挖掘機油箱焊接機器人工作站的應用

劉瑞濤 閻洪

摘要：挖掘機油箱焊接機器人系統是由FANUC R-0iB型焊接機器人本體、成套焊接電源、2軸L型變位機、電氣控制四部分組成。配套使用數字脈沖逆變焊機，采用脈沖過渡方式焊接，使焊接過程熱輸入量大幅度減小，減少了焊后工件變形，并降低了焊接飛濺，焊后清理更加簡單，焊縫質量好，成型美觀。

關鍵詞：挖掘機油箱;機器人工作站;數字脈沖逆變焊機;焊接低飛濺;脈沖過渡方式焊接

前言

挖掘機油箱焊接機器人工作站采用2軸L型變位機用于焊接箱體、工件組對點焊完成后，由電動工具或人工搬運至機器人焊接工位，通過工裝夾具對工件進行定位并夾緊，然后由機器人自動焊接。為保證焊接質量和焊接效率，機器人系統配置了完善的自保護功能、臨時停點自恢復、清槍剪絲功能、焊縫尋位功能、防碰撞功能、專家數據庫、示教編程和焊槍擺動功能，實現挖掘機油箱在填充和蓋面時保證焊道美觀，降低油箱焊接飛濺。提高了挖掘機油箱的焊接質量和生產效率，降低了焊接人員勞動。

一 機器人工作站布局及技術要求

1.1? 挖掘機油箱焊接機器人工作站布局

挖掘機油箱焊接機器人工作站是由FANUC R-0iB型焊接機器人本體、成套焊接電源、2軸L型變位機、電氣控制四部分組成（見圖1）。

1.2? 挖掘機油箱焊接機器人工作站技術要求

1）焊絲規格：Ф1.2mm ;

2）焊縫形式：角焊縫 ;

3）保護氣體：80% Ar + 20% CO2混合氣 ;

4）工作方式：機器人自動焊接，人工組對點焊，人工上下料 ;

5）組對間隙：普通角焊縫組對間隙≤2mm（超過2mm需手工打底補焊） 、焊接電流≤500A、焊前清理：焊縫及兩側兩倍焊縫高度范圍內可見金屬光澤、焊縫位置偏差≤5mm。

二、 R-0iB型機器人本體

FANUC Robot R-0iB是一款具有智能化功能的高性能操作機器人，適合各種弧焊應用，具有重量超輕、結構緊湊的特點。針對弧焊應用，R-0iB通過優化成功的設計了輕量和緊湊的機器人手臂，在保證原有可靠性的同時，實現了優異的性價比。R-0iB采用最先進的伺服技術，可以提高機器人的動作速度和精確度，在最大程度上減少操作員的干預，提高了弧焊系統的工作效率。機器人本體特點及優勢：

1）重量輕，結構緊湊，性價比高;

2）采用最先進的伺服技術，機器人動作速度快，控制精度與工作效率高;

3）機器人與焊接電源之間實現數字通訊，確保機器人和焊接電源高速協調控制，達到高品質焊接;

4）提供薄板碳鋼低飛濺、高品質脈沖等多種焊接方法，應用范圍廣，焊接能力強;

5）機器人內置防碰撞傳感器，當發生碰撞時，手臂會迅速彈起，確保機器人和周邊操作人員的安全;

6）R-0iB機器人具有開放的外部通訊和IO接口，可與國內外主流焊機匹配;

7）自帶焊頭修正、再起弧功能;

8）機器人最多可控制40個軸和8個運動組;

9）可實現全方位安裝。

三、 焊接電源

MIG-500RP逆變式脈沖焊機為機器人專用焊機，可實現碳鋼純CO2保護和富氬混合氣體保護的焊接。焊接電源實現數字化控制，可精確實現一脈一滴過渡，設有過流、過壓、熱保護、堵絲等保護功能。 MIG-500RP焊接電源配備齊全的通訊網絡和I/O接口，與機器人的通訊接口采用國際上通用的DeviceNet開放接口，通訊協議與Fronius焊機一致，與國際主流焊機器人品牌兼容。

3.1? MIG-500RP焊接電源技術參數及特點

1、MIG-500RP焊接電源主要技術參數如下：

2、MIG-500RP焊接電源特點及優勢

1） 全數字化系統，實現熔滴過渡的精細控制;

2） 一脈一滴控制技術，熱輸入少，工件變形小;

3） 特殊的控制方式，實現無飛濺焊接;

雙脈沖焊是脈沖焊的一種延伸工藝，其工藝是在高頻的基礎上，對高頻電流波形進行低頻調制，使單位脈沖的強度在強和弱之間低頻周期性切換，得到周期性變化的強弱脈沖群。通過采用雙脈沖焊接工藝，可以得到美觀的魚鱗狀焊縫表面，擴大可焊接頭間隙的范圍，有效抑制焊接氣孔缺陷的發生，細化晶粒、降低裂紋敏感性。

