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电容器箱壳焊接机器人工作站
电容器箱壳焊接机器人工作站

电容器箱壳焊接机器人工作站

一、工件基础资料及工件技术资料

1.被焊工件的基础资料

工件名称 电容器箱壳
焊接对象 电容器箱壳纵缝,端头环缝,附件角焊缝
材料 材质为不锈钢(主要包括409L、410、430、304等牌号不锈钢以及它们之间的组合)
工件外形尺寸 长×宽×高mm=1200×178×430mm和=1200×138×430mm
焊件材料厚度 1.5mm
被焊工件重量 15kg
被焊工件焊缝形式 对接焊缝,搭接,角缝
焊缝可达率 100%

被焊工件典型零件图纸:(如图所示,具体尺寸以双方签字确认的蓝图为准)

 

二、工艺流程

人工依次将部件装夹到工装上,按下按钮压紧工件。

焊接节拍说明:

焊缝长度 第一工作站 1200+343+343+178+178=2242mm
第二工作站 343+343+178+178+30X8=1282mm
焊接时间 TIG:12mm/秒(电流100A,电压19V)(需工艺确认)
焊接速度 TIG焊接:2242/12=186秒 1282/12=106秒
机器人辅助时间 (机器人空行走速度:500mm/秒)
2工位切换时间 2秒(距离1000mm)
机器人准备时间 1秒
TIG延气时间 1秒/点
第二工作站人工翻转工件及定位时间 10秒
换钨极时间 25秒/次
换钨极频率 100件/次
焊接节拍: 第一工作站 186+1+1+3+1=192秒
第二工作站 106+1+1+4+4+10=126秒

三、工作环境

  源:3相~50Hz±1Hz 380V

工作温度:-10℃— 45℃

工作湿度:90%以下

四、机器人工作站简介

4.1.工作站简述

本案中包括2套机器人工作站

4.2.机器人工作站布局

布局如下图所示,每台夹具设计有快速接头,单独的操作盒控制。

 

 

占地面积:6500mm X4000mm

4.3.机器人工作站工作流程

第一工作站和第二工作站分别焊接产品的部分焊缝

第一工作站:纵缝,底盖

第二工作站:顶盖,吊攀

第一工作站:

人工将筒体放到工位A上,利用端头和外形定位,按下夹紧按钮,气囊压紧→按下就绪按钮→工人退出焊接房→机器人开始焊接工位A(完成纵缝焊接)→工人进入工位B→人工将筒体分总成1和底盖依次放到工位B上,外形定位,按下夹紧按钮,气缸压紧→按下就绪按钮→工人退出焊接房→机器人焊接完成A后开始焊接B工位(完成筒体分总成2焊缝)→工人进入A工位→按下卸载按钮,卸载A工位工件筒体分总成1,同时装A工位第二套筒体→…….以此循环。

第二工作站:

人工将筒体分总成2和顶盖放到工位C上,利用端头和外形定位,按下夹紧按钮,气缸压紧→按下就绪按钮→工人退出焊接房→机器人开始焊接工位C(完成筒体总成焊接)→工人进入工位D→人工将筒体总成和吊攀依次放到工位D上,外形定位,按下夹紧按钮,气缸压紧→按下就绪按钮→工人退出焊接房→机器人焊接完成C后开始焊接D工位(完成)→工人进入C工位→按下卸载按钮,卸载C工位工件筒体总成,同时装C工位第二套筒体总成→…….以此循环。

五、工作站配置清单

本案包括2套焊接机器人工作站。配置分别如下:

1、第一焊接机器人工作站(纵缝,底盖)

序号

名称

型号及配置

生产厂家

数量

一、弧焊机器人

 1

弧焊机器人本体及控制器

型号:KUKA Robot KR5

德国

KUKA

1

主要配置:标准配置机器人本体,有效负载 5kgKRC2控制柜、示教器、附10m电缆;机器人标准中文操作系统;臂展1411

二、焊接设备

1

TIG焊接电源

型号:肯比 Mastertig MLS 3000

芬兰

1

主要配置:焊接电源、通讯电缆等

2

TIG焊枪

Abi rob MT 300A

德国

1

3

防碰撞

CAT 2

德国

1

4

冷却水箱

LX 20

正特

1

三、周边设备

1

工装夹具及控制系统1

焊接纵缝,定位筒体

自产

1

2

工装夹具2

焊接底盖,定位筒体

自产

1

3

挡弧光装置

遮挡弧光

自产

1

4

机器人底座

安装机器人1

自产

1

5

焊接房

矩管骨架,内附镀锌板或亚克力板。3000*2800*3500

自产

1

四、系统控制设备

1

控制系统

配置:操作盒、配线盒, 

自产

1

五、辅助装置

1

焊枪管线吊挂平衡机构

平衡焊枪电缆

自产

1

2

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)

