1、任务十四 工业机器人弧焊设备安装与调试本任务选择了YL-399A型工业机器人实训考核装备,它是典型的工业机器人弧焊设备。通过本任务的学习,掌握弧焊常用参数设置、软件设定、弧焊程序的编程与调试。利用YL-399A型工业机器人实训考核装备焊接如图14-1所示的工件。图14-1焊接任务焊接工作由PLC远程控制完成。设备启动前要满足如下条件:机器人选择自动模式、安全光幕没有报警、机器人没有急停报警等。满足条件时(即设备就绪)黄色警示灯常亮,否则黄色警示灯以1Hz频率闪烁。系统没有就绪,须按复位按钮进行复位。设备就绪后,按下启动按钮,系统运行,机器人程序启动,警示灯黄灯、绿灯常亮。机器人在运行过程中,若
2、按下暂止按钮,机器人应暂停运行,且绿色警示灯以1HZ频率闪烁,再次按下启动按钮,机器人继续运行,绿色警示灯常亮。机器人在运行过程中,若安全光幕动作,机器人应暂停运行,且警示灯绿灯、红灯以1HZ频率闪烁。须按下复位按钮清除安全光幕报警信号。报警清除后红色警示灯熄灭,这时按下启动按钮,机器人继续运行,绿色警示灯常亮。机器人在运行过程中,若急停按钮动作,系统应立即停止运行,同时绿色警示灯熄灭。系统急停后须按复位按钮,清除机器人急停信号。为了安全考虑,急停信号清除后,操作机器人示教器,使机器人回到工作原点。机器人回到工作原点后,系统才可以再次启动。亚龙YL-399A型工业机器人实训考核装备由PLC控制
3、柜、ABB机器人系统、机器人安装底座、焊接系统、除烟系统、警示灯、按钮盒等组成,如图14-2所示。图14-2亚龙YL-399A型工业机器人实训考核装备YL-399A实训设备的PLC程控柜用来安装断路器、PLC、触摸屏、开关电源、熔丝、接线端子、变压器等元器件。PLC程控柜内部图如图14-3所示。PLC采用的是合信的CPU 126 AC/DC/RLY PLC和EM131 AI412bit模块作为中央控制单元。图14-3PLC程控柜1.PLC控制柜2.ABB机器人系统YL-399A实训设备的ABB机器人系统包括IRB 1410机器人、IRC 5机器人控制器和示教器等,如图14-4所示。3.焊接和除
4、烟系统YL-399A实训设备的焊接系统,它主要由奥太Pulse MIG-350焊机、送丝机、焊枪、工业液体CO2等构成,是焊接系统的重要组成部分。另配除烟系统,有效地减少对环境的烟尘排放,能有效防止焊接废气对人体的伤害,具体如图14-5所示。图14-4YL-399A设备ABB机器人系统图14-5焊接系统主要部件a)送丝机b)工业液体CO2c)焊机d)焊枪e)除烟机 1.Pulse MIG-350焊机介绍Pulse MIG-350焊机前后面板接口如图14-6所示。焊机的控制面板用于焊机的功能选择和部分参数设定。焊机控制面板包括数字显示窗口、调节旋钮、按键、发光二极管指示灯,如图14-7所示,各序
5、号含义见表14-1。图14-6前后面板接口含义1外设控制插座X32焊机输出插座(-)3程序升级下载口X44送丝机控制插座X75输入电缆6空气开关7熔丝管8焊机输出插座(+)9加热电源插座X5图14-7焊机控制面板表14-1控制面板参数含义2.焊机的操作Pulse MIG-350焊机具有脉冲和恒压两种输出特性。脉冲特性可实现碳钢及不锈钢、铝及其合金、铜及其合金等有色金属的焊接,恒压特性可实现碳钢和不锈钢纯CO2气体及混合气体保护焊。1)焊接方式选择:按下按键进行选择,与之相对应的指示灯亮。-P-MIG:脉冲焊接。-MIG:一元化直流焊接。-STICK:焊条电弧焊。-TIG:钨极氩弧焊。-CAC-
6、A:碳弧气刨。2)工作模式选择:按下按键进行选择,与之相对应的指示灯亮。主要工作模式有两步工作模式、四步工作模式、特殊四步工作模式、点焊工作模式四种,各工作参数如图14-8图14-11所示。图14-8两步工作模式图14-9四步工作模式图14-10特殊四步工作模式图14-11点焊工作模式3)保护气体及焊接材料选择:按下按键进行选择,与之相对应的指示灯亮。4)焊丝直径选择:按下按键进行选择,与之相对应的指示灯亮。-?0.8 -?1.0-?1.2 -?1.6注意,根据要求完成以上选择;通过送丝机上电流调节旋钮可预置所需的电流值;将送丝机上电压调节旋钮调到标准位置后可进行焊接;最后根据实际焊接弧长微调
