凸焊机器人工作站（上摆焊接机器人工作站）

凸焊机器人工作站（上摆焊接机器人工作站）焊接工件厚度：≤4mm工件外形尺寸：长×宽×高mm=300×300×100mm加工对象：焊接：上摆的连接焊缝；材料：普通碳钢；

一、工件基础资料及工件技术资料：

1、被焊工件的基础资料

工件名称：上摆

工件种类：一种

加工对象：

焊接：上摆的连接焊缝；

材料：普通碳钢；

工件外形尺寸：长×宽×高mm=300×300×100mm

焊接工件厚度：≤4mm

焊接工件重量：≤10kg

被焊工件焊缝形式：对接、角接接头

焊逢完成率： ≥85%

被焊工件典型零件图纸：（如图所示，具体尺寸以双方签字确认的蓝图为准）

图2-1、上摆结构图

二、工艺流程：

工件装卸方式：由于工件较小，工件装卸采用人工搬运方式。

焊接工艺：焊接时采用单丝80%Ar 20%CO2气体保护焊。

第一工位人工装夹和定位工件时间：10秒

焊接节拍说明：

焊缝长度：800mm

焊接时间：

焊接速度：

MAG：6.7mm/秒

MAG焊接：800/7.5=107秒

机器人辅助时间：（机器人空行走速度：500mm/秒）

2工位切换时间：1.5秒（距离740mm）

机器人准备时间：1秒

变位机翻转时间：2秒

第二工位人工装夹工件和定位时间：10秒

焊接节拍说明：

焊缝长度：800mm

焊接时间：

焊接速度：

MAG：6.7mm/秒

MAG焊接：800/7.5=107秒

机器人辅助时间：（机器人空行走速度：500mm/秒）

2工位切换时间：1.5秒（距离740mm）

机器人准备时间：1秒

变位机翻转时间：2秒

机器人两边工位的行走时间：2.5秒（距离1200mm）

焊接节拍：

两个工位的总用时：223秒/2件，每小时产能：（3600÷223）×2=32件

三、工作环境：

电 源：3相～50Hz±1Hz 380V

工作温度：-10℃— 45℃

工作湿度：90%以下

四、机器人工作站简介：

1．工作站简述：

该机器人工作站用于上摆的半自动化组对和自动化焊接。本案设备采用双工位三班制，每班工作时间8小时，并且设备满足24小时三班连续作业工作能力。

本产线采用单机器人两个工位的焊接方式，从效率上考虑，为了提供生产效率和机器人的利用率，所以采用两工位的形式，一个工位焊接时，另外一个工位上下料，以达到提高效率的目的。本工作站主要包括弧焊机器人、焊接电源、焊接变位机、清枪剪丝机构、系统集成控制柜等组成。

2．机器人产线布局: (图中尺寸仅供参考)

3．机器人产线效果图：

4．机器人产线动作流程：

将第一工位工件（散件）定位装夹在焊接平台上→启动机器人→弧焊机器人到位→变位机旋转至工件船型位置→机器人起弧焊接（此时工人装夹另一工位的工件）→焊接完毕→机器人移动至另一工位→变位机旋转至工件船型位置→焊接机器人焊接第2工位的工件（此时工人卸下和装夹另一工位的工件），以此类推，进行下一循环。

五、产线配置清单：

序号

名称

型号及配置

生产厂家

数量

备注

一、弧焊机器人

1

弧焊机器人本体及控制器

型号：KUKA Robot KR5

德国KUKA

1套

含焊缝寻找、电弧跟踪等功能

主要配置：标准配置机器人本体，有效负载 5kg；KRC2控制柜、示教器、附电缆；机器人标准中文操作系统

二、焊接设备

1

焊接电源 冷却系统

型号：芬兰KempArc Puls 350

1套

主要配置：焊接电源、DT400送丝机、通讯电缆

三、周边设备

1

焊接变位机

2套

2

焊接工装

2套

四、系统控制设备

1

控制系统

配置：操作盒、配线盒

1套

五、辅助装置

1

机器人焊枪

KUKA

1套

2

防碰撞传感器

KUKA

1套

3

清枪站

HLQ-I

1套

4

焊枪管线吊挂平衡机构

1套

5

备品备件

1套

6

随机工具

1套

7

配套资料

设备整机说明书机器人（搬运和焊接）操作说明书（中文）操作手册 （中文）编程手册 （中文）维修手册 （中文）

各1本

六、安全防护装置

1

安全围栏、遮光屏

配置：简易围栏，具体尺寸另定

1套

六、机器人产线主要配置介绍:

