電氣自動(dòng)化與機(jī)器人配套焊接工作站的設(shè)計(jì)與實(shí)施

王朝

摘 要：本文針對(duì)機(jī)器人電氣自動(dòng)化焊接工作站的關(guān)鍵位置進(jìn)行了分析，著重研究了機(jī)器人動(dòng)作、搬運(yùn)器結(jié)構(gòu)及通信問(wèn)題，明確了機(jī)器人電氣自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)的重要性?？茖W(xué)性地解釋工件卡緊技術(shù)，可方便地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要完成優(yōu)化調(diào)整，提高焊接生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;機(jī)器人;焊接工作站

機(jī)器人模式可避免傳統(tǒng)焊接作業(yè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，提高電氣自動(dòng)化水平，使焊接機(jī)器人在工業(yè)自動(dòng)化和現(xiàn)代化發(fā)展中得到應(yīng)用，從而避免傳統(tǒng)焊接作業(yè)中存在的各種風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)與制造的效率和質(zhì)量，因此，有必要對(duì)機(jī)器人和電氣自動(dòng)化焊接工作站的設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)施過(guò)程進(jìn)行深入分析，提高工廠流水線設(shè)計(jì)的能力。

一、機(jī)器人焊接工作站設(shè)計(jì)要求分析

配套電氣自動(dòng)化與機(jī)器人的焊接工作站主要包括焊接電源、弧焊機(jī)器人、變位機(jī)、清槍站、控制系統(tǒng)、夾具屏蔽室等結(jié)構(gòu)，焊接工作站的主要原理是技術(shù)員借助示教器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行引導(dǎo)，使其按照步驟執(zhí)行工作任務(wù)，可以在實(shí)踐階段記憶動(dòng)作的姿態(tài)、控制系統(tǒng)、夾屏裝置等內(nèi)容，通過(guò)示教器對(duì)機(jī)器人完成引導(dǎo)，使其按照步驟執(zhí)行工作任務(wù)，機(jī)器人可以在實(shí)踐階段記憶動(dòng)作的姿態(tài)、控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)等內(nèi)容。

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)施過(guò)程

（一） PLC總控與相關(guān)信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

1.機(jī)器人與PLC總控

（I）機(jī)器人位置設(shè)置。當(dāng)焊接機(jī)器人進(jìn)入非干涉區(qū)域或原點(diǎn)后，會(huì)向PLC發(fā)送預(yù)警信號(hào)，使總控區(qū)域及時(shí)進(jìn)行信號(hào)互鎖。若想在焊接階段防止機(jī)器人意外轉(zhuǎn)臺(tái)出現(xiàn)撞機(jī)情況，可以借助PLC總控系統(tǒng)屏蔽夾具動(dòng)作以及轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。

（2）夾具控制命令。在實(shí)際工作過(guò)程中，焊接機(jī)器人有時(shí)無(wú)法接觸焊接點(diǎn)，因此，可以設(shè)置夾具夾緊單元開(kāi)展相關(guān)補(bǔ)焊以及旋轉(zhuǎn)操作，確保。焊接機(jī)器人獲取焊接控制指令。借助總線向夾具控制單元傳遞信息，可以有效克服相關(guān)控制操作失誤問(wèn)題。

（3） 系統(tǒng)信號(hào)分析。焊接系統(tǒng)信號(hào)借助PLC總控模式，在系統(tǒng)觸摸屏中進(jìn)行顯示，方便操作人員查詢、監(jiān)督相關(guān)行為，其中包含故障信息、初始化信息、程序執(zhí)行進(jìn)度等內(nèi)容。

2.焊裝夾具和PLC總控

通常情況下，焊接夾具與夾具控制單元配套設(shè)置包含I/O端子、ET200總線端子、總線電源等內(nèi)容。由于夾具上包含氣缸夾緊打開(kāi)信號(hào)、工件到位信號(hào)、夾具操作按鈕等結(jié)構(gòu)，需要與1IO端子相連接。借助ET200M總線端子使I/O信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭偩€信號(hào)，依托總線模式向PLC總控系統(tǒng)傳輸夾具控制指令。

