【正文】 藝特性選擇機(jī)器人焊接參數(shù)，并通過控制變量方法對(duì)三個(gè)主要焊接參數(shù)進(jìn)行試焊驗(yàn)證并進(jìn)行試焊。最終確定機(jī)器人移載平臺(tái)的裝配形式。4. 結(jié)合實(shí)際鋁合金型材搭接腳手架焊接任務(wù)，進(jìn)行自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)，在建立起三維實(shí)體模型基礎(chǔ)上，與廠方技術(shù)人員配合搭建實(shí)際工作站。第二章 工作站布局及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)焊接任務(wù)進(jìn)行工作站功能分析，結(jié)合車間現(xiàn)場(chǎng)及焊件參數(shù)進(jìn)行工作站的布局研究與設(shè)計(jì)。第四章 定義一類DSLD工件并對(duì)其做詳細(xì)解釋，在建立其數(shù)學(xué)模型并分析的基礎(chǔ)上提出了針對(duì)DSLD工件可調(diào)柔性裝夾技術(shù)，分析兩種裝夾方式：有級(jí)可調(diào)、無級(jí)可調(diào)方式的區(qū)別并選擇合理的裝夾方式。 本章小結(jié)本章首先闡述了焊接自動(dòng)化產(chǎn)生的背景和經(jīng)濟(jì)意義，隨之?dāng)⑹隽怂鼮楹附又圃祛I(lǐng)域帶來的生產(chǎn)力提升、工作環(huán)境改善等重要意義。第二章 鋁合金焊接工作站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 引言隨著制造業(yè)對(duì)焊接質(zhì)量和效率的要求不斷提高，自動(dòng)化焊接工作站在車間中應(yīng)用越來越廣泛，每個(gè)企業(yè)對(duì)焊接自動(dòng)化的需求是不同的，相應(yīng)的焊接自動(dòng)化工作站也是由不同的功能模塊組成。 功能需求分析一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化焊接工作站包含機(jī)械和電氣兩個(gè)主要分系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)主要包括焊接操作執(zhí)行裝置、焊接工件裝夾系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置。同樣焊接工裝夾具系統(tǒng)既可以采用通用柔性工裝，也可以根據(jù)焊接任務(wù)設(shè)計(jì)制造專用夾具。所以，第一個(gè)功能就是的工作臺(tái)所起支撐作用。焊接系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將分散的零件裝配焊接在一起，這個(gè)功能由機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)，所以，第三個(gè)功能是機(jī)器人的焊接功能。 自動(dòng)化焊接工作站的功能模塊 焊接工作站布局研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作站整體布局研究與設(shè)計(jì)工作站布局是將加工設(shè)備、輔助工具、運(yùn)輸設(shè)備和過往通道等資源合理放置在一個(gè)有限生產(chǎn)空間里的過程。兼顧各方面要求，從物料流通和和環(huán)境因素合理布置工作站外部坯料存儲(chǔ)、成品擺放、廢件回收、工人活動(dòng)等等諸多區(qū)域的相對(duì)位置。如其他車間布局工作一樣，在進(jìn)行焊接工作站布置時(shí)，需要從產(chǎn)品類型、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)工藝以及物流方式等角度考慮。對(duì)生產(chǎn)單元進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)充分利用廠房面積?？紤]到常勝鋁制品公司廠房內(nèi)布置及設(shè)備，焊接工作區(qū)域的占地面積為的區(qū)域，該區(qū)域需要分成焊接工作站區(qū)域、待焊元件存放區(qū)、焊接成品碼放區(qū)、工人活動(dòng)區(qū)域、廢件區(qū)。 焊接工作站車間布局 工作站結(jié)構(gòu)研究目前而言，焊接自動(dòng)化工作站主要應(yīng)用在汽車摩托車車架裝配領(lǐng)域，在這些生產(chǎn)車間中工作站的相對(duì)占地面積較大，工作站內(nèi)部設(shè)備復(fù)雜，另外，工作站的控制部分比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高。