KUKA KR5弧焊机器人

1、机器人系统

a、机器人系统KR 5

KR 5 arc性能参数

负载(指第6轴最前端P点负载）

5公斤

手臂/第1轴转盘负载

12/20 公斤

总负载

37公斤

运动轴数

6

法兰盘（第6轴上）

DIN ISO 9409-1-A50

安装位置

地面/墙壁/天花板

工作半径

1411mm

重复精度

/-0.04mm

控制器

KRC2

自重

127公斤

作业空间范围

8.4立方米

每个轴的运动参数

运动范围

运动速度

轴1

/-155°

154°/s

轴2

65°/-180°

154°/s

轴3

158°/ -15

228°/s

轴4

/-350°

343°/s

轴5

/-130°

384°/s

轴6

/-350°

721/°/s

b、机器人控制系统 KRC2

• 主板：标准工业控制计算机主板，含PCI、ISA插槽，方便扩展
• 以太网接口，可接入高速Internet，实现远程联网监控和远程诊断
• 系统智能自诊断，提示相关信息
• 支持多种标准工业控制总线，包括：INTERBUS、PROFIBUS、DEVICENET、CANBUS、CONTROLNET、ETHERNET、 REMOTE I/O等
• 数字输入输出：16
• 模拟输出：2
• 存储程序：﹥5000
• 单套同步控制轴的数量：Max. 12（含机器人本体和外部轴）
• 伺服总线类型：Interbus-S（本体）HEDA（外部轴）
• 插补循环时间：12 ms
• 伺服控制循环时间：1 ms
• 可直接外接显示器、鼠标和键盘，方便程序的读写
• 内置大容量电池和UPS电池缓冲存储装置，具备断电保护功能
• 自动存储相关操作和系统日志
• 多种应用软件功能包，编程容易、快捷

示教盒KCP具有示教、编程、存储、检测、安全保护、绝对位置检测记忆、软PLC功能。

• 四种工作模式，可根据实际需要任意选择。
• 通过Canbus 与PC通讯，实时性更强。

c、弧焊软件包（Arc Tech）

1、基本弧焊软件

• 弧焊功能包的应用，可以在示教器上显示并控制焊接参数，快速设定焊枪的常用动作。
• 模块化的焊接程序逻辑关系，引导您快捷编程，简单易懂；库卡焊接专家的丰富经验，同时得益于库卡控制器的软PLC功能，使得逻辑关系周密之致，再复杂的焊缝或再多的周边设备，编程人员都可以得心应手的处理。
• 库卡编程模板中的基本命令，例如动作命令——直线、圆弧、点对点差补、直线插补、圆弧插补、直线 摆动、圆弧 摆动差补等，和常用逻辑命令——wait、wait for等，均采用快捷方式调用，并以填空的方式出现，编程人员只要将相关参数填进即可，简单易学。

• 库卡工具坐标系的应用，可将导电嘴前端的焊丝尖点（将焊丝伸出长度调到正常焊接杆伸长长度），定义为坐标原点，这样就能方便地调节焊枪空间位置（x/y/z）以及所需要的焊接角度（A/B/C）。因此示教轨迹非常方便，库卡示教器上的6D摇杆，可使示教过程更快。

• 库卡控制器利用I/O或总线与焊接电源和清枪剪丝等装置进行信号及数据交换，可采用模拟量或数字量。对于全数字化焊机，能给出和接受多个焊接参数量，那么，在库卡控制器上就可以显示和控制常用焊接参数。

