FJ0904000油箱机器人焊接系统方案说明书.docx

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FJ0904000油箱机器人焊接系统方案说明书

1.系统概要

本技术文件所记载的是,由弧焊机器人ARCMAN-MP、焊接电源UC500、1轴变位机组成，机器人控制轴数为7轴,能够方便实现油箱高效、可靠的自动焊接｡该系统结构紧凑，生产效率高，手动夹具设计，操作工序简便。

方案示意图如下：

油箱焊接机器人工作站技术特点：

1.1专门针对中厚板焊接领域开发优化的神钢机器人系统，具有完善的中厚板焊接解决方案及非常成熟的实践经验；

1.2夹具为手动柔性结构，最优化设计，适用标书要求各规格工件。

使用快捷、可靠；

1.3该系统为设备本身及人员提供了充分的安全保障和良好的工作环境。

2.适用工件

（1）工件名称:

油箱

（2）工件规格：

最大质量500kg（含有夹紧夹具质量）

（3）组对情况：

有。

点焊点位置基本固定，焊点焊角高小于3mm。

组对间隙应小于2mm，当间隙大于2mm时应该手工补焊，补焊焊缝均匀。

（4）焊缝坡口形式：

按图纸要求。

3.焊接条件

焊接方法:

气体保护电弧焊接Ar（80%）+CO2（20%）

焊接姿势:

水平焊接

焊丝:

φ1.2mm，实芯焊丝

焊丝伸出长度:

Φ1.2mm－22mm

4.系统构成和规格

4.1.系统构成（表中数量为1套系统所属数量）

名称

规格

数量

产地

焊接机器人

ARCMAN-MP

日本神钢

焊接电源

SENSARC-UC500

日本神钢

送丝装置

RFW651

日本神钢

单丝焊枪

RTW502-LL-S150

日本神钢

清枪、剪丝装置

ARS－77

宾采尔

冷却水循环器

MP-250B-FL

日本神钢

单夹持2轴变位机

K2-500EL

唐山开元

夹紧夹具

唐山开元

护栏

唐山开元

降压变压器（系统用）

TSMTR30HGE

唐山松下

4.2.各部的规格和构成

4.2.1焊接机器人ARCMAN-MP技术规格：

1套

机器人本体

6自由度･多关节型机器人､220kg

神钢

机器人安装规格

腕部标准型

机器人可搬运质量

10kg

运动最大半径

2141mm

驱动方式

AC伺服电机

重复定位精度

±0.1mm

各轴动作角度

S1（旋回）

S2（下支臂）

S3（上支臂）

S4（腕部回转）

S5（腕部弯曲）

S6（腕部扭转）

±165º

＋140º～－125º

＋80º～－70º

±180º

±135º

±200º

各轴最大速度

S1（旋回）

S2（下支臂）

S3（上支臂）

S4（腕部回转）

S5（腕部弯曲）

S6（腕部扭转）

1.92rad/sec110º/sec

4.19rad/sec240º/sec

5.41rad/sec310º/sec

容许力矩

S4（腕部回转）

S5（腕部弯曲）

S6（腕部扭转）

43.2N·m（4.4kgf·m）

20.6N·m（2.1kgf·m）

容许惯性

S4（腕部回转）

S5（腕部弯曲）

S6（腕部扭转）

1.61kg·m2（0.165kg·m·sec2）

0.32kg·m2（0.032kg·m·sec2）

使用环境

温度

湿度

高度

振动

使用温度范围:

