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焊接機器人工作站實訓系統(tǒng)

欄目分類：柔性制造與工業(yè)4.0 發(fā)布日期：2018-04-08 瀏覽次數(shù)：次

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ZRJQR-HJ焊接機器人工作站實訓系統(tǒng)

一、方案簡介

焊接由一臺工業(yè)機器人、焊接變位機工作臺和全數(shù)字焊機及配套焊槍、自動送絲機、清槍剪絲站組成，同時工作站可配套一間教學安全護欄或安全房，以及除塵設備，可以在實現(xiàn)教學時保證學生安全和良好的教學環(huán)境。該焊接，同時配置了一套軌跡學習模塊，用于各種軌跡的練習。通過本焊接機器人工作站，可實現(xiàn)對焊接機器人系統(tǒng)的構成和基本操作的教學，軌跡示教教學。

學習如何搭建焊接機器人系統(tǒng)和相關維護排錯技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程，配合變位機工作臺實現(xiàn)復雜空間焊接軌跡應用，可在實現(xiàn)基本教學的基礎上完成更加綜合的教學內容。
機械機構采用型材組焊裝配結構，具有良好的剛度/重量比，同時具備使用、維護、調試方便，設備整體布局合理、美觀。氣路、控制和機器人手臂等核心部分均采用國內外知名品牌產品，性能可靠。
系統(tǒng)參數(shù)：
工作電源：單相三線 220V（±10%），三相交流電 380V（±15%），50Hz 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃，相對濕度≤85%（25℃）
整機容量：<3.0KW 外圍尺寸：3m * 3m 可選配件：激光跟隨器
2、監(jiān)控錄像系統(tǒng)
在安全護欄或安全房的 4 個對角上，增加攝像裝置。可以遠程實施監(jiān)控到單元運行等實時狀態(tài)，視頻錄像機實時對單元運行視頻進行錄制存貯，形成在線教材或視頻教材內容；老師或管理人員可以遠程監(jiān)測到實時加工狀態(tài)，并且可以實時指導學生教學。

二、工作站介紹

1、工業(yè)機器人
選用8Kg 負載的多用途機器人。采用 EtherCAT 總線設計的多用途機器人，運行速度快，精度高。特別適用于焊接，上下料應用。

2、焊接機

選用山東奧太的NBC-350 的機器人專有焊接機。NBC-系列逆變式 CO2 氣體保護焊機是一種用于CO2 氣體保護焊的高性能通用半自動電焊機�？墒褂�Φ1.0～Φ1.6 直徑實芯及藥芯焊絲焊接低碳鋼.低合金鋼構件。該系列逆變焊機具有合理的靜外特性及良好的動態(tài)性能。該系列逆變焊機性能特點如下：
1.逆變技術可以保證焊接電壓在電網(wǎng)電壓波動及電弧長度變化的情況下高度平穩(wěn)，電弧自調節(jié)能力強，焊接過程穩(wěn)定。
2.焊接飛濺小，金屬熔敷率高。
3.焊縫成型好，焊接變形小。
4.采用強脈沖引弧，引弧成功率高。
5.收弧時具有消球功能。
6.自鎖功能在大規(guī)范長焊縫焊接是時可降低焊工勞動強度。
7.送絲電路采用高穩(wěn)定電源，送絲平穩(wěn)。

8.送絲裝置接口獨立，便于拆裝加長電纜。
9.體積小，重量輕，便于移動。
10.節(jié)能省電，使用費用低，對電網(wǎng)容量要求低。
該系列焊機的制造符合標準 GB15579.1-2004 《弧焊設備第一部分：焊接電源》。

3、弧焊工藝包
弧焊軟件工藝包，具有以下特性：
1.弧焊功能包的應用，可以在示教器上顯示并控制焊接參數(shù)并修改；
2.模塊化的焊接程序邏輯關系，引導您快捷編程，簡單易懂；
3.提供豐富的命令，例如動作命令——直線、圓弧、點對點差補、直線插補、圓弧插補、直線+擺動、圓弧+擺動差補等�？梢酝ㄟ^界面操作，編程人員只要將相關參數(shù)填進即可，簡單易學。
4.機器人控制器利用I/O 或總線與焊接電源和清槍剪絲等裝置進行信號及數(shù)據(jù)交換，可采用模擬量或數(shù)字量。
5.完善的異常處理。例如，由于電源或送絲機故障，系統(tǒng)中斷了焊接過程；在排除了故障后，可選擇“繼續(xù)上次焊接”功能，那么機器人會自動回到上次停止的位置繼續(xù)焊接。

