一. 工件技术资料

1、 适应工件规格：

工件材质：304

工件最大重量：200Kg

2、典型结构件模型：

二、工艺说明

1、工艺简介

组对点定：用户完成。

装卸方式：人工吊装。

工件变位：本案设备中变位机进行单轴变位。

焊 接：本案设备执行机构（机械手）控制焊枪动作。

编 程：现场示教。

焊缝形式：角焊、单坡口。

焊接工艺：单丝气体保护焊。

保护气体：80%Ar+20%CO2。

2、工艺流程：

本案焊接工艺规划为人工组对和机械手自动化焊接。要求组对精度需在±0.5mm之内，零件的下料精度需在±0.2mm。

3、工作环境：

电 源：3相5线～50Hz±1Hz 380V

工作温度：使用:0～45℃

工作湿度：≤90%，不结露。

三、设备简介

1、设备简述

本案提供的设备用于以上所提到的工件的自动化焊接。

设备主要由弧焊机器人、焊接电源、焊接变位机、清枪剪丝站、控制系统等组成。本工作站采用1套单机器人焊接工作站，满足24小时三班连续作业工作能力。

操作人员只需将组对点固好的工件放到变位机上。具有高效、快捷、稳定可靠等特点。

工作站基础采用混凝土地基结构。

焊接工作站机器人动作协调采用6+2模式，即六轴机器人、两台一维变位机协调控制。

a、工作站参考布局图

工作站平面布置图（占地面积：4000X4000X2500mm）

b、设备配置清单

序号

名称

型号及配置

生产厂家

数量

备注

弧焊机器人

1

弧焊机器人本体及控制器

型号：KUKA Robot KR5-正装

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10m电缆；机器人标准中文操作系统

焊接设备

1

焊接电源

型号：芬兰KempArc Puls 350

1套

主要配置：焊接电源、专用送丝机、通讯电缆

周边设备

1

双立柱H型单轴变位机，承载500kg，跨距2200mm

两轴均采用库卡伺服电机，精密减速机，立柱，底座，U臂

2套

承载工件及焊接所需工装

2

机器人底座

1套

系统控制设备

1

控制系统

配置：操作盒、配线盒

1套

辅助装置

1

机器人空冷焊枪

ABIROB-350GC

1套

2

防碰撞传感器

KS-1

1套

3

清枪剪丝站

HLQ-1

1套

4

备品备件

1套

5

随机工具

1套

6

配套资料

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

各1本

安全防护装置

1

安全围栏

配置：简易围栏，具体尺寸另定

1套

四、主要非标设计件

a、单轴变位机

焊接变位机为双立柱H型单轴变位机（翻转单驱），可以实现工件的翻转运动。主要由变位机座、精密直线导轨、滑块、精密齿轮齿条、伺服驱动电机、精密减速机、翻转架、U臂和控制系统等组成。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；双立柱H型双轴变位机可有效最大承重0.5T，可承受工件在吊装时的轻微碰撞和冲击。

工件通过多次翻转，可实现各条焊道处于理想焊接位置，使机器人焊枪可达性最好，焊道处于平角焊或穿行韩，保证焊缝成形质量。本变位机主要由立柱、升降系统、滑座、中间架、翻转驱动系统、导电机构、控制系统、工装胎架组成。控制系统与机器人控制柜集成一体，通过机器人示教器操作。其结构形式如图所示：

立柱：

立柱是本变位机系统的基础支承部件，其上安装有翻转系统。因此立柱采用型材、钢板组焊结构。加工前退火处理。各安装配合面经过精加工，保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。立柱一端设定为固定，另一端设定为移动，这样可以加工件装夹的柔性度。

中间架：

中间架是承载工件的重要构件。中间架安装在滑座上的滑板上，与回转支承相联。其上安装回转支承和回转减速机。主体结构采用箱型梁结构焊件，加工前退火处理，各安装配合面经过精加工。保证结构刚度和强度，同时具有良好地精度。

翻转驱动系统：

由KUKA电机、传动轴、齿轮实现翻转，单驱动系统。翻转驱动系统安装于立柱滑座上。与中间架相联。翻转电机带有制动器，并采用旋转编码器计量翻转角度，翻转工件（胎架）时，可在任意位置定位并自锁。翻转联接板上设有旋转限位行程开关，确保翻转运行中不超过极限位置。