-10℃～+45℃

20～90%不结露范围（使用时·保存时）

1000m以下

4.9m/s2（0.5G）以下

机器人控制箱CA型

600×1100×400mm､100kg

神钢

使用环境

温度

湿度

高度

动作中-10℃～45℃,

20～90%不结露范围（使用时·保存时）

1000m以下

初级侧电源

AC200～220V+10%､-15%,3Phase,50/60Hz±3Hz

示教操作器

外形尺寸·重量

语言

表示区域

连接装置

异常停止按钮

300×200×50mm､1.1kg

中文/日文

115.2×86.4mm､液晶显示带有背光照明

小型闪存槽

2频异常停止按钮

神钢

电缆类

控制电缆

延长电缆

控制电缆

机器人控制箱～机器人本体

机器人控制箱～示教操作器

机器人控制箱～焊接电源

5m×2根

15m×1根

5m×1根

神钢

焊枪安装工具

腕部弯曲长度500mm､焊枪角度35°用

神钢

电弧点调整棒

腕部弯曲长度500mm用

神钢

送丝电缆

神钢

工具

内六角扳手组合

神钢

备用保险

神钢

□ＡＲＣＭＡＮ的标准功能

功能

备注

接触传感程序包

■贵公司若指定焊丝需提供2盘以供精度调试※1

电弧跟踪

使用电弧传感时的功能※2

脚长管理功能（偏厚功能）

※3

电弧重起功能

※4

数据库功能

※5

坡口多层焊接程序包

变位机空转回避功能（仅回转轴）

※6

再生暂时停止自动恢复功能

※7

粘丝自动解除功能

※8

喷嘴接触回避功能

※9

遥控坐标系选择功能

直交、工具、便利、各轴、工件等各坐标系

状态显示功能

机器人･移动装置的位置座标，外部信号状态等

程序编辑功能

位置、命令的更改、插入、删除

程序复制、删除、合并

程序变换功能

平行·回转移动、镜像变换、焊枪平移等

程序调出功能

生产管理・历史显示功能

示教/再生切换功能

焊接相关参数切换功能

※10

断电再生功能

程序存储器容量

※11

外部记忆

闪存卡

接口

以太网２ｃｈ

焊接条件自动设定功能

※12

机器人联动功能

※1接触传感功能

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。

机器人通过焊丝端部传感电压，检测焊接工件偏差、坡口尺度,记忆工件或焊缝位置，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。

