厚板多層多道產品焊接--MOTOMAN機器人

摘要：

厚板開坡口多層多道焊接工藝是機器人使用中經常遇到的問題，為提高生產效率，保證焊縫質量，需要采取特殊的工藝方法，才能滿足生產要求。本文利用MOTOMAN機器人，配合電弧跟蹤傳感器，對厚板雙絲焊機器人焊接工藝進行系統研究，達到設計指標，制造的成套設備達到客戶使用要求。

一、主要設備構成：

 二、設備的規(guī)格與標準，使用要點

1.機器人系統：

工作站使用弧焊機器人MOTOMAN-HP20，在原有標準配置的基礎上增加始端檢出功能和焊縫跟蹤功能。

始端檢出就是借助加在焊絲與工件之間的直流高壓脈沖，機器人自動按照檢出程序規(guī)定的移動軌跡移動，對工件的實際位置進行測定，并計算出工件的實際位置與示教位置的偏差，然后在機器人的軌跡移動文件中將焊縫的軌跡按照偏差進行修正，機器人按照修正后的軌跡進行焊接，從而保證正確焊接軌跡的一種功能。

機器人電弧跟蹤，利用擺焊時焊絲干伸長變化引起的焊接電流變化，探測實際焊接軌跡；電流周期采樣曲線的積分差值，乘以修正系數，大小決定軌跡修正的大小，符號決定軌跡修正的方向。

值得注意的是：打底的第一道焊縫使用COMARCON指令時，一定要正確配置跟蹤條件參數文件CAF#(*)，由于雙絲焊只能利用前絲電流進行跟蹤采樣，后絲的電弧對前絲電弧坡口側壁熔深產生干擾，所以定標試驗跟蹤得到的增益系數，要根據實際焊接電流大小適當調整。焊接第二道以后的焊道時只須利用SHIFT ON指令進行水平和高度移動即可。

在進行電弧跟蹤之前，對選定的穩(wěn)定焊接規(guī)范，要進行多次堆道試驗，計算出平均焊道寬度和高度，為以后使用SHIFT ON指令打下基礎。

2.焊接設備系統：

2.1焊接電源使用進口500A雙絲焊系統，配合進口水冷雙絲焊槍。

2.2清理飛濺焊渣噴硅油由專用清槍設備完成。

2.3.焊接夾具：（參考三維立體夾具結構圖1）

利用工件的外形定位，手動螺旋，通過墊鐵壓緊。夾具承重平臺的移動通過絲杠驅動，快速省力。驅動絲杠外露部分有蓋板保護，防止飛濺。為確定不同尺寸工件的夾具承重平臺定位位置，設置有移動對位標尺。

夾具的結構件采用鋼板和型鋼焊接件，經去應力退火處理。定位件等重要零件采用45#鋼調質。該夾具設有工件安裝平臺絲杠驅動移動機構，減輕人工移動的勞動強度，提高精確度；夾具底板結構件鋼板厚度40mm，提高夾具剛度，減少加載后的變形；增加定位塊的定位孔個數，適應多品種工件的裝夾；將頂塊的基座設計成可移動形式，適應多品種工件的頂定要求。夾具采用首尾分體式，鏡面對稱結構。

由于工件噸位大，在安裝工件時要特別注意：

1、一定要將夾具平臺上的螺栓擰緊，否則工件翻轉時，墊塊掉落造成支點失效非常危險。

2、更換工件種類時要重新調整夾具平臺位置，完畢后一定要將夾具平臺得六顆M18螺栓鎖緊，否則工件翻轉時的側向壓力會加在調節(jié)絲杠上，造成彎曲。

2.4變位機：（參考三維立體變位機結構圖2）

采用頭尾座單軸變位機，由4.4KW交流伺服電機，經過精密減速機驅動。

變位機最大承載能力為2.5T的 CDB工件重量，回轉角度±180°，任意點定位，定位精度為在R300mm半徑上小于±0.25mm。

變位機的尾箱安裝在軌道上，可以手動前后移動，以適應不同工件長度，移動到位后手動鎖緊。工件翻轉之前，清理多余未點固雜物，軌道設有保護套，防止飛濺污染軌道或其它重物砸壞軌道。尾箱可以手動前后推拉移動，以適應不同工件長度。移動前松開定位夾塊（前面2個，后面2個），到位后手動鎖緊。

變位機的結構件采用鋼板和型鋼焊接件，經去應力退火處理，軸等重要零件采用45#調質處理。焊接電流導電系統采用焊接專用大電流低電壓導電碳刷，每個尾箱主軸均勻分布三組，通過彈簧加力壓緊。

2.5行走機構：（參考三維立體機器人X軸行走機構結構圖3）

機器人行走機構采用單梁龍門架式行走機構，沿X軸方向左右自由行走，由程序控制任意定位。單梁后面設置維護平臺和工作梯。

導軌采用優(yōu)質直線導軌，驅動為交流伺服電機，通過精密減速機和齒輪齒條傳動。通過彈性鎖緊裝置，使齒輪齒條之間始終保持固定的壓緊力，一方面消除傳動間隙，提高傳動精度；另一方面保證傳動安全，具有過載保護功能。

行走機構總長9000mm，兩個端頭設置二級保護：第一級是行程開關，機器人移動滑塊碰到左或者右行程開關后，電機伺服電源立即掉電保護；第二級是物理限位擋鐵，如果左右行程開關失效，機器人移動滑塊碰到物理限位擋鐵，電機伺服系統將產生過載現象，伺服電源同樣立即掉電保護。有效行程8000mm，超過技術協議規(guī)定。

行走機構的最高行走速度為8m/min，任意點的重復定位精度±0.2mm。

行走機構的結構件采用鋼板和型鋼焊接件，經去應力退火處理，齒輪齒條等重要零件采用45#鋼高頻調質處理。

2.6操作、控制系統：

工作站控制系統主要用于控制機器人、變位機、行走機構之間的協調有序運動。

正對機器人工作站，靠近左面的變位機定義為θ1軸，靠近右面的變位機定義為θ2軸，機器人移動的高架行走橫梁定義為X軸。在每一個分控制屏當中設置了所有必要的功能按鈕、移動或轉動大小任意設定，移動或轉動的速度任意設定。

主控部分采用三菱（FX3uc系列）PLC可編程控制器作為主控單元，具有高速度、高性能的優(yōu)點。人機界面采用彩色觸屏，設置主控制屏，含有X軸操作界面，θ1軸操作界面，θ2軸操作界面和特別提示四個分控制屏。

2.7變壓器：

機器人系統用降壓變壓器使用工廠原有的，5KVA。

三、結論

1、厚板雙絲焊接工藝，對選定的穩(wěn)定焊接規(guī)范，要進行多次堆道試驗，計算出平均焊道寬度和高度，作為自動排列焊道的基礎；

2、系統研究了雙絲焊熔池，特別是后絲對前絲跟蹤的影響，通過調節(jié)跟蹤增益系數，減少干擾，提高跟蹤精度；

3、制造出MOTOMAN機器人雙絲焊接口控制器，在編程器上即可任意設定雙絲焊主從焊機的焊接電流，焊接電壓，焊接速度等重要參數；也可在焊機上定義JOB工作程序，包含相關焊接規(guī)范，有機器人靈活調用；

4、制造的大型重型變位機，機器人移動機構等外圍設備和機器人，雙絲焊系統組成厚板柔性焊接系統，配置靈活，使用方便可靠，使用眾多工程領域。