 

1

六、安全防护装置

1

安全装置

类光栅装置

自产

2

>

2、第二焊接机器人工作站(顶盖,吊攀)

序号

名称

型号及配置

生产厂家

数量

一、弧焊机器人

1

弧焊机器人本体及控制器

型号:KUKA Robot KR5

德国KUKA

1

主要配置:标准配置机器人本体,有效负载 5kgKRC2控制柜、示教器、附10m电缆;机器人标准中文操作系统;臂展1411

二、焊接设备

1

TIG焊接电源

型号:肯比 Mastertig MLS 3000

芬兰

1

主要配置:焊接电源、通讯电缆等

2

TIG焊枪

Abi rob MT 300A

德国

1

3

防碰撞

CAT 2

德国

1

4

冷却水箱

LX 20

正特

1

三、周边设备

1

工装夹具3

焊接顶盖,定位筒体

自产

1

2

工装夹具4

焊接吊攀,定位筒体

自产

1

3

挡弧光装置

遮挡弧光

自产

1

4

机器人底座

安装机器人1

自产

1

5

焊接房

矩管骨架,内附镀锌板或亚克力板。3000*2800*3500

自产

1

四、系统控制设备

1

控制系统

配置:操作盒、配线盒, 

自产

1

五、辅助装置

1

焊枪管线吊挂平衡机构

平衡焊枪电缆

自产

1

2

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)

 

1

六、安全防护装置

1

安全装置

类光栅装置

自产

2

六、机器人工作站主要配置介绍

6.1、KUKA KR5弧焊机器人

 

6.2、机器人系统

6.2.1、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(指第轴最前端点负载) 5公斤
手臂第轴转盘负载 12/20
总负载 37公斤
运动轴数 6
法兰盘(第轴上) 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 控制器
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
+/-155° 154°/s
+65°/-180° 154°/s
+/-350° 721/°/ss

6.1.3、弧焊软件包(Arc Tech):

6.1.3.1、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。

 

- 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)。

七、焊接系统

7.1        TIG焊电源采用肯比Mastertig MLS  3000 TIG及宾采尔焊枪

7.2.1     TIG焊接电源

本案中采用肯比MastertigMLS  3000 TIG焊接电源。

该系列焊机有不同功率级别的机型,应用范围广泛,结构坚固,可适用于任何恶劣环境。

紧凑的机身使其携带极为方便。ICS冷却技术减少了杂质引起的故障。快速脉冲功能提高了焊接速度与质量。坚固的结构确保了室外作业环境的耐用性。适用于发电机供电。

MasterTig MLS系列焊机均为机身紧凑坚固的TIG逆变焊机。可输出直流电,进行TIG与MMA焊接。MasterTig MLS 2000为单相电源焊机,当负载持续率为30%时,其负荷容量可高达200安。MasterTig MLS 300与4000是功率更大的三相电源焊机。MasterTig MLS系列设备使用水冷TIG焊枪,可配备基于HydroCool技术的肯倍最新MasterCool 10冷却装置。其功能可通过电源控制面板加以控制。使用选配件电压降低设备(VRD)可降低空载电压。

具备直流TIG与MMA焊接需要的所有功能

MasterTig MLS系列焊机共有四种控制面板可供选择。这些控制面板采用了肯倍先进的多级逻辑系统技术(MLS),提供多组功能选项,可用于精确控制不同作业环境下不同焊接材料时的电弧与焊接熔池。

MasterTig MLS™

 

2000

3000

4000

电源电压

50/60Hz

1~230V-10%...+10%

3~400V-15%...+20 %

3~400V-15%...+20 %

最大额定功率

TIG

6.5 KVA

8.4 KVA

13.8 KVA

MMA

7.1 KVA

9.4 KVA

15 KVA

连接电缆

HO7RN-F

3G2.5 (3.3 m)

4G1.5 (5 m)

4 G2.5 (5 m)

保险丝(延迟)

 

16 A

10 A

16A

负荷容量(40℃

30 % ED TIG

200 A/18 V

300 A/22 V

400A/26V

60 % ED TIG

150 A/16 V

230 A/19.2V

320A/22.8V

100 % ED TIG

130 A/15.2 V

200 A/18 V

270 A/20.8 V

35 % ED MMA

160 A/26.4 V

-

-

40 % ED MMA

-

250 A/30 V

350 A/34 V

60 % ED MMA

140 A/25.6 V

205 A/28.2 V

285 A/31.4 V

100 % ED MMA

120 A/24.8 V

160 A/26.4

220 A/28.8 V

焊接范围

TIG

5A/10V-200A/18V

5A/10V-300A/22V

5A/10V-400A/26V

MMA

10A/20.5V-160A/26.4V

 