7、电压旋钮,使电弧处在焊接过程中稍微夹杂短路的声音,可达到良好的焊接效果。进出隐含参数菜单及参数项调节,同时按下存储键和焊丝直径选择键并松开,隐含参数菜单指示灯亮,表示已进入隐含参数菜单调节模式。再次按下存储键退出隐含参数菜单调节模式,隐含参数菜单指示灯灭。用焊丝直径选择键选择要修改的项目。用调节旋钮调节要修改的参数值。其中,P05、P06项可用键切换至显示电流百分数、弧长偏移量,并可用调节旋钮修改对应的参数值。操作步骤如图14-12所示。注意,按下调节旋钮约3s,焊机参数将恢复出厂设置,见表14-2。3.参数菜单设置2图14-12操作步骤表14-2焊机主要参数设置表14-2焊机主要参数设置4.
8、作业与焊接(1)作业模式作业模式在半自动及全自动焊接中都能提高焊接工艺质量。平常,一些需要重复操作的作业(工序)往往需要手工记录工艺参数。而在作业模式下,可以存储和调取多达100 个不同的作业记录。以下标志将出现在作业模式下的左显示屏中显示。1)-:表示该位置无程序存储(仅在调用作业程序时出现,否则将显示nPG)。2)nPG:表示该位置没有作业程序。3)PrG:表示该位置已存储作业程序。4)Pro:表示该位置正在创建作业程序。(2)存储作业程序焊机出厂时未存储作业程序,在调用作业程序前,必须先存储作业程序。按以下步骤操作:1)设定好要存储的作业程序的各规范参数。2)轻按存储键,进入存储状态。显
9、示号码为可以存储的作业号。3)用旋钮,选择存储位置或不改变当前显示的存储位置。4)按住存储键,左显示屏显示“Pro”,作业参数正在存入所选的作业号位置。5)左显示屏显示“PrG”时,表示存储成功。此时即可松开存储键,再轻按存储键,退出存储状态。注意,如果所选作业号位置已经存有作业参数,则会被新存入的参数覆盖,并且该操作无法恢复。(3)存储作业程序存储以后,所有作业都可在作业模式再次被调用。若要调用作业,可按以下步骤进行:1)轻按调用键,调用作业模式指示灯亮。显示最后一次调用的作业号,可以用参数选择键和查看该作业的程序参数。所存作业的操作模式和焊接方法也会同时显示。2)用旋钮选择调用作业号。(4
10、)焊接方向和焊枪角度焊枪向焊接行进方向倾斜010时的溶接法(焊接方法)称为“后退法”(与手工焊接相同)。焊枪姿态不变,向相反方向行进焊接的方法称为“前进法”。一般而言,使用“前进法”焊接,气体保护效果较好,可以一边观察焊接轨迹,一边进行焊接操作,因此,生产中多采用“前进法”进行焊接。焊接方向与焊枪角度如图14-13所示。图14-13焊接方向与焊枪角度(5)双脉冲功能双脉冲焊在单脉冲焊基础上加入低频调制脉冲,低频脉动频率范围为0.55.0Hz。与单脉冲相比,双脉冲的优点为:无须焊工摆动,焊缝自动成鱼鳞状,且鱼鳞纹的疏密、深浅可调;能够更加精确地控制热输入量;低电流期间,冷却熔池,减小工件变形,减
11、少热裂纹倾向;同时能周期性地搅拌熔池,细化晶粒,氢等气体易从熔池中析出,减少气孔,降低焊接缺陷。双脉冲参考波形如图14-14所示。图14-14双脉冲参考波形 1.I/O配置弧焊应用中,I/O信号需与ABB弧焊软件的相关端口进行关联,因此需要首先定义I/O信号,信号关联后,弧焊系统会自动地处理关联好的信号。在进行弧焊程序编写与调试时,就可以通过弧焊专用的APID指令简单高效地对机器人进行弧焊连接工艺的控制,表14-3所示就是关联的信号。表14-3弧焊关联的信号这些信号在ABB主界面中,选择“控制面板”“配置”“I/O”(见图14-15)主题“PROC”(见图14-16),对参数进行设定,完成后重
