油箱焊接机器人工作站20120414.docx

油箱焊接机器人工作站方案设计说明书哈尔滨工业大学2012年4月油箱焊接机器人工作站方案设计说明书一、项目内容设备名称：油箱焊接机器人工作站设备数量：一个工作站，包括一套机器人和两个焊接工位设备用途：本工作站用于各规格油箱的焊接二、工件技术规格工件材料：低碳钢（16Mn）焊缝规格：指接焊缝工件厚度：2mm工件尺寸：700×700×2000mm（最大规格）工件重量：约为500Kg左右焊前工艺：手工点固。三、油箱焊接机器人工作站总体方案说明3.1焊接工艺油箱为方形结构，焊缝形式为指接形式，焊缝宽度为2+2共4mm。若采用CO2/MAG焊接方式，那么由于焊缝宽度有限，只能采取小电流来进行焊接，而由于工件属于结构件，焊缝缝隙会有较大变化，这时若加大送丝填充缝隙，会带来焊接电流的增加，易发生咬边烧蚀等焊接问题。TIG焊接方法有电弧稳定，能量集中的优点，相比较CO2/MAG，更容易控制焊接稳定性。通过填丝的方式满足焊缝的工艺要求，而且在焊缝缝隙较大的位置可以提高送丝速度来填充金属，而不会影响焊接参数。由于工件产量不高而且为高质量要求的工件，因此该方案选用TIG焊接方法进行工件焊接。3.2机器人机器人柔性度高，只需要编制相对应机器人程序，即可满足于多种规格型号工件的焊接需要。此外，为了减少工件变形，需要在焊接时按照一定的焊接顺序和焊接方向进行焊接，机器人完全可以满足这样的焊接要求。目前，机器人主要制造商集中在欧洲和日本。日本机器人虽然在使用寿命，机械刚度，扩展功能相对于欧洲机器人略逊一筹，但是物美价廉。不过日本机器人存在对军工企业的限制问题。本方案采用日本安川公司的MOTOMAN MH6机器人，MOTOMAN机器人全世界销量第一，而且在国内较早成立中日合资公司，主要销售、技术、售后服务均是中国技术人员，限制较少。3.3焊接工位由于焊缝分布在工件6个面上，因此需要变位机对工件进行翻转变位才能使机器人焊接到所有焊缝。变位机采用头尾架形式，旋转轴与地面水平。为了适应不同长度的工件装夹，尾架可前后移动。为了提高生产效率，在机器人两侧分别布置一套变位机，一套变位机进行焊接，另一套进行工件装夹。3.4机器人运动滑轨MH6机器人最大运动范围可达2844mm，但最大范围是指机器人手臂伸直时的运动范围，而这个姿态的机器人不可避免的与工件发生干涉；同时若工件靠近机器人，机器人受其自身结构限制，是无法到达的。因此，必须增加机器人有效的运动范围，即提高机器人可达性。本方案采用高精度机器人运动滑轨来提高机器人可达性。机器人安装在机器人运动滑轨上，不仅可以扩展机器人运动范围，而且在焊接靠近机器人的焊缝时，改善机器人姿态。良好的机器人姿态会提高了送丝稳定性，保证焊接质量。3.5跟踪系统由于工件为结构件，焊缝位置会有较大偏差，焊缝间隙不一致等问题，需要通过焊缝跟踪的方法来实时校正机器人焊接位置轨迹，使其能够按照实际焊缝轨迹行走。而指接形式焊缝为平面焊缝，目前只有激光视觉跟踪可以满足这种焊缝形式的跟踪要求。本方案采用英国META公司的SLS-050激光视觉焊缝跟踪系统来实时校正机器人轨迹偏差，同时根据其输出的焊缝间隙信息，实时调节送丝速度，具有一定的自适应能力。3.6工装夹具工装夹具安装在焊接工位的变位机上，工件的工装夹具不采用标准的横梁结构，横梁结构会遮挡焊缝，使机器人难以一次装件完成所有焊缝的焊接。为此采用顶紧的方式来固定工件，这样只需要变位机翻转，即可焊接所有焊缝。四、工作站设备介绍4.1焊接机器人系统4.1.1机器人本体MOTOMAN MH6型机器人为一6轴关节式机器人，采用的新型交流伺服电机具有结构紧凑、高输出、响应快、高可靠性等特点，从而使机器人本体紧凑灵活，具有较大的运动空间、更好的稳定性和较高的重复定位精度，尤其适合于三维曲线焊缝的焊接。技术数据如下：结 构垂直多关节形（6自由度）最大动作范围S轴（回旋）±170oL轴（上臂）+155 o，-90 oU轴（下臂）+250 o，-175 oR轴（手腕回旋）±180 oB轴（手腕摆动）+255 o，-45 oT轴（手腕回转）±360 o最大速度S轴3.84rad/s,220 o /sL轴3.49rad/s,200 o /sU轴3.84rad/s,220 o /sR轴7.16rad/s,410 o /sB轴7.16rad/s,410 o /sT轴10.65rad/s,610 o /s允许力矩R轴11.8N·m(1.2Kgf·m)B轴9.8N·m(1.0Kgf·m)T轴5.9N·m(0.6Kgf·m)允许惯性力矩（CD2/4）R轴0.27Kg·m2B轴0.27Kg·m2T轴0.06Kg·m2重复定位精度±0.08mm负载质量6Kg电源容量3相200V±10% 7KVA本体质量130Kg安装环境温 度0~45℃湿 度2