C型支撑机器人焊接方案

1、龙门架机器人技术方案说明1. 应用范围本机器人焊接系统由德国KUKA机器人KR16、单轴机器人C型支撑HCS-3、TimeTwin Digital双丝MIG焊接系统组合而成，适用于阀体堆焊的焊接；总轴数为7轴。2. 项目描述2.1. 系统描述名称单位数量制造商机器人系统1)焊接机器人KR16包括控制系统套1德国KUKA2)弧焊软件包含焊缝寻找、电弧跟踪和多层多道焊接等功能套1德国KUKA3)系统联线总成套1德国KUKA周边设备4)机器人C型支撑HCS-3套1KUKA/华恒5)焊枪管线吊挂平衡机构套1华恒焊接系统6)TimeTwin Digital 双丝MIG焊接电源（含送丝机）套1奥地利福尼斯

2、7)KS-1 防碰撞及机器人枪夹个1德国TBi8)Robacta Twin水冷双丝焊枪把1奥地利福尼斯9)ROBACTA TC1000清枪剪丝站套1奥地利福尼斯安全装置10)安全围栏套1华恒服务11)预验收及培训次1华恒12)安装、调试及现场培训次1华恒其他13)运输及保险次1华恒2.2. 操作描述机器人使用接触寻位寻找焊缝，对需要焊接的焊缝进行迅速寻找，按照操作人员编制的焊接工艺程序、焊接顺序对工件实施焊接。在焊接圆圈坡口焊缝时，机器人自动寻找圆圈焊缝的所在位置并检测其高度，按位置点检测圆圈焊缝坡口的实际偏差量，自动将检测的结果加入到实际焊接的程序当中。根据坡口焊缝的不同宽度自动运行相应的焊

3、接参数，焊接速度和焊枪摆幅随坡口宽窄的变化而变化，保证所焊接的焊缝余高基本保持一致，实现无缺陷焊接。完成全部焊接任务后，机器人自动返回至安全位置，操作人员再次进入机器人工作区域，吊走工件。3. 设备描述3.1. 机器人系统3.1.1. 机器人系统KR16v 机器人本体采用铝合金铸造结构，通过计算机辅助设计和有限元结构分析获得总体优异的坚固刚性结构，从而获得最佳的固定负载能力。v 所有轴都采用免维护交流伺服电机驱动，使用无间隙的传动组件和绝对编码器。所有的机器人轴全部配有刹车装置和温度监测安全装置。v 优化的驱动能力，高精度位置监测系统，大功率伺服系统，保证了机器人具有高度的动态特性和良好的精度

4、。v 第二轴采用前置设计，在同样保证机器人灵活性的同时，最大地增加了机器人的有效工作范围，亦可以采用倒挂安装方式。用户还可以在机器人大臂上安装一定数量的自己的工艺装备。v 采用刚性和密封式的驱动单元，密封式管线和传动组件，保证了极高的实用性和可靠性。即使在恶劣的环境下也能保证机器人正常工作，使用寿命可达15年，平均事故间隔时间长达7万小时。KR16性能参数负载(指第6轴最前端P点负载）16公斤手臂/第1轴转盘负载10/20 公斤总负载46公斤运动轴数6法兰盘（第6轴上）DIN ISO 9409-1-A50安装位置地面/墙壁/天花板工作半径1610mm重复精度±0.1mm控制器KRC2

5、自重235公斤作业空间范围14,5立方米每个轴的运动参数运动范围运动速度轴1+/-185°156°/s轴2+35°/-155°156°/s轴3+154°/ -130°156°/s轴4+/-350°330°/s轴5+/-130°330°/s轴6+/-350°615°/s3.1.2. 伺服驱动系统v 基于数字化技术的伺服驱动容错位置监测系统可以提供绝对位置信息，每次启动系统后都不再需要设定参考位置。v 为了检测机器人的位置，绝对位置监测器被直接集成在伺服电机上