12、启系统使参数生效。图14-15I/O界面图14-16PROC界面2.弧焊常用程序数据在弧焊的连续工艺过程中,需要根据材质或焊缝的特性来调整焊接电压或电流的大小,或焊枪是否需要摆动,摆动的形式和幅度大小等参数。在弧焊机器人系统中,用程序数据来控制这些变化的因素。(1)WeldData:焊接参数焊接参数用来控制在焊接过程中机器人的焊接速度,以及焊机输出的电压和电流的大小。需要设定如下参数。1)Weld_Speed:焊接速度。2)Voltage:焊接电压。3)Current:焊接电流。(2)SeamData:起弧/收弧参数起弧/收弧参数是控制焊接开始前和结束后的吹保护气的时间长度,以保证焊接时的稳定
13、性和焊缝的完整性。需要设定如下参数。1)Purge_time:清枪吹气时间。2)Preflow_time:预吹风时间。3)Postflow_time:尾气吹气时间。(3)WeaveData:摆弧参数摆弧参数是控制机器人在焊接过程中焊枪的摆动,通常在焊缝的宽度超过焊丝直径较多时通过焊枪的摆动去填充焊缝。该参数属于可选项,如果焊缝宽度较小,则在机器人线性焊接可以满足的情况下可不选用该参数。需要设定如下参数。1)Weave_shape:摆动的形状。2)Weave_type:摆动的模式。3)Weave_length:一个周期前进的距离。4)Weave_width:摆动的宽度。5)Weave_heigh
14、t:摆动的高度。3.弧焊常用指令任何焊接程序都必须以ArcLStart或ArcCStart开始,通常用Ar-cLStart作为起始语句;任何焊接过程都必须以ArcLEnd或ArcCEnd结束;焊接中间点用ArcL或ArcC语句;焊接过程中,不同的语句可以使用不同的焊接参数(SeamData和WeldData)。(1)ArcLStart:线性焊接开始指令ArcLStart用于直线焊缝的焊接开始,工具中心点线性移动到指定目标位置,整个焊接过程通过参数监控和控制。示例程序如下:如图14-17所示,机器人线性焊接运行到p1点起弧,焊接开始。(2)ArcLEnd:线性焊接结束指令ArcLEnd用于直线焊
15、缝的焊接结束,工具中心点线性移动到指定目标位置,整个焊接过程通过参数监控和控制。示例程序如下:如图14-17所示,机器人线性焊接运行到p2点收弧,焊接结束。图14-17ArcLStart、ArcLEnd指令工作示意图(3)ArcL:线性焊接指令ArcL用于直线焊缝的焊接,工具中心点线性移动到指定目标位置,焊接过程通过参数控制。示例程序如下:如图14-18所示,机器人线性焊接部分应使用ArcL指令。图14-18ArcL指令工作示意图(4)ArcCStart:圆弧焊接开始指令ArcCStart用于圆弧焊缝的焊接开始,工具中心点圆周运动到指定目标位置,整个焊接过程通过参数监控和控制。示例程序如下:如
16、图14-19所示,机器人从p1点圆弧焊接到p2点,p2是任意设定的过渡点。(5)ArcCEnd:圆弧焊接结束指令ArcCEnd用于圆弧焊缝的焊接结束,工具中心点圆周运动到指定目标位置,整个焊接过程通过参数监控和控制。示例程序如下:如图14-19所示,机器人从p2点继续圆弧焊接到p3点结束,p2只是ArcCStart指令任意设定的过渡点。图14-19ArcCStart、ArcCEnd指令工作示意图(6)ArcC:圆弧焊接指令ArcC用于圆弧焊缝的焊接,工具中心点线性移动到指定目标位置,焊接过程通过参数控制。示例程序如下:如图14-20所示,机器人圆弧焊接的不规则多段部分应使用Ar-cC指令,并可
17、以多设置与p2点类似的过渡点。图14-20ArcC指令工作示意图正常情况下,焊机焊接电流、焊接弧长电压与机器人输出焊接模拟量(电压范围为010V)的关系如图14-21所示。图14-21焊机参数与机器人输出电压关系对应图4.焊接电流和焊接弧长电压的校正实际上,量程对应关系和图14-21所示会有偏差,因此如果焊接规范由机器人确定,为了更加精确地控制焊接电压和焊接电流,则需要对焊接弧长电压(010V)和焊接电流(010A)的模拟量量程进行矫正。说明:1)实际上在远程模式下,机器人的焊接电压和焊接电流模拟量信号连接送丝机,送丝机再连接到焊机。2)焊机的焊接电压=初始焊接电压(当弧长电压为0V时)+弧长
