【正文】 nstallation towards basement stress, the rational assembly based on design speed. The key part of robot mobile platform, ball screw, is selected and checked, the assembly type of ball screw is studied.A mon kind of work piece is summarized。在對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上研究該類工件的定位特點。首先對焊接工作站進(jìn)行功能需求分析，確定了工裝模塊、焊接執(zhí)行模塊、安全防護(hù)模塊、系統(tǒng)控制模塊、機(jī)器人移載平臺模塊等功能模塊，構(gòu)建了工作站的功能框架并在此基礎(chǔ)上確定焊接工作站的布局形式及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。研究焊接工作站關(guān)鍵部件機(jī)器人移載平臺。并在上述工作的基礎(chǔ)上為該類工件設(shè)計通用的可調(diào)式柔性裝夾方案。 its mathematical model is established and analyzed to figure out the relationship between fixture key points and size verification. A new kind of adjustable fixture is proposed based on former analysis to adjust the kind of work piece mentioned above.Finally, based on the 3D design model of workstation, established the entity of workstation. Based on the welding characteristics of Alalloy structural welding pieces, the operation parameters are figured out and checked using parameter control method. Key Words: automatic welding workstation, robot mobile platform, adjustable fixture, DSLD work piece目錄第一章 緒論 1 引言 1 課題來源和研究意義 2 自動化焊接工作站國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 4 焊接工件柔性工裝技術(shù) 5 鋁合金自動化焊接 6 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排 7 本章小結(jié) 8第二章 鋁合金焊接工作站系統(tǒng)總體設(shè)計 9 引言 9 功能需求分析 9 焊接工作站布局研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 工作站整體布局研究與設(shè)計 10 工作站結(jié)構(gòu)研究 11 工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 本章小結(jié) 18第三章 機(jī)器人移載平臺的研究與設(shè)計 19 概述 19 焊接機(jī)器人安裝方式的研究 19 機(jī)器人移載平臺研究 24 絲杠導(dǎo)軌平臺關(guān)鍵部件研究 24 絲杠導(dǎo)軌平臺機(jī)械結(jié)構(gòu) 29 本章小結(jié) 32第四章 DSLD工件柔性裝夾技術(shù) 33 33 DSLD工件及其數(shù)學(xué)分析 33 DSLD工件定義 33 DSLD工件數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 33 DSLD工件定位點分析 35 DSLD工件的工裝技術(shù)研究 37 組合夾具 38 可調(diào)夾具 38 DSLD工件的可調(diào)整夾具原理 39 本章小結(jié) 42第五章 基于實例的自動化焊接工作站設(shè)計與調(diào)試 43 概述 43 焊接工作站設(shè)計 43 鋁合金腳手架焊接工藝研究 45 鋁合金金屬焊接性研究 45 焊縫形狀工藝性研究 46 焊接參數(shù)確定 48 程序示教與工件試焊 51 本章小結(jié) 52第六章 總結(jié)與展望 53 本文的主要研究成果 53 研究中存在的問題和未來展望 53參考文獻(xiàn) 54致謝 58在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 59圖、表清單 自動化焊接工作站的功能模塊 10 焊接工作站車間布局 11 單套固定夾具+焊接機(jī)器人工作站 12 兩套帶變位機(jī)工裝平臺+焊接機(jī)器人工作站 12 搬運機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站 13 多變位外部軸+雙機(jī)器人工作站 13 機(jī)器人焊接自動生產(chǎn)線 14 方案一：外部軸安裝在工裝夾具下 16 方案二：外部軸安裝在機(jī)器人下 16 焊接工作站整體布局1 17 焊接工作站整體布局2 18 非懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型 20 懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型 21 機(jī)器人速度曲線 21 側(cè)壁吊裝機(jī)器人底座受力模型 22 機(jī)器人工作空間 23 滾珠絲杠導(dǎo)軌副計算模型 25 焊接機(jī)器人設(shè)計速度曲線 25 機(jī)器人移載平臺組成 30 機(jī)器人移載平臺組成 30 GZ安裝方式 30 GJ安裝方式 31 JJ安裝方式 31 GG安裝方式 31 工件坐標(biāo)系與平臺坐標(biāo)系 34 坐標(biāo)系平移模型 34 DSLD工件尺寸變化示意 35 組合夾具使用流程 37 可調(diào)整夾具使用流程 37 調(diào)整式可調(diào)夾具原理 39 撓性定位器原理 40 撓性定位器結(jié)構(gòu) 41 利用撓性件定位的定位桿結(jié)構(gòu) 41 無級可調(diào)工裝 42 帶定位尺的導(dǎo)軌側(cè)圖 42 自動化焊接工作站裝配圖 44 自動化焊接工作站實物 44 焊件主型材搭接截面 47 典型焊件結(jié)構(gòu)（編號1~13為焊縫分布位置） 48 型焊縫外形特征 48 角焊縫外形特征 49 焊接速度測試圖 50 焊接電流測試圖 51 焊接電壓測試圖 51 鋁合金腳手架試焊效果 52 幾種工作站結(jié)構(gòu)方式特點 14 產(chǎn)品尺寸系列 15 不同安裝方式下的最大支承力 24 滾珠絲杠導(dǎo)軌副安裝條件 25 軸向負(fù)荷變化表 26 伺服電機(jī)參數(shù) 29 孔系組合夾具主要組類 38 型材搭接件的焊縫形式構(gòu)成 46 焊接參數(shù)設(shè)定 49第一章 緒論 引言焊接是通過加熱熔融（有時輔以壓力）將兩塊金屬或熱塑材料連接在一起，使兩者之間達(dá)到原子結(jié)合的制造方法，它在工業(yè)生產(chǎn)中具有極其廣泛應(yīng)用，被稱為工業(yè)制造的“裁縫”，廣泛應(yīng)用于汽車、航空宇航、船舶制造、石油化工、能源動力、機(jī)械制造等行業(yè)中[[]Harry Udin,Edwerd ,John Wulff. Welding for engineers. New York: John Wiley amp。另一方面，大量制造企業(yè)操作工人稀缺，焊接作為一種工作環(huán)境惡劣，對人體損傷大的工種，愿意從事的人很少，嫻熟的焊接工人更加以稀為貴。經(jīng)濟(jì)上的可行性由以下兩個方面構(gòu)成：一是機(jī)器人使用成本的降低與勞動者工資的上升形成“此消彼長”的局勢，在五年前一臺焊接工業(yè)機(jī)器人價格在50萬元以上，現(xiàn)在則降到15萬元不到；與此同時，制造業(yè)工人工資每年以10%—20%的速度遞增。研究發(fā)現(xiàn)，目前的焊接工作站面向的焊接對象要么是單一焊接參數(shù)，固定焊縫布置，固定型號任務(wù)的大批量零件；要么是產(chǎn)品任務(wù)經(jīng)常改變，需要針對不同任務(wù)采取不同的工裝，使用不同的焊接參數(shù)，而且因為焊縫布置不同因此焊接機(jī)器人運行程序也不同；第三類則是焊縫極長，焊接條件復(fù)雜，需要有針對性的開發(fā)專用的自動焊接流動站，典型的如造船業(yè)中的船體焊接[[] SangMin Yang, ManHoCho, H oYoung Lee,etc. Weld line detection and process control for welding automation. Measurement Science and Technology,2007,30(18):819~826.]。本文的研究工作旨在針對前述同系列工件的自動化焊接任務(wù)概括出一種普遍性模型，并針對該模型設(shè)計通用焊接工裝夾緊方案，在對自動化焊接周邊技術(shù)進(jìn)行一定研究的基礎(chǔ)上，解決同系列鋁制品工件自動化焊接的實際應(yīng)用問題。另外本文的研究工作提取了工業(yè)生產(chǎn)中一類常見焊接工件，對其進(jìn)行建立模型，并做數(shù)學(xué)分析，在理論分析的基礎(chǔ)上提出了該類工件柔性可調(diào)的裝夾方式，并對該類工件的夾具進(jìn)行了一定的研究與設(shè)計。柔性焊接制造單元是以自動化焊接執(zhí)行裝置如焊接機(jī)器人為工作核心，由計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)字化控制、采用工件柔性裝夾技術(shù)的焊接制造系統(tǒng)。焊接有多種方法，如電阻焊、壓焊、激光焊、電弧焊、水下焊接等等。因此在實現(xiàn)自動化焊接中也具有相似的特質(zhì)[[] Cary, Howard B., Helzer Scott. Modern welding technology. New Jersey:Englewood Cliffs, 2004:12~13.~[] NORRISH John. Advanced welding processes. Technologies amp。隨著人口紅利逐年降低，我國制造業(yè)面臨升級轉(zhuǎn)型的艱巨課題，自動化技術(shù)受到越來越多的重視，在這樣的背景下，焊接自動化工作站受到以汽車制造企業(yè)為代表的廣大企業(yè)的歡迎。除工業(yè)機(jī)器人外焊槍、焊機(jī)、繞片機(jī)及送片機(jī)也是焊接操作完成必不可少的設(shè)備。近期一種采用紅外傳感器技術(shù)的光柵防護(hù)欄可以通過安全光幕檢測工作過程中的異物進(jìn)入，不過成本昂貴。