【正文】 幾種工作站結(jié)構(gòu)方式特點(diǎn)方案優(yōu)缺點(diǎn)1工作站故障率低，經(jīng)濟(jì)性好，物料流進(jìn)出方便，缺點(diǎn)是生產(chǎn)節(jié)拍慢，機(jī)器人利用效率低。缺點(diǎn)是投入巨大，多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)要求高。一般只用在高級(jí)轎車(chē)車(chē)架的焊接生產(chǎn)線(xiàn)中作為生產(chǎn)線(xiàn)的一個(gè)工作站?？蓪?shí)現(xiàn)不規(guī)則工件焊接。目前大多已被雙固定工裝平臺(tái)+焊接機(jī)器人構(gòu)成的工作站代替，這種工作站特點(diǎn)是將前述單固定工裝平臺(tái)對(duì)稱(chēng)的增加一個(gè)以提高機(jī)器人利用率。：1）將待焊工件分兩側(cè)存放，方便在對(duì)稱(chēng)工位上裝卸時(shí)取料方便。4）滿(mǎn)足特殊要求原則。進(jìn)行物流設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少操作者往返運(yùn)動(dòng)次數(shù)，工作站內(nèi)物流路線(xiàn)應(yīng)盡量短，以減小搬運(yùn)工件的負(fù)荷。因此應(yīng)結(jié)合工廠(chǎng)車(chē)間進(jìn)行實(shí)際合理的工作站布局。自動(dòng)化焊接工作站的布局更是直接關(guān)系到車(chē)間的生產(chǎn)效率、投資額度和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中的物流敏捷度。第二個(gè)功能就是定位和夾緊。控制系統(tǒng)也有的設(shè)計(jì)也是多種的：首先從控制結(jié)構(gòu)講，可以選擇PROFIBUSDP主從站方式控制大型焊接工作站或焊裝線(xiàn)，也可以采用分層控制實(shí)現(xiàn)單工作站的自動(dòng)化控制。在實(shí)際自動(dòng)化焊接工作站的設(shè)計(jì)中，以上模塊的表現(xiàn)形式是多種多樣的。工作站的布局方式直接關(guān)系生產(chǎn)效率和物流敏捷，因此應(yīng)根據(jù)車(chē)間情況、工藝需求、物流路線(xiàn)布局工作站整體布局方式。結(jié)合課題項(xiàng)目，提出了自己的研究方向：同尺寸系列工件的自動(dòng)化焊接工作站研究。最后簡(jiǎn)述機(jī)器人示教方法并進(jìn)行工件試焊。第三章 重點(diǎn)研究了工作站中機(jī)器人移載平臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)裝配方式，對(duì)導(dǎo)軌平臺(tái)的安裝方式進(jìn)行力學(xué)分析，選擇合理裝配形式。根據(jù)工作的內(nèi)容文章的組織結(jié)構(gòu)如下：第一章 緒論，分析介紹國(guó)內(nèi)外同業(yè)人員在自動(dòng)化焊接工作站領(lǐng)域研究熱點(diǎn)領(lǐng)域及研究現(xiàn)狀。在基于數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行裝夾點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上提出了DSLD工件可調(diào)柔性裝夾技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容如下：1. 自動(dòng)化焊接工作站需求分析及功能設(shè)計(jì)，工作站布局研究與設(shè)計(jì)，工作站內(nèi)部各功能模塊的相對(duì)分布結(jié)構(gòu)形式研究與設(shè)計(jì)。在對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上研究該類(lèi)工件的定位特點(diǎn)。在廣泛參考前述工作的基礎(chǔ)上，對(duì)已有的研究工作進(jìn)行歸納，結(jié)合常熟市常勝鋁制品公司的自動(dòng)化焊接需求，認(rèn)為在焊接制造領(lǐng)域中，針對(duì)鋁合金型材同尺寸系列的自動(dòng)化焊接研究不夠多，而這是制造業(yè)中很常見(jiàn)的焊接任務(wù)，因此對(duì)它展開(kāi)深入研究有重要的意義。大大提高了焊縫的強(qiáng)度，且焊縫美觀(guān)均勻[[] 柳緒靜、劉黎明、王恒，等. 鎂鋁異種金屬激光—TIG復(fù)合熱源焊焊接性分析. 焊接學(xué)報(bào)，2005,8(26)：31~35.]。唐山的周軍年、李靜、王廣英等人從焊接效率和焊縫力學(xué)性能的角度出發(fā)，從鋁合金焊接適用性的角度分析，比較雙絲和單絲MIG機(jī)器人生產(chǎn)特點(diǎn)。河海大學(xué)的吳玉光教授、王錦橋教授將CAD系統(tǒng)集成入孔系工裝的設(shè)計(jì)中，++，縮短了夾具開(kāi)發(fā)周期[[] ，[碩士學(xué)位論文] .南京，河海大學(xué)，2003.]。