【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是沈陽新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。 目前在我國(guó)應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的數(shù)量不足100臺(tái)，特別是近兩年新安裝的機(jī)器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到中國(guó)機(jī)器人的身影，雖然我國(guó)已經(jīng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但卻不能批量生產(chǎn)，形成規(guī)模[2]。 應(yīng)用焊接機(jī)器人的意義焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人總量的40%以上，與焊接這個(gè)特殊的行業(yè)有關(guān)，焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，同時(shí)由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機(jī)器人有下列主要意義： (1) 穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長(zhǎng)度等對(duì)焊接結(jié)果起決定作用。采用機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小,降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時(shí)，焊接速度、干伸長(zhǎng)等都是變化的，因此很難做到質(zhì)量的均一性。 (2) 改善了工人的勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對(duì)于點(diǎn)焊來說工人不再搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從大強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來。 (3) 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人沒有疲勞，一天可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機(jī)器人焊接，效率提高的更加明顯。 (4) 產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。 (5) 可縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資。可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專機(jī)的最大區(qū)別就是他可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。 我國(guó)焊接機(jī)器人應(yīng)用工程焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越的特性，取決于人們對(duì)上述技術(shù)的融合程度。經(jīng)過近10年的努力，我國(guó)在機(jī)器人焊裝夾具設(shè)計(jì)方面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人周邊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，具有年產(chǎn)300余套焊接機(jī)器人工作站的能力?？梢哉f國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)集成商在機(jī)器人工作站及簡(jiǎn)單的焊裝線的設(shè)計(jì)開發(fā)方面具有了與國(guó)外系統(tǒng)集成商抗衡的能力，近幾年為國(guó)內(nèi)汽車零部件等企業(yè)提供了大量的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。但是另外一個(gè)嚴(yán)重的事實(shí)是，我們還不具備制造高水平的機(jī)器人成套焊裝線的能力。國(guó)內(nèi)幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國(guó)外機(jī)器人系統(tǒng)集成商設(shè)計(jì)制造的。 作為焊接機(jī)器人的最大用戶，預(yù)計(jì)未來的10年我國(guó)汽車年產(chǎn)量要達(dá)到千萬輛，現(xiàn)在的焊接裝備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)需求，對(duì)焊接裝備的需求量將大幅增加，焊裝生產(chǎn)線要求更加自動(dòng)化和柔性化，以適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，機(jī)器人將大量應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線中。 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù)(1) TCP(tool center point工具中心點(diǎn))自動(dòng)校零技術(shù) TCP自動(dòng)校零是用在機(jī)器人焊接中的一項(xiàng)新技術(shù)，它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時(shí)，激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比較與計(jì)算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)運(yùn)行校零程序，自動(dòng)對(duì)每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整，并在最少的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。 (2) 雙絲焊接技術(shù) 近年來由于我國(guó)汽車、集裝箱、機(jī)車車輛、工程機(jī)械等行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發(fā)展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時(shí)可以顯著提高焊接速度，達(dá)到3～6m/min，焊接厚板時(shí)可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其它的工藝特點(diǎn)：在熔敷效率增加時(shí)保持較低的熱輸入，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。 由于焊接速度非常高，特別適合采用機(jī)器人焊接，因此可以說機(jī)器人的應(yīng)用也推動(dòng)了這一先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。 (3) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護(hù)焊的聯(lián)合，兩種焊接熱源同時(shí)作用于一個(gè)焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代末，但由于激光器的昂貴價(jià)格，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高，以及激光器價(jià)格的不斷降低，同時(shí)為了滿足生產(chǎn)的迫切需求，激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一[2]。 關(guān)于焊接變位機(jī)的幾個(gè)基本定義 焊接變位機(jī)的定義在我國(guó)，焊接變位機(jī)是一個(gè)年青的產(chǎn)品。由于制造業(yè)之間發(fā)展水平的差異，很多企業(yè)的焊接工位，還沒有裝備焊接變位機(jī)；同時(shí)，相關(guān)的研究也比較薄弱。迄今為止，沒有專門著作去研究它的定義和分類。對(duì)它的稱呼也就不可能規(guī)范化了。同一種設(shè)備，不同的企業(yè)和不同的人可能有不同的稱呼。如：轉(zhuǎn)胎、轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)架、變位器、變位機(jī)等。為此，我們需要賦予它一個(gè)定義。我們稱：用來拖動(dòng)待焊工件，使其待焊焊縫運(yùn)動(dòng)至理想位置進(jìn)行施焊作業(yè)的設(shè)備，稱焊接變位機(jī)。也就是說，把工件裝夾在一個(gè)設(shè)備上，進(jìn)行施焊作業(yè)。焊件待焊焊縫的初始位置，可能處于空間任一方位。通過回轉(zhuǎn)變位運(yùn)動(dòng)后，使任一方位的待焊焊縫，變?yōu)榇呛?、平焊或平角焊施焊作業(yè)。完成這個(gè)功能的設(shè)備稱焊接變位機(jī)。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質(zhì)量的施焊操作。從而，保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)率和生產(chǎn)過程的安全性[1]。 主自由度及全功能焊接變位機(jī)可以肯定的講，如果一臺(tái)變位機(jī)拖動(dòng)焊件，僅做直線運(yùn)動(dòng)，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態(tài)，滿足施焊要求。也就是說，變位運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為變位機(jī)的主自由度。還可以做這樣一個(gè)假設(shè)：在X、Y、Z直角坐標(biāo)系下，設(shè)有一空間直線焊縫，繞Z軸可在360176。范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，且這個(gè)Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在≥180176。范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，那么，經(jīng)此變位的焊縫，便可變到船角焊位置進(jìn)行施焊作業(yè)。換言之，一個(gè)焊口由兩個(gè)面的共線MN和夾角α組成，在上述兩個(gè)回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個(gè)面與水平面的夾角相等，各為α/2，即變?yōu)榇呛肝恢?。這個(gè)假設(shè)是說，任何復(fù)雜焊件，只要裝在主自由度為一個(gè)全回轉(zhuǎn)和一個(gè)半回轉(zhuǎn)的焊接變位機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)為全功能變位機(jī)。 焊接變位機(jī)的變位自由度涉及到用戶對(duì)設(shè)備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動(dòng)焊的不同用途，選擇和設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)時(shí)，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運(yùn)動(dòng)自由度，如上述美國(guó)、德國(guó)這種產(chǎn)品很多。另外，某些焊件，由于焊縫分布簡(jiǎn)單，用一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求，其余少量非重要焊縫，雖然，不能實(shí)施船角焊，但可以實(shí)施平角焊。這樣，為簡(jiǎn)化設(shè)備造價(jià)，工藝上便考慮采用單自由度或功能退化的焊接變位機(jī)，即單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)。根據(jù)使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動(dòng)式等等。還有一些工位變位機(jī)，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機(jī)的某些自由度，與施焊無關(guān)。還有從工位設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性考慮，兩臺(tái)或多臺(tái)焊接變位機(jī)合并設(shè)計(jì)，這樣就出現(xiàn)了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機(jī)產(chǎn)品。 