機器人自動焊接工作站設計

沈祥 賈秋琳

摘 要：依托公司的重磅板機器人焊接工作站項目，從整個工作站的方案布局、各個設備選型、電氣控制設計等方面介紹了整個機器人焊接工作站，并且分析了各個設備選型的依據，還介紹了部分設備主要技術參數。最后，通過重磅板產品進行了焊接工作站論證，此工作站的設計滿足生產要求。

關鍵詞：重磅板;機器人焊接;設備選型;工作站布局

0 引言

在“中國制造2025”戰略指引下，上海振華重工著力打造高端制造產品，積極推動智能制造轉型升級。工業機器人作為各大企業推動智能制造應用的主抓手，必然會給各個行業采用機器人帶來發展，極大地推動生產自動化向前發展。重磅板作為公司軌道吊組成構件，重磅板作為公司產品構件的連接件都是采用人工焊接，由于人為因素常出現焊接質量不穩定、生產效率低下等不利因素，并且對勞動人員的身體影響極大，這些都是限制公司產品快速發展;因此，重磅板機器人自動化焊接是公司發展的需要，也是進行自動化焊接制造重要手段。

本文是依據已經投入公司生產運行的重磅板機器人焊接工作站作為研究對象，簡要分析了整個機器人焊接工作站的設計與集成。

1 重磅板機器人焊接工作站的組成及布局

弧焊機器人焊接工作站的布局是根據產品的需求來設計的，機器人弧焊系統主要是由機器人、焊機、焊槍和電氣控制等設備組成。對于重磅板弧焊機器人自動焊接工作站，設備主要是由發那科機器人、林肯焊機、焊槍、激光系統、簡易的焊接工裝以及電氣控制柜等設備組成。

2 設備的選型

2.1 機器人選型

重磅板機器人焊接工作站選擇的機器人型號為FANUC M-10iA，控制柜型號為R30iB，機器人具體的參數如表1所示。機器人手臂可以覆蓋的范圍為1.4米。此機器人屬于中空結構手腕，電纜內置，第6軸手腕端部可承受的重量為20Kg。機器人通過采用高剛性手臂和先進的伺服技術，提高了機器人各個運動軸的加速度性能，縮短了動作時間，從而實現了高的生產率。此機器人的型號選擇基于覆蓋所需要焊接的工件直徑變化的范圍，確保機器人可達率為100%，機器人工作范圍最大為1.441米。

2.2焊機的選型

焊機選擇為林肯Power Wave？ R500，此焊機具有高性能焊接系統，可以通過系統數據提高生產力，保證焊接質量降低成本等優勢，在重工行業得到廣泛應用。此焊機系統與FANUC機器人進行通訊，采用ArcLink，保證設備之間信號的傳遞，這樣子可以確保機器人對焊機控制。

送絲機的型號為AutoDrive？ 4R100，送絲機也是為林肯焊機品牌，此送絲機安裝在機器人第3軸上，可以保證更穩定可靠的送絲，使用方便，驅動輪、送絲導向和壓緊力調節無需任何工具。

2.3 水箱和焊槍的選型

重磅板選擇的水箱型號為TBI becool 2.2，此水箱作用主要是給焊槍進行冷卻的。在工作站設計時，水箱位置傳感器通過電線接入到PLC控制柜中，當水箱中的水降到某一個位置時，整個工作站電氣控制柜會通知三色燈進行報警，告訴操作者給水箱加水，保證了焊槍能夠長久使用，不會被焊接的時候因沒有冷卻水將焊槍燒壞。

重磅板選擇的焊槍型號為RM82W，依據工件焊接范圍可達性選擇此長度，本工作站選用的槍頸標準長度為200mm。根據產品的特征，選擇合適的焊槍長度，且可以實現激光安裝。

2.4 清槍裝置和防撞器選型

重磅板機器人焊接工作站選擇的清槍站型號為BRG-2-ES+DAE，TBI清槍裝置包含焊槍清理、剪絲、噴硅油三個功能，通過信號控制整個設備的運動。重磅板機器人焊接工作站選擇的防撞器為TBI-KS-2，此碰撞器可以保證設備的穩定性，在發生碰撞的情況下，發生緊急停止，保護設備，可以實現設備的長周期壽命。

2.5 激光焊接系統

本方案選擇的激光系統為賽融Fuji-cam，此產品可以具有跟蹤和尋位功能。由于產品種類的多樣性，以及產品加工精確度存在誤差，此焊接系統可以保證產品在焊接的過程中，準確找到焊縫位置的起始位置，以及產品在焊接過程中，一直保證焊槍處在指定的位置，實現焊接質量的穩定性。

3 電氣控制設計

系統集成說明：全系統采用數字化處理，可通過通訊的方式和外界設備相連，程序間配置傳感器檢測動作信號，并且程序動作順序互鎖，保證安全及可靠性。在系統中設置有一系列檢測裝置和系統反饋裝置。有情況發生時，系統將發出警報并且操作面板上指示燈亮。同時自動停焊、停機。

設備設有緊急停止開關，在緊急的情況下能立即停止設備的任何工作。設備設有紅（設備報警或故障）、黃（設備暫停）、綠（設備正在運行）三種故障報警指示，并安裝在設備明顯位置。操作者能準確知道當前系統運行狀態。

4 設備連接

機器人焊接工作站電纜連接要求是電纜線連接要緊固，線纜走線要規范整齊，要通過線槽走線，保證線纜的安全。

控制柜內外各元器件標識清楚，所有接線端標有清晰線號，相互連通的導線其線號統一，且各標識應與隨機資料上的標注相同。采取可靠的防干擾措施，使設備在重型設備、焊接設備密集的廠房內能正常穩定的工作。控制柜外殼、各輔助電氣設備、設備本體等均有可靠的接地保護，且各接地點不串接。

1）焊機和電控柜各自通過3相5線制接入車間總電源線控制柜。

2）機器人總電源線與PLC控制柜進行連接，進行動力輸送。

3）PLC控制柜與外圍傳感器、水箱等通過電纜線進行連接。

4）焊機正極端子接入送絲機，焊機的負極采用螺栓連接到各個焊接工裝臺。

5）每個設備上必須要接地端子，保證設備的安全。

5 生產運用

通過對以上各個設備進行連接，和機器人焊接程序優化，開發出了一套可適用于生產運用的焊接工藝參數，并且進行了焊接生產論證，現場測試，焊縫成型美觀，焊腳大小合適，符合技術要求。

6 結語

重磅板機器人焊接工作站是我公司作為推廣弧焊機器人焊接工作站一個示范案例，對于推廣機器人自動化焊接具有很重要的指導意義。本文主要簡單介紹了一個工作站設備的主要組成部分，這樣保證我司的產品可以實現自動化焊接，提高公司整體產品生產效率。

參考文獻：

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[2]汪勵，陳小艷.工業機器人工作站系統集成[M].北京：機械工業出版社，2014.