一、工件示意简图
图1-1、缸套结构示意图
二、工件信息及焊接条件
缸套材质：合金铸铁 法兰材质：锻钢
焊接方法：MAG/MIG焊
焊接姿势：水平焊接
焊丝：φ1.2mm，实芯焊丝
焊丝伸出长度: 10mm－25mm
工艺要求：工件焊前应预热，焊后要缓冷,防止产生裂纹。
三、 适用工件及工作环境
(1) 工件名称：缸套
(2) 电源：3相 380V±15% 50Hz±1%
(3) 温度：使用:0~45℃ 存储：-10~60℃
(4) 相对湿度：≤90%，不结露
四、节拍计算
序号
事项
数量
单位时间（分钟）
合计（分钟）
1
上料时间
1
2
环缝焊接
4
2
8
3
法兰焊接
1
1
4
焊枪移动
6
0.1
0.6
5
下料时间
1
总计（分钟）
11.6
焊接单件需12分钟，可按每小时4件预估。
五、设备概述
该机器人工作站主要用于缸套的自动化焊接。本案工作站采用单工位三班作业，每班平均作业时间8小时。
该机器人工作站主要由一轴翻转变位机、工装夹具、弧焊机器人、机器人安装底座、焊接电源等组成。
图5-1 缸套机器人焊接工作站总体结构示意图
图5-2 缸套机器人焊接工作站总体结构俯视图
图5-3 缸套机器人焊接工作站总体结构主视图
六、 安川机器人概述
6.1 安川焊接机器人焊接技术优势
日本安川不仅是机器人制造厂商，还是拥焊接机器人、焊接电源全面焊接技术的综合公司。在日本拥有专门的焊接试验工厂，可进行焊接领域全方位的研究开发。成都环龙智能设备有限公司是专门从事大型专用自动焊接装备的设计、制造和销售，是国内较大自动焊接装备制造公司之一。上述两强企业的合作,以其长年积累的焊接系统专有技术为基础,既可以为用户提供优质的焊接机器人系统，又可以为用户提供及时的售前、售后服务?根据各种工件的不同特点，在设计制作系统之前，通过进行充分的焊接试验，保证用户使用设备的成功率。
6.2 机器人功能优势
作为中厚板焊接应用的代表性领域，在工程机械、建筑钢结构、铁道车辆、桥梁、机床等行业的结构件焊接中，因为存在工件尺寸、板厚较大，焊接坡口加工、工件组对精度较差的问题，为了取得良好的焊接效果，需要机器人具有相当于人类的视觉、触觉等传感跟踪功能-即要有强劲的跟踪纠偏功能。日本安川以其在焊接领域的综合实力和丰富经验开发的面向中厚板的安川弧焊机器人系统，在多层焊接的软件、硬件技术以及高精度传感技术方面处于世界领先水平。
★ 丰富多彩的焊丝接触传感功能
是开始点传感、3方向传感、焊接长传感、圆弧传感、根隙传感、多点传感等的集合。利用这些功能，可以使焊接过程不受由于工件的加工、组对拼焊和焊接装夹定位带来的误差的影响，自动寻找焊缝并识别焊接情况，保证能够顺利地焊接。
其中根部传感功能非常必要。所谓根部传感功能，是对焊接坡口底部间隙连续变化的工件，预先测量好底部间隙的变化，并在实际焊接时根据测量的结果，对焊接条件（焊接速度、摆动条件）进行补偿的功能。
图6-1、坡口偏差示意图
在厚板焊接之前，各个板材零件的组对精度很难保证，所以坡口宽度不均的情况非常普遍，如果不能根据坡口实际情况而改变焊接动作参数，那么直接影响到焊缝的成型和质量。
★高性能电弧跟踪功能
包括对焊缝左右和上下两个方向的高精度跟踪功能、跟踪结果记忆功能、坡口幅宽跟踪功能、往复多层焊接功能等，尤其在多层多道焊接过程中，利用第一层焊接时获取的工件变化信息，经过控制系统整理计算，将结果直接作用于第二层以后的焊接中，以快速适应工件的变化，从而节省了时间，提高了工作效率和焊接质量。
其中坡口宽度的跟踪功能，是在焊接的过程中使用电弧传感器检测出坡口的宽度，根据检测到的坡口宽度自动补偿摆动条件、焊接速度的功能。利用该功能，即使焊接坡口宽度发生变化的工件时，也能将每层堆高焊接得比较均匀。
图6-2、有自动跟踪功能焊接轨迹示意图
图6-3、未配跟踪功能焊接轨迹示意图
各种跟踪功能是通过焊丝实现的，不需要增加其它传感装置，从而增加了焊枪的灵活性。接触传感是利用焊丝接触工件表面，从而知道焊缝位置；电弧跟踪传感是在焊接的同时，通过检测焊丝的干身长度的变化，从而实时调整焊接动作，保证焊接轨迹与实际焊缝位置一致的功能。
★ 高效焊接功能
使用φ1.2细径焊丝，通过即使在350～400A的大电流范围内也仍然有效的高性能电弧跟踪功能,可以实现高效焊接?
