技术方案32：排气筒焊接机器人系统

一、工件基础资料及工件技术资料

工件名称：汽车消音器，汽车排气管

被焊工件典型零件图纸：（如图所示，具体尺寸以双方签字确认的蓝图为准）

被焊工件焊缝形式：T型接头，搭接接头。

排气管

消音器

二、工艺简介

工件组对和固定：在本案设备上完成。

工件装卸方式：人工装卸，快速压紧。

工件变位：本案设备中变位机进行1向变位。

水平回转平台：切换2个工位。

焊接：本案设备执行机构（机械手）控制焊枪动作。

编程：现场示教。

焊丝：建议采用0.8mm焊丝。采用MIG焊接方式，提高焊接效率。

本案采用机器人动作，而工件不动的焊接方式。

可焊接率：排气筒100%

消音器100%。

三、工作环境

电 源： 3相380V 50Hz，三相五线制

工作温度：使用:0～45℃

工作湿度：≤90%，不结露。

四、 设备简介

1、焊接分步流程

2、排气管流程：

焊接速度：10mm/s

第一工序焊接法兰1和件2，件4和件5。

焊缝长度：175+155.焊接节拍为：33+5+2=40秒

第二工序（配变位机）焊接件3两端焊缝。

焊缝长度：175+175.焊接节拍为：35+5+3=43秒

组对时间可以省去（与焊接同时进行）。

3、消音器流程：

第一工序焊接左端法兰和弯管，左端总成。焊缝长度：173+30+30+30+30+173.焊接节拍为：47+6+6=59秒

第二工序焊接右端法兰和弯管，右端总成。焊缝长度：173+30+30+173.焊接节拍为：41+4+4=49秒

组对时间可以省去（与焊接同时进行）。

4、设备参考布局图

占地面积：长宽高：7100X3000X3000mm

本案提供2套设备，第一工作站设备焊接消音器，第二工作站设备焊接排气管。

如下图所示。

a、 设备效果图

b、 设备动作流程

首件进行人工现场示教编程，后续同型号工件即可直接调用程序进行焊接。

流程：

将组件放在焊接变位机/焊接平台上人工装夹定位并压紧工件按启动按钮机器人对工件进行焊接工件焊接完毕，变位机回到起点位置人工卸装工件。

机器人焊接A工位时，人工在B工位装卸，依类推进行循环动作。

c、设备配置清单

五、工作站主要配置介绍

1、 KUKA KR5弧焊机器人系统

机器人主要构成:机器人本体、控制柜、示教器、控制电缆等。

2、机器人系统KR5

3、机器人控制系统 KRC2

KRC2控制柜采用熟悉的个人电脑WINDOWS操作界面，中英文多种语言菜单；

标准的工业控制计算机处理器；

基于WindowsXP操作系统平台，中文操作界面(可选择多种语言)，编程控制界面2友好易懂；

示教盒KCP具有示教、编程、存储、检测、安全保护、绝对位置检测记忆、软PLC功能。

输入：400V+10%/-15% , 49-61Hz

工作环境温度：-10°-45°

防护等级：IP54

制造标准：DIN EN 292, DIN EN 418, DIN EN 614-1, DIN EN 775,DIN EN 954, DIN EN 50081-2, DIN EN 50082-2, DIN EN 60204-1

自重：185公斤

负载功率：7,3--13,5千瓦（视外部轴数量及功率）

五、弧焊软件包（Arc Tech）

1、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。

模块化的焊接程序逻辑关系，引导您快捷编程，简单易懂；库卡焊接专家的丰富经验，同时得益于库卡控制器的软PLC功能，使得逻辑关系周密之致，再复杂的焊缝或再多的周边设备，编程人员都可以得心应手的处理。

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）。因此示教轨迹非常方便，库卡示教器上的6D摇杆，可使示教过程更快。

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。

起弧时的焊接参数控制

收弧时的焊接参数控制

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。

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）。

六、焊接系统

1、焊接电源

原装进口KempArc Pulse 350为机器人专用电源，可根据客户的特定需要提供定制不同的功能。完全适应机器人高效焊接生产，并且满足极高焊接精度和焊接可靠性要求。

KempArc自动化焊机系列可根据特定焊接环境设置标准或定制软件程序包，例如KempArc Pulse焊机系列可提供WorkPack全能软件包，包括碳钢焊接、铝合金焊接、不锈钢焊接的软件，或完全符合现场具体需要的Project Pack专家软件库。两种软件包都可以随时进行升级。

Wise焊接专家程序自动化产品提供额外的、与实际焊接相匹配的选择和解决方案，可确保满足您现在和将来的焊接要求。

KempArc Pulse 350焊接系统由KempArc Pulse350焊接电源， DT400 机器人送丝机，Devicenet 总线接口卡，送丝机中途线等组成，送丝机焊枪接口为欧式接口，可以快速安装德国TBI机器人焊枪或者Binzel 机器人焊枪。

KempArc Pulse 350焊接电源示意图

DT400机器人送丝机

2、KempArc Pulse350 技术参数

电源电压： 400V(-15~+20 %)

保险丝（慢熔）： 25 A

负载容量(40 ˚C)： 负载持续率 80% 时，350A

外形尺寸 (mm)： 590 x 230 x 500

重量 (kg)： 36

送丝机DT400

DT400送丝装置，安装于机器人臂上，或作为机械化焊接系统的集成送丝解决方案。结构紧凑，重量轻，配备了4x4的送丝机构。

小于 5kg

适配各种导丝管

全金属送丝轮

DT400 技术参数

工作电压：50V DC

额定功率：100W

负载容量(40 ˚C)：80% ED，600A

100% ED，500A

工作原理：4轮送丝

送丝速度：0~25m/min

填充焊丝：ΦFe,Ss 0.6~1.6mm

Φ药焊丝 0.8~1.6mm

ΦAl 1.0~1.6mm

焊枪接口：Euro

操作温度范围：-20~+40℃

存放温度范围：-40~+60℃

保护等级：IP23S

外形尺寸L×W×H269×175×169mm

重量：4.5kg

3、机器人焊枪

冷却方式: 气冷式

额定值:350A CO 2

300A混合气体M21，根据DIN EN ISO 14175

暂载率: 100%

焊丝直径: 0.8～1.2mm

枪颈角度: 30°/35°

七、防碰撞传感器

1、功能:

焊枪依靠预载弹簧实现准定位，发生碰撞时，弹簧弯曲后启动开关，机器人立即停止运动。需要按下启动按钮才能重新启动机器人。由于碰撞脱离机构的屈从设计，碰撞发生后不需要对焊枪重新校验。

可感应偏移:

X或Y轴方向的撞击

绕Z轴的转动

Z轴方向的撞击

2、特点:

感应任何位置的偏差；

撞击发生时立即停止；

精准的缓冲区间设计降低了停机时间；

精准的微动开关带来革命性的开关反应时间；

追求最高精准度、轻薄材料焊接工作的最佳工具；

功能可视化使得维修、维护更加方便、快；

套盖下的螺丝使得维修、维护更加方便、快捷；

八、清枪站

本案配备自动清枪喷油装置是由本公司自主研发、制造的高效自动化产品，该清枪剪丝由机器人联动控制，按程序设定定时清理焊枪喷嘴内焊接飞溅，并向喷嘴内部喷射硅油，避免焊接时飞溅的牢固粘附。整体保证机器人系统长时间连续无监视运转。该自动清枪剪丝装置由清枪站、剪丝机构和喷硅油单元三部分组成。其结构如下图：

1、清枪站

清枪站采用三点固定方式，将焊枪喷嘴固定于与铰刀同心位置，铰刀转动的同时上升，将喷嘴上粘附的焊渣飞溅清理干净。精确高效的清枪站用于机器人焊接。

2、剪丝机构

剪丝机构能够保证焊丝的剪切质量，并能提供最佳的焊接起弧效果和焊枪TCP测量的精确程度。

3、喷硅油单元

喷硅油装置采用了双喷嘴交叉喷射，使硅油能更好地到达焊枪喷嘴的内表面，确保焊渣与喷嘴不会发生死粘连，由此能有效的减少焊枪喷嘴的清理次数和延长其使用寿命。

九、单支座单轴变位机

本案中，针对工件特征，我们利用单支座单轴变位机来变位工件，使焊缝处于水平位置焊接。

作用：

变位机有1个轴，可以将工件进行翻转变位，从而能够将焊缝变换到水平位置焊接。

配置：

立柱、翻转梁、底座、驱动系统等。

立柱、翻转梁由型材焊接加工而成。

翻转驱动系统采用普通伺服电机和精密减速机作为驱动力，驱动工件实现精密变位。

参数：

承载：50Kg 翻转角度：0°到360° 速度：10rpm 定位精度：±0.5°

十、工装：

根据工件三维空间特征，本案中采用仿形固定的方式，手动快速压钳夹紧。

十一、焊接围栏

采用框架围栏作为工作站防护。

十二、电气控制系统

在示较器上，可直观对焊接状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数（焊接程序）, 焊接程序可进行储存并被随时调用；工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。在焊接中，可人为干预焊接，在焊接中途因故停止后，智能处理继续焊接方式。

对开始工作的时间、待机时间及停机时间进行记录，同时可以记录下用户的操作记录，以及报警记录。

异常诊断停止功能: 控制系统元器件、机器人、焊接电源等设备出现异常时，进行自动诊断，提供故障信息，保障系统安全；焊接异常、用户操作异常等情况下能诊断并采取停机保护措施。同时还具有:焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、干涉领域检查。

系统设有操作权限，权限分为一般操作者、高级操作者、维修人员等，不同的权限只能操作相应按钮或修改相应的数据，从而增加系统的安全性。具有“手动”、“自动”选择功能，在“手动”模式下可以人工参与，在“自动”模式下机器人自动完成焊接操作。并且设有：电源开/关及指示按钮；急停按钮，当发生意外时可紧急停止。

全系统采用数字化处理，可通过通讯的方式和外界设备相连，所有数据均能远程存储和查看。由于系统采用网络连接，因此本系统具有很大扩展性，为今后增加工位提高方便性。

本系统具有自动保存和断电记忆功能，系统参数一旦修改，本系统将立即进行自动保存，即使突然断电，系统里的所有参数也不会被丢失。

控制柜内线路具耐油性，有线号套管，接地标志等，方便维修。控制柜设置有排风散热装置。控制柜与各工序设备、焊接电源和传输线之间采用标准的线槽盒进行连接，规范整洁。

设备多处设有紧急停止开关，在紧急的情况下能立即停止设备的任何工作。

设备设有红（设备报警或故障）、黄（设备暂停）、绿（设备正在运行）三种故障报警指示，并安装在设备明显位置。操作者能准确知道当前系统运行状况。

设备设有安全接地系统。

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