結(jié)合本文主要研究工作，下面就自動化焊接工作站研究現(xiàn)狀、焊接工件柔性工裝技術(shù)進(jìn)行簡要闡述，并結(jié)合本文主要研究工作對鋁合金自動化焊接研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。上海交通大學(xué)的劉成良、張凱、付莊等人針對柔性焊接工作站中RV12L6R弧焊機(jī)器人控制問題展開研究，基于機(jī)器人關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃，提高了焊接工作站機(jī)器人編程效率[[] 劉成良、張凱、付莊，等. RV12L6R機(jī)器人軌跡規(guī)劃及其應(yīng)用研究. 機(jī)械設(shè)計與研究，2002,18(1)：60~63]。成功研制出汽車車前懸架ABS結(jié)構(gòu)件的焊接工作站，取得了很高的生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量[[] 談士力、沈俊杰. 弧焊機(jī)器人焊接單元研制. 上海大學(xué)學(xué)報，2000,6(4)：359~362.]。分布式控制簡化了控制邏輯，取的了令人滿意的控制效果[[] 蔣力培，王澤，俞建榮，等. 組合式焊接自動化控制系統(tǒng). 焊接學(xué)報，1994，4(15)：270~274.]。傳統(tǒng)焊接工作站中采用的焊接機(jī)器人為示教再現(xiàn)型控制方式，這種機(jī)器人在一定空間內(nèi)、焊接周圍不變的條件下能實現(xiàn)焊接的高精確度操作[[] 劉志紅，高潔，姜飛，等. 焊接機(jī)器人光電跟蹤C(jī)CD傳感系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2010，1(18)：14~17.]，然而工業(yè)生產(chǎn)中往往面臨長跨距焊縫、多變動焊接條件，因此如何在變化條件下獲得高精度焊接效果的有效途徑之一就是焊縫跟蹤。利用單片機(jī)和EDA各自的控制優(yōu)勢，對雙行波超聲波電機(jī)進(jìn)行微步控制，從而提高了焊槍定位精度[[] 吳曉，華亮，顧菊平，等. ，2010,5(17):372~376.]。上海交通大學(xué)的Yanlin Xu、Huanwei Yu、Jiyong Zhong等人設(shè)計一套應(yīng)用于GTAW焊接工作站上的teachingplayback型機(jī)器人的視覺傳感系統(tǒng)，通過對焊縫圖像分析，提出canny算法獲取焊縫熔池及邊緣特征。美國德克薩斯Aamp。在高精密、高價值或者大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品線上，由于加強(qiáng)剛度、增加穩(wěn)定性、提高精度和效率的需求，常常采用專用夾具，如飛機(jī)裝配生產(chǎn)線、汽車零部件生產(chǎn)線等[[] 王政著. 焊接工裝夾具及變位機(jī)械:性能、設(shè)計、選用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001:7~10.]。專用夾具的設(shè)計條件依據(jù)需求而定，本文暫不多做討論。賈秀杰、李劍鋒等人在研究ZL50 的前車架焊接夾具是提出了可重構(gòu)的焊接夾具設(shè)計思想。香港理工大學(xué)的Li,B., Shui,., Lau,，以金屬橫梁組裝為研究依托，建立了一種新的夾具組態(tài)方式并驗證了可行性[[] Li,B., Lau,..Principle and simulation of fixture configuration design for sheet metal assembly with laser welding. Advanced Manufacturing Technology,2001,18(9):276~284.]?？梢詼?zhǔn)確有效地獲得定位特征[[] ，[碩士學(xué)位論文]. 長沙，中南大學(xué)，2011.]。 鋁合金自動化焊接由于鋁合金在制造業(yè)中的地位日趨上升，鋁合金制品的自動化焊接成為焊接領(lǐng)域的重要課題。上海交通大學(xué)的林麗華、唐逸民、陳立功等人就SiC(P)/LD2鋁基復(fù)合材料的釬焊過程將釬料對鋁基復(fù)合材料潤濕在焊槍上露點增強(qiáng)設(shè)備，有效提高了接頭強(qiáng)度，減少了焊縫內(nèi)氣泡密度和體積權(quán)值[[] 林麗華，唐逸民，陳立功，等. 碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料焊接機(jī)理，焊接學(xué)報，1997,1(18):12~15.]。 Pushby基于可減輕車身總重的汽車車架太空鋁合金型材的接縫焊接拼接技術(shù)，對TIG焊接、激光焊接、摩擦攪拌焊三種焊接方法在拼接邊界處的焊接優(yōu)劣進(jìn)行對比研究[[] . Barnes, . Pashby. Joining techniques for aluminium spaceframes used in automobiles Part I—solid and liquid phase welding. Journal of Materials Processing Technology, 2000,(99)：66~77.]。其次研究焊接工作站關(guān)鍵部件，對其進(jìn)行安裝形式的受力分析。最后結(jié)合鋁合金型材搭接件研究基于實例的自動化焊接工作站設(shè)計，與工廠技術(shù)人員合作建立自動化焊接工作站實體，針對具體鋁合金型材搭接件焊接工