3.觸摸屏信號(hào)與PLC總控

1.選擇并顯示數(shù)據(jù)。焊接工作站內(nèi)包含觸摸屏，能夠顯自動(dòng)化控制指令。例如，產(chǎn)品需要更新或更換時(shí)，焊接之前可以在觸摸屏中選擇相關(guān)類型，當(dāng)其與識(shí)別夾具相同時(shí)確認(rèn)執(zhí)行。若不一致則會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提升生產(chǎn)準(zhǔn)確性。其中，機(jī)器人工作狀態(tài)和產(chǎn)品類型能夠借助觸摸屏顯示并選擇，進(jìn)而開(kāi)展相關(guān)操作行為。

2.顯示系統(tǒng)信號(hào)。系統(tǒng)信號(hào)會(huì)依據(jù)PLC總控模式在觸摸屏中進(jìn)行顯示，可以幫助操作人員完成查詢和監(jiān)督。其內(nèi)部包含系統(tǒng)故障信息、初始化信息以及程序執(zhí)行進(jìn)度。

3.手動(dòng)控制。觸摸屏顯示模塊可以單獨(dú)控制工作站輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，該形式簡(jiǎn)單易操作，進(jìn)而完成一體化維護(hù)、 調(diào)試、故障處理，通過(guò)自動(dòng)查詢對(duì)邏輯控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作保障。若系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息或出現(xiàn)相關(guān)故障問(wèn)題，工作人員能夠結(jié)合彈窗排查故障信息，并及時(shí)解決問(wèn)題。

4. 安全回路。焊接機(jī)器人電氣自動(dòng)化工作的安全性十分重要，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)包含光柵、機(jī)器人控制系統(tǒng)、其他設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)操作安全回路，實(shí)現(xiàn)多模塊集成統(tǒng)籌。依據(jù)軟件和硬件雙重鎖定情況完成編程布線，若安全監(jiān)視點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)在觸摸屏上顯示相關(guān)原因，創(chuàng)建安全：回路，提升焊接機(jī)器人工作的安全性。

（二）設(shè)計(jì)方案

焊接機(jī)器人屬于現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品，由于其具備可重復(fù)編程功能，可使機(jī)器人向工業(yè)自動(dòng)化層面發(fā)展。電氣自動(dòng)化過(guò)程是指借助物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等技術(shù)，以控制數(shù)控機(jī)床設(shè)備，使其開(kāi)展自動(dòng)化運(yùn)作的過(guò)程”。機(jī)器人自動(dòng)焊接工作站受計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)管理，融合焊接變位機(jī)、焊接機(jī)器人，可開(kāi)展自動(dòng)流水線作業(yè)。此運(yùn)作形式可以焊接2。5 m以下產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接、上料、卸貨，滿足流水線一體化生產(chǎn)目標(biāo)。通過(guò)設(shè)計(jì)技術(shù)方案，加強(qiáng)智能搬運(yùn)機(jī)、碼垛架、變位機(jī)等裝置設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行。將氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)作為生產(chǎn)程序，實(shí)現(xiàn)程序與設(shè)備雙向革新，提升其生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)線的工作強(qiáng)度田。

（三）其他部件設(shè)計(jì)

1.機(jī)器人動(dòng)作設(shè)置。電氣自動(dòng)化機(jī)器人焊接工作站中，機(jī)器人的位置十分關(guān)鍵。通常情況下需要計(jì)算機(jī)模擬定位，結(jié)合實(shí)際工作情況設(shè)置機(jī)器人軌跡、姿態(tài)動(dòng)作、速度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示教完成設(shè)備聯(lián)動(dòng)，使其協(xié)調(diào)統(tǒng)一，滿足操作精度、工作節(jié)拍的設(shè)計(jì)要求。

