焊接机器人机器手，电焊机器人工作站

　方案设计依据和引用标准

　　2.1.1设计依据：钣焊车间的实际情况。

　　2.1.1.1安装环境

　　Ø 安装地点：钣焊车间

　　Ø 安装位置：封闭建筑物内

　　Ø 环境温度：-5ºC-50ºC

　　Ø 危险区域：无

　　Ø 地面照度：大于100 lux

　　2.1.1.2电力设施

　　Ø 动力电源：AC 230V/400V，50Hz，三相五线制

　　Ø 电压波动：±5%

　　Ø 频率波动：±0.2Hz

　　Ø 保护接地电阻：

　　Ø 仪表接地电阻：

　　2.1.1.3仪表气

　　Ø 供给压力：0.5MPa~0.7Mpa

　　Ø 供给温度：环境温度0℃-45℃

　　Ø 过滤精度：颗粒度小于5um

　　Ø 露 点：-40ºC

　　2.1.1.4工艺流程

　　1）切割系统预先完成对应的管道相关线切割；

　　2）龙门式机器人完成对应的管法兰焊接工作，以及所有覆盖产品的焊接工作；

　　3）安装定位小管径贯通圆管，由龙门式机械臂完成焊接；

　　4）安装定位管法兰，再由龙门式机械臂完成后续焊接。

　　2.1.1.5 材料

　　1）焊接材料：Q235 普通碳钢、SUS304 不锈钢等；

　　2）材 料厚度：4-16mm。

　　2.1.1.6

　　焊割方式

　　1）等离子相关线切割；

　　2）管法兰带坡口焊接；

　　3）管管相关线焊接；

　　4）大板拼接、钢结构断焊及焊接。

　　2.1.1.7 生产用气体

　　1）切割：高压空气 0.6-0.8MPa 2）焊接：80%Ar+20%CO2(熔化极气体保护焊)、80%CO2+20%Ar (MIG)

　　2.1.1.8 工艺要求

　　1）切割：切割质 满足国家标准。

　　2）焊接：清理焊缝两侧油污、铁锈等杂质，满足图纸尺寸公差要求，焊缝间隙≤1.0-2.0mm

　　2.1.1.9 地基：室内混凝土地面厚度大于 300mm（内设型钢，满足工艺要求）；

　　2.1.1.10 电气

　　1)机器人供电：20A，三相 380V±10%，50Hz±1Hz 三相四线(地线)；

　　2)焊接设备供电：50A，三相 380V±10%，50Hz±1Hz 三相四线(地线)；

　　3)控制系统及照明供电：10A，单相 220V±10%，50Hz±1Hz 单相三线(地线)；4)接地位置必须尽 接近设备，接地安装要牢固，并采取相应的安全保护措施；5)供电源和控制系统屏蔽提出明确要求。工作方式：一班连续作业

　　2.1.1.11.买方提供的工程条件

　　气源消耗 ：15Nm3/h

　　电源消耗：30kW

　　Ø 区域等级：无危险

　　Ø 匹配方式：买方根据卖方提供的基础条件图，将气源、电源引至对应的各个出口，将所要求的预埋件、预埋管路埋好，电源由买方负责接入控制柜。

　　设备材质：碳钢喷砂喷塑防腐。

　　Ø 电气防护等级：电机为IP54，绝缘等级：F级

　　现场仪表及传感器为IP65

　　Ø 设备表面防护：静电塑料喷涂，涂层厚度80~90um

　　Ø 采用电机松下品牌和气缸SMC品牌

　　Ø 设备颜色：防护罩、安全护栏等为国际安全色

　　机器人本体为GSB05-1426-2001-BG02 黄色或白色

　　2.1.2设计引用技术标准：

　　本项目的设计、选型、制造、施工、验收等执行的标准和规范包括但不限于以下标准与规范，若以下标准和规范与最新的国家、行业的标准不一致或相冲突，则应按最新的标准执行。

　　

　　国家标准

　　2.2 提供的产品技术参数、基本配置和供货清单:

　　根据用户需求，我们提出以下设计方案：

　　

　　龙门式切割焊接工作站

　　一、 相贯线数控切割机

　　1、本机由以下几个部份组成：由x/y/z三轴联动机构、海保Powermax125 等离子电源、主从动变位机、四爪自定心卡盘、四台剪式自定心管件支撑机构、相贯线切割编程系统软件编程一套等组成。

　　

　　2、产品特点：该机为圆管、矩形管、方管、H型钢相贯线切割机，相贯线端头和孔一次成型。该机基于（32/64）位windows平台，采用DXF或DWG格式文件，无需拆图和计算即可实现工件“三维节点展开”相贯线切割编程。同时，还提供参数化编程、优化套料、连续切割、自动分拆、三维仿真、嵌板槽孔等丰富的工艺和管理功能。