其优势在于焊枪不需要外加其他设备，以施焊焊丝为检测传感器，精度高，可达性好。

<1>开始点传感功能

开始点传感功能是，在焊接中预先检测焊接线的中央位置，其与示教时工件的偏移量作为纠正量，纠正以后的焊接线的位置偏移的功能。

<2>3方向传感功能

３方向传感功能分别进行ｘ、ｙ、ｚ的３方向的传感，对于示教位置将示教的检测点（工件基准点）和根据传感动作检测出的检测点之间的差别，进行加算纠正。

3方向传感从工件的偏移倾向开始到决定传感顺序，即使仅是1方向的传感也可实行。

<3>焊接长传感功能

焊接长传感功能是3方向传感的扩张功能，仅对焊接开始点或者焊接终了点检测平行偏移，纠正示教位置的功能。

主要适用于焊接线长度有误差的场合和焊接长因工件而变化的场合。

<4>圆弧传感功能

圆弧传感功能是检测具有一定弯曲率的圆弧形状工件的基准面（省略设定中水平面（ＸＹ平面））内的平行偏移，纠正示教位置的功能。

<5>多点传感功能

多点传感功能是，在多点传感区间开始／终了命令所包含的区间中，在此区间焊接线的全示教点进行开始点传感、纠正示教点的功能。

<6>接触探测传感功能

接触探测传感功能，是对工件全体的偏移和坡口的偏移不一致的焊接对象，检测其坡口附近的功能。

<7>间隙传感功能

间隙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。

<8>变位机角度补正传感功能

传感纠正量的变位机反映功能是，通过与3方向传感功能组合使用，检测工件安装时发生的工件回转偏移纠正量，并将此纠正量在变位机轴上反映的功能。

※2电弧跟踪

电弧跟踪功能是在焊接中进行摆动焊接的同时，根据焊接电流反馈值的变化，寻找焊接线的中心，实时修正焊接工件的偏差，自动检测焊接线的位置，追踪位置偏移的功能。

在电弧跟踪中有焊接线跟踪（左右方向跟踪和上下方向跟踪）和坡口幅度跟踪（为选购项）。

电弧传感的最大追踪范围，会因为电弧现象、焊接条件而不同。

电弧传感的追踪范围是焊接速度越快，摆动次数越少越跟踪范围越小，而焊接速度越慢，摆动次数越多跟踪范围越大。

直线焊缝最大跟踪范围为：

40mm/500mm,圆弧焊缝工件中心的偏移容许范围最大跟踪范围为：

200mm直径圆中心允许偏差3mm（大于3mm时配合使用接触传感中的圆弧传感功能纠正）

※3脚长管理功能

在使用电弧传感的时候，可设定焊接不等边焊脚的功能。

※4电弧重起功能

由于工件表面的锈和熔渣等绝缘物的影响电弧没有发生时，反复进行预先设定次数的起弧动作的功能。

通过本功能可以降低由于在自动运转中的焊接开始部发生电弧异常而造成的暂时停止频率。

是在实际工作中非常重要的功能，大大的提高自动生产效率。

※5数据库功能

数据库功能是事先设定·登录焊接条件，通过数据库命令呼出设定的焊接条件的功能。

此外，在数据库中可以设定每层的焊接条件，通过设定必要层数的焊接条件可以进行多层焊接。

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，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，很大程度的节约用户示教编程的时间。

※6变位机空转回避功能

应用于机器人控制轴变位机。

为了避免空走动作时不必要的空转，从接近180°的地方开始向目标角度移动，从而可以大幅缩短空走时间。

※7再生暂时停止自动恢复功能

再生暂时停止自动恢复功能是，在再生时的焊接中发生电弧异常和暂时停止的时候，去除错误因素或者暂时停止原因后，在再起动时调用命令，自动从任意的位置向电弧切断位置恢复的功能。

同时还可以通过设定对于电弧切断位置的偏置量（以电弧切断位置为基准的焊接线方向的平移量），可以指定焊缝的重叠和焊接剩余部分。

※8粘丝自动解除功能

粘丝解除功能，就是在焊接结束时（电弧OFF命令执行时），出现焊丝粘在工件上（下称粘丝）的情况下，自动熔断焊丝（再给上电弧）解除粘丝状态，使之达到可以继续运转状态的功能，并可以设置接触次数。

※9喷嘴接触回避功能

喷嘴接触回避功能，是在指定的区间内检测了喷嘴接触的时候，以预先设定的回避条件（回避方向以及回避水平）为基础进行回避动作的功能。

※10焊接相关参数切换功能

可以最多登录关于99种焊丝的参数，并可以进行切换使用。

这些参数必须要通过使用的焊丝进行调试。

也可以选择焊丝干伸长度。

※11系统构成对应的步骤数如下所示。

系统构成

对应记忆步骤数

机器人单体

８１，０００

机器人＋移动装置＋变位机

４６，０００

（其他）

■可利用程序数：

９９９

■可利用数据库数：

４９９

■机器人运转模式／状态输出：

６７点

用户可以示教・通用输出信号：

４８点

■机器人指令／联锁信号：

５７点

用户可以示教・通用输入信号：

４８点

※12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。

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

焊接电流（0～500）A

300

焊接电压（80～120）%

102

焊接速度（cm/min）

摆动宽度（0～30mm）

回数（1～300回）

180

停止时间（0～30）0.1s

电弧点前后（±150mm）

电弧点左右（±150mm）

电弧点上下（±150mm）

收弧时间（0～999）0.1s

收弧电流（0～500）A

180

收弧电压（80～120）%

100

电弧跟踪（0.OFF.1ON）

电弧状态（0:

OFF.1:

ON）

注：

1）数据库显示需要焊接三层。

2）平均焊接速度为24cm/min。

3）焊接电压是根据焊接电流进行一元化调节。

4）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修改（包括焊接层数的确定）。

□ＡＲＣＭＡＮ的选择部件

功能・部件名称

数量

备注

硬件选择

撞击传感器

1套

ＣＦ卡　※1　

１套

１２８ＭＢ

另置型操作箱

（无控制电源ＳＷ）

１套

带有１０ｍ电缆、支架

外部启动单元

1套

二级预约功能

状态显示灯

１套

红－黄－绿3灯式※2

带气体流量计的压力调整器

１套

二氧化碳气体配管用

接地棒

１套

清枪器

1套

宾采尔制刮刀式

电缆、软管等也由贵公司安排

剪丝器

１套

宾采尔制

电缆、软管等也由贵公司安排

清枪器、剪丝器用支架

１套

※１请使用我公司指定品。

我公司指定品以外得产品不能保证动作。

※2我公司标准的显示色　红：

重异常、轻异常、重警报、轻警报

黄：

再生中

绿：

再生正常结束

此外，下述情况时2种颜色同时亮灯红·黄→再生中的重、轻警报

红·绿→再生正常结束中的重、轻警报

状态显示灯设置场所设置在机器人控制箱上部。

4.2.2控制柜1套

项目

CA型控制柜型式CA-MP10100

控制器、

其他

组合操作器

ARCMAN-MP

外形尺寸·重量

600×1，100×400mm、100kg

使用周围温度

动作中-5℃～45℃

相对湿度

20％～90％RH（不结露）

初级侧电源

AC200～220V，3相，50/60Hz±3Hz

构造·冷却方式

简易防尘·间接冷却

振动

0.5G以下

可控制轴数

13轴，机器人：

6，机器人移动装置：

3，变位机：

2×2

外部输入出

通用输入48点（标准）

机器人指令/联锁输入57点

通用输出48点（标准）

机器人运转模式/状态输出67点

位置检测功能

绝对值编码器

程序记忆

相当46，000步骤，不需要电池

连接装置

“以太”网2ch

接地

D种接地

安全规格

ISO10218DIS2004基准

安全功能

·示教时的减速度对应·异常停止·保护停止（联锁停止）

外部记忆

小型闪存卡附属于示教操作器

传感

接触传感、电弧跟踪

示教操作器

外形尺寸·重量

300×200×50mm、1.1kg

语言

中文/日语/英语/

表示区域

115.2×86.4mm、单色液晶显示带有背光照明

连接装置

小型闪存槽

赋能开关

3位置赋能SW

异常停止按钮

2频异常停止按钮

示教、操作

示教/再生方式

P.T.P.示教/再生C.P.控制

插入

直线

圆弧

各轴

遥控坐标

直交、工具、方便、各轴、工件

程序数

999

程序编辑

位置、命令的变更、插入、删除

程序的复制、删除、组合、命名

程序变换

平行移动、回转移动、镜像、焊枪平移

数据库数

499（相当3，700～5，900道）

多道焊数据库

坡口种类、每层的焊枪角度、焊接条件、焊接线平移等

横摆

软件横摆

横摆型式

正弦波、矢量（选择）

焊丝点动

正转·逆转（速度：

高速/中速/低速）

管理·维修·表示功能

时间、步骤数、生产个数、时间合计、错误经历等

自我诊断功能

在示教操作器上显示重/轻异常、重/轻警报、警报，输出外部输出。

注：

･控制系统全部由神钢设计制作，控制柜采用密封设计｡

･示教操作器具有操作模式转换､暂停､急停等操作功能｡操作界面所用语言为中文｡

･示教操作器具有机器人编程操作按键､选择键､各轴操作键､数字/应用键､急停按钮､安全开关等,采用背光液晶显示｡

･示教操作器可完成座标系选择､各示教点修改､各轴点动操作,对焊接速度､焊接电流､电压进行工作中或停止中进行微调修改｡

･通过示教操作器可以显示机器人本体､周边设备报警､自诊断､报警内容记录｡

･编程方式采用示教､菜单提示､人机对话方式｡

･具有关节运动､直线及圆弧插补､工具姿态控制功能｡

4.2.3焊接装置

（1）高效率脉冲MAG电源SENSARC-UC5001套

型式

UC500

额定输入

额定输入电压､频率､相数

输出电流･电压

额定使用率

外形尺寸

重量

冷却方式

30KVA

AC380±10%,50/60Hz,3相

50～500A,15～45V

500A-100%

363W×775H×613Dmm

96Kg

风冷