4） 軟開關逆變技術，整機可靠性高、節能省電。

3.2 弧焊功能包

通過加載弧焊功能包，示教器可以直接顯示并控制焊接參數，快速設定焊槍的常用動作。弧焊功能包具有如下特點：

1）模塊化的焊接程序邏輯關系，使得軟件編程簡單易懂。機器人具有控制器的軟PLC功能，能夠輕松完成多周邊設備及復雜焊縫的焊接。

2）機器人工具坐標系可將導電嘴前端的焊絲尖點定義為坐標原點，方便調節焊槍空間位置以及所需要的焊接角度。

3）當機器人檢測到起弧時發生了斷弧，會自動重新起弧。

4）機器人焊接專家數據庫;焊縫尋位功能;過程記錄器功能;程序位移功能;擺動功能;機器人的電弧跟蹤功能;焊接微調功能。

3.3? 機器人專用焊槍

機器人焊槍選用德國TBI公司的機器人專用焊槍，該公司焊槍具有超長的使用壽命，顯著的冷卻效果，優異的耐機械疲勞性能，使MIG焊槍和相關配套設備獲得了很高的性價比，在弧焊機器人領域得到了大范圍和快速的應用。

四、 機器人電氣控制

R-30iB A柜的控制是基于FAUNC公司采用工控機技術的智能運動控制系統。全數字伺服模塊給機器人的6個關節的交流伺服電機提供驅動電源，有能力擴展控制24個外部伺服電機軸同步協調控制，完成直線插補和圓弧插補。

4.1? 特點及優勢

采用與FANUC公司CNC共通的設計方法與主要部件， 位置、速度、電流流控制部完全數字化。具有高可靠性、高性能的特點。使用最新的現代控制理論、機器人的動作性能改善，無震動的高速運動，柔性的伺服控制，碰撞檢測功能。采用友好和簡易的編程界面，圖標式按鍵，使操作人員更加易學和舒適。分布式硬件結構和精簡指令集軟件能保證嚴格的時序和任務的執行。外部I/O點可隨意擴展。 開放式接口，可以與Ethernet、Devicenet等網絡進行連接。能與國內外主流焊接設備、清槍剪絲裝置等進行信號、數據交換。配備了以太網接口，能夠同時獨立的高速處理與主機網絡的連接、機器人之間的數據通信。帶有過濾網的自循環通風系統可以保證在0℃-45℃范圍內正常工作。控制器體積小且減少了電能消耗。優化焊槍的運動，降低了工作節拍時間，提高生產率。

4.2? 彩色示教器

機器人系統配有大屏幕彩色LCD顯示的編程器，操作與編程簡單明了，具有在線焊接參數修改和故障自診斷顯示功能。可轉換中/英文顯示方式，方便操作者。并且安裝有dead-man開關，進一步保證安全。

4.3 防碰撞傳感器

在發生碰撞的情況下，防撞傳感器能自動給機器人發出碰撞保護信號，有效保護機器人和焊槍。TBI的KS-1防碰撞傳感器具有吸收能力強，重復定位精度高的特點，發生碰撞后能盡快恢復生產而無需重新調校機器人。

4.4? 清槍站

為了保證焊接質量，提高機器人的利用率，焊槍內部的飛濺必須進行定期清理。機器人系統可以編制相應的程序定期將焊槍送往清槍站進行飛濺物清理。清槍站是專為機器人焊接系統設計的焊槍清理裝置，該裝置安裝方便、性能穩定可靠。清槍、剪絲、噴油三種功能集成在一個工作平臺，結構緊湊，維護方便。

五、 2軸L型變位機

5.1? 2軸L型變位機技術參數

2軸L型變位機用于調整工件姿態，使所有焊縫處于最佳焊接位置。焊接變位機的伺服電機作為機器人的外部軸可自由編程，伺服電機驅動精密減速機，通過齒輪無間隙傳動技術，齒輪在轉動過程中始終與回轉支撐嚙合，驅動變位機轉盤旋轉。

5.2 工裝夾具

根據工件自身的特點，設計了專用的工裝夾具，該夾具具有定位迅速，準確度高，操作簡單等特點。夾具體由真空吸盤、大孔定位工裝、小孔定位工裝、工裝板、墊塊等組成。定位工裝用于給工件定位，其中大孔定位工裝有四個自動卡爪，把工件放到工裝板上后，人工操作下氣缸推動卡爪彈出，將工件壓緊。真空吸盤用于固定工件，吸附于工件側板上，托舉工件，并能有效防止工件翻轉時下垂，由耐高溫材料制作。

六、 總結

挖掘機油箱焊接機器人工作站是由FANUC R-0iB型焊接機器人本體、成套焊接電源、2軸L型變位機、電氣控制四部分組成。FANUC Robot R-0iB是一款具有智能化功能的高性能操作機器人，適合各種弧焊應用，具有重量超輕、結構緊湊的特點。針對弧焊應用，R-0iB通過優化成功的設計了輕量和緊湊的機器人手臂，在保證原有可靠性的同時，實現了優異的性價比。R-0iB采用最先進的伺服技術，可以提高機器人的動作速度和精確度，在最大程度上減少操作員的干預，提高了弧焊系統的工作效率。2軸L型變位機用于調整工件姿態，使所有焊縫處于最佳焊接位置。焊接變位機的伺服電機作為機器人的外部軸可自由編程，伺服電機驅動精密減速機，通過齒輪無間隙傳動技術，齒輪在轉動過程中始終與回轉支撐嚙合，驅動變位機轉盤旋轉。配套使用數字脈沖逆變焊機，采用脈沖過渡方式焊接，使焊接過程熱輸入量大幅度減小，減少了焊后工件變形，并降低了焊接飛濺，焊后清理更加簡單，焊縫質量好，成型美觀。提高了挖掘機油箱的焊接質量和生產效率，降低了焊接人員勞動。