　　数控管道相贯线切割机：本机采用四爪自定心卡盘作为主卡盘，卡盘定位精度： ≤±0.2°/360°；综合精度（重复定位精度）：≤±0.2mm/2000mm；

　　另外配置同规格的四爪自定心卡盘作为副卡盘。副卡盘和托架处在同一轨道上，可以方便的 移动以适应不同长度管件的焊接。副卡盘和主卡盘一样具有自主运动功能，且可以通过系统来切换主卡盘和副卡盘之间的运动。焊接时，卡盘可以响应焊接控制系统，根据信号旋转角度，作为变位机使用，以便焊接工作的开展。四爪自定心卡爪，可以夹持圆管、方管。夹持矩形管时，需在矩形管较窄的两侧放置垫块。相贯线卡盘便可以作为方管、矩形管的变位机使用，以方便其焊接。

　　4、切割形式：数控火焰/等离子

　　5、切割参数：

　　1）数控管道相贯线切割机设计以人为本，中文界面操作简单，设备结构先进可靠，适用于长期连续加工，运行控制稳定可靠。

　　2）切割管径：Φ60－Φ630mm；

　　3）切割管壁厚度：3-20mm（等离子切割方式最厚 20mm）；

　　4）切割速度：10－2500mm/min

　　5）控制轴数：6 轴分别如下：工件旋转轴（2 轴）；切割头沿工件轴向移动轴；割炬沿工件轴向摆动轴；割炬沿工件径向摆动轴；切割头主轴垂直升降轴；高度跟踪防撞；

　　6）坡口角度：等离子切割≤45°；

　　7）可切割管道长度：≤12m；

　　8）承载管道******重 ：5000Kg；

　　9）管道托架数：6 套；

　　10）等离子除尘系统：4000m3/h 风 ，1 套；

　　6、 配置参数：

　　1）数控管道切割机主要由控制系统、机臂系统、驱动装置、装夹装置、支撑装置、导轨、控制柜、操作台等部分组成。

　　2）本机器可配备空气等离子切割系统，可切割不锈钢材料和有色金属材料。

　　3）伺服电机：共 6 台，均采用日本松下伺服电机。

　　4）驱动控制系统：共 6 套，均采用日本松下驱动器。

　　5）数控系统配置：采用研华工控机（型号 610H），配 22〞三星显示器。

　　6）直线导轨：台湾 HIWIN。导轨直线精度：±0.2mm/m；导轨纵向的水平度：±0.2mm/m；导轨之间的平行度：＜±2mm/轨距；

　　7）滚珠丝杠：台湾 HIWIN。

　　8）主齿轮箱：德国 SEW，其余各轴采用德国 NEUGART 行星 速器。

　　9）轴承：NSK 轴承。

　　10）继电器：欧姆龙品牌。

　　11）其他电器部件：施耐德。

　　7、 切割内容与设备主要功能

　　1）******坡口角：火焰纵横向均为±60°等离子纵横向******±45°；

　　2）切割最小交叉角：±20°；

　　3）设备主要功能如下：切割速度自动无级调速；连续切割设定；管道椭圆度误差自动补偿；

　　正交母管骑座式开孔切割；正交母管插入式开孔切割；斜交母管管面开孔切割；斜交母管管面偏心开孔切割；定角和定点坡口设定；管端垂直和斜面切割；

　　正交和斜交支管管端切割；正交和斜交偏心母管切割；正交和斜交偏心支管切割；母管管面矩形切割；母管槽形中心、偏心切割；

　　园管焊接弯头、“虾米节”斜截面切割；多支管相交母管管面开孔切割；多支管相交支管管端切割；两端斜交切割；

　　4）电极寿命耗尽检测技术可在电极过度使用时自动断电，防止损害割炬。（随机附件1）标准随机工具，1 套；2）等离子电极及割嘴，3 套；3）割嘴 0＃－3＃，5 套；4）通针：2 套；5）防护眼镜：2 副；

　　8、等离子切割机： Powermax125 空气等离子系统切割电源的；

　　1）等离子输入功率约 25KW，输出功率 22KW，电流输出范围：30~125A，暂载率：100%

　　（125A，380/400V,三相）。

　　2）输入电压：CCC380V 三相，50/60Hz,CE400V,三相，50/60Hz;输入电流：380V，三相，38A；400V，三相，36A。

　　3）而定输出电压：175VDC。

　　4）切割穿孔能力：碳钢 22mm，不锈钢穿孔切割******厚度也可达 22mm。边缘******切割厚度 38mm。

　　5）切割速度：切割 12mm 低碳钢时，速度可达约 2000mm/min，切割 25mm 低碳钢时速度约 1000mm/min。

　　二、移动龙门架总成

　　龙门式工作站的尺寸为 18.5m×4.5m×4.5m（长×宽×高），采用空间三轴坐标系的控制方式，多功能的人机界面设置和合理的位置定点控制，柔性的运行方式，多模式的运行存储方案，多点位的安全报警功能。

