【正文】 機(jī)器人移載平臺(tái)整體安裝方式根據(jù)前述對(duì)移載平臺(tái)安裝方式、滾珠絲杠兩端支撐方式的研究與計(jì)算，結(jié)合本文自動(dòng)化焊接工作站的布局方式，從機(jī)械穩(wěn)定性、機(jī)器人移動(dòng)敏捷性、生產(chǎn)節(jié)奏有序的角度考慮，本文采用松下TA1400焊接機(jī)器人，并將焊接機(jī)器人進(jìn)行可移動(dòng)式外部軸安裝，為優(yōu)化機(jī)器人執(zhí)行焊接操作的過(guò)程中基座平臺(tái)受力狀況，機(jī)器人移載平臺(tái)采用地面平裝安裝方式。但是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故機(jī)械影響鏈短，且易于安裝。且軸承內(nèi)圈直徑應(yīng)略小于滾珠絲杠底徑。首先根據(jù)定位精度確定滾珠絲杠允許的最大軸向變形量。這是因?yàn)榕c其他傳動(dòng)方式相比，滾珠絲杠副有以下特點(diǎn)：1. 滾珠絲杠副發(fā)熱率低、溫升小以及在加工過(guò)程中對(duì)絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù)緊的方法消除軸向間隙，因此滾珠絲杠副相比其他傳動(dòng)方式具有高的定位精度和可重復(fù)定位精度?？梢?jiàn)機(jī)器人在地面平裝工作在多數(shù)狀態(tài)下均為懸臂狀態(tài)。在這三種安裝方式中機(jī)器人均有等速、靜止、加速、減速的狀態(tài)，因此機(jī)器人基座的受力狀態(tài)和對(duì)精度的影響也十分不同。機(jī)器人設(shè)計(jì)最高移動(dòng)速率為14m/min，累計(jì)工人操作時(shí)間，以EURO鋁臺(tái)板型號(hào)的工件（26焊縫/件）為例，預(yù)計(jì)每件最大消耗工時(shí)310秒，相較原工作速率可以提升30%。同時(shí)當(dāng)工件型號(hào)變化時(shí)，構(gòu)成工件的主型材長(zhǎng)度會(huì)增加，為保證工件的強(qiáng)度，中間加強(qiáng)條的個(gè)數(shù)和相對(duì)位置也會(huì)變化，因此還需要相應(yīng)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)不同定位、夾緊位置轉(zhuǎn)換的可調(diào)節(jié)夾具。面向任務(wù)設(shè)計(jì)工作站時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體設(shè)計(jì)任務(wù)的不同選擇不同的結(jié)構(gòu)方式。目前車(chē)間中常見(jiàn)的焊接工作站結(jié)構(gòu)形式有以下幾種[[] 李冬蘭. 基于汽車(chē)車(chē)架機(jī)器人焊接工作站的研究與應(yīng)用，[碩士學(xué)位論文].南昌大學(xué)，2010.]：1. 單套固定工裝平臺(tái)+焊接機(jī)器人構(gòu)成工作站，這種結(jié)構(gòu)形式最簡(jiǎn)單，故障率也比較低，但由于工人執(zhí)行上下料任務(wù)的時(shí)候設(shè)備處于閑置狀態(tài)，因此機(jī)器人工作效率低。還需要根據(jù)這些確定工作站內(nèi)部機(jī)器人系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源、工裝夾具的位置關(guān)系，這其中尤其以焊接工裝和焊接機(jī)器人的相對(duì)位置最為關(guān)鍵。安全防護(hù)裝置可以采用高成本高可靠度的光柵圍欄防護(hù)，也可以采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的柵欄、耐火布料防護(hù)。第五章 結(jié)合實(shí)際鋁合金腳手架焊接工件進(jìn)行焊接工作站設(shè)計(jì)，建立焊接自動(dòng)化工作站整體組裝三維模型，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合鋁合金腳手架焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接工作站實(shí)體搭建，根據(jù)工件金屬焊接性以及焊縫形狀焊接特性確定焊接參數(shù)并采用固定變量法進(jìn)行參數(shù)驗(yàn)證。 論文的研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外焊接自動(dòng)化工作站設(shè)計(jì)相關(guān)論文、專(zhuān)著的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外同業(yè)者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和即有成品的背景下，緊密聯(lián)系目標(biāo)焊接要求，設(shè)計(jì)了一套基于孔槽結(jié)合焊接工裝夾具的自動(dòng)化焊接工作站。目前國(guó)內(nèi)外專(zhuān)門(mén)針對(duì)鋁合金的焊接特性而開(kāi)發(fā)焊接工作站的研究工作已經(jīng)有了一些。柔性焊接夾具以其廣泛的適用性得到越來(lái)越的研究和關(guān)注。對(duì)于復(fù)雜焊件的焊接，浙江大學(xué)Zhenyu Liu、Wanghui Bu依據(jù)CAD/CAPP/CAM integration技術(shù)針對(duì)焊接夾具重構(gòu)或工作站布局更改的情況提出基于焊接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和焊件特征的弧焊機(jī)器人高效的離線編程技術(shù)[[] zhenyu liu, Wanghui Bu, Jianrong Tang. Motion navigation for arc welding robots based on feature mapping in a simulation environment, Robotics and ComputerIntegrated Manufacturing. 2010, 2(26)：137~144.]。合肥工業(yè)大學(xué)呂堃對(duì)商務(wù)車(chē)前橋橫梁機(jī)器人焊接工作站中設(shè)備布局方式、變位器及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行研究，依據(jù)商務(wù)車(chē)前橋橫梁的焊接工藝性確定焊接工藝參數(shù)。一個(gè)典型的焊接工作站一般具有以下幾個(gè)基本的模塊：1. 工裝夾具，包括焊接工裝平臺(tái)、定位裝夾工具、感知裝夾情況的傳感系統(tǒng)。