▲起弧时的焊接参数控制▲

▲收弧时的焊接参数控制▲

• 库卡的绝对位置记忆功能、程序逻辑功能，结合焊机等外围设备的信号反馈，能很好地处理焊接过程中遇见的问题。例如，由于电源或送丝机故障，系统中断了焊接过程；在排除了故障后，可选择“继续上次焊接”功能，那么机器人会自动回到上次停止的位置继续焊接。
• 弧焊软件包中可轻松调用焊机的专家系统数据和机器人运动数据，形成样板焊缝。可根据具体情况对专家数据库的具体参数进行修改。

• 弧焊功能包中有常用的焊枪摆动形式，操作人员可直接调用想用的形式，然后将相关参数填充；或者操作人员可自定义机器人的摆动方式（如上图所示）。

2、接触传感（Touch Sensor）功能包

• 工件的位置和外形偏差，使本来示教的机器人焊接轨迹要被“修正”。库卡的Touch Sensor功能包可以在焊接之前修正这类偏差，机器人在预定的距离内，以焊丝接触工件、形成电流回路，来检测寻找工件的正确焊缝位置，原理如上图所示。
• 库卡的绝对位置编码器，实时记忆焊枪在空间的位置（x/y/z）和角度（A/B/C）。当机器人按照设定的程序将带电的焊丝接触工件时，焊丝和工件之间形成回路，控制系统比较当前实际位置与示教时的位置参数。新的焊接轨迹，由当前数据结合示教轨迹，进行数据修正，修正焊接轨迹。
• 接触式传感器寻位功能的使用，可以判断工件上的部件或零件的实际位置与编程位置之间的偏差，相应的焊接轨迹即得以修正。
• 焊接起始点位置的寻找确定，可以通过一至三个点的接触传感完成；当要纠正工件整体位置的偏差时，需要多少个点的接触传感，取决于工件的外形或焊缝的位置。
• 此寻位功能可用于任何数目的单个点、焊接程序的某个段、或整个焊接程序的修正，如下图所示。测量精度≤±0.5mm

3、焊接变位机

焊接变位机为单轴变位机，可以实现工件的翻转运动。主要由变位机座、三相电机、编码器、气动插销、回转支承、翻转台、工装夹具和控制系统等组成。其中所有焊接结构件由钢板和型材组焊而成，所有焊缝按等强度焊缝要求进行焊接，焊后均进行退火处理，去除焊接内应力和有效防止加工的变形。工装夹具均采用快速压钳加自动气缸的形式，以达到快速定位和压紧的目的，上摆是靠两边大孔定位，快速顶紧机构将上摆顶紧并靠快速夹钳压紧。其结构如图所示：

▲焊接变位机结构示意图▲

4、焊接系统：

脉冲焊接电源Kemp Arc Pulse 350

原装进口Kemp Arc Pulse 350为机器人专用电源，可根据客户的特定需要提供定制不同的功能。完全适应机器人高效焊接生产，并且满足极高焊接精度和焊接可靠性要求。

Kemp Arc自动化焊机系列可根据特定焊接环境设置标准或定制软件程序包，例如Kemp Arc Pulse焊机系列可提供Work Pack全能软件包，包括碳钢焊接、铝合金焊接、不锈钢焊接的软件，或完全符合现场具体需要的Project Pack专家软件库。两种软件包都可以随时进行升级。

Wise焊接专家程序自动化产品提供额外的、与实际焊接相匹配的选择和解决方案，可确保满足您现在和将来的焊接要求。

Kemp Arc Pulse 350焊接系统由Kemp Arc Pulse350焊接电源， DT400 机器人送丝机，Device net 总线接口卡，送丝机中途线等组成，送丝机焊枪接口为欧式接口，可以快速安装德国TBI机器人焊枪或者Bin zel 机器人焊枪。

▲KempArc Pulse 350焊接电源示意图▲

▲DT400机器人送丝机▲

5、Kemp Arc Pulse 350 技术参数

• 电源电压：400V(-15~ 20 %)
• 保险丝（慢熔）：25 A
• 负载容量(40 ˚C)：负载持续率 80% 时，350A
• 外形尺寸 (mm)：590 x 730 x430
• 重量 (kg)：36

