地磅自动焊接总体方案

地磅框架龙门焊接机器人系统设计方案

依据厂方提出的要求，拟采用龙门式焊接机器人系统用于电子地磅框架两端结构的自动焊接，实现电子地磅框架焊接的自动化。龙门焊接机器人系统构成如图1所示，系统由龙门架、焊接机器人和传动支撑部分构成。设计的焊接系统应满足以下要求：

1、针对几种尺寸的地磅框架结构，焊接系统要具有对这几种尺寸地磅框架的通用性，因此在设计焊接系统时，必须考虑对这几类产品的兼容性，设计出柔性可调的地磅龙门焊接机器人系统；

2、焊接机器人系统能实现地磅框架的焊接工艺，满足焊接性能要求。

图1 龙门式焊接机器人系统构成

设计内容主要包括机械系统和控制系统两部分，下面分别进行介绍。

一、机械系统设计

1、龙门式工作台设计

设计的工作台应能到达地磅两端的焊接位置（端面板与台面连接处），夹具应尽量安装在端面板的外侧，内侧应保证留有足够的执行焊接的动作空间，以便完成相应的焊接动作，不产生运动干涉。工作台为龙门式结构，采用伺服电机进行驱动，传动机构使用齿轮齿条实现。通过伺服电机驱动龙门工作台沿着X轴方向移动和横梁工作台沿着y轴方向移动，从而保证焊接机器人初始焊接位置的精确定位。

为实现上述的焊接动作，建立如下的龙门式工作台，如图2所示。可见，焊接机器人系统为龙门式两柱两轴伺服运动控制系统，通过伺服电机驱动焊接机器人在导轨上沿x、y两个坐标轴方向移动，实现焊接机器人的位置控制。为避免焊接机器人与其他焊接专机发生运动干涉，通过加宽龙门架横梁，保证左边龙门架与工件留有足够空间，并使焊机机器人处于横梁的一端（左边龙门架），从而避开与其他焊接专机的运动冲突。

图2 龙门架工作台动作示意图

二、控制系统设计

龙门式焊接机器人系统工作过程如下：系统启动后，控制器通过伺服电机驱动焊接机器人在导轨上沿x、y两个坐标轴方向移动，到达焊接初始位置后，启动焊接机器人进行地磅框架的焊接。其中，两轴伺服控制系统主要用于焊接机器人定位，焊枪的运动轨迹通过对焊接机器人示教完成。焊接采用气体保护焊电源及焊枪。龙门式焊接机器人系统工作流程如图3所示。

图3 龙门式焊接机器人自动焊接工作流程

1、控制系统硬件构成

为提高控制系统的可靠性并兼顾成本，焊接系统以PLC为控制器, 对焊接机

器人和两轴伺服单元进行控制。伺服电机自带光电编码器作为位置检测单元, 实现半闭环位置反馈，实现焊接机器人的精确定位。控制系统配有液晶触摸屏人机界面，可以方便而快捷地设置和修改工艺参数。焊接控制系统的硬件组成，如图4所示。PLC负责伺服单元的运动控制、焊接机器人的启动及紧急事件处理等任务。焊接系统复位由安装在工作台坐标原点的限位开关完成。框架的整个焊接过程按照事先编制的程序自动完成全部焊接工作。PLC可以储存多种地磅框架型号，变换型号时通过序号切换，可以很方便地对多种地磅框架进行焊接。

图4 地磅框架焊接机器人控制系统结构示意图

2、控制系统功能需求

一般来说，自动焊接系统的主要功能较为稳定，因此，从地磅框架焊接机器人系统的用户需求分析可知，该系统应完成以下功能：

（1）自动焊接

该项功能主要实现两轴伺服单元与焊接机器人的协调控制，两轴伺服单元运动的控制，焊接机器人的启动。

（2）手动操作

该项主要为焊接的开停等电器控制。

（4）用户程序的输入、编辑和存储

该项功能包括用户对地磅框架焊接文件的输入、编辑及存储管理等。

（5）系统的安全保护

该项功能包括根据系统限位等参数，监视系统运行状态，以便作出相应处理。提供停机按钮以切断电源强迫系统停止运行。

三、龙门焊接机器人系统成本估价

注：齿轮齿条价格参考德国亚特兰大，导轨价格参考台湾上银，焊接机器人价格参考ABB，焊机价格参考山大奥太，PLC、触摸屏及伺服单元价格参考日本三菱。

讨论问题:

1、车间场地应留有足够空间，使装在地面的龙门架导轨应与焊接工件留有足够距离，保证焊接机器人到达机械原点或焊接初始位置时，能够避开其他焊接专机，不发生运动干涉。

2、焊接机器人系统的运动空间应包容其他焊接专机的运动空间，机械原点

（初始位置）通过接近开关和零位开关开关完成，保证焊接机械手停靠在不干涉其他专机工作的位置。

3、确定某一端的端面板为初始焊接位置后，通过夹具保证焊接初始位置相对于机械原点位置固定，即机械原点与初始位置坐标系原点的偏移应固定。

4、所设计安装的夹具应尽量布置在端面板的外侧，保证焊接机器人在端面板内侧有足够的工作空间。

5、其他焊接专机工作完成后，应给机器人焊接系统发送信号，保证整个焊接过程的有序进行。

6、由焊接机器人资料，工件现场布置资料，焊接专机工作空间进行龙门架尺寸的设计（虚拟样机），确保不发生运动干涉。