不锈钢机柜焊接机器人工作站
发布日期：2021-1-6
1工件工艺分析
施耐德电气开关用于27KV 电压的通断控制，采用SF6气体保护，主要用于如小型电站或耗电量较大的工厂等场所。一旦电气开关出现问题将会导致较大的经济.损失，因此，电气开关在制作时要求焊接牢因、尺寸精确、密封可*、无焊接缺陷、外表美观。工件外形示意如图1所示。此工件为3mm厚优质不锈钢板焊接而成，工件尺寸为(867X400>x254 mm'。 工件两端共需要焊接两个端盖，焊接长度各约940mm， 焊缝高5mm; 工件底部有一方形盒体约 (490x240X47) mm'， 材料为lmm厚不锈钢薄板，其与工件焊缝长度共计约1460mm; 这两部分有外观要求及严格密封要求(060~0.75bar. 工件壳体内部加强筋三条，材料为碳钢，共计焊缝33段，要求焊接牢固。工件两侧面各有3个重8025mm圆孔，面间距离为400+1mm，要求两面平整、平行、圆孔同轴度不大于03。机器人自动焊接为金属极气体保护焊MI)， 工件检测补焊使用钨极惰性气体保护焊TIH)。采用混合型焊接保护气，气体成分为5%CO2+95%An。
2工作站总体布局及其主要机械结构
2.1 不锈钢机柜工作站总体布局设计
机器人工作站总体布局如图2所示。工作站共包括两个滑动焊接平台、一个固定焊接平台、一部焊接机器人以及水箱、焊机、控制柜、操作台等辅助设备。安全栅内侧被设定为机器人有效运行范围，非特殊情况下安全栅内部禁止人员活动。在固定工作台侧，有安全光栅门禁系统。当机器人在此位置工作时，若有人闯入工作站则系统报警，提醒闯入者注意安全。机器人采用了OTC专用焊接机器人，其型号为AXV6L.此类型机器人特点如下:能够检出各轴的碰撞，能够对示教自动模式中的碰撞进行检出，最大程度地减少自动运动中由于碰撞引起的损坏;能够自动对运行中的电弧进行检测;使用内藏PLC可以对外部夹具进行控制;画面上可以直观、直接显示发生故障的位置;控制箱内部部件采用模块化快接头方式设计，所以维修、更换非常方便等。焊接电源亦采用了OTC 全数字控制脉冲MI焊机DP400该焊机主要特点如下:可以进行高强钢、铝、钛、镁、镀锌钢板的焊接;新逆变控制技术使焊机拥有比目前同类产品高3倍的开关切换频率;使用电子电抗器减少飞溅的发生，可以实现薄板的高速、低飞溅焊接; 80kHz高速逆变控制，使平均电流25A的超小电流区间也可以得到稳定的电弧4。
2.2 滑动加工平台
此机器人焊接工作站加工平台主要分为两种方式:其一是滑动加工平台;其二是因定加工平台。滑动加工平台主要用来加工施耐德电气开关工件，共有两套。这两套加工平台在工作时交替地与机器人进行协同动作，使得整个焊接工作站可以进行连续焊接。固定加工平台的两个工位可以同时装卡两个工件，主要用于工厂内其它工件的加工。滑动加工台面机械装配如图3所示。滑台滑动导轨采用AMT精密直线导轨。滑台加工.台面借鉴了原有施耐德电气开关手工焊接加工卡具的设计经验。台面除可以沿导轨滑动外还可以绕导轨轴线做圓周转动，以配合机器人在焊接过程中所需要的特殊位置要求。大平板和滑动、固定两侧立板的芯部为铝合金材料，其余部分为钢结构。两个工作台面使用了四条AMT直线滑动导轨。转动手轮可以使滑动立板向外側滑动，这时可以进行工件的装卡和卸卡操作。当工件装卡完毕后，转动手轮，则滑动导轨在丝杠螺母机构的常动下向固定立板方向*近，这时辅以专用的装卡卡具就可以将待焊接工件准确牢固地安装在滑动加工平台上。两块立板各有三个圆孔，对应工件上三处圆孔设计。使用圆盘形卡具将工件与立板拉紧，以保证工件侧面与卡具立板平面贴合紧密。加工台面中部设计了倒圓角方形孔，可以在滑动台面旋转180时 得到良好的工件底部方.形盒焊接工位。滑动加工平台通过滑台立柱与滑动导轨连接在一起。滑台立柱装配主视图如图4所示。滑台立柱不仅负责滑动加工台面的支撑，同时也是滑动加工台面的旋转定位机构。由于机器人末端执行器的重复定位精度不低于0.02nm， 故要求工件的重复定位精度在长时间使用条件下不应低于0.02mm， 才充分发挥了机器人的精确定位性能。定位的实现是由卡盘插销机构来实现的。这种定位方式不仅可*耐用、重复定位准确、加工成本低、维修方便，并且具有一定的磨损自补偿功能。插销卡盘机构的装配示意如图4右侧部分所示。由图中剖视图可以看到，立柱为加工板焊接拼装结构。采用这种结构的目的，一是为了避免受型材尺寸的限制;二是便于在立柱内部安排必要的机械结构。插销一卡盘机构是决定定位准确性的核心机构，采用了特殊的加工处理工艺。锥形销配合设计不仅增加了定位接触面积，并且在插销有所磨损时仍然可以准确定位，即咱动补偿"功能。气缸作为动作执行机构，在这里有力地保障了锥形插销的补给性送进量。导轨框架由型材方钢焊接而成。动作气缸选用了YSC产品，气缸行程约1.5m，通过铰支座安装在导轨框架上。导轨滑块机构仍然选用AMT公司的产品。滑轨共4段，每段配备了两只滑块。前后缓冲座部件用来对滑台的前进和后退动作进行缓冲定位。加工台面安装在滑台立柱上，滑台立柱安装在移动平台上。移动平台由.气缸推动，完成进出机器人焊接工作站的动作。
23固定加工平台
固定加工平台只有台面的翻转功能，而不能移出工作站。其具体结构相当于滑动加工平台上接第5页)去掉了下面的滑动导轨，并将专用焊接卡具替换为通用焊接卡具。固定加工平台的动力侧立柱和定位侧立柱与滑动加工平台的两个立柱是完全相同的机械构件。翻转平台在外形上只有一日”字形框架，框架侧梁上均匀布满螺纹安装孔。使用时，将特定工件的卡具配做安装孔，并用螺钉与翻转台面连接即可。固定加工平台共有两个加工工位，机器人既可以只加工其中一个工位，也可以连续加工两个工位。
3电路及气动控制系统设计
3.1 电路控制系统
机器人工作站使用了S7-200系列 PLC及其I6扩展模块进行总控。由各操作面板及工作站内若干传感器向PLC发送指令及状态信息，PLC经过计算后将执行或状态信息发送给工作站执行部件或状态显示部件。三个大功率外部协同动作轴采用变频器进行控制，这样便于保证PLC与变频器之间的相容性。若干负载较大的电气触点采用欧姆龙继电器连接，保证了电气系统运行的可*性。
3.2 气动控制系统
气动控制元件均选用YSC的产品。主要使用了气缸、各类气动控制阀、气动三联件等。气源使用工厂提供的普通压缩空气，各气缸调速元件选用机构紧凑、安装方便的软管快插式管接头型单向节流阀。工作站共使用了2个滑台进出站气缸和3个转台定位气缸，均采用排气节流方式控制气缸速度。配气管路均使用软管连接，这样便于维修、便于二次配管日。图5为机器人工作站气动系统原理图。