6、送丝机DT400

DT400送丝装置，安装于机器人臂上，或作为机械化焊接系统的集成送丝解决方案。结构紧凑，重量轻，配备了4x4的送丝机构。

DT400 技术参数

工作电压：50V DC

额定功率：100W

负载容量(40 ˚C)：80% ED，600A 100% ED，500A

工作原理：4轮送丝

送丝速度：0~25m/min

填充焊丝： ΦFe Ss 0.6~1.6mm

Φ药焊丝 0.8~1.6mm

ΦAl 1.0~1.6mm

焊枪接口：Euro

操作温度范围：-20~ 40℃

存放温度范围： -40~ 60℃

保护等级：IP23S

外形尺寸L×W×H 269×175×169mm

重量：4.5kg

7、HLQ-I清枪站

该清枪剪丝由机器人联动控制，按程序设定定时清理焊枪喷嘴内焊接飞溅，并向喷嘴内部喷射硅油，避免焊接时飞溅的牢固粘附。整体保证机器人系统长时间连续无监视运转。该自动清枪剪丝装置由清枪站、剪丝机构和喷硅油单元三部分组成。其结构如下图：

▲图8-2：自动清枪剪丝器示意图▲

清枪站

清枪站采用三点固定方式，将焊枪喷嘴固定于与铰刀同心位置，铰刀转动的同时上升，将喷嘴上粘附的焊渣飞溅清理干净。精确高效的清枪站用于机器人焊接。

剪丝机构

剪丝机构能够保证焊丝的剪切质量，并能提供最佳的焊接起弧效果和焊枪TCP测量的精确程度。

喷硅油单元

喷硅油装置采用了双喷嘴交叉喷射，使硅油能更好地到达焊枪喷嘴的内表面，确保焊渣与喷嘴不会发生死粘连，由此能有效的减少焊枪喷嘴的清理次数和延长其使用寿命。

8、KUKA 360A 焊枪

枪体外套管是由一整块特质高钢性不锈钢通过 CNC 设备整体加工而成，非常强壮，同时和内层枪管之间留有足够空间，配合防碰撞传感器工作，即使发生碰撞也不用重新校枪，机器人 TCP 点基本不变，这样就节约了大量的机器人停机维护时间。

冷却方式

气冷

暂载率

100％

额定值

360A CO2

290A 混合气体

焊丝直径

0.8～1.4mm

焊枪角度

0°/22°/35°/55°

9、安全护栏

系统安全围栏为方管（圆管）加钢丝结构（正面、两侧三面需加遮弧光板），高度不小于1.8m，正面需设置可开启门，便于工件吊装，并不影响操作人员和周围工作人员正常工作。若现场操作不便可考虑不装或少装护栏。

七、电气控制系统

在示较器上，可直观对焊接状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数（焊接程序） 焊接程序可进行储存并被随时调用；工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。在焊接中，可人为干预焊接，在焊接中途因故停止后，智能处理继续焊接方式。对开始工作的时间、待机时间及停机时间进行记录，同时可以记录下用户的操作记录，以及报警记录。异常诊断停止功能: 控制系统元器件、机器人、焊接电源等设备出现异常时，进行自动诊断，提供故障信息，保障系统安全；焊接异常、用户操作异常等情况下能诊断并采取停机保护措施。同时还具有:焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、干涉领域检查。

系统设有操作权限，权限分为一般操作者、高级操作者、维修人员等，不同的权限只能操作相应按钮或修改相应的数据，从而增加系统的安全性。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”模式下机器人自动完成焊接操作。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。

全系统采用数字化处理，可通过通讯的方式和外界设备相连，所有数据均能远程存储和查看。由于系统采用网络连接，因此本系统具有很大扩展性，为今后增加工位提高方便性。本系统具有自动保存和断电记忆功能，系统参数一旦修改，本系统将立即进行自动保存，即使突然断电，系统里的所有参数也不会被丢失。

控制柜内线路具耐油性，有线号套管，接地标志等，方便维修。控制柜设置有排风散热装置。控制柜与各工序设备、焊接电源和传输线之间采用标准的线槽盒进行连接，规范整洁。设备多处设有紧急停止开关，在紧急的情况下能立即停止设备的任何工作；设备设有红（设备报警或故障）、黄（设备暂停）、绿（设备正在运行）三种故障报警指示，并安装在设备明显位置；操作者能准确知道当前系统运行状况，设备设有安全接地系统。

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