6、。由于采用冗余传送策略，这种监测系统可以抵抗电磁干扰，特别是工业供电网络中的电感和电容耦合带来的干扰，符合 ISO/TR 11062:1994标准。这种检测系统不需要电机上的任何电气组件，机器人控制系统计算出绝对位置检测器的值。v 绝对位置检测器及其附件的采用刚性设计和最少量，确保高可靠性。v 控制系统里的逻辑处理程序每一秒钟计算五千次机器人的绝对位置，但是控制系统每一秒钟对每个轴只检测一千次，总是有五个一般情况下相同的位置的值可以被利用。一旦这五个值里的一个或几个受到干扰而出错，机器人控制系统能够核查出这些值并取消它们。v 全新设计的伺服驱动放大器，通过连接到控制系统KRC2的总线接口，伺服

7、放大器的所有操作参数（最大电流、最大速度等等）都可以进行编程控制调整，用户自己就能在很短的时间内完成对机器人的优化。v 在更换伺服放大器后，机器人控制系统会自动对其进行配置，只需很简单的操作，新的伺服放大器就会自动被配置成与旧放大器相同的配置。v 伺服放大器的操作状态和错误信息直接被传送到控制系统，在示教盒上显示出来。3.1.3. 机器人控制系统 KRC2v 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；标准的工业计算机，硬盘、光驱、USB接口、标准RS232接口、打印接口、I/O信号、多种总线接口，远程诊断。v 标准的工业控制计算机处理器v 基于WindowsX

8、P操作系统平台，中文操作界面(可选择多种语言)，编程控制界面友好易懂v CPU：2.0 GHZv 内存：256MB RAMv 硬盘：20Gv 标准CD-ROM和软驱v 串口：COM1、COM2 、COM3，9针或15针v 主板：标准工业控制计算机主板，含PCI、ISA插槽，方便扩展v 以太网接口，可接入高速Internet，实现远程联网监控和远程诊断v 系统智能自诊断，提示相关信息v 支持多种标准工业控制总线，包括：INTERBUS、PROFIBUS、DEVICENET、CANBUS、CONTROLNET、ETHERNET、 REMOTE I/O等v 数字输入输出：16v 模拟输出：2 v 单

9、套同步控制轴的数量：Max. 16（含机器人本体和外部轴）v 伺服总线类型：Interbus-S（本体）HEDA（外部轴）v 插补循环时间：12 msv 伺服控制循环时间：1 ms v 可直接外接显示器、鼠标和键盘，方便程序的读写v 内置大容量电池和UPS电池缓冲存储装置，具备断电保护功能v 自动存储相关操作和系统日志v 多种应用软件功能包，编程容易、快捷 v 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。v LCD彩显，VGA模式，640X480, 256色。v 6D摇杆，外加键盘运动控制。示教过程简单，犹如游戏操作。v 三位使能开关、易于安全操作。v 四

10、种工作模式，可根据实际需要任意选择。v 通过Canbus 与PC通讯，实时性更强。v 330x260x35mm v 输入：400V+10%/-15% , 49-61Hzv 工作环境温度：0°-45°v 防护等级：IP54v 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 60204-1v 自重：185公斤v 负载功率：7,3-13,5千瓦（视外部轴数量及功率）3.1.4. 外部控制盒专为操作人员使用，可在不使用示教

11、盒的情况下控制系统的启动、停止、自动化运行和紧急情况下的停止。含支架、配线和三色指示灯。3.1.5. 弧焊软件包（Arc Tech）（含焊缝寻找、电弧跟踪及多层多道焊功能）3.1.5.1. 基本弧焊软件v 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。v 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。 v 库卡编程模板中的基本命令，例如动作命令点到点、直线插补、圆弧插补等，和常用逻辑命令wait、wait for等，均

12、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。v 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。v 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v 库卡的绝对位置记忆功能、程序逻

13、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。v 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。v 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（如下图所示）。3.1.5.2. 接触传感（Touch Sensor）功能包 v 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

14、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。v 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。v 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。v 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

15、点的接触传感，取决于工件的外形或焊缝的位置。v 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。v 焊缝寻位基本动作说明焊接上道焊缝结束后，机器人需要执行剪丝指令。剪丝装置通常安装在机器人第1轴上，目的是为了机器人焊枪在可以在最短的时间内到达剪丝位置。剪丝命令完成之后，可以保证机器人焊枪具有一致的杆伸长。由于剪丝的过程中实行先送丝，后剪丝，可以保证焊丝处于校直的状态；而且在剪丝完成后，机器人送丝机自动执行回抽丝的指令，可以保证去除焊丝在焊枪送丝管内多余的弯曲长度，这样机器人的正常动作不会导致焊枪杆伸长的变化。一致的杆伸长度是焊缝寻位的必要条件。机器人执焊枪

