摘要:為了充分發(fā)揮焊接機器人的自動化優(yōu)勢,提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率,提高工藝裝備水平,降低工人勞動強度,設計了一套機器人柔性焊接工作站。文中介紹了機器人柔性焊接工作站的技術(shù)方案以及關(guān)鍵部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設計。通過方案設計,解決了變位機定位精度要求高、控制系統(tǒng)與機器人的通訊、智能搬運器的取貨動作、工件的快速定位卡緊等技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞:焊接機器人;變位機;伺服控制;智能搬運器
隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,焊接變位機的應用也逐漸普及,主要是在汽車,電子,機械等領(lǐng)域的焊接,焊接變位機結(jié)合焊接機器人組成一個小型流水線可以更好地節(jié)約能源和提高生產(chǎn)效率。
1 技術(shù)方案
機器人柔性焊接工作站立足于一小型自動化流水線作業(yè),能焊接長度在2.5米以下的各種工件,集自動上料、半自動定位裝卡、自動焊接、自動卸貨于一體。從而降低工人勞動強度,提高生產(chǎn)效率。為了達到總體設計要求,制定了滿足要求的技術(shù)方案,該設備主要由工件定位工裝、智能搬運器、變位機、構(gòu)件周轉(zhuǎn)架、碼垛架、送料機構(gòu)、電氣及氣動系統(tǒng)等構(gòu)成一小型流水線,見圖1。
圖1機器人柔性焊接工作站平面圖
主要流程:1)上料機構(gòu)把原材料輸送到工位一;2)人工輔助裝卡定位;3)變位機把裝卡好的工件旋轉(zhuǎn)到工位二;3)機器人焊接位置1;4)翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)90度;5)機器人焊接位置2;6)翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)180度;7)機器人焊接位置3,工件焊接完成;8)變位機把焊接完的工件旋轉(zhuǎn)到工位一;9)智能搬運器到工位1取貨搬運到碼貨架。這樣一個流程結(jié)束,其中,工位一裝卡區(qū)和工位二焊接區(qū)同時進行,大大提高了焊接效率。
2 變位機的設計
變位機是機器人柔性焊接工作站的核心部件,主要由鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)軸、翻轉(zhuǎn)軸、導軌、快速卡環(huán)等組成,如圖2。
圖2變位機平面圖
各部分的主要功能:(1)鋼結(jié)構(gòu)為支撐部件;(2)旋轉(zhuǎn)軸使工位一和工位二的位置互換,達到焊接、卸貨和裝卡目的;(3)兩個翻轉(zhuǎn)軸為工位1或工位2的變位,使得機器人在最有利于焊縫成型的位置焊接和工件裝卡;(4)導軌作用是導向智能搬運器橫移到變位機上取貨;(5)快速卡環(huán)主要是焊接不同工件時快速更換工裝。
機器人柔性焊接工作站焊接精度主要由變位機的精度確定,由于機器人柔性焊接工作站的焊接精度在0.5mm以內(nèi),即變位機直徑為3.8米的轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)180度后的定位精度在0.5mm以內(nèi),翻轉(zhuǎn)定位精度也要在0.5mm以內(nèi)。為達到以上要求,傳動采用伺服電機+復式活齒減速器,傳動精度達到0.01mm。
3 智能搬運器的設計
智能搬運器主要由升降架,橫移架、導向套、橫移輪、伸縮叉臂等組成,通過三臺電機的運行,實現(xiàn)能同時升降、橫移、伸縮動作的功能,從而達到卸貨目的,如圖3。
圖3 智能搬運器三視圖
智能搬運器是機器人柔性焊接工作站實現(xiàn)流水作業(yè)的重要部件,主要作用是通過導軌把變位機上焊接完成的工件搬運到碼貨架,降低工人勞動強度,提高了碼垛效率。
4 工件定位工裝的設計
工件定位工裝主要由工裝支座、定位勾、定位架、氣缸等組成,工裝支座為通用型,根據(jù)不同工件更換不同的定位架安裝在工裝支座上,通過變位機快速卡環(huán)將整個工件定位工裝與變位機連接;如圖4。
圖4 工件定位工裝立面圖
為同時實現(xiàn)工件的定位卡緊,巧妙的利用氣缸的伸縮動作,通過彈簧、拉鉤,實現(xiàn)了工件的定位卡緊兩個動作。通過變異,這一機構(gòu)被廣泛應用在其他工件的定位卡緊中。
5 控制系統(tǒng)設計
圖5 控制系統(tǒng)圖
控制系統(tǒng)揉合了人機界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動、PLC定位模塊等主流自動化控制元件,精度得到了保證,操作更便利,維護更簡單。
6 結(jié)束語
本文通過對機器人柔性焊接工作站的方案設計以及重要部件變位機、智能搬運器、工件定位工裝的設計分析,在控制系統(tǒng)設計過程中揉合了人機界面、伺服閉環(huán)驅(qū)動、PLC等主流自動化控制元件;并通過PLC與焊接機器人通訊,使得焊接變位機與焊接機器人無縫聯(lián)接。解決了以下關(guān)鍵技術(shù):
(1)傳動采用伺服電機+復式活齒減速器,解決了變位機定位精度的高要求;
(2)解決了控制系統(tǒng)與機器人通訊問題;
(3)解決了工件的快速定位卡緊;
機器人柔性焊接工作站的設計及投入使用,極大的提高生產(chǎn)效率,與人工焊接比較,效率提高了3倍多,并且大大降低了工人的勞動強度。
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