不銹鋼機柜焊接機器人工作站
發布日期：2021-1-6
1工件工藝分析
施耐德電氣開關用于27KV 電壓的通斷控制，采用SF6氣體保護，主要用于如小型電站或耗電量較大的工廠等場所。一旦電氣開關出現問題將會導致較大的經濟.損失，因此，電氣開關在制作時要求焊接牢因、尺寸精確、密封可*、無焊接缺陷、外表美觀。工件外形示意如圖1所示。此工件為3mm厚優質不銹鋼板焊接而成，工件尺寸為(867X400>x254 mm'。 工件兩端共需要焊接兩個端蓋，焊接長度各約940mm， 焊縫高5mm; 工件底部有一方形盒體約 (490x240X47) mm'， 材料為lmm厚不銹鋼薄板，其與工件焊縫長度共計約1460mm; 這兩部分有外觀要求及嚴格密封要求(060~0.75bar. 工件殼體內部加強筋三條，材料為碳鋼，共計焊縫33段，要求焊接牢固。工件兩側面各有3個重8025mm圓孔，面間距離為400+1mm，要求兩面平整、平行、圓孔同軸度不大于03。機器人自動焊接為金屬極氣體保護焊MI)， 工件檢測補焊使用鎢極惰性氣體保護焊TIH)。采用混合型焊接保護氣，氣體成分為5%CO2+95%An。
2工作站總體布局及其主要機械結構
2.1 不銹鋼機柜工作站總體布局設計
機器人工作站總體布局如圖2所示。工作站共包括兩個滑動焊接平臺、一個固定焊接平臺、一部焊接機器人以及水箱、焊機、控制柜、操作臺等輔助設備。安全柵內側被設定為機器人有效運行范圍，非特殊情況下安全柵內部禁止人員活動。在固定工作臺側，有安全光柵門禁系統。當機器人在此位置工作時，若有人闖入工作站則系統報警，提醒闖入者注意安全。機器人采用了OTC專用焊接機器人，其型號為AXV6L.此類型機器人特點如下:能夠檢出各軸的碰撞，能夠對示教自動模式中的碰撞進行檢出，最大程度地減少自動運動中由于碰撞引起的損壞;能夠自動對運行中的電弧進行檢測;使用內藏PLC可以對外部夾具進行控制;畫面上可以直觀、直接顯示發生故障的位置;控制箱內部部件采用模塊化快接頭方式設計，所以維修、更換非常方便等。焊接電源亦采用了OTC 全數字控制脈沖MI焊機DP400該焊機主要特點如下:可以進行高強鋼、鋁、鈦、鎂、鍍鋅鋼板的焊接;新逆變控制技術使焊機擁有比目前同類產品高3倍的開關切換頻率;使用電子電抗器減少飛濺的發生，可以實現薄板的高速、低飛濺焊接; 80kHz高速逆變控制，使平均電流25A的超小電流區間也可以得到穩定的電弧4。
2.2 滑動加工平臺
此機器人焊接工作站加工平臺主要分為兩種方式:其一是滑動加工平臺;其二是因定加工平臺。滑動加工平臺主要用來加工施耐德電氣開關工件，共有兩套。這兩套加工平臺在工作時交替地與機器人進行協同動作，使得整個焊接工作站可以進行連續焊接。固定加工平臺的兩個工位可以同時裝卡兩個工件，主要用于工廠內其它工件的加工。滑動加工臺面機械裝配如圖3所示。滑臺滑動導軌采用AMT精密直線導軌。滑臺加工.臺面借鑒了原有施耐德電氣開關手工焊接加工卡具的設計經驗。臺面除可以沿導軌滑動外還可以繞導軌軸線做圓周轉動，以配合機器人在焊接過程中所需要的特殊位置要求。大平板和滑動、固定兩側立板的芯部為鋁合金材料，其余部分為鋼結構。兩個工作臺面使用了四條AMT直線滑動導軌。轉動手輪可以使滑動立板向外側滑動，這時可以進行工件的裝卡和卸卡操作。