這種工作站在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中比較常見，變位機(jī)與焊接機(jī)器人配合動(dòng)作能夠達(dá)到更大的焊接空間，同時(shí)兩個(gè)裝夾平臺(tái)輪番上下工件使機(jī)器人的利用率較高。 單套固定夾具+焊接機(jī)器人工作站 兩套帶變位機(jī)工裝平臺(tái)+焊接機(jī)器人工作站 搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站4. 多變位外部軸+雙機(jī)器人組成工作站，這種組合方式具有高度的柔性生產(chǎn)能力，可以焊接大體量的工件和復(fù)雜的空間焊縫，焊縫質(zhì)量也很高。實(shí)質(zhì)上是由多焊接工作站在生產(chǎn)時(shí)序規(guī)劃的基礎(chǔ)上配合完成工藝要求的。以上幾種焊接工作站結(jié)構(gòu)方式也各有優(yōu)缺點(diǎn)。2焊接空間較大，能適應(yīng)簡(jiǎn)單的空間焊縫，工作站利用率高。4可焊大體積工件，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊縫焊接，焊接質(zhì)量高。首先對(duì)工件尺寸進(jìn)行分析以確定焊接工作站結(jié)構(gòu)。這樣要求焊接工裝平臺(tái)的最小寬度尺寸不小于，最小長度尺寸不小于。并在1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用對(duì)稱式雙固定工裝平臺(tái)，以減少裝卸時(shí)間。方法2則是將焊接機(jī)器人與外部軸固定在一起，這種方法可以在增加機(jī)器人工作范圍同時(shí)有效減少外部軸長度，也能夠規(guī)避外部軸零部件被飛濺的熔渣損壞，但是缺點(diǎn)是由于外部軸直接增加機(jī)器人活動(dòng)范圍，降低了機(jī)器人定位精度。、工作站結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱工裝平臺(tái)V字型布局方式，工人在一個(gè)工位執(zhí)行完手動(dòng)裝夾任務(wù)后，可以沿V型的頂尖走到另一個(gè)工位，這樣的結(jié)構(gòu)大大縮短了工人在兩個(gè)焊裝平臺(tái)間走動(dòng)的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。 焊接工作站整體布局1 焊接工作站整體布局2根據(jù)工件長寬要求，機(jī)器人工作最大范圍為3592mm，沿工件X方向最大移動(dòng)1316mm。研究焊接工作站不同結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行焊接工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新使用對(duì)稱V型結(jié)構(gòu)，大大提高了生產(chǎn)效率。焊接機(jī)器人安裝通常分固定安裝和外部軸安裝兩種方式，固定安裝是指將機(jī)器人底座固定安裝在安裝平臺(tái)上，安裝平臺(tái)相對(duì)地面固定。外部軸安裝方式的可以大大的擴(kuò)展機(jī)器人可達(dá)空間和靈活度，但是因?yàn)樵黾油獠枯S，安裝難度增加，精度也有所下降。在外部軸安裝中依然有三種安裝方式可供選擇：頂棚吊裝、側(cè)墻吊裝、地面平裝。在地面平裝安裝方式中，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)有恒速、靜止、加速、減速狀態(tài)。在靜止非懸臂狀態(tài)下，焊接機(jī)器人重心作用在四個(gè)滑塊之間，即對(duì)導(dǎo)軌無側(cè)傾力矩，受力狀態(tài)最優(yōu)。當(dāng)考慮加速度因素時(shí)，慣性力會(huì)以重心為作用點(diǎn)在高度方向上產(chǎn)生前傾力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。只有在有限的空間1范圍內(nèi)，機(jī)器人重心才落在四個(gè)導(dǎo)軌之間。因此在機(jī)器人地面水平安裝的最極端條件下，支座最大垂直受力為、最大側(cè)向受力為。：表3. 1不同安裝方式下的最大支承力最大受力地面平裝側(cè)壁吊裝垂直受力側(cè)向受力側(cè)壁吊裝和地面平裝的加速減速過程可以一樣。而且工程應(yīng)用中大多數(shù)的加速度都比前述臨界加速度小。本文選擇滾珠絲杠導(dǎo)軌移動(dòng)副來實(shí)現(xiàn)。