技术方案30：火焰切割机器人工作站

一、工件基础资料及工件技术资料:

加工形式: 火焰切割开坡口；

最大切割厚度： 200mm

最小切割厚度： 5.0mm

材质：碳钢，合金结构钢；

加工产品种类： 侧板、内测板、切削板、左前侧板

二、工件二维结构图及工艺流程:

1、工件结构图

2、工艺要求：

工件装卸方式： 采用人工吊装装卸方式。

切 割 工 艺 ： 火焰切割

切 割 气 体： 乙炔＋氧气；

三、工作环境:

工作电源： 三相交流380V 50HZ

环境温度： -10～50℃，湿度≤80%

周边环境： 通风良好，有轻微振动

燃气最大流量： 120～150m³/h

管道氧气压力： 0.5Mpa

管道压缩空气压力：0.5～0.6 Mpa

四、机器人火焰切割工作站概述:

1、工作站简述

本机器人工作站配置德国库卡KR5机器人，机器人滑台、火焰切割系统，支撑平台，电气控制系统等组成，能够实现对工件高效、可靠的自动切割｡该系统结构紧凑，操作简便，降低工人劳动强度;切割表面光滑，不需要二次处理等优点。平台采用多工位布置（含预留工位接口），减少了工作间歇时间，切割废料统一有平台下的废料小车收集，提高了整个系统的连续性；此站设预留焊接工位。

2、机器人工作站布局: (图中尺寸仅供参考)

3、机器人工作站效果图:

4、机器人工作站工作流程介绍

生产工艺流程：

a) 将要切割的工件放到切割平台上定位；

b) 启动机器人开始按预定的切割程序进行切割；

c) 待切割完成，将工件调离切割平台，再吊装下一个工件，

d) 焊接工位为预留工位，待切割完成，机器人悬臂回转，自动换枪；

e) 启动机器人开始按预定的切割程序进行焊接；

f) 依此循环。

五、工作站配置清单

六、主要设计产品

1、一维行走滑台：

机器人一维滑台的主要特点：

机器人一维行走滑台主要由KUKA伺服马达驱动，精密直线导轨导向，精密齿轮齿条无间隙传动，可实现机器人快速平稳横移，同时设有坦克链导线装置、防飞溅挡光装置等；

其机构合理，体积小，重量轻，可较大范围地扩展机器人的工作空间和防止机器人有干涉；

机器人行走平稳，无明显的抖动和振动现象。

2、机器人一维滑台的机构示意图：

3、机器人一维滑台主要技术参数：

4、切割平台及工装夹具:

a、切割机器人工作站的切割平台的机构形式如下图所示：

此切割平台为柔性度较高的工作平台，可实现客户提供的工件规格的切割，工件由人工装夹定位；工件在切割平台上的装夹形式如下图：

工件为碳钢平板，其放置形式为水平放置，通过人工吊装至切割平台上并定位，由于工件较大和较重,只需要在三个方向进行定位即可,其定位方式如上图所示。

b、接渣盘：

采用该结构能有效的使切割废料快速进入小车中。

c、废料小车：

废料小车采用万向滚轮移动和抽取式镶入接渣盘底部，能快速的在机器人间歇时间内转移废渣。

5、火焰切割及其控制系统：

本方案所配火焰切割系统由火焰切割气路及控制系统、割炬和割炬装置、自动点火装置、割枪管线吊挂平衡机构等组成。

a、火焰切割气路及控制系统

供气系统采用切割氧、预热氧、燃烧气三路供气方式。三路气体由汇流排分别把燃烧气及氧气集中，分别接入纵向三路供气总管,通过总管吊架接到主机的管路,由各自的压力表显示气压值，再经电磁阀进入主机，由分气排分配到割炬，通过割嘴实现气割钢板之目的。

具有多级气路切换功能，可以在预热阶段对工件进行氧化焰强预热，缩短预热时间。在切割阶段，将预热焰切换至中性焰，以保证切割质量。穿孔时能实现切割氧压力的逐级切换，从而避免割嘴因钢水飞溅而堵塞。

6、割炬装置

割炬装置是由割炬体、夹持器、手动调节阀、回火防止器、割嘴、管接头等组成，将割炬气路与工厂气源隔离，保证供气的稳定和安全。

配备适用于丙烷气体、不同切割厚度的割嘴，割嘴1#～5#各配备2套。

7、自动点火装置

本设备可以通过自动点火系统配合自动点火程序实现机器人自动点火。点火系统的点火枪位于工作台内侧，如发现回火防止器有堵塞现象应及时更换。

8、红外线指示器

配备红外线指示器，用于示教时使枪头准确定位，提高切割加工定位精度。

9、割枪管线吊挂平衡机构

割枪管线吊挂平衡机构的电缆气管设计布置合理，不得影响机器人的各种工作姿态。

10、 ATI换枪系统：

Tool Plate (工具侧)

Master Plate(机器人侧)

SIP作用：

1：SIP是在一个过渡法兰盘中集成两个接近传感器，打开传感器、锁紧传感器，传感器可以监测工具 快换装置是否处于正确的锁紧、打开位置，把监测的信号回馈给机器人控制器，增加应用的可靠性；

2：SIP匹配工具快换装置机器人侧和机器人第六轴之间的安装。

11、安全护栏：

系统安全围栏为方管（圆管）加钢丝结构（正面、两侧三面需加遮弧光板），高度不小于1.8m，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。

12、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。

a、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）。

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。

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。

b、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）。

接触传感（Touch Sensor）功能包

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。

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。

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。

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。

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

13、焊接电源S5

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