一、工件技术资料
适应工件规格及工件照片：
工件材质：不锈钢201
工件最大重量：80Kg
管厚大于等于0.4mm
二、工艺说明
2.1 工艺简介
组对：工作台上组对，组对精度±0.5mm 以内。
焊接：本案设备执行机构（机械手）控制焊枪动作。
编程：现场示教。
焊缝形式：角焊,不连续焊。
焊接工艺：TIG填丝。
保护气体：Ar
2.2 工艺流程：
本案焊接工艺规划为人工组对和机械手自动化焊接。要求组对精度需在±0.5mm之内，零件的下料精度需在±0.5mm。
工作人员将下好的料在一工位完成组对和装夹，机器人开始焊接，在机器人焊接过程中工作人员进行二工位的组对装夹，机器人完成一工位的焊接任务后开始进行第二工位的焊接，同时工作人员要将一工位的工件进行翻转依次循环。
2.3 焊接节拍
最大工件的焊接时间为每个点2s，焊接和跳转时间和为(2+3+2+1)*30*2=480，480/60=8mim采用连续工位可以省略装卸件则一台机器人每天按每班8小时制两班16小时可完成16*60/8=120件。
以上的焊接节拍只能做参考，实际焊接速度由具体焊接质量和焊接参数定。
2.4 工作环境：
电源：3相5线～50Hz±1Hz 380V
工作温度：使用:0～45℃
工作湿度：≤90%，不结露。
三、设备简介
3.1 设备简述
本案提供的设备用于以上所提到的工件的自动化焊接。
设备主要由弧焊机器人、焊接电源、工装夹具，控制系统等组成。本工作站采用1套单机器人焊接工作站，满足24小时三班连续作业工作能力。
操作人员需将工件在工位上组对装夹后有机器人进行焊接。具有高效、快捷、稳定可靠等特点。
工作站基础采用混凝土地基结构。
焊接工作站机器人动作协调采用6轴模式，即六轴机器人协调控制。
3.2 工作站参考布局图
工作站平面布置图（占地面积：3000X7000mm）
焊接工作站三维效果图
序号
名称
型号及配置
生产厂家
数量
备注
弧焊机器人
1
弧焊机器人本体及控制器
型号：KR5-正装
德国库卡
1套
主要配置：标准配置机器人本体，有效负载 5kg；附10m电缆；机器人标准中文操作系统
焊接设备
2
焊接电源
型号：奥太WSM-315
山东奥太
1套
数字化脉冲氩弧焊机，带空冷焊枪
3
填丝机
SB-11-P/TIG送丝机
山东奥太
1套
周边设备
4
机器人底座
1套
系统控制设备
5
控制系统
配置：操作盒、配线盒
1套
辅助装置
6
防碰撞传感器
1套
7
焊接工作台
含工装卡具
2套
8
备品备件
1套
9
随机工具
1套
10
配套资料
设备整机说明书\机器人操作说明书（中文）\操作手册 （中文）\编程手册 （中文）\维修手册 （中文）
各1本
四、主要非标设计件
4.1 工装夹具
工作台参数：长7米，宽1.1米，高0.8米。
快速卡钳：手动
焊接工装
4.2. 一维滑台
技术参数
移动轴
最大有效行程
最大速度
电机功率
重复定位精度
驱动方式
X轴
6米
15m/min
1.5KW
±0.1mm
齿轮齿条传动/双驱
五、主要标准件
5.1 KUKA KR5弧焊机器人系统
※ 机器人主要构成:机器人本体、控制柜、示教器、控制电缆等。
5.1.1机器人系统KR5
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。
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。
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。
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。
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。
KR 5 arc性能参数
负载(指第6轴最前端P点负载）
5公斤
手臂/第1轴转盘负载
12/20 公斤
总负载
37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
1411mm
重复精度
+/-0.04mm
控制器
KRC2
自重
127公斤
作业空间范围
8.4立方米
每个轴的运动参数
运动范围
运动速度
轴1
+/-155°
154°/s
轴2
+65°/-180°
154°/s
轴3
+158°/ -15
228°/s
轴4
+/-350°
343°/s
轴5
+/-130°
384°/s
轴6
+/-350°
721/°/s
5.1.2机器人控制系统 KRC2：
1） 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、软驱、打印接口、I/O信号、多种总线接口，远程诊断。
2） 标准的工业控制计算机处理器
3） 基于WindowsXP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2友好易懂
4） CPU：2.0GHZ
5） 内存：512MB RAM
6） 硬盘：30G
7） 标准CD-ROM和软驱
8） 串口：COM1、COM2 、COM3，9针或15针
9） 主板：标准工业控制计算机主板，含PCI、ISA插槽，方便扩展以太网接口，
10）可接入高速Internet，实现远程联网监控和远程诊断
11）系统智能自诊断，提示相关信息
12）支持多种标准工业控制总线，包括：INTERBUS、PROFIBUS、DEVICENET、CANBUS、CONTROLNET、ETHERNET、 REMOTE I/O等
13）数字输入输出：16
14）模拟输出：2
15）存储程序：﹥5000
16）单套同步控制轴的数量：Max. 12（含机器人本体和外部轴）
17）伺服总线类型：Interbus-S（本体）HEDA（外部轴）
18）插补循环时间：12 ms
19）伺服控制循环时间：1 ms
20）可直接外接显示器、鼠标和键盘，方便程序的读写
21）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
22）自动存储相关操作和系统日志
