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焊接機(jī)器人工作站實(shí)訓(xùn)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(jī)器人工作站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、方案簡介

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

學(xué)習(xí)如何搭建焊接機(jī)器人系統(tǒng)和相關(guān)維護(hù)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(jī)工作臺實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間焊接軌跡應(yīng)用，可在實(shí)現(xiàn)基本教學(xué)的基礎(chǔ)上完成更加綜合的教學(xué)內(nèi)容。
機(jī)械機(jī)構(gòu)采用型材組焊裝配結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度/重量比，同時具備使用、維護(hù)、調(diào)試方便，設(shè)備整體布局合理、美觀。氣路、控制和機(jī)器人手臂等核心部分均采用國內(nèi)外知名品牌產(chǎn)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(jī)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(hù)欄或安全房的 4 個對角上，增加攝像裝置。可以遠(yuǎn)程實(shí)施監(jiān)控到單元運(yùn)行等實(shí)時狀態(tài)，視頻錄像機(jī)實(shí)時對單元運(yùn)行視頻進(jìn)行錄制存貯，形成在線教材或視頻教材內(nèi)容；老師或管理人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)測到實(shí)時加工狀態(tài)，并且可以實(shí)時指導(dǎo)學(xué)生教學(xué)。

二、工作站介紹

1、工業(yè)機(jī)器人
選用8Kg 負(fù)載的多用途機(jī)器人。采用 EtherCAT 總線設(shè)計的多用途機(jī)器人，運(yùn)行速度快，精度高。特別適用于焊接，上下料應(yīng)用。

2、焊接機(jī)

焊接機(jī)器人工作站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺

選用山東奧太的NBC-350 的機(jī)器人專有焊接機(jī)。NBC-系列逆變式 CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)是一種用于CO2 氣體保護(hù)焊的高性能通用半自動電焊機(jī)。可使用Φ1.0～Φ1.6 直徑實(shí)芯及藥芯焊絲焊接低碳鋼.低合金鋼構(gòu)件。該系列逆變焊機(jī)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(jī)性能特點(diǎn)如下：
1.逆變技術(shù)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(diào)節(jié)能力強(qiáng)，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(qiáng)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(qiáng)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(dú)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(fèi)用低，對電網(wǎng)容量要求低。
該系列焊機(jī)的制造符合標(biāo)準(zhǔn) GB15579.1-2004 《弧焊設(shè)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(yīng)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(guān)系，引導(dǎo)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(diǎn)對點(diǎn)差補(bǔ)、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、直線+擺動、圓弧+擺動差補(bǔ)等。可以通過界面操作，編程人員只要將相關(guān)參數(shù)填進(jìn)即可，簡單易學(xué)。
4.機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(diào)用焊機(jī)的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)和機(jī)器人運(yùn)動數(shù)據(jù)，形成樣板焊縫。可根據(jù)具體情況對專家數(shù)據(jù)庫的具體參數(shù)進(jìn)行修改。
4、帶防撞功能的焊槍
槍體外套管是由一整塊特質(zhì)高鋼性不銹鋼通過 CNC 設(shè)備整體加工而成，非常強(qiáng)壯，同時和內(nèi)層槍管之間留有足夠空間，當(dāng)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(jī)器人 TCP 點(diǎn)基本不變，這樣就節(jié)約了大量的機(jī)器人停機(jī)維護(hù)時間。
機(jī)器人焊槍創(chuàng)新地采用兩路保護(hù)氣設(shè)計，外層通道的保護(hù)氣成軸向氣流，而內(nèi)層通道的保護(hù)氣成徑向氣流，在噴嘴內(nèi)混合形成層流狀保護(hù)。

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(dǎo)管	兩條，用于保護(hù)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(yù)載彈簧實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(jī)器人立即停止運(yùn)行；由于碰撞脫離機(jī)構(gòu)的屈從設(shè)計，碰撞發(fā)生后不需要對焊槍重新校驗(yàn)。
技術(shù)參數(shù)
結(jié)構(gòu)	全機(jī)械
軸向釋放壓力 (Fz)：	550N
橫行釋放扭矩：	18.2Nm
觸發(fā)后復(fù)位方式：	自動
安全開關(guān)：	常閉型，最大 24V/1A
送絲按鈕開關(guān)：	常開型，最大 24V/1A
重復(fù)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(nèi)

5、清槍剪絲機(jī)構(gòu)
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(chǎn)品，該清槍剪絲由機(jī)器人聯(lián)動控制，按程序設(shè)定定時清理焊槍噴嘴內(nèi)焊接飛濺，并向噴嘴內(nèi)部噴射硅油，避免焊接時飛濺的牢固粘附。整體保證機(jī)器人系統(tǒng)長時間連續(xù)無監(jiān)視運(yùn)轉(zhuǎn)。該自動清槍剪絲裝置由清槍站、剪絲機(jī)構(gòu)和噴硅油單元三部分組成。其結(jié)構(gòu)如下圖：
機(jī)器人焊接工作站,焊接機(jī)器人工作臺,清槍