近些年來(lái)，一系列裝夾工藝知識(shí)的建模與表達(dá)方法、工裝夾具知識(shí)的獲得和應(yīng)用等得到了學(xué)術(shù)界越來(lái)越多的關(guān)注，例如FAN等學(xué)者基于XML和UML技術(shù)對(duì)工裝夾具設(shè)計(jì)知識(shí)的建模方法展開(kāi)研究，通過(guò)將夾具設(shè)計(jì)知識(shí)、范例模式轉(zhuǎn)化為一系列的特征集合，并將知識(shí)庫(kù)植入分布式系統(tǒng)，供自動(dòng)查詢(xún)和檢索時(shí)候應(yīng)用[[] FAN L Q, KUMAR A Senthil. XMLbased representation in a CBR system for fixture design. ComputerAided Design and Application, 2005,2(1/2/3/4):339348.]。柔性焊接工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程中，焊接結(jié)構(gòu)加熱和冷卻循環(huán)不可避免地導(dǎo)致殘余應(yīng)力和焊接變形是不容忽視的因素。在柔性焊接工裝的研究領(lǐng)域中上海交通大學(xué)陳建平、董曉雨提出了一種焊接機(jī)器人工裝即插即用控制技術(shù)，在工裝中引入嵌入式控制系統(tǒng)，將機(jī)器人的焊接作業(yè)程序及控制邏輯固化在工裝模塊中，當(dāng)新的工裝引入到焊接工作站中時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單地坐標(biāo)系變換，將相對(duì)作業(yè)程序轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序。目前焊接工裝領(lǐng)域的研究也主要針對(duì)這兩個(gè)領(lǐng)域。M University, 2000.]。韓國(guó)三星重型機(jī)械的Donghun Lee和嶺南大學(xué)的Taewon Seo兩位學(xué)者對(duì)于輪船零部件焊接工作站中的3P3R型串聯(lián)弧焊機(jī)器人工作空間進(jìn)行分析，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化，采用雙步優(yōu)化方法獲得了機(jī)器人可行參數(shù)域[[] Donghun Lee, Taewon Seo, Jongwon Kim. Optimal design and workspace analysis of a mobile welding robot with a 3P3R serial manipulator, Robotic and Autonomous System. 2011, 10(59)：813~826.]。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的Pyunghyun Kim、Sehun Rhee、Chang Hee Lee等人針對(duì)空間任意焊縫循跡問(wèn)題，通過(guò)利用激光視覺(jué)傳感器，采集焊縫數(shù)據(jù)，并建立對(duì)象的幾何模型，實(shí)現(xiàn)了焊接機(jī)器人軌跡的自動(dòng)生成[[] Pyunghyun Kim, Sehun Rhee, Chang Hee Lee. Automatic teaching of welding robot for freeformed seam using laser vision sensor, Optics and Lasers in Engineering. 1999, 31(1999)：173~182.]。提高了造船業(yè)的焊接生產(chǎn)效率[[] Aaron T. O’Toole. Design of a mobile robotic welding system,[Master Dissertation]. Tennessee, Tennessee Technological University, 2010.]。南京理工大學(xué)學(xué)者劉永、楊靜宇針對(duì)兵器行業(yè)多自由度機(jī)器人焊接工作站中焊接機(jī)器人示教編程方式的低智能化、效率低下、環(huán)境感知度低、實(shí)際應(yīng)用局限性大的現(xiàn)狀提出了一套融合視覺(jué)傳感信息的機(jī)器人焊接智能化系統(tǒng)總體方案。焦恩璋在自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)前期基于A(yíng)utoCAD工作平臺(tái)的AutoLSP開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在對(duì)CAD軟件個(gè)性化開(kāi)發(fā)的工作上，采用參數(shù)化三維建模技術(shù)，建立了puma560機(jī)器人的幾何模型，并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真[[] 徐呈藝，李業(yè)農(nóng)，張佳興，等. 基于A(yíng)utoCAD的PUMA560機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解分析. 煤礦機(jī)械，2012，11(33):97~99.]，這種技術(shù)可以直觀(guān)的規(guī)避焊接工作站設(shè)計(jì)初期的干涉等問(wèn)題。