6.弧焊軟件包中可輕松調用焊機的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)和機器人運動數(shù)據(jù)，形成樣板焊縫�？筛鶕�(jù)具體情況對專家數(shù)據(jù)庫的具體參數(shù)進行修改。
4、帶防撞功能的焊槍
槍體外套管是由一整塊特質高鋼性不銹鋼通過 CNC 設備整體加工而成，非常強壯，同時和內層槍管之間留有足夠空間，當配合高吸能防碰撞工作時，即使發(fā)生碰撞也不用重新校槍，機器人 TCP 點基本不變，這樣就節(jié)約了大量的機器人停機維護時間。
機器人焊槍創(chuàng)新地采用兩路保護氣設計，外層通道的保護氣成軸向氣流，而內層通道的保護氣成徑向氣流，在噴嘴內混合形成層流狀保護。

冷卻方式	雙路循環(huán)水冷
暫載率	100％ 500A（10 分鐘考核周期）
混合氣時電流	370－500A
焊絲直徑	0.8-1.6mm
氣體消耗量	6L/min 起
氣體導管	兩條，用于保護氣和壓縮空氣通路
重量	約為 0.70 公斤

防碰撞傳感器

焊槍依靠防碰撞預載彈簧實現(xiàn)準確定位，并帶有彈簧緩沖裝置及噴嘴電流檢測裝置，在碰撞發(fā)生時機器人立即停止運行；由于碰撞脫離機構的屈從設計，碰撞發(fā)生后不需要對焊槍重新校驗。
技術參數(shù)
結構	全機械
軸向釋放壓力 (Fz)：	550N
橫行釋放扭矩：	18.2Nm
觸發(fā)后復位方式：	自動
安全開關：	常閉型，最大 24V/1A
送絲按鈕開關：	常開型，最大 24V/1A
重復定位精度：	在距離法蘭 300 毫米處測量，偏差范圍在+/-0.01 毫米內

5、清槍剪絲機構
本案配備自動清槍噴油裝置是由本公司自主研發(fā)、制造的高效自動化產品，該清槍剪絲由機器人聯(lián)動控制，按程序設定定時清理焊槍噴嘴內焊接飛濺，并向噴嘴內部噴射硅油，避免焊接時飛濺的牢固粘附。整體保證機器人系統(tǒng)長時間連續(xù)無監(jiān)視運轉。該自動清槍剪絲裝置由清槍站、剪絲機構和噴硅油單元三部分組成。其結構如下圖：
機器人焊接工作站,焊接機器人工作臺,清槍

1.清槍站
清槍站采用三點固定方式，將焊槍噴嘴固定于與鉸刀同心位置，鉸刀轉動的同時上升，將噴嘴上粘附的焊渣飛濺清理干凈。精確高效的清槍站用于機器人焊接。
2.剪絲機構
剪絲機構能夠保證焊絲的剪切質量，并能提供最佳的焊接起弧效果和焊槍 TCP 測量的精確程度。
3.噴硅油單元
噴硅油裝置采用了雙噴嘴交叉噴射，使硅油能更好地到達焊槍噴嘴的內表面，確保焊渣與噴嘴不會發(fā)生死粘連，由此能有效的減少焊槍噴嘴的清理次數(shù)和延長其使用壽命。

6、變位機
選用 300Kg 級的 HB 系列高精度變位機。HB 型高精度雙軸變位機，主要實現(xiàn)工件焊接過程的翻轉和回轉兩軸變位動作，以便獲得最佳的焊接位置。
HB 型結構，由座式翻轉機構和回轉機構組成，其中座式翻轉機構為翻轉主驅動機構，可實現(xiàn)工件翻轉到任意位置的可靠自鎖。回轉機構采用交流伺服驅動，任意位置可停，也可連續(xù)轉動實現(xiàn)環(huán)縫的焊接。

雙軸變位機的翻轉和回轉遠動均采用交流伺服電機經(jīng)高精度低背隙減速器驅動（機器人外部
軸），從而帶動工件作翻轉、回轉動作，重復定位精度高。通過外部軸協(xié)調控制軟件與機器人協(xié)調控制，作為機器人系統(tǒng)的第 7 軸/8 軸使用。該變位機外部軸主要包交流伺服電機、伺服包、電機電纜及外部軸控制軟件等。