16、运动到示教位置，然后沿Z方向以相对缓慢的速度逼近工件表面，焊丝上加有安全电压（视工件表面状况可以调节），当焊丝尖端接触到工件表面时，形成回路。此时机器人立即停止进给，记忆下当前的空间坐标位置，并将其于之前示教的空间坐标位置进行比较，得出Z方向的偏移量。机器人执焊枪运动到示教位置，然后沿X方向以相对缓慢的速度逼近工件表面，此时Z方向的偏移量已经得到叠加，焊丝上加有安全电压（视工件表面状况可以调节），当焊丝尖端接触到工件表面时，形成回路。此时机器人立即停止进给，记忆下当前的空间坐标位置，并将其于之前示教的空间坐标位置进行比较，得出X方向的偏移量。机器人执焊枪运动到示教位置，然后沿Y方向以相对缓慢的

17、速度逼近工件表面，此时X和Z方向的偏移量已经得到叠加，焊丝上加有安全电压（视工件表面状况可以调节），当焊丝尖端接触到工件表面时，形成回路。此时机器人立即停止进给，记忆下当前的空间坐标位置，并将其于之前示教的空间坐标位置进行比较，得出Y方向的偏移量。如上，机器人能准确的计算出图示焊缝起始点的空间偏移量，将其叠加到示教位置后，找到实际的焊缝起始点，开始进行焊接。请注意，实际生产过程中，焊缝寻位的顺序和焊缝寻位的次数可以根据实际情况灵活编制程序，不在此一一说明。3.1.5.3. 电弧焊缝跟踪(Seam Arc Tracking)功能包 v 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”

18、，Seam Arc Tracking功能包可以在焊接过程中修正这类偏差，机器人的实际焊接轨迹将被修正，跟踪实际焊缝；若结合Touch Sensor功能包使用，可以达到最佳的效果。v 如上图所示，在焊接厚板或角焊缝时，焊枪摆动，焊丝在焊缝中间位置的杆伸长与在焊缝两边时是不一样的，杆伸长的不同，导致实际的焊接电流与设定的电流不同，杆伸长越短，实际电流就越大，杆伸长越长，实际电流就越小。利用这个原理，相应的软件实时处理检测到的电流变化、焊枪所处的位置，进而来修正机器人的实际轨迹，保证轨迹中心线始终在坡口中间，或是说在角焊缝的45°位置线上；同时保证焊枪在高度方向上的一致（如下图所示）。该功

19、能启动时，相关数据的反馈和处理频率是每12微秒一次，跟踪精度为0.1mm。请注意，该功能只有在摆动和直流射流的情况下才能起到很好的作用，铝合金工件由于焊丝电阻小，需要采用其他的跟踪方法。3.1.5.4. 多层多道焊(Multilayer welding)功能包v KUKA多层多道焊功能程序可以大大简化大焊角焊缝、堆焊等多层多道焊接程序的示教过程；v 如果使用普通的编程方法，需要对多每层多道的每一条焊缝进行示教编程，工作量很大；当使用KUKA多层多道焊功能程序后，只要对第一层（打底层）进行示教编程，其它道/层的焊接路径程序，只要根据焊接工艺，在第一层程序路径上叠加焊层高度、偏移量，以及变化焊枪角

20、度，就可以自动产出。v KUKA多层多道焊功能程序还可以与电弧跟踪结合使用；当焊接第一层（打底）时，应用电弧跟踪功能可以纠正实际焊缝位置与编程路径的偏差；KUKA的多层多道焊接功能可以记录下焊接第一层时的偏差，自动补偿到第2、3、4.道/层焊缝编程路径中，简单并容易地解决多层多道焊中焊缝位置偏差的问题。不同层/道焊缝的焊接参数可以单独设定，焊枪的摆动宽度、频率、波形，以及焊枪的姿态（角度），也都可以根据工艺需要进行不同的设定，如下图所示。3.2. 周边设备3.2.1. H CS-3焊接机器人C型支撑 机器人外部轴，可自由编程，适用于机器人悬挂安装。伺服电机（德国Siemens）通过精密行星轮减