3. 因?yàn)椴捎脻L珠循環(huán)方式磨損也比滑動(dòng)絲杠要小，傳動(dòng)平衡并無爬行現(xiàn)象，與伺服電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器配合使用可以實(shí)現(xiàn)很高的位控精度。 滾珠絲杠導(dǎo)軌副計(jì)算模型 滾珠絲杠導(dǎo)軌副安裝條件項(xiàng)目參數(shù)焊接機(jī)器人及焊槍重量安裝基座最大行程最高進(jìn)給速度設(shè)計(jì)壽命導(dǎo)引面摩擦系數(shù)（滑動(dòng)）驅(qū)動(dòng)馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)重復(fù)定位精度在機(jī)器人轉(zhuǎn)換工位過程中。加速、減速時(shí)間。因此需要根據(jù)載荷和定位精度要求來確定螺紋底徑。為保證精度，取?？紤]預(yù)算，外循環(huán)插管埋入式墊片預(yù)緊形式滾珠絲杠比內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式螺紋預(yù)緊造價(jià)低，精度相差無幾。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式。故最大軸向載荷。另外機(jī)器人移載平臺(tái)移動(dòng)還需要?jiǎng)恿Σ糠郑核欧姍C(jī)和伺服控制部分：伺服驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)滾珠絲杠選型計(jì)算中的設(shè)定：驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為，啟動(dòng)加速階段的時(shí)間需求在之下，根據(jù)所選擇的滾珠絲杠、聯(lián)軸器、及軸承等其他可動(dòng)部件計(jì)算傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；式中為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、為可動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 機(jī)器人移載平臺(tái)組成1 機(jī)器人移載平臺(tái)組成2滾珠絲杠作為本文中機(jī)器人移載平臺(tái)的傳動(dòng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的裝配形式和精度對(duì)機(jī)器人的定位精度和穩(wěn)定性有著重大的影響。另一端一般通過對(duì)列角接觸球軸承來同時(shí)承受徑向負(fù)載和軸向負(fù)載，這種裝配方式廣泛應(yīng)用于小行程的短絲杠或者全閉環(huán)伺服控制中傳動(dòng)的滾珠絲杠安裝中，此結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性和精度最差，受熱脹冷縮的影響，大長徑比滾珠絲杠采用這種方法時(shí)，~，嚴(yán)重影響傳動(dòng)精度。固定端采用對(duì)列角接觸球軸承來承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，支承端則應(yīng)用深溝球軸承承受徑向載荷。支承端軸承主要承受徑向力且能作微量的軸向浮動(dòng)，滾珠絲杠熱變形可以自由地向一端伸長，同時(shí)也避免或減少滾珠絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。這種裝配方式的弊端在于絲杠調(diào)整比較麻煩，兩端采用的預(yù)緊力需要精確的計(jì)算，過大會(huì)導(dǎo)致實(shí)際行程比設(shè)計(jì)行程擴(kuò)大，過小則會(huì)導(dǎo)致相反的后果而造成加工中心震顫。因此本文從安裝便利、成本控制的角度考慮選擇一端固定一端支承的安裝方式。對(duì)地面平裝懸臂狀態(tài)下機(jī)器人移載平臺(tái)加速過程中滑塊受力進(jìn)行了宏觀分析。第四章 DSLD工件柔性裝夾技術(shù)焊接工件中有一種工件是屬于同一尺寸系列的，在系列內(nèi)部之間的每個(gè)型號(hào)外形特征基本一致，僅僅在若干個(gè)方向的尺寸發(fā)生改變，即在少維度上尺寸變量（Dimension Scalability in Less Direc。進(jìn)而對(duì)機(jī)器人移載平臺(tái)中關(guān)鍵傳動(dòng)部件的計(jì)算過程展開研究，詳述了在移載平臺(tái)設(shè)計(jì)中對(duì)系統(tǒng)性能影響權(quán)重最大因子的確定。