SENSARCUC500为先进节能的全新高性能逆变电源，由微电脑处理芯片实现焊接过程控制，控制精确、可靠，焊接性能优越，焊接质量优良，可保证低飞溅焊接。

高频逆变技术使电源体积及能耗显著降低，高速波形控制技术，有效抑制短路上升电流，改善短路过渡特性，从而大量减少焊接飞溅量，提高焊接稳定性。

先进的引弧方法及脉冲回烧程序保证了焊丝不结球，提高了引弧的可靠性。

高性能稳定控制的收弧及停弧前的脉冲控制保证收弧性能及避免粘丝。

（2）送丝装置1套

型式

RFW651

适用焊丝径

送丝速度

φ1.2mm/φ1.6mm

0～25m/分

（3）单丝焊枪（600mm）：

RTW502-LL-S1501套

型式

RTW502-LLS150

使用率（10分额定）

冷却方式

适用焊丝

焊枪电缆形状

500A-100%（CO2）､500A-80%（Ar+CO2）

水冷

φ1.2mm、φ1.6mm

一体型

专门为机器人进行焊接而设计，具有优良的刚度碰撞后无需矫形。

并带有防碰撞传感器，当焊枪遭受猛烈撞击时,发出报警,机器人停止,可以避免焊枪及机器人损坏｡一体式水冷，适应大电流焊接。

4.2.4清枪剪丝装置：

1套

德国宾采尔自动清枪喷油装置，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

4.2.5冷却水循环器1套

型式

MP-250B-FL

吐出量,压力

尺寸

重量

1.5L/min,0.36Mpa

321W×521D×323Hmm

17.5Kg（无水）

〔注〕：

･冷却水循环器的水,我们考虑到对传感功能等存在影响,所以推荐使用纯净水｡使用不冻液的时候,请使用我公司指定产品｡

･带有联锁用的流量开关｡

4.2.6单夹持2轴变位机1套

变位机本体型式K2-500EL

〔最大搭载质量〕500kg（含有夹紧夹具质量）

〔倾斜轴最大偏荷重〕1000N・m（工件＋夹紧卡具）

〔回转轴最大偏荷重〕1000N・m（工件＋夹紧卡具）

〔动作范围、动作速度〕

回转轴

倾斜轴

回转角度

±360°

－45°～＋225°

回转速度

再生时（MAX）

3rpm

示教遥控时（MAX）

1rpm

联动焊接时　　　（MAX）

1rpm

＊回转轴是具备空转回避功能的多回转规格。

K2-500EL变位机示意图

4.2.7夹紧夹具1套

1）夹紧夹具推荐采用手动形式,夹紧､放松操作方便。

2）夹具可适应各种工件规格｡

3）各种管线有防烫材料保护,防止飞溅侵入｡

4.2.8降压变压器1套

额定输入电压

3相AC380V50/60Hz

额定输出电压

3相AC200V50/60Hz

额定容量

30KVA

4.2.9资料1套

以下为单套数量

ARCMAN-MP使用说明书･操作说明‥‥‥1本

焊接电源使用说明书‥‥‥1本

送丝机使用说明书‥‥‥1本

焊枪使用说明书‥‥‥1本

冷却水循环器使用说明书‥‥‥1本

变位机使用说明书‥‥‥1本

移动装置使用说明书‥‥‥1本

设备原理图及安装图‥‥‥1本

4.2.10动力源

（1）一次侧电源:

降压前

系统

一次侧电源

设备容量

断路器额定电流

一次侧电缆尺寸（MIN）

系统用降压变压器

AC380V±10％,3相,50Hz

30KVA

30A

8mm2

焊接电源UC500

AC380±10％，3相，50Hz

30KVA

50A

22mm2

※UC500焊接电源使用AC380V±10％，3相，50Hz的一次侧电源。

（2）空气源喷嘴清洁器､剪丝器用:

0.5MPa,200L/min

（3）保护气体Ar（80%）+CO2（20%）:

25L/min

4.2.11使用条件

（1）温度:

－10℃～45℃

（2）湿度:

90%以下,不结露

（3）设置场所:

屋内

4.2.12本体､控制箱的喷漆色

ARCMAN-MP:

〔本体〕暗黄色（神钢公司标准色）

〔控制箱〕灰白色（神钢公司标准色）

焊接电源:

乳白色（神钢公司标准色）

※喷涂为底层､饰面各一层｡

5．操作方法和流程

（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）

1）调整焊丝伸出长度为22mm｡

2）使用原点棒,调整电弧点｡

⑤使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）在数据库中设定焊接条件｡焊接电流､焊接电压､焊接速度､摆动条件､收弧条件｡

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