21、速机方式传动，驱动回转支撑带动C型支撑旋转。由于C型支撑运动采用的伺服电机和机器人驱动电机属于同一系列，同时受KRC2 机器人控制器控制，因此可以实现C型支撑和机器人同时进行轨迹插补（联动）。机器人和C型支撑配合使用，使得该机器人工作系统有无与伦比的工作范围和柔性，即使大型复杂工件上可达性不好的空间焊缝，也可轻松胜任！技术参数C型支撑高度：3418mm悬臂中心距：2000mm回转度数：± 180°回转速度：18°/sec.重复定位精度：± 1.5 arc min3.3. 焊接系统该系统包括v TimeTwin Digital双丝MIG焊机（含水箱，机器人

22、送丝机，机器人总线接口）v VR 1500机器人送丝机v Robacta Twin水冷双丝焊枪v 无接触式焊枪清洁系统ROBACTA TC1000v 机器人枪夹，含KS-1防碰撞v 焊枪管线吊挂平衡机构系统布置图3.3.1. TimeTwin Digital双丝MIG焊接电源TIME TWIN焊机使用两台完全独立的增强型电源，通过各自微电脑控制器，每台拥有独立的送丝装置单独控制操作。通过本地高速总线（LHSB）调制两台单机使焊接过程更加迅速和完善。有了同步装置，在焊接一开始便可实现双丝精确过渡，这是双丝工艺稳定的先决条件。其电弧长度很短并且稳定持续。两根丝单独输送，焊速加快，线能量更小，电弧更

23、短，熔池缩小，依靠这种先进的引弧技术，TIME TWIN速度更快，飞溅极小，可避免众多干扰，随时重新引弧，进而得到更高质量的焊缝。技术参数主机TPS 5000×2电源电压（±15%）3x400 V电网电压范围±15%电网频率50/60Hz总保险丝35 A初级电流（100% d.c）18-29.5A初级功率（100%）13.1KVA功率因素0,99效率90%焊接电流范围MIG/MAG焊3 500 ADuty Cycle10 min/40 100 %暂载率360A开路电压70 V工作电压MIG/MAG焊14,2 39,0 V保护等级IP 23冷却类型AF绝缘等级F认证

24、标准CCC，CE，CSA尺寸(长x宽x高)625/290/475mm重量 Kg35,6 kg水箱FK 4000×2电源电压230 / 400 V50 Hz初级电流0,5 A制冷量Q=11/min+201600 W最大流量1,6 l/min.最大泵压4,5 bar冷却剂容积5,5 L尺寸(长x宽x高)725/290/230重量 Kg(不含冷却剂)14,1 kg功能列表（摘录）显示参数：-   自动回烧功能-   电弧长度-   气体自动过流时间-   保持功能- &#

25、160; 焊接电流信号-   JOB序号-   自动削球功能-   主电压监测-   JOB模式-   材料厚度-   能量保存逆变技术-   马达电流-   气体检测功能-   过热显示-   微处理器控制-   焊接电流（实际值/预设值）- &#

26、160; 机器人接口，数/模转换口-   焊接电压（实际值/预设值）-   S，CE标准-   送丝速度-   一元化操作-   可调参数-   系统模块升级-   电弧长度校正-   焊接数据监测-   回烧时间操作模式：-   熔滴过渡力校正-   2步/4步模式- 

27、;  电感-   铝焊起弧程序（特殊4步）-   弧坑电流-   气体预流时间-   气体过流时间-   连续调节焊接电流3.3.2. VR 1500机器人送丝机TIME TWIN的送丝系统使用测速送丝电机传动，平衡力使压力分布最均匀，结构最大特点在于配套送丝轮可折叠。TIME TWIN“全功能”的另一层含义在于：配合焊枪调整，焊丝干伸长可自由选择，并容易安装，例如在焊接机器人编程应用中。焊枪上可直接调整焊丝进给。很多严谨务实

28、的设计例如水冷盘式控制电机、温控风扇、焊枪冷却系统等，使得操作人员能长时间“与机共舞”，经济实用。技术参数：供应电压：55DC额定电流：4A焊丝直径：0,8 1,6 mm驱动方式：4轮送丝速度：0,5 - 22 m/min最大保护气压力：7bar尺寸（L/W/H）：405/208/205mm重量：7kg安全等级：IP 213.3.3. Robacta Twin水冷双丝焊枪技术参数：冷却方式：双路循环水冷暂载率：700A 100焊丝直径：0.8-1.6mm气体导管：保护气及压缩空气通路重量：约为1.5公斤电压等级：L（IEC 60974-7标准）3.3.4. ROBACTA TC1000清枪剪丝