23）多种应用软件功能包，编程容易、快捷
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。
-LCD彩显，VGA模式，640X480, 256色。
-6D摇杆，外加键盘运动控制。示教过程简单，犹如游戏操作。
三位使能开关、易于安全操作。
-四种工作模式，可根据实际需要任意选择。
-通过Canbus 与PC通讯，实时性更强。
330x260x35mm
-输入：400V+10%/-15% , 49-61Hz
-工作环境温度：-10°-45°
-防护等级：IP54
-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 60204-1
-自重：185公斤
-负载功率：7,3--13,5千瓦（视外部轴数量及功率）
5.1.3弧焊软件包（Arc Tech）
基本弧焊软件
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。
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。
库卡编程模板中的基本命令，例如动作命令——直线、圆弧、点对点差补、直线插补、圆弧插补、直线+摆动、圆弧+摆动差补等，和常用逻辑命令——wait、wait for等，均采用快捷方式调用，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。
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。
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
库卡的绝对位置记忆功能、程序逻辑功能，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。
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。可根据具体情况对专家数据库的具体参数进行修改。
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（如上图所示）。
接触传感（Touch Sensor）功能包
1） 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。
2） 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。
3） 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。
4） 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，需要多少个点的接触传感，取决于工件的外形或焊缝的位置。
5） 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。测量精度≤±0.5mm
库卡多层多道焊(Multilayer Tech)功能包
在焊接厚板或角焊缝时，需要焊接多层多道焊缝；此功能包就针对此类需求专门开发的功能包。功能包极大地简化编程的任务量，并且操作极其简便；并且能够协同库卡其他功能包，使得厚板焊接变得轻松自如。
5.2 焊接系统
5.2.1 WSM-315脉冲氩弧焊机
●布局合理的操作面板，功能丰富、操作方便
● 电流缓升、缓降、脉冲频率、占空比、提前送气、滞后停气时间等参数可精确预置
● 手弧焊具有起弧电流、推力电流调节功能，起弧容易，防止焊条粘条
5.2.2 SB-11-P/TIG 多功能送丝机
SB-11-P/TIG型送丝机是以印刷电机、双驱动送丝机构、配以阻尼力可调的丝盘轴及多角度可调的氩弧焊枪填丝夹具组成的。TIG自动填丝装置可与多品种氩弧焊机配套以及多品种氩弧焊枪匹配，达到自动、平稳、慢速填丝目的。并具有送丝速度无级可调，防粘丝自动反抽功能，使客户能运用自如、精确定位，焊接高难度的钎焊、点焊等工件，配合行走小车或专用工装，实现完美的自动TIG焊。可根椐客户需求定制增加脉动填丝，延时送丝等功能 。
六、电气控制系统
6.1 控制系统总体结构
控制系统网络主要有三层结构：上位机数据处理，主控系统，动作执行系统。
上位机信号处理系统：
负责产品型号的录入，与主控系统的通信，生产数据的实时采集，产品质量数据的记录等。
主控系统：
采用西门子S7-300或台达系列PLC，负责控制整个系统的运行。主要包含机器人焊接站6个单元、机器人起动命令传达，与上位机的数据传递等。
动作执行系统：
主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的定位夹紧、焊接等工作。
整个系统主要有两种通信方式，其中PLC和上位机以及PLC和HMI采用以太网通信，优点是可以传输大量通信数据；PLC和执行元件之间采用DEVICENET或FROFIBUS DP通信方式，优点是通信稳定，可扩展性强。
6.2 上位机部分
可以实时的监控整个系统的运行状态，查询历史数据，执行人工上线等操作。
6.3 主控系统
可监测各个工作站当前状态及各主要设备当前状态，并以图形方式显示。监测画面为工作站级。工作站作为一个整体的当前状态；工作站画面以图形方式显示各个执行单元当前运行状态。
具有各种异常状态的自诊断功能，且所有异常现象能自动提示。包括位置软、硬限位、门开关、过流、欠压、控制异常、急停和冷却水水压不足等故障的自诊断、显示和报警功能。迅速诊断故障位置和原因，指导维修人员；
A）故障分类：故障要求分为停机类故障和非停机类故障，做停机信号。
B)故障显示：主控制柜装有报警和状态显示，采用三色柱状指示灯（红色代表停机类故障，黄色代表非停机类异常）,故障或异常发生时都要求有声光报警；在人机界面上显示故障信息。
C）故障的退出：非停机类故障，故障信号消失后，故障立即退出；停机类故障，手动排除故障后，按相应的故障复位按钮，故障退出。
6.4 执行系统
执行系统主要由伺服驱动、传感器、焊机、机器人等构成。负责工件的翻转、定位夹紧、焊接。