本文中焊接機(jī)器人自重48kg，最大負(fù)載焊槍、送絲機(jī)重6kg，焊接工位轉(zhuǎn)換移動(dòng)最大速率14m/min，屬于輕載中速負(fù)載情況，結(jié)合安裝要求，滾珠絲杠采取一端固定一端支承的安裝方式。屬于中量負(fù)載，焊接機(jī)器人最高移動(dòng)速度一般在之下，屬于中低速運(yùn)行。 GG安裝方式，兩個(gè)支承端都可以承受軸向載荷和徑向載荷，因此這種裝配方式下滾珠絲杠可以通過施加預(yù)緊力來減少滾珠絲杠的螺紋背隙，從而增加絲杠剛度，同時(shí)兩端固定能夠降低滾珠絲杠熱變形產(chǎn)生的誤差。這種結(jié)構(gòu)多見于伺服控制系統(tǒng)中，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。許多的高精度私服傳動(dòng)系統(tǒng)往往采用光柵尺的閉環(huán)控制的方式下采用這種結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠的安裝方式有一端固定一端自由（GZ方式）、一端固定一端支承（GJ方式）、兩端支承（JJ方式）、兩端固定（GG方式）。 絲杠導(dǎo)軌平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)和滾珠絲杠構(gòu)成機(jī)器人移栽導(dǎo)軌平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)傳遞部分，除此之外該平臺(tái)還包括聯(lián)軸器、滑動(dòng)導(dǎo)軌、滑塊、機(jī)器人安裝基座、行程開關(guān)、絲杠導(dǎo)軌基座、及其他防護(hù)設(shè)備等。伺服電機(jī)分為鼠籠型交流伺服電機(jī)，這種電機(jī)轉(zhuǎn)子為鼠籠型，體積小工作可靠，缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不夠平滑，多用于中小功率的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中；齒輪減速鼠籠型交流伺服電機(jī)，與前者相比可以直接與大轉(zhuǎn)矩負(fù)載相連接，適用功率范圍更廣泛；非磁性杯型交流伺服電機(jī)，用非磁性材料做成杯型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子慣量更小運(yùn)行更平滑，但是價(jià)格也更昂貴；其他還有僅能單方向旋轉(zhuǎn)具有自鎖功能的帶定位裝置交流伺服電機(jī)等。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定選用60176。滾珠絲杠采用一端固定一端支承的安裝方式，因此固定端采用的支承軸承為深溝球軸承，支承端采用一對(duì)角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，以承受徑向載荷和雙向軸向載荷。根據(jù)前述計(jì)算過程得出的、在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副CMFZD40105可以滿足設(shè)計(jì)條件。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)滾珠絲杠底徑采用式310算法： (320)式中，為最大行程、為導(dǎo)程、靜摩擦力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，有以下兩種選擇范圍。 軸向負(fù)荷變化表動(dòng)作軸向負(fù)荷行程時(shí)間平均轉(zhuǎn)速去程加速度69530900去程等速度13501800去程減速度61030900回程加速度69530900回程等速度13501800 軸向負(fù)荷變化表（續(xù)）回程減速度61030900、平均轉(zhuǎn)速為： (316) (317)確定預(yù)期額定動(dòng)載荷： (318)因此可以推算處額定預(yù)期動(dòng)載荷、使用壽命：。因此由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可得絲杠導(dǎo)程： (311)考慮到零件成本，過低的導(dǎo)程加工困難，且對(duì)絲杠的剛度產(chǎn)生影響。滾珠絲杠主要負(fù)載為機(jī)器人安裝基座重和焊槍加焊接機(jī)器人重，在移動(dòng)方向上受到滾珠與絲杠之間、軸承內(nèi)外圈之間、滑塊與滑動(dòng)導(dǎo)軌之間的摩擦阻力作用，合記為滑動(dòng)阻力。