解決了手工焊接前橋橫梁時(shí)難以控制工序節(jié)拍導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定以及勞動(dòng)環(huán)境惡劣的問(wèn)題[[] 呂堃. 商務(wù)車(chē)前橋橫梁焊接機(jī)器人工作站關(guān)鍵技術(shù)研究，[碩士學(xué)位論文]. 安徽:合肥工業(yè)大學(xué)，2006.]。河北焦建武在汽車(chē)車(chē)身自動(dòng)化焊接工作站中結(jié)合汽車(chē)車(chē)身主焊線(xiàn)生產(chǎn)工藝，為工作站進(jìn)行布局分析、工藝改進(jìn)并采用光電識(shí)別技術(shù)建立工件自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)與控制中心數(shù)據(jù)比并進(jìn)行不匹配報(bào)警的方式[[] 焦建武. 汽車(chē)車(chē)身焊裝機(jī)器人工作站設(shè)計(jì)及應(yīng)用. 機(jī)械工程師，2012，1：126~128]。幾乎在所有焊接領(lǐng)域都能看到它的應(yīng)用，自動(dòng)化焊接使焊接效率得到了很大提高，焊接產(chǎn)品的質(zhì)量有了堅(jiān)實(shí)的保證，已經(jīng)逐步取代人工焊接乃至最終實(shí)現(xiàn)全焊接流程的操作無(wú)人化[[] 胡繩蓀，王立君，杜則裕，等. 焊接自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:5~6]。4. 工作站控制系統(tǒng)，主要包括焊接參數(shù)控制模塊、機(jī)器人控制器模塊、實(shí)現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換的機(jī)器人移載模塊或外部軸控制器、傳遞信號(hào)和加工信息的傳感器、電磁閥系統(tǒng)以及工作站整體協(xié)調(diào)控制模塊等等5. 安全防護(hù)系統(tǒng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊渣、飛濺等現(xiàn)象，不僅會(huì)造成氣缸或者定位元件的損傷還有可能對(duì)操作人員產(chǎn)生傷害，因此近年受到越來(lái)越多的重視。將待焊部件依照工藝需求定位裝配夾緊，并通知執(zhí)行部分準(zhǔn)備就緒。這些相似性可以為實(shí)現(xiàn)弧焊焊接自動(dòng)化站提供普遍性依據(jù)。車(chē)間中廣泛應(yīng)用的焊接自動(dòng)化工作站也是針對(duì)這種焊接方式開(kāi)發(fā)的。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的加工質(zhì)量可靠、效率高、容易與ERP系統(tǒng)及工藝管理系統(tǒng)組成上級(jí)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，但是該種生產(chǎn)線(xiàn)投資額度最大。 自動(dòng)化焊接工作站國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀焊接自動(dòng)化布置方式分為生產(chǎn)線(xiàn)方式和工作站布置方式，具體表現(xiàn)有剛性自動(dòng)化工作單元、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、柔性制造單元、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，其中剛性自動(dòng)化工作單元處于加工自動(dòng)化的最底層，針對(duì)加工任務(wù)更換時(shí)需要大量調(diào)整工作，而且加工質(zhì)量也很難保證。與人工焊接相比，自動(dòng)化焊接工作站雖然一次性投入比人工成本高，但是單工作站的功能當(dāng)量可以接近三個(gè)焊接操作工，性能更加穩(wěn)定，焊接質(zhì)量更可靠。這種焊接自動(dòng)化的需求在工裝上不能像固定焊接任務(wù)工作站那樣采用固定工裝模式也不需要像小批量焊接任務(wù)那樣必須采用靈活廣泛適用的焊接工裝，而對(duì)于每個(gè)焊接任務(wù)設(shè)計(jì)專(zhuān)用工作站也是不切實(shí)際的。調(diào)查應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，將焊接機(jī)器人引入汽車(chē)白車(chē)身焊接工藝流程后，車(chē)身焊接優(yōu)良率從87%提升到93%。目前在工廠(chǎng)車(chē)間中由于勞動(dòng)力短缺、人工操作的不穩(wěn)定等原因，自動(dòng)化焊接工作站已經(jīng)成為大量制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)之選。隨著焊接技術(shù)發(fā)展，焊接產(chǎn)品中以往存在的諸如毛刺、夾渣等外觀(guān)缺陷越來(lái)越不能為人們所接受，而焊接疏松、氣孔、裂紋等制造缺陷因?yàn)榇嬖跐撛诘陌踩[患也被更多的關(guān)注，解決這些制造問(wèn)題，其根本是防止生產(chǎn)者勞動(dòng)過(guò)程中的操作不當(dāng)。