★ 焊接数据库功能
具有焊接专家条件数据库，其中包含日本神户制钢所经过几十年实践总结出来的为各种焊缝形式而设定的焊接参数及工艺，用户可以根据工件焊缝形式，直接调用数据库数据，可以自动生成焊接工艺表，并直接在焊接程序中应用；也可根据客户自身工艺需求对此工艺表进行修改，从而达到理想的焊接效果。
图6-4、不同角度焊接示意图
如下表：单边V形坡口，焊脚为18mm，自动生成焊接数据库表（下为数据库部分内容）。
参数
每道焊缝焊接层数
1
2
3
4
焊接电流(0～500)A
300
300
300
焊接电压(80～120)%
102
102
102
焊接速度(cm/min)
27
25
20
摆动宽度（0～30mm）
4
4
12
回数（1～300回）
180
60
40
停止时间（0～30）0.1s
0
0
4
电弧点前后（±150mm）
0
0
0
电弧点左右（±150mm）
0
9
14
电弧点上下（±150mm）
0
8
13
收弧时间(0～999)0.1s
10
30
45
收弧电流(0～500)A
180
180
180
收弧电压(80～120)%
100
100
100
电弧跟踪（0.OFF.1ON）
1
0
0
电弧状态（0:OFF.1:ON）
1
1
1
注：数据库显示需要焊接三层。
平均焊接速度为600px/min。
焊接电压是根据焊接电流进行一元化调节。
每层焊接过程中均可设置为电弧跟踪ON或OFF。
以上数据库参数均可根据需要人工从新编制（包括焊接层数的确定）。
★ 支持连续运转的功能
配有喷嘴清洁器?剪丝器，可以保持系统连续自动运转?
七、 机器人焊接工作站配置清单
机器人焊接系统构成明细表
序号
名称
规格
数量
产地
1
弧焊机器人
MOTOMAN-MA1400
1
日本安川
2
空冷焊枪
1
安川配套
3
防碰撞系统
1
日本安川
4
机器人安装底座
H500
1
5
焊接电源
RD350
1
安川
6
一轴变位机
HSD-100
1
7
定位机构
1
8
清枪剪丝
1
9
电气控制系统
1
10
安全围栏
1
八、 关键设备参数及功能描述
8.1、机器人尺寸及动作范围
图8-1：机械臂动作范围及尺寸
8.2、机器人MOTOMAN-MA1400技术参数
形 式
YR-MAO1400-A00
结 构
垂直多关节型（6自由度）
载 荷
3kg
重 复 定 位 精 确 度 *1
±0.08mm
动
作
范
围
S轴（ 旋 转 ）
±170°
L轴（ 下 臂 ）
+155°~ -90°
U轴（ 上 臂 ）
+190°~ -175°
R轴（手腕旋转）
±150°
B轴（手腕摆动）
+180°~-45°
T轴（手腕回转）
±200°
最
大
速
度
S轴（ 旋 转 ）
3.84rad/s，220°/s
L轴（ 下 臂 ）
3.49rad/s，220°/s
U轴（ 上 臂 ）
3.84rad/s，220°/s
R轴（手腕旋转）
7.16rad/s，410°/s
B轴（手腕摆动）
7.16rad/s，410°/s
T轴（手腕回转）
10.65rad/s，610°/s
容 许
力 矩
R轴（手腕旋转）
8.8N·m
B轴（手腕摆动）
8.8N·m
T轴（手腕回转）
2.9N·m
容许惯性力矩 (GD2/4)
R轴（手腕旋转）
0.27kg·m2
B轴（手腕摆动）
