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常熟铝合金脚手架焊接机器人及工作站解决方案

发布时间:2019-05-21人气:3

目前,对脚手架生产企业进行调研发现,在生产环节中的加工、上下料和焊接均以手工操作为主

铝合金脚手架.jpg

铝合金脚手架以轻质、防锈蚀等优越性能越来越广泛取代了传统的编竹脚手架和易锈的铁质脚手架,成为高层建筑工程施工安全的重要组成部分。铝合金脚手架一般采用铝合金型材焊接结合,型材间焊缝形位分布不规则,起弧收弧间隔短,铝水在空气中易氧化形成AL2O3、氢气溶于液态铝,故铝合金型材焊接极易产生夹渣、气孔等缺陷。传统手工焊接使焊接效率和质量很大程度受限于焊接工人的熟练程度及操作状态,且焊接后表面光洁度较差。为了提高焊接效率和质量提出了一套由焊接机器人、自动化工装夹具、自动控制焊接电源、机器人移载平台、触摸屏操作站构成,集成了机械、电气、控制、焊接的综合技术的焊接自动化工作站。


1、工件焊接工艺分析本工作站任务为一个工件型号的尺寸序列通用焊接,产品主要用于高层建筑脚手架的搭建上,连接处破坏将产生严重的生产安全事故,因此要求焊缝牢固、可靠,无焊接缺陷,焊缝美观。工件由2mm厚的铝合金型材拼接,主体部分是两种三块主型材,拼靠后在交线上施焊,在主型材端部需要焊接端盖,两者之间通过卡槽楔紧并固定,端盖进一步与边钩搭接,焊缝分部在主型材邻接边界。主型材间正面点因焊缝为20mmX6均匀分布,端盖主型材间焊缝长约310mm*2,边钩挂钩与端盖间焊缝覆盖全部搭接边界。工件尺寸长为1m,是该工作站要焊接的最小尺寸,其余的工件尺寸与该工件结构相似,仅在主型材方向的长度上有所变化。


待焊结构件为铝合金材质,其焊接接头具有易软化、强度低的特点,表面容易形成致密氧化膜,导致膜内封闭气体易在冷凝过程中形成气孔缺陷,且因线膨胀系数高,接头冷却处易变形开裂,常采用激光焊、电子束焊、激光-电弧符合焊、搅拌摩擦焊等能量密度高,热输入小、速度高的焊接方法。结合生产实际成本,本工作站采用TIG焊接方法,利用自动控制实现频繁起弧收弧中电弧电流电压的控制,也达到了良好的效果。

2、焊接机器人工作站布局与主要机械结构

2.1工作站整体布局

本工作站整体布局充争考虑厂房条件以及既有水、电、气的条件下,根据工件长宽要求,机器人工作最大范围为3592mm,沿工件X方向最大移动1316mm。机器人最高移动速度为14m/min,累计工作操作时间,以26焊缝/件,每件最多需要103.6s,相较原工作速率提高30%。

  工作站的主要组成部分为:对称分布的焊接工装双平台、工位旋转机器人移载导轨、焊接机器人、焊接电源、操作平台、电气控制柜、储气罐、水箱、安全围栏等。焊接时首先通过触摸屏选择工件型号、系统控制器根据输入的选择相应的工装模式,随后工人将工件主型材及端盖调整定位并夹紧,焊接机器人执行焊接动作,安全护栏内为工作区域,焊接任务执行时区域内严禁进入,如有异物闯进则执行急停命令。

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   焊接机器人采用六自由度的焊接机器人,该机器人具有碰撞检测功能,可以检测示教/自动模式中机器人各轴之间的碰撞。其控制硬件全部优化集成在一个控制柜里,由机器人控制平台实现控制,通过对机器人的编程完成功能,具备完善的网络监控功能。采用可视性好的大屏幕彩色液晶显示器可以直观的观察机器人运行状态,直观的显示碰撞位置。控制硬件采用多处理系统,同时可以备份,以备突然停电时能保存工作数据。焊接电源采用气体保护焊机350GM焊接电源,采用送丝电机感应电压反馈控制技术,在加长电缆条件下大幅提高送丝力度。

2、孔槽结合的焊接工装平台

焊接工装是一种在加工过程中能准确稳定地定位及夹紧工件的工艺装备,好的工装设计方案能提高 产品质量和生产效率。当前社会中,客户需求变化周期短产品型号多,灵活的焊接工装能使厂家适合市场的需求。本工作站面对的焊接对象是不同尺寸序列的铝合金脚手架、该产品批次在宽高上的尺寸是一致的,权长度随型号的变化,并因长度变化导致零件加强筋的数目不同。

   根据六点定位原理,焊接工装需要限制被焊铝合金型材的六个自由度来实现工件的定位和装夹,由于对象尺寸变化,定位与夹紧机构需要满足能依工件型号组合同是装夹方案,对于这类装夹任务,经常采用的是槽系或孔系组合夹具。由于具有良好的结构尺寸、形位公差和配合精度,孔/槽组合夹具在一定装夹范围内能实现无级调整。然后孔系组合理夹具需要操作工人频繁拆卸组成不同装夹方案;槽系组合夹具则有组合方式有限,定位精度时降的缺点。本文采用孔系与槽系组合实现工装,滑动定位块与可拆卸定位块联合定位的手段来实现上述目的。

3、防护系统

采用全封闭式的工作站防护栏,在防护栏上均布有红外感应光栅,栅传感器与PLC总控通信,当系统正常工作时光栅不断发送接收红外线信号,一旦有异物进入工作范围,红外线被异物遮挡,光栅传感器同PLC发送中断信号,PLC执行中断程序,使焊接机器人急停。一旦警报解除,可以通过操作站恢复运行。


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