關(guān)鍵詞：焊接工作站、機(jī)器人移載平臺(tái)、可調(diào)工裝、DSLD工件ABSTRACTAutomatic welding workstation is the focus of research in the field of welding. Many efforts have been made on research directions like fixture design, research in the distribution, control technique, etc. In this paper, a new kind of automatic welding workstation which can adapt varisized welding work piece by adopting a new kind of welding fixture is developed. This workstation is designed to solve the automatic welding requirements of Alalloy welding pieces in different size.Firstly, in this paper, the functional requirements of workstation, which include fixture module, execution module, robot mobile platform, and security amp。研究焊接加工中某一類(lèi)常見(jiàn)工件，對(duì)其進(jìn)行抽象概括并建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模型分析研究尺寸變化對(duì)其工裝產(chǎn)生的影響。本文以一種可以適應(yīng)鋁合金型材搭接件焊接工裝的自動(dòng)化焊接工作站為研究對(duì)象，深入研究了工作站的功能模塊、焊接機(jī)器人移載平臺(tái)模塊、柔性焊接工裝模塊，并基于鋁合金腳手架步道板實(shí)例進(jìn)行了焊接工作站設(shè)計(jì)、搭建及調(diào)試。中圖分類(lèi)號(hào)：TP24 論文編號(hào)：102870513S103學(xué)科分類(lèi)號(hào)：080202 碩士學(xué)位論文鋁合金工件機(jī)器人自動(dòng)化焊接系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā) 研究生姓名 學(xué)科、專(zhuān)業(yè) 研究方向 指導(dǎo)教師 南京航空航天大學(xué)研究生院 機(jī)電學(xué)院二О一三年一月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Mechanical and Electrical EngineeringResearch and development of robot automatic welding workstation for Alalloy work pieceA Thesis inMechanical EngineeringbyWang HaoAdvised byAssociate Prof. Xue Jianbin Submitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringJAN, 2013承諾書(shū)本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書(shū)）　　 作者簽名： 日 期： 57 / 72摘 要自動(dòng)化焊接工作站是焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。進(jìn)行安裝形式的受力分析，確定在設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)行速度下合理的安裝方式，以此為基礎(chǔ)對(duì)移載平臺(tái)的關(guān)鍵零件滾珠絲杠型號(hào)及安裝方式進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。結(jié)合鋁合金型材搭接件研究基于實(shí)例的自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)，建立自動(dòng)化焊接工作站實(shí)體，針對(duì)具體鋁合金型材搭接件焊接工藝特性選擇機(jī)器人焊接參數(shù)，并通過(guò)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。 Sons Inc., 1954:17~19.~[]賀文雄，張洪濤，周利. 焊接工藝及應(yīng)用. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010:6~9]。舉例來(lái)說(shuō)：經(jīng)過(guò)對(duì)大批制造企業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大量80后、90后勞動(dòng)者對(duì)單調(diào)、枯燥、環(huán)境惡劣的焊接工作表現(xiàn)排斥態(tài)度，盡管焊接工作平均薪水高于電子產(chǎn)品制造企業(yè)27%以上——可見(jiàn)薪酬已經(jīng)不是造成焊接工人匱乏的唯一原因。第二個(gè)方面是機(jī)器人的持久性遠(yuǎn)優(yōu)