7、保護罩
采用深色有機玻璃，開始焊接前，通過 IO 控制氣缸，把保護罩升起，防止飛濺及光線。當完成焊接時，則降下保護罩，方便觀察工件。

8、軌跡學習模塊
提供 2 個軌跡學習模塊。平面軌跡模擬模塊與空間曲線軌跡模擬模塊，用于在焊接前，先練習軌跡操作功能。

平面軌跡模擬模塊，銀色鋁合金材質平面軌跡模擬板 1 個，平面軌跡需要包含鋸齒線、圓弧、直線、曲線，同時，也包含搬運工件放置區(qū)，軌跡板上需要包含坐標系以及示教軌跡點，軌跡板厚度不小于8mm。銀色鋁合金材質平面軌跡板支架 1 個；空間曲線軌跡模擬模塊，銀色鋁合金材質空間曲線軌跡模擬板 1 個，軌跡板為弧面，弧面上需要有圓形、正方形和鋸齒線，軌跡板上需要包含坐標系以及示教軌跡點。銀色鋁合金材質空間軌跡模擬板支架 1 個。

三、離線編程軟件

1、軟件概述
RobotBuilder 是一套功能強大的機器人離線編程仿真軟件。RobotBuilder 可從 CAD 模型獲取工件軌跡，優(yōu)化后自動生成機器人代碼。并可直接倒入目標機器人中運行，也支持目標機器人語言直接編程。從模型到執(zhí)行代碼一站式解決。通過集成的 3D 仿真功能，建立一個與實際環(huán)境相同的虛擬開發(fā)環(huán)境，并集成了豐富的工藝應用工具包。RobotBuilder 是一套解決機器人系統(tǒng)設計、仿真、離線編程的工具，能夠適應各種機器人。
產品特點
1.具有離線編程功能，能夠直接生成各種品牌機器人的代碼。
2.支持多種格式的三維 CAD 機器人模型倒入。
3.軌跡生成可基于CAD 數(shù)據(jù)，簡化軌跡生成過程，提高精度，可利用實體模型、曲面或曲線直接生成運動軌跡。
4.包含豐富的工藝應用工具包，如打磨、噴涂、焊接等。
5.包含豐富的軌跡調整優(yōu)化工具包，如碰撞檢查、工業(yè)機器人可達性、姿態(tài)奇異點、軸超限、節(jié)拍估算、軌跡自動調整優(yōu)化等功能。

6.提供工業(yè)機器人虛擬示教器、虛擬示教、自動生成仿真運動視頻。
7.支持外接真實示教器，通過實際示教器，可控制虛擬機器人，增強體驗感。
8.具有機器人外部軸運動，能夠實現(xiàn) 7、8 軸的離線編程功能。
9.支持機器人的虛實同步，虛擬機器人與實際機器人同步運行。
10.支持多臺機器人同時仿真，支持復雜應用。

2、示教器編程
RobotBuilder 支持外接真實示教器。通過真實示教器，可控制虛擬 3D 機器人，增強體驗感。并且可以通過示教器，編程真實的機器人程序，控制虛擬的機器人本體運動。使每個學員在初期，可以大膽的練習機器人操作，而不用擔心損害機器人。同時又與實際機器人相同的操作體驗。

3、軌跡學習考核
在離線編程軟件里，增加了軌跡學習考核功能。利用外接真實示教器，學員可以對平面軌跡仿真模塊，空間曲線軌跡仿真模塊，進行的軌跡操作。而軟件自帶的考核功能，可以評估學員的軌跡學習情況。只有達到優(yōu)秀的學員，才允許操作實際的工具機器人。

4、離線編程焊接
把實際需要焊接的工件，導入到 RobotBuilder 軟件里。通過離線編程功能，可提取工件的焊接軌跡吧，并在軟件里仿真。通過仿真修改存在的問題，對于確認后工件運動軌跡，可生成不同品牌的機器人代碼。把這些代碼 copy 到實際機器人，就能完成真實的焊接。

四、實驗建議

1. 機器人焊接基本技術理論及基本操作技能；
2. 機器人焊接運動軌跡的優(yōu)化；
3. 機器人焊接的編程操作及焊接技術參數(shù)設置；
4. 不同厚度鋼材料的焊接實驗；
5. 焊接機器人及焊接系統(tǒng)的維護與故障維修實驗；
6. 焊接機器人的日常檢驗及保養(yǎng)。
7. 機器人與工件模型導入到離線編程軟件；
8. 離線編程軟件的機器人應用場景建立；
9. 離線編程軟件的工件軌跡生成；
10. 離線編程軟件的后置代碼生成；
11. 離線編程軟件的真實示教器編程操作；

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