電氣自動化與機(jī)器人配套焊接工作站的設(shè)計與實施

王達(dá) 姚東東

【摘要】伴隨經(jīng)濟(jì)全球化的深入和現(xiàn)代化水平的提高，自動化越來越廣泛的應(yīng)用在工業(yè)中，比如電氣自動化在機(jī)器人配套焊接中的應(yīng)用，可以提高焊接效率和焊接質(zhì)量，創(chuàng)造好的工作氛圍，降低工人的工作強(qiáng)度，改善傳統(tǒng)焊接技術(shù)的缺點(diǎn)，對生產(chǎn)流程進(jìn)行創(chuàng)新，并節(jié)約成本。

【關(guān)鍵詞】電氣自動化;機(jī)器人;配套焊接;工作站

電氣自動化在各個領(lǐng)域的應(yīng)用是人類社會文明發(fā)展的標(biāo)志，利用電氣自動化可以改變傳統(tǒng)工業(yè)的工作模式，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的增長。為了實現(xiàn)電氣自動化在機(jī)器人配套焊接中的實際應(yīng)用，必須把焊接變位機(jī)和焊接機(jī)器人有效聯(lián)系起來。除了在焊接機(jī)器人方面，在其他工業(yè)產(chǎn)品的焊接工作中利用電氣自動化同樣可以改變弊端，利用現(xiàn)代科技提高生產(chǎn)效率。本文主要對電氣自動化和機(jī)器人配套焊接的工作站的相關(guān)設(shè)計和實施措施進(jìn)行探究說明。

一、技術(shù)方案

焊接機(jī)器人是現(xiàn)代科技水平不斷發(fā)展的產(chǎn)物，焊接機(jī)器人可以利用反復(fù)進(jìn)行編程的自動化控制裝備應(yīng)用在各個工業(yè)領(lǐng)域。焊接中的柔性化指的是，利用物材儲備運(yùn)輸系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)等技術(shù)來進(jìn)行數(shù)控機(jī)床設(shè)備控制的自動運(yùn)行。而機(jī)器人柔性化焊接的工作站指的是利用計算機(jī)系統(tǒng)來聯(lián)系焊接變位機(jī)和焊接機(jī)器人，實現(xiàn)整個工作過程的自動化運(yùn)作。這里的工作站焊接的工業(yè)產(chǎn)品工件標(biāo)準(zhǔn)在2.5米以下。遵循的是科學(xué)規(guī)范的技術(shù)方案，整合了設(shè)備裝置自動上料，半自動定位裝卡，自動焊接以及卸貨等功能。把電氣自動化設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)作生產(chǎn)的程序，把智能搬運(yùn)器，變位機(jī)，送料機(jī)構(gòu)，構(gòu)件周轉(zhuǎn)架以及碼垛架組成生產(chǎn)設(shè)備，提升工作效率。電氣自動化系統(tǒng)利用專用屏蔽電纜把西門子$7-200.$7-300.ET200.機(jī)器人適配卡，觸摸屏等相關(guān)控制設(shè)備進(jìn)行連接，實施PROFIBUS-DP通訊鏈路的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。并對網(wǎng)絡(luò)通訊實時情況進(jìn)行監(jiān)控控制，防止通訊故障的發(fā)生。

二、變位機(jī)的設(shè)計

變位機(jī)是用來工作生產(chǎn)回轉(zhuǎn)的焊接變位，目的是增加焊接加工位置的準(zhǔn)確性，保證焊接速度，以一種焊接輔助專業(yè)裝置。變位機(jī)包括兩大系統(tǒng)，分別是回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，變位機(jī)能夠和焊機(jī)操作機(jī)構(gòu)成自動化的焊接中心，利用工作臺的升降以及回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動化的無極調(diào)速和角度裝配，工作臺中的焊接工作對精準(zhǔn)度要求很高，因此手工作業(yè)是一個難點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)在變位機(jī)中的使用實現(xiàn)了精準(zhǔn)度比較高的無極調(diào)速，以及能夠?qū)ぷ髋_實行遠(yuǎn)程操作和控制的遙控盒裝置。變位機(jī)把焊接機(jī)和操作機(jī)有效結(jié)合起來，達(dá)到預(yù)期的焊接速度。變位機(jī)是機(jī)器人柔性化工作站的核心重要部件，包括導(dǎo)軌，快速卡，鋼結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸等。變位機(jī)在機(jī)器人焊接工作中占有關(guān)鍵地位，它的準(zhǔn)確度和工作站的焊接效果有著密切聯(lián)系。比如說機(jī)器人配套工作站要求的焊接精度在0.5毫米之內(nèi)，變位機(jī)的核心裝置就必須是直徑3.8米的轉(zhuǎn)盤，它180度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)定位都必須控制在0.5毫米之內(nèi)。