變位機(jī)的第一主參數(shù) 額定負(fù)荷本文把最能描述焊接變位機(jī)工作能力的參數(shù)，稱第一主參數(shù)。焊接變位機(jī)不同（1） 平臺(tái)式焊機(jī)變位機(jī)由平臺(tái)、立架（柱）和臺(tái)車組成。焊接機(jī)頭在平臺(tái)式上可作水平移動(dòng)，平臺(tái)沿立架能垂直升降，立架安在臺(tái)車上，臺(tái)車沿軌道行走。（2） 懸臂式焊機(jī)變位機(jī)懸臂和立柱是基本構(gòu)成部分，若增加臺(tái)車，則活動(dòng)范圍加大搖臂式焊機(jī)變位機(jī)的臂長(zhǎng)不變，能繞立柱旋轉(zhuǎn)和沿立柱升降，機(jī)頭可沿臂上的導(dǎo)軌作水平移動(dòng)；伸臂式操作機(jī)的機(jī)臂通過滑座能在水平方向伸縮其長(zhǎng)度，又能繞立柱軸旋轉(zhuǎn)和垂直升降。（3） 門橋式焊機(jī)變位機(jī)它分為橋式和門式兩種類型。橋式焊機(jī)變位機(jī)是由梁和兩個(gè)起支承和行走作用的臺(tái)車組成，焊機(jī)接頭可沿梁作橫向移動(dòng)，臺(tái)車沿軌道可作縱向移動(dòng)。門式焊機(jī)變位機(jī)比橋式多一門架，焊接機(jī)頭可在門梁上作橫向移動(dòng)，或者在另設(shè)的可沿門柱上下升降的橫梁作橫向移動(dòng)。 焊工變位機(jī)的類型焊工變位機(jī)按其動(dòng)作可分為水平移動(dòng)和升降兩類，以升降者居多。兩者都是將人工（焊工、檢驗(yàn)工等）和施焊（或探傷）用的器材送到施工部位的機(jī)械裝置。它們主要在高大的焊接結(jié)構(gòu)施工時(shí)用，生產(chǎn)既安全又快速。 幾種常見的焊件變位機(jī)的類型及特點(diǎn)（1） 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)：該種變位機(jī)適合裝載機(jī)的后車架、壓路機(jī)機(jī)架等工程機(jī)械長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)件的焊接，形式如圖示1—5兩種樣式，其主要特點(diǎn)是立柱一端電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作裝置沿一個(gè)回轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，另一端隨主動(dòng)端從動(dòng)。兩側(cè)立柱可設(shè)計(jì)成可升降式，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。這種型式變位機(jī)的缺點(diǎn)只能在一個(gè)圓周方向回轉(zhuǎn)，選擇時(shí)要注意焊縫形式是否適合。（2） Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式：與第一種變位機(jī)型式相比，即在圖1—5第二種的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個(gè)空間又增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。如圖1—6這種型式的變位機(jī)焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置，設(shè)計(jì)先進(jìn)，目前已在工程機(jī)械許多廠家成功使用。該變位機(jī)可根據(jù)各廠的工藝情況在裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)應(yīng)用。 圖1—5 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)[3] 圖1—6 Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)機(jī)型[3]（3） Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)：該種變位機(jī)如圖1—7所示，其工作裝置Ｌ型，有兩個(gè)方面的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個(gè)方向都可以177。３６０176。任意回轉(zhuǎn)。此變位機(jī)與其它類型變位機(jī)相比，開敞性好，容易操作。Ｌ型變位機(jī)已在裝載機(jī)前車架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受現(xiàn)場(chǎng)操作工的歡迎。（4） Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)：如圖示1—8，Ｃ型回轉(zhuǎn)形式與Ｌ型機(jī)相同，只是為了方便夾具體的設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的外形，變位機(jī)的工作裝置稍作變動(dòng)。該種型式焊接變位機(jī)，適合裝載機(jī)的鏟斗、挖掘機(jī)的挖斗等焊接。圖1—7 Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)[3] 圖1—8 Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)[3](5) 座式通用變位機(jī)：如圖1—9，座式焊接變位機(jī)工作臺(tái)有一個(gè)整體翻轉(zhuǎn)的自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進(jìn)行焊接。另外工作臺(tái)還有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機(jī)已被多個(gè)廠家系列化生產(chǎn)，其適合工程機(jī)械的小型焊接件以及一些管類、軸類、盤類等中小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接在選擇變位機(jī)時(shí)要根據(jù)工件的形狀、焊縫的形式及工藝現(xiàn)狀選取，否則，有可能不好用或不能用。以上基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個(gè)系列，主要為普通型，用于手把焊。此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（PLC、微機(jī)控制）和機(jī)器人配套型產(chǎn)品。