0.27kg·m2
T轴（手腕回转）
0.03kg·m2
本 体 重 量
130kg
8.3、机器人控制柜规格
项 目
规 格
结 构
防尘结构
尺 寸
425（宽）X450（深）X1200（高）mm
毛 重
100kg以下
冷 却 方 式
间接水冷
周 围 温 度
通电时0~45℃。保管时：-10~60℃
相 对 湿 度
最大90%（无结露）
电 源 规 格
三相AC220V/220V(+10%,-15%)60HZ(±2%)(日本规格)
三相AC220V(+10%,-15%)60HZ(±2%)(日本规格)
接 地
D种(接地电阻100Ω以下专用接地)
输 入 出 信 号
专用信号：输入23，输出5
通用信号：输入40，输出40
最大输入出信号（选项）：输入2048，输出2048
位置控制方式
编码器顺序
记 忆 容 量
JOB：200,000程序点 10，000机器人命令
COILadder：20,000程序点
增 加 插 槽
PCI：2插槽（主要CPU），1插槽（伺服CUP）
别途 传感基板专用 1插槽装配
LAN（上位连接）
1个（10BASE-T/100BASE-TX）
I/F 编 号
RS-232C：1个
控 制 方 式
伺服软件
运 转 单 元
标准6轴+可搭载单轴增幅2轴 8轴增幅
喷 漆 色
孟塞尔色系列5Y7/1
8.4、视教器规格
项 目
规 格
尺 寸
169（宽）X314.5（高）X50（厚）mm
毛 重
0.990kg
材 质
强化塑料
操作机器
选择键、轴操作键（8轴），数值/应用键切换模式键（数学模式、操作模式、遥控模式），急停键、撤销键、小型记忆卡I/F装备（小型记忆卡为选项），USB端口（1端口）装备
显 示 屏
640X480像色素LCD,触摸式屏幕（中文、日文、英数字、其它）
保护等级
IP65
电缆长度
标准：8m，最大（选项）：36m
8.5、机器人专用焊枪
图8-2：机器人专用焊枪
形式
YMENS-300R
额定电流
A
350
A
300
使用率
%
60
适用焊丝直径
mm
0.8-1.2
冷却方式
空 冷
8.6、变位机
该焊接变位机通过翻转盘翻转运动使工件处于最佳焊接位置，主要用于缸套的焊接翻转；与焊接机器人配套组成自动焊接系统，可大幅度提高焊接质量，减轻焊工劳动强度，提高劳动生产率。
该焊接变位机主要由变位机机架、翻转体、翻转驱动机构、工装夹具，气缸和控制系统等组成。其中所有焊接结构件由钢板和型材组焊而成，所有焊缝按等强度焊缝要求进行焊接，焊后均进行退火处理，去除焊接内应力和有效防止加工的变形。其结构如图所示：
图8-3：变位机结构示意图（一）
图8-4：变位机结构示意图（二）
8.7夹具设计
图8-5：缸套装夹示意图（一）
图8-6缸套装夹示意图（二）
8.9、焊接电源
RD350焊机
简要说明：
超低飞溅全数字化机器人专用焊接电源
详细说明
超低飞溅全数字化机器人专用焊接电源
RD350的最新技术
1.100KHZ的高速逆变器控制
2.通过DSP控制电流,电压以及送丝装置马达的全数字控制
焊接电源参数
短路焊接的飞溅程度减小到原来的十分之一
机器人系统连接图
九、 机器人工作站操作流程
(1)示教作业
①将工件置于工装平台上,定位?
②打开设备电源?
③将机器人操作箱上运转模式键设定在示教模式一侧?