三、智能搬運(yùn)器的設(shè)計

智能搬運(yùn)器指的是使用電機(jī)裝置來進(jìn)行貨物升降以及橫移的卸貨機(jī)器。智能搬運(yùn)器主要包括收縮叉臂，導(dǎo)向套，升降架，橫移架等部件。在機(jī)器人焊接工作站的運(yùn)行過程中，智能搬運(yùn)器發(fā)揮著把工件運(yùn)到特定碼貨架的作用，提升搬運(yùn)效率。智能搬運(yùn)器促進(jìn)了自動化的流水線運(yùn)作生產(chǎn)過程，改善了工作環(huán)境，減小了工人的工作強(qiáng)度，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。

四、工件定位工裝的設(shè)計

工件定裝工裝指的是，在面對多樣化的工件裝卡過程中，為了提高工件的定卡速度，通過變位機(jī)中的快速卡環(huán)以及氣缸彈簧來完成工件的定位以及卡緊兩個步驟，把定位架放置在工裝支座上面，完成變位機(jī)和工件定位工裝的快速準(zhǔn)確連接。

五、機(jī)器人動作的設(shè)計

機(jī)器人的動作是工作站設(shè)計工作的主要內(nèi)容，首先要確定好機(jī)器人的具體安裝位置，機(jī)器人的具體安裝位置根據(jù)計算機(jī)模擬結(jié)果來進(jìn)行定位，機(jī)器人的動作，姿態(tài)，軌跡，速度等方面要依據(jù)實際情況以及其他工作裝置的配合，進(jìn)行重復(fù)示范達(dá)成規(guī)范的同一，來達(dá)到工程對操作和節(jié)奏的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

六、控制系統(tǒng)的設(shè)計

控制系統(tǒng)在焊接過程中融合了伺服閉環(huán)驅(qū)動，人機(jī)界面，PLC定位模塊等部分。

第一，在總控和機(jī)器人的控制器信號方面，如果機(jī)器人返回原點(diǎn)位置或者踏人不屬于干涉區(qū)的位置的時候，焊接機(jī)器人就能夠發(fā)送出預(yù)警信號來對PLC總控進(jìn)行命令通知，焊接機(jī)器人就能夠及時達(dá)成信號互鎖以及控制點(diǎn)用的任務(wù)。比如說，為了對焊接機(jī)器人因為意外轉(zhuǎn)臺導(dǎo)致的撞機(jī)事故開展規(guī)避，PLC就可以屏蔽轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動以及夾具動作。

第二，在夾具控制的有關(guān)指令方面，夾具控制指令是為了對焊接機(jī)器人進(jìn)行全面可把控的控制，因為焊接機(jī)器人在進(jìn)行焊接工作的過程中，會對一些焊點(diǎn)位置出現(xiàn)焊接不到的情況，因此需要對一個或某個夾緊單元開展補(bǔ)焊操作，另外也可以進(jìn)行夾具旋轉(zhuǎn)控制，開展補(bǔ)焊操作的時候需要及時打開夾具控制單元的系統(tǒng)補(bǔ)焊工作，避免出現(xiàn)差池。焊接機(jī)器人通過焊接過程當(dāng)中的夾具控制進(jìn)行指令發(fā)出，再通過總線傳遞給夾具控制單元。

第三，在系統(tǒng)信號方面，系統(tǒng)信號的內(nèi)容是通過PLC總控，實現(xiàn)在系統(tǒng)觸摸屏上的顯示。系統(tǒng)信號有利于工作人員對焊接工作過程進(jìn)行監(jiān)督，它包括系統(tǒng)初始化信息，故障信息等方面。另外總控和觸摸屏信號方面，在生產(chǎn)產(chǎn)品需要更改的時候，只需要在工作站觸摸屏上進(jìn)行品種選擇就可以了。如果確定系統(tǒng)和系統(tǒng)識別的夾具符合的時候，確定系統(tǒng)就會進(jìn)行執(zhí)行，反之就會產(chǎn)生預(yù)警，保障了生產(chǎn)準(zhǔn)確性。關(guān)于產(chǎn)品種類和焊接機(jī)器人的工作情況都能夠根據(jù)觸摸屏中的提示來進(jìn)行操作。

綜上所述，本文依據(jù)從機(jī)器人焊接工作站的設(shè)計實施方面下手，對于焊接機(jī)器人系統(tǒng)的重要部分變位機(jī)，智能搬運(yùn)器，機(jī)器人自身以及工件定位的具體工作設(shè)計開展了探究分析。一方面表現(xiàn)了本設(shè)計實施在解決變位器精確度，信號通訊方面、搬運(yùn)器的使用以及機(jī)器人動作方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，另一方面也對工件的快速準(zhǔn)確定位和卡緊技術(shù)問題也進(jìn)行了合理解釋。