1.清槍站
清槍站采用三點(diǎn)固定方式，將焊槍噴嘴固定于與鉸刀同心位置，鉸刀轉(zhuǎn)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(jī)器人焊接。
2.剪絲機(jī)構(gòu)
剪絲機(jī)構(gòu)能夠保證焊絲的剪切質(zhì)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(dá)焊槍噴嘴的內(nèi)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(jī)
選用 300Kg 級的 HB 系列高精度變位機(jī)。HB 型高精度雙軸變位機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)工件焊接過程的翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)兩軸變位動作，以便獲得最佳的焊接位置。
HB 型結(jié)構(gòu)，由座式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，其中座式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為翻轉(zhuǎn)主驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)到任意位置的可靠自鎖。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用交流伺服驅(qū)動，任意位置可停，也可連續(xù)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)環(huán)縫的焊接。

雙軸變位機(jī)的翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)遠(yuǎn)動均采用交流伺服電機(jī)經(jīng)高精度低背隙減速器驅(qū)動（機(jī)器人外部
軸），從而帶動工件作翻轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)動作，重復(fù)定位精度高。通過外部軸協(xié)調(diào)控制軟件與機(jī)器人協(xié)調(diào)控制，作為機(jī)器人系統(tǒng)的第 7 軸/8 軸使用。該變位機(jī)外部軸主要包交流伺服電機(jī)、伺服包、電機(jī)電纜及外部軸控制軟件等。

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

8、軌跡學(xué)習(xí)模塊
提供 2 個軌跡學(xué)習(xí)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(xí)軌跡操作功能。

平面軌跡模擬模塊，銀色鋁合金材質(zhì)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(yùn)工件放置區(qū)，軌跡板上需要包含坐標(biāo)系以及示教軌跡點(diǎn)，軌跡板厚度不小于8mm。銀色鋁合金材質(zhì)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(zhì)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(biāo)系以及示教軌跡點(diǎn)。銀色鋁合金材質(zhì)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(qiáng)大的機(jī)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(jī)器人代碼。并可直接倒入目標(biāo)機(jī)器人中運(yùn)行，也支持目標(biāo)機(jī)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(shí)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(yīng)用工具包。RobotBuilder 是一套解決機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計、仿真、離線編程的工具，能夠適應(yīng)各種機(jī)器人。
產(chǎn)品特點(diǎn)
1.具有離線編程功能，能夠直接生成各種品牌機(jī)器人的代碼。
2.支持多種格式的三維 CAD 機(jī)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(shí)體模型、曲面或曲線直接生成運(yùn)動軌跡。
4.包含豐富的工藝應(yīng)用工具包，如打磨、噴涂、焊接等。
5.包含豐富的軌跡調(diào)整優(yōu)化工具包，如碰撞檢查、工業(yè)機(jī)器人可達(dá)性、姿態(tài)奇異點(diǎn)、軸超限、節(jié)拍估算、軌跡自動調(diào)整優(yōu)化等功能。

6.提供工業(yè)機(jī)器人虛擬示教器、虛擬示教、自動生成仿真運(yùn)動視頻。
7.支持外接真實(shí)示教器，通過實(shí)際示教器，可控制虛擬機(jī)器人，增強(qiáng)體驗(yàn)感。
8.具有機(jī)器人外部軸運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn) 7、8 軸的離線編程功能。
9.支持機(jī)器人的虛實(shí)同步，虛擬機(jī)器人與實(shí)際機(jī)器人同步運(yùn)行。
10.支持多臺機(jī)器人同時仿真，支持復(fù)雜應(yīng)用。

2、示教器編程
RobotBuilder 支持外接真實(shí)示教器。通過真實(shí)示教器，可控制虛擬 3D 機(jī)器人，增強(qiáng)體驗(yàn)感。并且可以通過示教器，編程真實(shí)的機(jī)器人程序，控制虛擬的機(jī)器人本體運(yùn)動。使每個學(xué)員在初期，可以大膽的練習(xí)機(jī)器人操作，而不用擔(dān)心損害機(jī)器人。同時又與實(shí)際機(jī)器人相同的操作體驗(yàn)。

3、軌跡學(xué)習(xí)考核
在離線編程軟件里，增加了軌跡學(xué)習(xí)考核功能。利用外接真實(shí)示教器，學(xué)員可以對平面軌跡仿真模塊，空間曲線軌跡仿真模塊，進(jìn)行的軌跡操作。而軟件自帶的考核功能，可以評估學(xué)員的軌跡學(xué)習(xí)情況。只有達(dá)到優(yōu)秀的學(xué)員，才允許操作實(shí)際的工具機(jī)器人。

4、離線編程焊接
把實(shí)際需要焊接的工件，導(dǎo)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(rèn)后工件運(yùn)動軌跡，可生成不同品牌的機(jī)器人代碼。把這些代碼 copy 到實(shí)際機(jī)器人，就能完成真實(shí)的焊接。

四、實(shí)驗(yàn)建議

1. 機(jī)器人焊接基本技術(shù)理論及基本操作技能；
2. 機(jī)器人焊接運(yùn)動軌跡的優(yōu)化；
3. 機(jī)器人焊接的編程操作及焊接技術(shù)參數(shù)設(shè)置；
4. 不同厚度鋼材料的焊接實(shí)驗(yàn)；
5. 焊接機(jī)器人及焊接系統(tǒng)的維護(hù)與故障維修實(shí)驗(yàn)；
6. 焊接機(jī)器人的日常檢驗(yàn)及保養(yǎng)。
7. 機(jī)器人與工件模型導(dǎo)入到離線編程軟件；
8. 離線編程軟件的機(jī)器人應(yīng)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(shí)示教器編程操作；

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