與焊接機(jī)器人配套用的變位機(jī)，開發(fā)了十余個(gè)品種。包括：工位變換變位機(jī)（不參與焊接），如，立式雙工位、四工位、八工位變位機(jī)，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機(jī)等；與機(jī)器人配套焊接變位機(jī)（機(jī)器人外部軸），如，傾翻回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式等。圖1—9座式通用變位機(jī)[3] 設(shè)計(jì)本焊接變位機(jī)的目的和意義 本焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)的目的主要是為了實(shí)現(xiàn)重量在100kg范圍內(nèi)的工件在焊接時(shí)的焊縫位置的變位和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接盤狀工件。在焊接生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件，如果是手工操作焊槍以實(shí)現(xiàn)工件的環(huán)焊縫焊接，有很多的不便，焊縫質(zhì)量差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也大，本焊接變位機(jī)可以很好的克服這一問題。本焊接變位機(jī)是一種小型焊接變位機(jī)，尤其是適應(yīng)中小型焊件的變位，相比大噸位焊接變位機(jī)可以節(jié)約能源，提高效率，尤其是大批量生產(chǎn)時(shí)本焊接變位機(jī)價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)廣泛的使用。第2章 總體設(shè)計(jì) 本焊接變位機(jī)總體設(shè)計(jì)及適用范圍焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是滿足系統(tǒng)的功能,從變位機(jī)械在該生產(chǎn)線中的功能入手分析,它主要包括以下幾個(gè)方面的功能：（1） 對(duì)焊件的停放；（2） 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件的焊接；（3） 能夠?qū)⒋更c(diǎn)沿著一定的運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)到最佳焊接位置。因此根據(jù)焊接變位機(jī)使用要求以及市場(chǎng)需求，本焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求如下：（1） 本焊接變位機(jī)為兩個(gè)自由度的焊件變位機(jī)；（2） 其最大負(fù)載為100kg；（3） 工作臺(tái)傾斜角度為0176?！?35176。，工作臺(tái)傾斜角速度V傾＝~1r/min；（4） 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角度為0176?！?60176。，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角速度V回＝~；（5） 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件；（6） 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，便于加工制造。本焊接變位機(jī)適用于小焊件的焊接，一般是那種手工不易搬動(dòng)或者搬起來比較費(fèi)力的焊件，對(duì)手工焊和自動(dòng)焊都適用，主要是用來把焊縫變到易于施焊的位置，比如平焊和“船型”焊接位置。 設(shè)計(jì)方案的確定在對(duì)焊接變位結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí),其設(shè)計(jì)依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息,在設(shè)計(jì)過程中還需綜合考慮多方面的因素,如工件的焊接方法及其工藝規(guī)范等。本焊接變位機(jī)由工作平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、機(jī)座、控制裝置、焊接導(dǎo)電裝置等部分組成。（1） 工作平臺(tái)它用于工件的停放。由于焊接變位機(jī)一般情況下需配合夾具工作，完成工件的翻轉(zhuǎn)及焊接。因此在工作臺(tái)表面開溝槽，用于固定工件的夾具的移動(dòng)及固定。同時(shí)工作臺(tái)面表面經(jīng)網(wǎng)格狀處理后增大了摩擦，便于工件在變位時(shí)位置的固定。（2） 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)面上被焊接件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。該部分主要是傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。包括傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)方向、改變運(yùn)動(dòng)速度。2．1．1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型選擇的一般原則：① 小功率傳動(dòng)，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以降低制造成本。② 大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先選用傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒輪傳動(dòng)，以降低能耗。③ 工作中可能出現(xiàn)過載的工作機(jī)，應(yīng)選用具有過載保護(hù)作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)。但在易爆、易燃場(chǎng)合，不能選用摩擦傳動(dòng)，以防止靜電引起火災(zāi)。④ 載荷變化較大，換向頻繁的工作機(jī)，應(yīng)選用具有緩沖吸振能力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)。⑤ 工作溫度較高、潮濕、多粉塵、易爆、易燃場(chǎng)合，宜選用鏈、閉式齒輪或蝸桿傳動(dòng)。⑥ 要