【正文】 時，滑塊最大受力為：在加速階段時的最大受力： (33)在減速階段時的最大受力： (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)算出加速度為零時四個導(dǎo)軌最大的受力值是： (35)以及在懸臂狀態(tài)下處于加速階段時的最大受力： (36)處于在減速階段時的最大受力： (37)當(dāng)機(jī)器人采用壁掛式安裝時，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基座偏移所產(chǎn)生的平行于基座平面的扭力。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：。本文中焊接結(jié)構(gòu)為平面布置焊縫，焊縫分布簡單，因此采用地面平裝方式。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、滑塊與滑動導(dǎo)軌之間的摩擦阻力作用，合記為滑動阻力。 軸向負(fù)荷變化表動作軸向負(fù)荷行程時間平均轉(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)期額定動載荷： (318)因此可以推算處額定預(yù)期動載荷、使用壽命：。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。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。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)時不夠平滑，多用于中小功率的自動化控制系統(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。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）。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)。屬于中量負(fù)載，焊接機(jī)器人最高移動速度一般在之下，屬于中低速運(yùn)行。進(jìn)而對機(jī)器人移載平臺中關(guān)鍵傳動部件的計(jì)算過程展開研究，詳述了在移載平臺設(shè)計(jì)中對系統(tǒng)性能影響權(quán)重最大因子的確定。對地面平裝懸臂狀態(tài)下機(jī)器人移載平臺加速過程中滑塊受力進(jìn)行了宏觀分析。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，過大會導(dǎo)致實(shí)際行程比設(shè)計(jì)行程擴(kuò)大，過小則會導(dǎo)致相反的后果而造成加工中心震顫。固定端采用對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。 機(jī)器人移載平臺組成1 機(jī)器人移載平臺組成2滾珠絲杠作為本文中機(jī)器人移載平臺的傳動關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的裝配形式和精度對機(jī)器人的定位精度和穩(wěn)定性有著重大的影響。另外機(jī)器人移載平臺移動還需要動力部分：伺服電機(jī)和伺服控制部分：伺服驅(qū)動器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式。為保證精度，取。加速、減速時間。3. 因?yàn)椴捎脻L珠循環(huán)方式磨損也比滑動絲杠要小，傳動平衡并無爬行現(xiàn)象，與伺服電機(jī)伺服驅(qū)動器配合使用可以實(shí)現(xiàn)很高的位控精度。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。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。當(dāng)考慮加速度因素時，慣性力會以重心為作用點(diǎn)在高度方向上產(chǎn)生前傾力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。在地面平裝安裝方式中，機(jī)器人運(yùn)動有恒速、靜止、加速、減速狀態(tài)。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。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)新使用對稱V型結(jié)構(gòu)，大大提高了生產(chǎn)效率。、工作站結(jié)構(gòu)采用對稱工裝平臺V字型布局方式，工人在一個工位執(zhí)行完手動裝夾任務(wù)后，可以沿V型的頂尖走到另一個工位，這樣的結(jié)構(gòu)大大縮短了工人在兩個焊裝平臺間走動的時間，提高了生產(chǎn)效率。并在1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用對稱式雙固定工裝平臺，以減少裝卸時間。首先對工件尺寸進(jìn)行分析以確定焊接工作站結(jié)構(gòu)。2焊接空間較大，能適應(yīng)簡單的空間焊縫，工作站利用率高。實(shí)質(zhì)上是由多焊接工作站在生產(chǎn)時序規(guī)劃的基礎(chǔ)上配合完成工藝要求的。這種工作站在現(xiàn)場應(yīng)用中比較常見，變位機(jī)與焊接機(jī)器人配合動作能夠達(dá)到更大的焊接空間，同時兩個裝夾平臺輪番上下工件使機(jī)器人的利用率較高?？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)、工人活動區(qū)域、廢件區(qū)。如其他車間布局工作一樣，在進(jìn)行焊接工作站布置時，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。 自動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有限生產(chǎn)空間里的過程。所以，第一個功能就是的工作臺所起支撐作用。 功能需求分析一個標(biāo)準(zhǔn)的自動化焊接工作站包含機(jī)械和電氣兩個主要分系統(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。 本章小結(jié)本章首先闡述了焊接自動化產(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 工作站布局及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對焊接任務(wù)進(jìn)行工作站功能分析，結(jié)合車間現(xiàn)場及焊件參數(shù)進(jìn)行工作站的布局研究與設(shè)計(jì)。最終確定機(jī)器人移載平臺的裝配形式。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。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(diǎn)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.]?？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.]。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(jì)思想。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(jì)、選用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001:7~10.]。上海交通大學(xué)的Yanlin Xu、Huanwei Yu、Jiyong Zhong等人設(shè)計(jì)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。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(shí)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(jì). 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。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.]。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。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。因此在實(shí)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。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(jì)算機(jī)實(shí)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)。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(jì)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(shí)際應(yīng)用問題。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。 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(jì) 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(jì) 10 工作站整體布局研究與設(shè)計(jì) 10 工作站結(jié)構(gòu)研究 11 工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì) 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(diǎn)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(shí)例的自動化焊接工作站設(shè)計(jì)與調(diào)試 43 概述 43 焊接工作站設(shè)計(jì) 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(yùn)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(jì)算模型 25 焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)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(shí)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