可以為該類(lèi)型工件的工裝設(shè)計(jì)提供一般性的解決思路，對(duì)該類(lèi)工件的研究解決的焊接生產(chǎn)中一類(lèi)工件的自動(dòng)化焊接問(wèn)題。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。（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。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。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。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。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]。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。M University, 2000.]。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.]。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。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。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、物流路線布局工作站整體布局方式。4）滿(mǎn)足特殊要求原則。一般只用在高級(jí)轎車(chē)車(chē)架的焊接生產(chǎn)線中作為生產(chǎn)線的一個(gè)工作站。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(zhuān)用廠房，控制難度高。焊接工作站主體部分包括雙對(duì)稱(chēng)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。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(wú)法移動(dòng)，導(dǎo)致焊接范圍很小。 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)。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。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(guò)低的導(dǎo)程加工困難，且對(duì)絲杠的剛度產(chǎn)生影響。根據(jù)前述計(jì)算過(guò)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(mǎn)足設(shè)計(jì)條件。 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(kāi)關(guān)、絲杠導(dǎo)軌基座、及其他防護(hù)設(shè)備等。 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(guò)施加預(yù)緊力來(lái)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。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。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(zhǎng)，同時(shí)也避免或減少滾珠絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。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?？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(wú)幾。 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(guò)程中。：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(guò)程可以一樣。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(wú)側(cè)傾力矩，受力狀態(tài)最優(yōu)。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。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(zhǎng)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。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。 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。對(duì)生產(chǎn)單元進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)充分利用廠房面積。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(lái)實(shí)現(xiàn)，所以，第三個(gè)功能是機(jī)器人的焊接功能。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(chē)間中應(yīng)用越來(lái)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。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。 Pushby基于可減輕車(chē)身總重的汽車(chē)車(chē)架太空鋁合金型材的接縫焊接拼接技術(shù)，對(duì)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(duì)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.]。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(yàn)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.]。美國(guó)德克薩斯Aamp。分布式控制簡(jiǎn)化了控制邏輯，取的了令人滿(mǎn)意的控制效果[[] 蔣力培，王澤，俞建榮，等. 組合式焊接自動(dòng)化控制系統(tǒng). 焊接學(xué)報(bào)，1994，4(15)：270~274.