导电机构:

铜棒一端在弹簧作用下始终顶向工作盘，另一端带有螺纹，可有效连接电缆。

控制系统:

本控制系统针对焊接变位机进行控制。其中控制箱和主控制柜集成在琴键式控制柜中。电气控制采用先进的控制技术，具有较高的控制精度。

五、主要标准件

1、KUKA KR5弧焊机器人系统

机器人主要构成:机器人本体、控制柜、示教器、控制电缆等。

a、机器人系统KR5

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：

CPU：2.0GHZ内存：512MB RAM硬盘：30G标准CD-ROM和软驱串口：COM1、COM2 、COM3，9针或15针主板：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。330x260x35mm

2、弧焊软件包（Arc Tech）

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）。

3、接触传感（Touch Sensor）功能包

a、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。

b、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。

c、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。

d、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。

e、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

4、焊接系统

a、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，可确保满足客户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

KempArc Pulse 350焊接电源示意图

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。

小于 5kg适配各种导丝管全金属送丝轮

DT400 技术参数

工作电压：50V DC额定功率：100W负载容量(40 ˚C)：80% ED，600A100% 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、机器人空冷焊枪：

气冷机器人焊枪ABIROB-350GC

ABIROB-350GC焊枪系统为二氧化碳焊枪，普遍用于亚洲区域的弧焊工作。

可换枪颈焊枪系统具有额定值高及暂载率高等优点：智能接口

可实现快速维护和可重复定位功能，缩短停工时间。

该焊枪系统有多种针对所有常用机器接头的枪颈和夹持器供选择。

（ABICOR BINZEL ,MOTOMAN,PANASONIC,FANUC,OTC）

ABIROB-350GC 技术参数

冷却方式: 气冷式额定值: 350A CO 2300A混合气体M21，根据DIN EN ISO 14175暂载率:100%焊丝直径:0.8～1.2mm枪颈角度:30°/35°

8、清枪剪丝机构：

本案配备自动清枪喷油装置是由本公司自主研发、制造的高效自动化产品，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：

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。

9、防碰撞传感器

10、安全护栏

系统安全围栏为方管（圆管）加钢丝结构，高度1.8m，上部0.6米有遮光膜，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。

六、电气控制系统

1、控制系统总体结构：

控制系统网络主要有三层结构：上位机数据处理，主控系统，动作执行系统。

2、上位机信号处理系统：

负责产品型号的录入，与主控系统的通信，生产数据的实时采集，产品质量数据的记录等。

3、主控系统：

采用西门子S7-300或台达系列PLC，负责控制整个系统的运行。主要包含机器人焊接站6个单元、机器人起动命令传达，与上位机的数据传递等。

4、动作执行系统：

主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的定位夹紧、焊接等工作。

整个系统主要有两种通信方式，其中PLC和上位机以及PLC和HMI采用以太网通信，优点是可以传输大量通信数据；PLC和执行元件之间采用DEVICENET或FROFIBUS DP通信方式，优点是通信稳定，可扩展性强。

5、上位机部分

可以实时的监控整个系统的运行状态，查询历史数据，执行人工上线等操作。

6、主控系统

可监测各个工作站当前状态及各主要设备当前状态，并以图形方式显示。监测画面为工作站级。工作站作为一个整体的当前状态；工作站画面以图形方式显示各个执行单元当前运行状态。

具有各种异常状态的自诊断功能，且所有异常现象能自动提示。包括位置软、硬限位、门开关、过流、欠压、控制异常、急停和冷却水水压不足等故障的自诊断、显示和报警功能。迅速诊断故障位置和原因，指导维修人员；

故障分类：故障要求分为停机类故障和非停机类故障，做停机信号。故障显示：主控制柜装有报警和状态显示，采用三色柱状指示灯（红色代表停机类故障，黄色代表非停机类异常）,故障或异常发生时都要求有声光报警；在人机界面上显示故障信息。故障的退出：非停机类故障，故障信号消失后，故障立即退出；停机类故障，手动排除故障后，按相应的故障复位按钮，故障退出。

七、执行系统

执行系统主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的翻转、定位夹紧、焊接。

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