29、站双丝焊枪喷嘴为扁圆形，普通清枪机构无法清理。TC1000采用独有的非接触式电磁振荡清枪技术，可以迅速、高效、完全清除附着在喷嘴上的飞溅；同时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。技术参数：主 电 压：±15 50/60Hz功 率：180w供气压力：6bar保护等级：IP21外形尺寸： （L×W×H）330/250/422mm重 量：13kg电磁振荡喷硅油清枪前清枪后TC10003.3.5. KS-1焊枪防碰撞技术参数 结构： 全机械轴向释放压力 (Fz)：550N横行释放扭矩： 18.2Nm触发后复位方

30、式：自动安全开关：常闭型，最大24V/1A 送丝按钮开关：常开型，最大24V/1A, 重复定位精度： 在距离法兰300毫米处测量，偏差范围在+/-0.01毫米内焊枪依靠预载弹簧实现准确定位，在碰撞发生时，弹簧弯曲后启动开关，机器人立即停止运行。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。4. 安全装置根据相关要求，机器人系统必须符合欧洲EN相应的安全法规。为了满足这样的要求，一般系统周围应设置隔离栅栏或通过各种形式的墙体实现区域隔离。用户应根据自己的厂房布局进行合理设置隔离栅栏或墙体，以实现安全高效地生产。为防止工作时人员进入机器人工作区域，除了机器人控制系统可以通过软件设置安

31、全区域外，另外提供人身安全开关，用于保证操作人员的人身安全和系统的安全运行。5. 客户提供的现场服务及其他重要说明安全要求用户使用的气体，零配件必须符合国家的有关标准。气源应设置在室外，与明火距离不小于15米，并且燃气与氧气安置距离亦不小于15米，气源应保持良好的通风条件，且应在避风阴凉处。工作前必须检查各气路，如有漏气，必须修复后才能开机工作，确保万无一失。调压器调节不正常，显示压力不正确不得开机工作。调节压力、调换气瓶，操作者手上不得带有油类物资。客户提供的现场服务发货前所有必要准备工作，例如，地基、必要的焊接工作、定位点、固定辅助工具等混凝土强度最小C25，地基最小厚度为400 mm客户

32、现场的卸载和运输。根据供应商要求的现场布置，现场通要求通风良好并远离振动源。提供可调节的干燥无水压缩空气（压力最小5 bar流量最小100升/min）至使用位置。放置所有电源线到相关位置（三相交流电3×380V/50HZ/50KVA、单相交流电220V），并作好连接准备。在订单处理过程所需的所有数据、文件、样品等请根据华恒提出的要求及时免费提供。 昆山华恒焊接股份有限公司 机器人事业部 2009.10.23附件：焊接机器人工作站业绩表序号设备名称设备所在单位合同签订时间1.车体机器人焊接系统北京618所2009.092.起重机转台机器人焊接系统徐州徐重2009.083.动臂机器人焊接

33、系统广西玉柴重工2009.074.主平台机器人焊接系统广西玉柴重工2009.075.座圈双丝机器人焊接系统徐州徐重2009.076.液压套筒机器人焊接系统徐州徐重2009.067.履带吊油箱/支腿机器人焊接系统三一科技2009.068.中部槽机器人焊接系统大同中央机厂2009.069.船用管道机器人焊接系统431厂2009.0610.履带吊导向座机器人焊接系统徐州徐重2009.0511.泵车转台机器人焊接系统徐州徐重2009.0512.汽车吊卷扬箱机器人焊接系统徐州徐重2009.0413.传感器机器人堆焊系统上海昌赫2009.0314.油缸环缝及油口接口机器人焊接系统徐州液压件厂2009.0315.挖掘机动臂机器人焊接系统昆山三一重机2009.0216.挖掘机斗杆机器人焊接系统昆山三一重机2009.0217.挖掘机X架机器人焊接系统（双丝）昆山三一重机2009.0218.挖掘机主平台机器人焊接系统昆山