　　1、设备主要技术参数

　　1）X 轴有效行程：18 米；

　　2）X 轴行走速度：650mm/s；

　　3）Y 轴有效行程：4 米；

　　4）Y 轴行走速度：650mm/s；

　　5）Z 轴有效行程：1.5 米；

　　6）Z 轴行走速度：650mm/s；

　　2、设备主要配置参数：

　　1）X 轴双伺服驱动，行走机构采用日本松下伺服电机，行走速度连续可调；

　　2）行走机构减速机采用行星速机，保证行走精度；

　　3）行走轨道采用重轨轨道，精度高；配置防尘装置，有效降低故障率，使用寿命长；

　　4）行走机构行走平稳，不晃动、不震动；

　　5）采用软硬双定位限位机构

　　3、设备主要性能参数：

　　① 总长18500mm,有效行程18000mm，宽度4550mm;移动平台宽度：1575mm;重复定位精度±0.2mm;

　　② 减速器，齿轮齿条传动，重复定位精度为±0.2mm，

　　③采用高精度重型滑块滑轨组件，滑轨组件上安装机器人固定板，固定板可承载150kg机器人以上重量。线性滑块滑轨组件强度可靠、移动顺畅，无卡阻、异响。

　　④YZ 两导轨的相互平行度小于0.1mm，导轨与齿条平行度小于0.05mm。

　　⑤ 所有线缆，气管须布置在拖链里，并在拖链中设置隔板将各线缆、气管分隔。

　　⑥ 采用护罩或挡板将齿轮齿条移动部件遮盖。

　　⑦润滑采用自动集中供油系统，保障滑块和齿轮齿条长久定时润滑；

　　⑧基座前后均设有硬限位结构。安装传感器防止两台机器碰撞。

　　三、焊接机器人

　　1、设备具体技术数据:

　　A、机器人：商标 FANUC M-10IA/12

　　结构：六轴多关节

　　工作半径：1420mm

　　重复定位精度：±0.05mm；

　　电源电压：380V，50/60Hz；

　　安装方式：龙门吊架固定；底座：240×240mm；170Kg；

　　防护等级：电气设备为 IP40，机械设备需干燥环境。

　　1、 控制柜R-30ib技术参数

　　尺寸：宽×高×深＝553×681×550mm；电气接口：220V，50/60Hz；

　　防护等级：IP40；重 ：170Kg。模块化结构，扩展容易；可在任何速度下始终按照编程路径运动，并以******的加速方式确保最短的运动节拍；

　　采用先进的碰撞防护功能。控制柜集成了碰撞防护功能，无需额外附加机械设备并能够大幅度降低碰撞力，使碰撞对设备造成的损伤降低到最小。碰撞后快速恢复功能和机器人碰撞后自动退回功能，保障了示教和生产的延续性、连贯性；

　　DeviceNet、Profi—bus、Profi—net、EtherNet/IP、InterBus 等多种通用通讯方式

　　能够确保机器人适应多种应用场合，更加灵活地集成与各个应用领域

　　2、 示教器

　　1） 技术参数保护等级：IP40；

　　显示屏：6.5"彩色大屏，界面十分友好；始能开关：三位人体学使能开关；语言：支持多种国家语言，切换容易；重 ：1.0Kg。

　　4、焊接电源：

　　4.1机器人焊接电源采用 500GL4 松下高品质电源。该电源有 100 组焊接条件储存调用，标配模拟数字接口，可作为机器人和专机电源，实现自动化焊接，具有回路自动补偿功能，可根据线缆长度补偿线缆损耗。具有故障错误代码报警显示功能，方便诊断故障类型，过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护等多种功能，在小电流情况下，可以获得极低的飞溅，CO2 焊接也能达到近似 MAG 焊的效果。

　　4.2人工焊接采用RB-500焊接系统

　　焊接系统采用上海通用重工的 RB-500，主要技术参数如下：

　　5、其他焊接辅助设备：

　　5.1、送丝机构

　　（1）驱动：双驱动，使送丝力提高 1.5 倍，适应焊枪电缆弯曲，比单驱动稳定；（2）使用无惯性控制，焊接结束时，不会因惯性而继续送丝，适合连续点焊焊接；（3）送丝速度：0-20 米/分钟。