④进行示教作业前的确认作业?(首次工作进行,一次完成后,以后无需进行此步骤)
⑤用示教操作器进行示教作业。(首次工作进行,一次完成后,以后无需进行此步骤)
a)焊接程序
1)遥控机器人,作成轨迹?即使在多道焊的场合,轨迹也仅做成第1层?参考现状下的焊接方法,预先决定焊接顺序和焊接方向?为了便于更改焊接顺序,将每条焊接线的示教程序分开?
2)设定命令代码?
例如,在焊接开始点传感的时候,仅仅指定命令代码和坡口种类,机器人就会自动生成传感动作?
3)在系统中设定参数?如焊接电流?电压?焊接速度?摆动条件?收弧条件?
4)确认示教程序有无错误,程序是否传送至步骤?如果有错误,进行修改?
5)遥控机器人移动至退避位置(程序的开始位置?终了位置)?
b)相关作业程序
做成喷嘴清洁器?剪丝器等相关作业的程序?
⑥将程序保存在外部记忆(闪存卡)中?
(2)再生作业(自动运转)
①从安全栏内出来,插上安全栏的安全栓?
②将机器人操作箱的运转模式键变更至再生模式侧?
③确认安全栏内无人,机器人动作范围内没有干涉物?
④通过外部启动单元设定该程序编号,进行再生?
⑤只要不发生异常停止,焊接程序和相关作业程序就会自动再生,所以不需要操作员的监视?
⑥由于电弧异常等轻异常发生停止时,状态显示灯从黄色变为红色,以此通知工人。
⑦以下所示为异常处理作业的顺序?
1)将运转模式键变更至示教模式侧,进入安全栏内?
2)确认异常状态,排除异常的原因?如果使用暂时停止点自动恢复功能,机器人可以从异常停止的位置自动再次启动?
3)进行适当的处理后,从安全栏内出来,插上安全栓?
4)将运转模式键变更至再生模式侧,进行再启动?
⑧再生运转结束后,将运转模式键变更至示教模式侧,进入安全栏,确认焊接状态?需要更改焊接条件时,修正数据库?
⑨将程序保存在外部记忆(闪存卡)中?
⑩循环，相同规格工件装夹完成后调用固定示教好的程序，外部启动，开始焊接，完成焊接后卸件，完成一循环。
十、 电气控制系统
10.1.控制系统总体结构
控制系统网络主要有三层结构：上位机数据处理，主控系统，动作执行系统。
上位机信号处理系统：
负责产品型号的录入，与主控系统的通信，生产数据的实时采集，产品质量数据的记录等。
主控系统：
采用西门子S7-300或台达系列PLC，负责控制整个系统的运行。主要包含机器人焊接站6个单元、机器人起动命令传达，与上位机的数据传递等。
动作执行系统：
主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的定位夹紧、焊接等工作。
整个系统主要有两种通信方式，其中PLC和上位机以及PLC和HMI采用以太网通信，优点是可以传输大量通信数据；PLC和执行元件之间采用DEVICENET或FROFIBUS DP通信方式，优点是通信稳定，可扩展性强。
10.2.上位机部分
可以实时的监控整个系统的运行状态，查询历史数据，执行人工上线等操作。
10.3.主控系统
可监测各个工作站当前状态及各主要设备当前状态，并以图形方式显示。监测画面为工作站级。工作站作为一个整体的当前状态；工作站画面以图形方式显示各个执行单元当前运行状态。
具有各种异常状态的自诊断功能，且所有异常现象能自动提示。包括位置软、硬限位、门开关、过流、欠压、控制异常、急停和冷却水水压不足等故障的自诊断、显示和报警功能。迅速诊断故障位置和原因，指导维修人员；
A）故障分类：故障要求分为停机类故障和非停机类故障，做停机信号。
B)故障显示：主控制柜装有报警和状态显示，采用三色柱状指示灯（红色代表停机类故障，黄色代表非停机类异常）,故障或异常发生时都要求有声光报警；在人机界面上显示故障信息。
C）故障的退出：非停机类故障，故障信号消失后，故障立即退出；停机类故障，手动排除故障后，按相应的故障复位按钮，故障退出。
10.4.执行系统
执行系统主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的翻转、定位夹紧、焊接。