18、电压。弧长初始电压在板厚、焊接速度等确定的情况下,只和焊接电流有关。先校正焊接电流模拟量,再校正焊接弧长电压模拟量。模拟量校正以焊接电流模拟量为例说明。按照如下步骤进行校正:1)单击“ABB”进入主界面,选择“控制面板”“配置”“Singal”“添加”,焊接电流模拟量名称“AO10_2CurrentRef-erence”(焊接电流是D651模块第二路模拟量输出,弧长电压是第二路输出,名称可以修改),双击进入参数设置界面,如图14-22所示。图14-22添加焊接电流模拟量参数2)可以修改Dafault Value(设置焊机输出电压的默认值,此值必须大于等于Minimum Logical Valu
19、e)、Maximum Logical Value(焊机最大的电流输出值)、Maximum Physical Value(焊机输出最大电流时所对应的控制信号的电压值)、Maximum Physical Value Limit(I/O板最大输出值)、Maximum Bit Value(最大逻辑位值),分别设置为1631、10、10、10、65535,其他参数都设置为0。设置完成后,单击“确定”按钮退出参数修改界面,根据提示重启系统。Minmum Bit Value=1.5565535/10=10158Maximum Bit Value=9.165535/10=596373)返回ABB主界面,选择“
20、输入输出”“视图”“全部信号”(见图14-23),选择信号“AO10_2CurrentReference”,单击“123”,出现如图14-24所示的窗口,可在窗口中输入数据。更改数据时,焊机上显示的焊接电流是跟着变化的。焊机最小焊接电流为60A,最大焊接电流为350A。从小到大更改AO10_2CurrentRefer-ence的数值,找焊接电流分别为60、350时对应的AO10_2Curren-tReference的值,并记录下来,即1.55和9.1。由此计算出:图14-23添加后的参数列表图14-24设定最大值和最小值4)根据上面校正的结果,修改信号AO10_2CurrentReferenc
21、e的参数,结果如图14-25所示,修改完成后系统重启。图14-25AO10_2CurrentReference修正结果5)再次进入“输入输出”界面给信号AO10_2CurrentReference赋值,观察焊机上显示的焊接电流和机器人示教器上的是否一致。例如,输入80,200,焊机上的焊接电流是否也显示为80,200。一般误差不会大于1,说明校正非常成功。1.PLC及机器人I/O信号配置除了需要完成焊接软件中信号的配置外,对PLC信号及机器人I/O信号还需要进行配置。表14-4给出了PLC的I/O表定义,表14-5给出了PLC和机器人的联络信号定义。表14-4PLC的I/O定义表14-4PLC
22、的I/O定义表14-5PLC和机器人的联络信号定义说明:机器人I/O板的DSQC 651的信号已经建立,且已经按表14-5与机器人系统变量关联。2.建立焊接工具坐标以焊枪TCP为中心点建立焊接工具坐标,坐标名称为WD_Tool,建立工具坐标过程参考基础篇中的工具坐标建立方法。3.程序设计(1)控制流程图机器人控制流程图如图14-26所示。图14-26机器人控制流程图(2)机器人程序设计实现机器人逻辑和动作的RAPID程序模块如下:(3)PLC程序设计网络1第一扫描周期初始化:网络2急停和光幕报警:网络4设备复位:网络3准备就绪:网络6机器人伺服电机使能,使能后机器人程序开始:网络5系统运行:网络7电机使能后,电机使能开始I0.5=ON,否则是脉冲信号:网络8安全光幕动作后或焊接完成或有暂时命令,机器人都将暂停:网络10当系统没运行时系统就绪,或系统运行时,黄色警示灯常亮:网络9有急停或光幕动作记忆时,红色警示灯以1Hz的频率闪烁:网络12系统运行时暂停,绿色警示灯以1Hz的频率闪烁;系统运行时没有暂停,绿色警示灯常亮:网络11暂停记忆:
