因此可以大大提高生产效率。另外。在工件摆放和焊接加热过程中不可避免地会出现水平、竖直及挠度方向的偏差,除采用探测器检查外,还可以在程序中进行设定,实现动态修改,及时将焊接时的偏差加以弥补。

3.3、常见缺陷防止措施

    在机器人焊接中,经常产生的缺陷主要有气孔、咬边、层间未熔合及焊偏等。机器人焊接产生气孔的主要原因是气体流量过大,或气路不通畅造成气流量过小以及气体含水等。这样,除在焊接前要仔细检查气体干燥器是否通电,调整气体流量外。焊接过程中也要定时清理喷嘴,防止飞溅阻塞气路引起气孔。示教位置的不当也可能导致气孔、焊偏和未熔合等焊接缺陷的产生,这就需要在实践中不断摸索,积累经验,使示教的点更趋近完美。

4、结论

(1)、机器人焊接的一致性和稳定性克服了人为因素带来的不足,使产品质量稳定可靠,焊缝成形美观。

(2)、通过示教轨迹的确定,制定出最佳的示教程序,满足了焊脚尺寸及焊缝填充的要求,通过再现误差的测量,可以满足同种规格座椅骨架的焊接.大大提高了生产效率。

(3)、通过分析各种缺陷产生的原因,在实践中加以避免和消除,以获得高质量的焊缝。

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