當工件裝卡完畢后，轉動手輪，則滑動導軌在絲杠螺母機構的常動下向固定立板方向*近，這時輔以專用的裝卡卡具就可以將待焊接工件準確牢固地安裝在滑動加工平臺上。兩塊立板各有三個圓孔，對應工件上三處圓孔設計。使用圓盤形卡具將工件與立板拉緊，以保證工件側面與卡具立板平面貼合緊密。加工臺面中部設計了倒圓角方形孔，可以在滑動臺面旋轉180時 得到良好的工件底部方.形盒焊接工位。滑動加工平臺通過滑臺立柱與滑動導軌連接在一起。滑臺立柱裝配主視圖如圖4所示。滑臺立柱不僅負責滑動加工臺面的支撐，同時也是滑動加工臺面的旋轉定位機構。由于機器人末端執行器的重復定位精度不低于0.02nm， 故要求工件的重復定位精度在長時間使用條件下不應低于0.02mm， 才充分發揮了機器人的精確定位性能。定位的實現是由卡盤插銷機構來實現的。這種定位方式不僅可*耐用、重復定位準確、加工成本低、維修方便，并且具有一定的磨損自補償功能。插銷卡盤機構的裝配示意如圖4右側部分所示。由圖中剖視圖可以看到，立柱為加工板焊接拼裝結構。采用這種結構的目的，一是為了避免受型材尺寸的限制;二是便于在立柱內部安排必要的機械結構。插銷一卡盤機構是決定定位準確性的核心機構，采用了特殊的加工處理工藝。錐形銷配合設計不僅增加了定位接觸面積，并且在插銷有所磨損時仍然可以準確定位，即咱動補償"功能。氣缸作為動作執行機構，在這里有力地保障了錐形插銷的補給性送進量。導軌框架由型材方鋼焊接而成。動作氣缸選用了YSC產品，氣缸行程約1.5m，通過鉸支座安裝在導軌框架上。導軌滑塊機構仍然選用AMT公司的產品。滑軌共4段，每段配備了兩只滑塊。前后緩沖座部件用來對滑臺的前進和后退動作進行緩沖定位。加工臺面安裝在滑臺立柱上，滑臺立柱安裝在移動平臺上。移動平臺由.氣缸推動，完成進出機器人焊接工作站的動作。
23固定加工平臺
固定加工平臺只有臺面的翻轉功能，而不能移出工作站。其具體結構相當于滑動加工平臺上接第5頁)去掉了下面的滑動導軌，并將專用焊接卡具替換為通用焊接卡具。固定加工平臺的動力側立柱和定位側立柱與滑動加工平臺的兩個立柱是完全相同的機械構件。翻轉平臺在外形上只有一日”字形框架，框架側梁上均勻布滿螺紋安裝孔。使用時，將特定工件的卡具配做安裝孔，并用螺釘與翻轉臺面連接即可。固定加工平臺共有兩個加工工位，機器人既可以只加工其中一個工位，也可以連續加工兩個工位。
3電路及氣動控制系統設計
3.1 電路控制系統
機器人工作站使用了S7-200系列 PLC及其I6擴展模塊進行總控。由各操作面板及工作站內若干傳感器向PLC發送指令及狀態信息，PLC經過計算后將執行或狀態信息發送給工作站執行部件或狀態顯示部件。三個大功率外部協同動作軸采用變頻器進行控制，這樣便于保證PLC與變頻器之間的相容性。若干負載較大的電氣觸點采用歐姆龍繼電器連接，保證了電氣系統運行的可*性。
3.2 氣動控制系統
氣動控制元件均選用YSC的產品。主要使用了氣缸、各類氣動控制閥、氣動三聯件等。氣源使用工廠提供的普通壓縮空氣，各氣缸調速元件選用機構緊湊、安裝方便的軟管快插式管接頭型單向節流閥。工作站共使用了2個滑臺進出站氣缸和3個轉臺定位氣缸，均采用排氣節流方式控制氣缸速度。配氣管路均使用軟管連接，這樣便于維修、便于二次配管日。圖5為機器人工作站氣動系統原理圖。