2.工件定位工裝。該模塊設(shè)置對(duì)多種工件裝卡階段實(shí)現(xiàn)快速定卡，借助氣缸拉鉤、彈簧以及變位機(jī)的快速卡環(huán)，保證工件卡緊與定位動(dòng)作。在工裝支座位置設(shè)置定位架，完成工件定位工裝與變位機(jī)的連接。

3.智能搬運(yùn)器。該裝置主要借助電機(jī)設(shè)備進(jìn)行橫移和升降，其內(nèi)部包含導(dǎo)向套、橫移架、升降架、伸縮叉臂、橫移輪等部分。該裝置的主要作用是提升碼垛速度，借助導(dǎo)軌將裝卡完畢工件、焊接變位機(jī)移動(dòng)至碼貨架位置，利用智能搬運(yùn)器進(jìn)行流水線自動(dòng)化生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升生產(chǎn)工作的效率。

（四）變位機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用

焊接：工作站中變位機(jī)是專用輔助裝置，可以在回轉(zhuǎn)工作中實(shí)現(xiàn)焊接變位，提升焊接速度，提高加工位置的精確性。變位機(jī)包含翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)兩部分，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)速、回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)、升降工作臺(tái)進(jìn)行角度裝配，和操作機(jī)、焊機(jī)協(xié)同使用，形成電氣自動(dòng)化焊接中心。在設(shè)計(jì)變位機(jī)時(shí)，要將焊接機(jī)和操作機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)焊接系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。變位機(jī)是電氣自動(dòng)化與機(jī)器人配套焊接工作站的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包含卡環(huán)、導(dǎo)軌、翻轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸、鋼結(jié)構(gòu)等工件設(shè)備。

（五）清槍站設(shè)計(jì)分析

當(dāng)清槍站與焊接系統(tǒng)連接后，可以自動(dòng)、有效、全面地清除焊槍噴嘴雜質(zhì)，延長(zhǎng)焊槍的實(shí)際使用壽命，減少故障次數(shù)。清槍站包含剪絲單元、清槍單元、防噴飛濺液等結(jié)構(gòu)。其中，機(jī)器人在焊接階段移動(dòng)至清槍位置，向可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）輸送輸出信號(hào)，控制噴嘴區(qū)域、V型塊，固定噴嘴和焊槍位置，使鉸刀通過(guò)直線運(yùn)動(dòng)向噴嘴表面移動(dòng)。當(dāng)焊槍移動(dòng)至規(guī)定位置后，使剪絲單元獲取PLC信號(hào)，切除結(jié)球，確保焊絲干伸長(zhǎng)度相同。由于施工階段飛濺問(wèn)題會(huì)影響生產(chǎn)效果，應(yīng)設(shè)置防噴飛濺液?jiǎn)卧?，?guī)避焊接飛濺情況。該結(jié)構(gòu)內(nèi)部包含密封油倉(cāng)，當(dāng)發(fā)送相關(guān)信號(hào)后，利用真空發(fā)生器將壓縮空氣與防噴飛濺液相結(jié)合，在導(dǎo)電嘴和噴嘴上均勻噴灑。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清槍，可以連續(xù)大批量開(kāi)展工作。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展背景下，工業(yè)設(shè)備逐漸向自動(dòng)化方向邁進(jìn)，應(yīng)用并普及焊接機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵，能夠提升工作效率。文章通過(guò)概述機(jī)器人自動(dòng)化焊接工作站的設(shè)計(jì)要求，圍繞變位機(jī)等方面探究電氣自動(dòng)化和機(jī)器人配套焊接工作站的設(shè)計(jì)思路與實(shí)踐過(guò)程，可提升焊接質(zhì)量，減少工作人員的任務(wù)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]何幼根，斯圣斌，杜榮來(lái)，等機(jī)器人自動(dòng)化焊接工作站輔助編程工藝[J].建材世界，2020（1）： 55-57.

[2]卞星星.機(jī)器人自動(dòng)焊接工作站設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].科技與創(chuàng)新， 2019 （24）： 160-161.