 

空载电压

 

80 V DC

80 V DC

80 V DC

最大电流时的功率因数

 

0.75

0.95

0.95

最大电流时的效率

 

0.80

0.86

0.86

焊条

直径(mm

1.5.4.0

1.5.5.0

1.5.6.0

外部尺寸

x x 高,mm

410 x 180 x 390

500 x 180 x 390

500 x 180 x 390

重量

千克

15

22

23

7.2.2     TIG焊枪

采用宾采尔 abi tig MT300 W

冷却方式:液冷

额定值:300A DC   210A AC

暂载率:100%

焊丝直径:1.6-4.8

7.2.3     防碰撞传感器

采用库卡机器人防撞传感器。 

 

7.3  周边设备

7.3.1  工装夹具及控制系统1


此夹具用于焊接纵缝。

夹具由主体,压紧机构,芯轴等组成。控制系统集成于主体内。

主体由钢材焊接加工而成,压紧机构由气源作为动力,琴键压紧式。

7.3.2  工装夹具2


夹具由上下丝杆,导筒导杆,机架,移动头和夹紧部分组成。

通过调整丝杆,可以适应长度方向不同的工件。

调整夹紧头,可以适应不同截面的工件。

7.3.3  工装夹具3

    同第二夹具系统。

7.3.4  工装夹具4


利用部件外形作为定位方式,气缸压紧。

7.3.5  挡弧光装置

2个工位之间增加一套挡弧光装置,防止弧光对人眼产生影响。

7.3.6 焊接房

焊接房由钢管或圆管作为框架,内附镀锌板或亚克力板。

八、机器人对比优势

1.开放性好,能够直接和多种功能卡直接插接,方便扩展,通用性好。

2.程序可方便进行备份及恢复,而且可在短时间内完成。

3.可直接外接显示器、鼠标和键盘,方便程序的读写。

4.可随时进行系统的更新。

5.大容量硬盘对程序指令基本无限制,并可长期存储相关操作和系统日志。

6.支持多种总线协议,与总线接口板连接方便,即插即用。

7.具备再生暂时停止自动恢复功能,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。焊接过程中由于碰撞和焊枪位置变化等异常情况中断焊接后,不需要重新示教,从示教器即可查看错误信息,并立即纠正。可以方便的在中断位置重新开始焊接,处理时间不超过2min。

8.重复定位精度:±0.05mm

9.具备停电中断后的再生再开功能,在机器人运转中突然停电的时候,为了可以平稳的恢复到停电前的再生状态,而支援再生再开的功能

10.可方便进行联网,易于监控和管理,拆卸方便、易于维护。

九、电气总控制系统

系统采用西门子PLC控制,工业用触摸屏便于人工操作。

在示教器上,对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数(焊接程序), 焊接程序可进行储存并被随时调用;工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。在焊接中,可人为干预焊接,在焊接中途因故停止后,智能处理继续焊接方式。

异常诊断停止功能: 控制系统元器件、机器人、焊接电源等设备出现异常时,采取停机保护措施。同时还具有:焊枪机械防碰传感器、伺服防碰、干涉领域检查。

系统设有操作权限,权限分为一般操作者、高级操作者、维修人员等,不同的权限只能操作相应按钮或修改相应的数据,从而增加系统的安全性。具有“手动”、“自动”选择功能,在“手动”模式下可以人工参与,在“自动”模式下机器人自动完成焊接操作。并且设有:电源开/关及指示按钮;急停按钮,当发生意外时可紧急停止。

全系统采用数字化处理,可通过通讯的方式和外界设备相连,所有数据均能远程存储和查看。由于系统采用网络连接,因此本系统具有很大扩展性,为今后增加工位提高方便性。

本系统具有自动保存和断电记忆功能,系统参数一旦修改,本系统将立即进行自动保存,即使突然断电,系统里的所有参数也不会被丢失。

控制柜内线路具耐油性,有线号套管,接地标志等,方便维修。控制柜设置有排风散热装置。控制柜与各工序设备、焊接电源和传输线之间采用标准的线槽盒进行连接,规范整洁。

设备多处设有紧急停止开关,在紧急的情况下能立即停止设备的任何工作。

设备设有红(设备报警或故障)、黄(设备运行)、绿(设备正常)三种故障报警指示,并安装在设备明显位置。操作者能准确知道当前系统运行状况。

设备设有安全接地系统。

 

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