電氣自動化與機器人配套焊接工作站的設計與實施

王達 姚東東

【摘要】伴隨經濟全球化的深入和現代化水平的提高，自動化越來越廣泛的應用在工業中，比如電氣自動化在機器人配套焊接中的應用，可以提高焊接效率和焊接質量，創造好的工作氛圍，降低工人的工作強度，改善傳統焊接技術的缺點，對生產流程進行創新，并節約成本。

【關鍵詞】電氣自動化;機器人;配套焊接;工作站

電氣自動化在各個領域的應用是人類社會文明發展的標志，利用電氣自動化可以改變傳統工業的工作模式，促進經濟效益的增長。為了實現電氣自動化在機器人配套焊接中的實際應用，必須把焊接變位機和焊接機器人有效聯系起來。除了在焊接機器人方面，在其他工業產品的焊接工作中利用電氣自動化同樣可以改變弊端，利用現代科技提高生產效率。本文主要對電氣自動化和機器人配套焊接的工作站的相關設計和實施措施進行探究說明。

一、技術方案

焊接機器人是現代科技水平不斷發展的產物，焊接機器人可以利用反復進行編程的自動化控制裝備應用在各個工業領域。焊接中的柔性化指的是，利用物材儲備運輸系統和計算機系統等技術來進行數控機床設備控制的自動運行。而機器人柔性化焊接的工作站指的是利用計算機系統來聯系焊接變位機和焊接機器人，實現整個工作過程的自動化運作。這里的工作站焊接的工業產品工件標準在2.5米以下。遵循的是科學規范的技術方案，整合了設備裝置自動上料，半自動定位裝卡，自動焊接以及卸貨等功能。把電氣自動化設備系統當作生產的程序，把智能搬運器，變位機，送料機構，構件周轉架以及碼垛架組成生產設備，提升工作效率。電氣自動化系統利用專用屏蔽電纜把西門子$7-200.$7-300.ET200.機器人適配卡，觸摸屏等相關控制設備進行連接，實施PROFIBUS-DP通訊鏈路的網絡設計方案。并對網絡通訊實時情況進行監控控制，防止通訊故障的發生。

二、變位機的設計

變位機是用來工作生產回轉的焊接變位，目的是增加焊接加工位置的準確性，保證焊接速度，以一種焊接輔助專業裝置。變位機包括兩大系統，分別是回轉和翻轉，變位機能夠和焊機操作機構成自動化的焊接中心，利用工作臺的升降以及回轉翻轉來實現自動化的無極調速和角度裝配，工作臺中的焊接工作對精準度要求很高，因此手工作業是一個難點。回轉在變位機中的使用實現了精準度比較高的無極調速，以及能夠對工作臺實行遠程操作和控制的遙控盒裝置。變位機把焊接機和操作機有效結合起來，達到預期的焊接速度。變位機是機器人柔性化工作站的核心重要部件，包括導軌，快速卡，鋼結構，翻轉軸，旋轉軸等。變位機在機器人焊接工作中占有關鍵地位，它的準確度和工作站的焊接效果有著密切聯系。比如說機器人配套工作站要求的焊接精度在0.5毫米之內，變位機的核心裝置就必須是直徑3.8米的轉盤，它180度進行旋轉和翻轉定位都必須控制在0.5毫米之內。

三、智能搬運器的設計

智能搬運器指的是使用電機裝置來進行貨物升降以及橫移的卸貨機器。智能搬運器主要包括收縮叉臂，導向套，升降架，橫移架等部件。在機器人焊接工作站的運行過程中，智能搬運器發揮著把工件運到特定碼貨架的作用，提升搬運效率。智能搬運器促進了自動化的流水線運作生產過程，改善了工作環境，減小了工人的工作強度，促進了生產效率的提高。

四、工件定位工裝的設計

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，通過變位機中的快速卡環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，完成變位機和工件定位工裝的快速準確連接。

五、機器人動作的設計

機器人的動作是工作站設計工作的主要內容，首先要確定好機器人的具體安裝位置，機器人的具體安裝位置根據計算機模擬結果來進行定位，機器人的動作，姿態，軌跡，速度等方面要依據實際情況以及其他工作裝置的配合，進行重復示范達成規范的同一，來達到工程對操作和節奏的設計標準。

六、控制系統的設計

控制系統在焊接過程中融合了伺服閉環驅動，人機界面，PLC定位模塊等部分。

第一，在總控和機器人的控制器信號方面，如果機器人返回原點位置或者踏人不屬于干涉區的位置的時候，焊接機器人就能夠發送出預警信號來對PLC總控進行命令通知，焊接機器人就能夠及時達成信號互鎖以及控制點用的任務。比如說，為了對焊接機器人因為意外轉臺導致的撞機事故開展規避，PLC就可以屏蔽轉臺轉動以及夾具動作。

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

第三，在系統信號方面，系統信號的內容是通過PLC總控，實現在系統觸摸屏上的顯示。系統信號有利于工作人員對焊接工作過程進行監督，它包括系統初始化信息，故障信息等方面。另外總控和觸摸屏信號方面，在生產產品需要更改的時候，只需要在工作站觸摸屏上進行品種選擇就可以了。如果確定系統和系統識別的夾具符合的時候，確定系統就會進行執行，反之就會產生預警，保障了生產準確性。關于產品種類和焊接機器人的工作情況都能夠根據觸摸屏中的提示來進行操作。

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