2. 滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由絲杠、螺母、滾珠等元件組成，可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。本文中焊接結(jié)構(gòu)為平面布置焊縫，焊縫分布簡(jiǎn)單，因此采用地面平裝方式。因此當(dāng)加速度的時(shí)候，地面平裝的側(cè)向受力比側(cè)壁吊裝的側(cè)向受力大。側(cè)壁吊裝在加速階段最大垂直受力為，最大的側(cè)向水平受力為：。 機(jī)器人工作空間同時(shí)在非懸臂加速狀態(tài)的最極端情況下，重心完全落在上時(shí)，最大支撐力為。因此考慮加速度因素時(shí)，滑塊最大受力為：在加速階段時(shí)的最大受力： (33)在減速階段時(shí)的最大受力： (34) 懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型 機(jī)器人速度曲線在懸臂狀態(tài)下同樣可計(jì)算出加速度為零時(shí)四個(gè)導(dǎo)軌最大的受力值是： (35)以及在懸臂狀態(tài)下處于加速階段時(shí)的最大受力： (36)處于在減速階段時(shí)的最大受力： (37)當(dāng)機(jī)器人采用壁掛式安裝時(shí)，導(dǎo)軌滑塊不僅需要承受垂直基座的力，還需要承受由重心相對(duì)基座偏移所產(chǎn)生的平行于基座平面的扭力。 非懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型因?yàn)闄C(jī)器人焊接工位不固定在一點(diǎn)，因此帶入加速度參量，分析在非等速狀態(tài)下的受力狀態(tài)。根據(jù)機(jī)器人位姿的重心位置又分別有懸臂狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)楸疚墓ぱb結(jié)構(gòu)不可采用頂棚吊裝安裝方式。，采用大型焊接機(jī)器人的價(jià)格為、采用中型焊接機(jī)人價(jià)格為，同時(shí)配置外部軸的成本為，針對(duì)市場(chǎng)上絕大多數(shù)焊接機(jī)器人的價(jià)格咨詢發(fā)現(xiàn)均有。固定式安裝的優(yōu)勢(shì)在于機(jī)器人坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系相對(duì)固定，焊接軌跡固定，容易獲得高的焊接穩(wěn)定性，但是由于機(jī)器人無法移動(dòng)，導(dǎo)致焊接范圍很小。設(shè)計(jì)了地面平裝式機(jī)器人移載平臺(tái)，對(duì)關(guān)鍵的部件進(jìn)行核算和選擇，并對(duì)移載平臺(tái)的伺服控制方式進(jìn)行了研究。 本章小結(jié)本章首先對(duì)焊接工作站整體功能需求進(jìn)行分析，規(guī)劃了自動(dòng)化焊接工作站組成的功能模塊。當(dāng)工人在一個(gè)工位執(zhí)行完手動(dòng)裝夾任務(wù)后，可以手動(dòng)拉下防火布簾，然后走到另一個(gè)工位開始手動(dòng)裝夾。焊接工作站主體部分包括雙對(duì)稱固定焊接工裝、焊接機(jī)器人、機(jī)器人外部軸、工作站控制電氣系統(tǒng)、焊接電源、氣源、安全防護(hù)設(shè)備。外部軸的功能為實(shí)現(xiàn)多焊接位置的轉(zhuǎn)換，因此可以采用將對(duì)稱焊接工裝平臺(tái)采取非固定式或?qū)⒑附訖C(jī)器人安裝在移動(dòng)外部軸上的方法，、。 產(chǎn)品尺寸系列類別尺寸形狀EURO鋁臺(tái)板寬版EURO鋁臺(tái)板前一節(jié)所述的五種焊接工作站結(jié)構(gòu)方式中，方案2結(jié)構(gòu)方式簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，本文中待焊工件結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單的型材搭接結(jié)構(gòu)，因此上不需要5方案中的復(fù)雜功能。這14種工件的尺寸分寬版和普通版兩類，其中工件模型在長、寬兩個(gè)方向變化，在寬度方向上有兩個(gè)變化值，其中寬度的每個(gè)變化值都對(duì)應(yīng)長度方向上的七個(gè)尺寸值。5焊縫道數(shù)分布均勻，焊接穩(wěn)定且高質(zhì)量，缺點(diǎn)是投入巨大，需要配備專用廠房，控制難度高。3可以焊接復(fù)雜的空間焊縫，適應(yīng)工件種類多，工作站簡(jiǎn)潔。