　　5.2焊枪

　　（1）配备液冷式弧焊专用枪；（2）******电流:500A；

　　（3）冷却方式：水冷。

　　（4）优点：

　　1）螺纹锁紧型喷嘴加上可更换的导电嘴座与稳固的枪颈搭配保证高耐用性和相当长的

　　使用周期；2）创新的接口设计可确保枪颈的快速更换并使电缆组件和枪颈达到快速重复定位的效

　　果；3）送丝过程采用复合式电缆组件技术，可以有效防止电解腐蚀并改善冷却液的流动性

　　能；4)可提供特殊几何的枪颈以应对不易达到的焊接位置。

　　5.3清枪机：宾彩尔清枪机技术参数

　　工作方式：气动双刃铣刀伸入固定的喷嘴内部旋转，刮除飞溅；压力：0.6MPa-0.8 MPa；

　　清枪节拍：3-5s；功能：①清枪完毕后自动喷防飞溅剂，并可由焊枪枪缆自内而外吹落松动的飞溅；

　　②双喷嘴交叉喷射，硅油能更好地到达焊枪喷嘴的内表面，确保焊渣与喷嘴不发生粘连；清枪喷硅油装置在同一位置，机器人只要一个动作就可以完成喷硅油和清枪的过程；在控制上仅需一个启动信号，清枪喷硅油按照规定好的动作顺序启动；剪丝装置采用焊枪自触发结构设计，不需要使用电磁阀进行控制，简化了电气控制。

　　5.4焊缝跟踪系统：采用高压电弧传感器和焊丝寻位电弧跟踪系统。

　　四、管材封头和法兰焊接工作台系统(用户提供）

　　1、法兰焊接工作台：伺服驱动，单轴旋转。

　　2、管材封头工作台：碳钢制作，配专用夹具。

　　3、本系统可以配合机器人焊接。

　　五、 总控制系统

　　1、具体功能及要求：

　　A、操作员可通过操作示教盒操作机器人运动、编写程序、查看机器人运行状态，可通过窗口显示、定制菜单和图形化触摸屏了解示教器的各种功能；通过示教器上的编程向导进行轨迹编程；示教器上能显示该单元的故障信息、操作信息、零件信息，示教器上能提供必要的操作指导及诊断信息。机器人不允许出现零位丢失、失步等导致运行坐标偏移。

　　B、总控制系统PLC采用西门子或三菱系列，I/O点各预留不少于10个点，低压电器采用西门子、施耐德等品牌，检测元件采用欧姆龙、倍加福等国际知名品牌。系统具有监控、检测、警示、诊断、修复等功能，并有完善的故障保护及联锁停机功能。 机器人启动、暂停、急停等动作须用PLC和触摸屏进行外部控制。

　　C、控制柜：控制系统的所有元件必须集成在一个控制柜内，且密封性好，同时应有降温设施，风口应安装过滤罩，达到即防尘又降低柜内温度的效果；控制柜的元件布置不要太紧密，以便维修；控制柜的底部适当升高，离地高度不小于100mm；机器人夹具位置调整时，使用手操盒就近调整；控制柜材质为碳钢，表面喷塑处理。

　　D、所有设备启停，前后工序位安装急停按钮。

　　E、具有自动/手动两种控制功能。

　　手动操作：在设备调整时，完成各运动单元的独立动作，且各动作之间要实现互锁，调整时便于各动作操作。

　　自动操作：在设备正常工作时，使用自动工作方式，减少操作人员的工作量，提高生产效率。

　　F、故障处理：应具有比较完备的声光故障报警、故障信息提示功能，帮助操作人员或维修人员迅速找到故障点，完成设备故障的判断及处理，减少停机时间，提高工作效率。

　　G、控制回路采用DC24电源，输出端应用中间继电器过渡驱动被控制对象，继电器必须有固定卡扣。

　　H、控制柜内设置有漏电保护功能的交流220V插座。

　　I、线路使用机打线号，线号清晰，设备图纸，尤其是电气控制图要与实物一致；按钮采用刻印金属标识铭牌；线径适当放大防止过载；所有接地系统可靠，所有柜外线路需穿线管或使用拖链。控制柜到设备控制线采用插接式。控制、检测元件处必须有明显的地址标签或标牌，便于维修人员故障查找。

　　J、电气控制柜要求密封防尘，并能有效散热，柜门有锁，柜内设置有照明灯。

　　K、用电设施的金属外壳均要可靠、可视接地防护。

　　L、将设备电气原理图采用不干胶印刷粘贴于柜内，便于查找故障。

　　2、具体配置：

　　A、运动控制器：松下

　　B、PLC和变频器：德国西门子或三菱

　　C.通讯模块：德国西门子或三菱

　　D、触摸屏：上海步科

　　E.光电传感器、继电器：施耐德

　　F.限位开关：施耐德