【文章內(nèi)容簡介】 (f)從K點(diǎn)到A點(diǎn) 圖24馬鞍線焊縫焊接工藝過程示意圖 Saddle wire weld process diagram首先焊槍1在圓柱面得最高點(diǎn)編前10mm處，焊槍移下后零件反向轉(zhuǎn)動，焊槍1正向旋轉(zhuǎn)，同時沿Y軸方向作相應(yīng)運(yùn)動，在此5軸的聯(lián)動配合下，焊槍1從A點(diǎn)引弧，經(jīng)過B、C、D、E點(diǎn)后在G點(diǎn)收弧，如圖24 a～c所示。然后平移氣缸動作，帶動焊槍1向右平移20mm，使焊槍1移動到圓柱面的最高點(diǎn)10mm處。焊槍1正向旋轉(zhuǎn)，同時沿Y軸做相應(yīng)運(yùn)動，在此5軸的聯(lián)動配合下，焊槍1從G點(diǎn)引弧，如圖24 d～r所示，從而完成整條焊縫的焊接。最后焊槍上移，零件和焊槍1（X、Z、Y）返回起始原點(diǎn)。 焊接系統(tǒng)方案初步確定 焊接系統(tǒng)所需自由度的分析如圖25所示，錨鏈的焊縫為空間馬鞍線，且兩側(cè)對稱，所以采用對焊（對焊是指利用電阻熱將兩工件沿整個端面同時焊接起來的一類電阻焊方法）的焊接形式。圖25 錨鏈 Anchor理論上，馬鞍線曲線焊縫是空間曲線焊縫，一般來說需要三個軸的聯(lián)動來實現(xiàn)擬合；但此處馬鞍型曲線焊縫的垂直投影是圓，因此可以利用一個回轉(zhuǎn)軸來代替兩個軸的聯(lián)動。從機(jī)械角度看，在實際馬鞍線曲線焊縫的焊接中，只需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與移動機(jī)構(gòu)兩個機(jī)構(gòu)的聯(lián)動便可以完成焊接；但是實際中考慮到錨鏈馬鞍線焊接過程中，焊槍與錨鏈易產(chǎn)生干涉，所以必須對焊槍的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，讓焊槍在不同的焊接位置時，姿態(tài)隨焊槍位置的不同而變化，從而使焊縫均勻，滿足焊接的工藝需求。同時需要對焊槍的初始位置進(jìn)行調(diào)整，這就需要一個擺動機(jī)構(gòu)。這樣，要完成錨鏈馬鞍線的焊縫的焊接至少需要四個自由度。焊接錨鏈馬鞍線焊縫，需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、移動機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)四軸聯(lián)動完成焊接過程，其結(jié)構(gòu)示意圖（圖26）。圖26 四周聯(lián)動機(jī)構(gòu)示意圖 Schematic diagram of fouraxis linkage 焊接系統(tǒng)所需機(jī)械結(jié)構(gòu)（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)馬鞍型曲線自動焊接機(jī)采用的是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、移動機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)的聯(lián)動控制來實現(xiàn)焊縫的自動焊接；為了保證焊接過程中焊接的準(zhǔn)確、穩(wěn)定，將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定下來，這樣回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以方便的實現(xiàn)帶動焊槍繞馬鞍線焊縫的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。（2）徑向機(jī)構(gòu)馬鞍型自動焊接系統(tǒng)要實現(xiàn)空間曲線焊縫的自動焊接，只靠回轉(zhuǎn)運(yùn)動是不能實現(xiàn)的，還必須配合徑向機(jī)構(gòu)才能實現(xiàn)。一般情況，馬鞍落差量（馬鞍型焊縫最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之差）相對于馬鞍型焊縫軌跡比較??；因此在實現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與移動機(jī)構(gòu)聯(lián)動運(yùn)動時，要保證徑向運(yùn)動的精確性，選用了傳動效率高、定位精確的滾珠絲杠螺母副傳動機(jī)構(gòu)。（3）擺動機(jī)構(gòu)僅通過回轉(zhuǎn)運(yùn)動和徑向運(yùn)動可焊接出粗糙的馬鞍型曲線，但焊接的品質(zhì)和工藝需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)得不到滿足，因此需要擺動機(jī)構(gòu)來控制焊槍的姿態(tài)，讓焊槍在不同的焊接位置時，姿態(tài)隨焊接位置的不同而變化，從而使焊縫均勻，滿足焊接的工藝需求。（4）升降機(jī)構(gòu)在馬鞍型自動焊接系統(tǒng)的實際焊接過程中，只需要焊槍回轉(zhuǎn)與徑向運(yùn)動便可以完成對馬鞍型焊縫的焊接，并不需要升降運(yùn)動；但是改變錨鏈的半徑時，需要手動調(diào)節(jié)升降位置，使其滿足不同錨鏈的焊接需求。 焊接系統(tǒng)的控制一、 控制方式（1）自動控制方式工作在自動控制方式下，只需設(shè)置好錨鏈半徑、中檔半徑、速度參數(shù)焊接電壓、焊接電流后，便可以根據(jù)馬鞍型曲線插補(bǔ)算法的插補(bǔ)運(yùn)算來控制伺服電機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與徑向機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和徑向運(yùn)動。（2）自動運(yùn)動中的手動控制方式在焊槍的自動運(yùn)行中，為達(dá)到比較好的焊接結(jié)果，要進(jìn)行手動調(diào)節(jié)?？梢哉{(diào)節(jié)升降軸、徑向軸。當(dāng)升降軸、徑向軸改變后，系統(tǒng)會自動根據(jù)這些參數(shù)計算出新馬鞍型曲線軌跡，焊槍便沿著新的軌跡焊接。（3） 手動控制方式當(dāng)焊槍暫停后、便可對焊槍進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，回轉(zhuǎn)軸、升降軸、徑向軸在暫停后均可進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。當(dāng)各軸發(fā)生變化時，系統(tǒng)會計算出馬鞍型曲線軌跡進(jìn)行焊接。馬鞍型曲線焊縫是復(fù)雜的曲線焊縫，焊接時要達(dá)到好的焊接效果，就需要在焊縫的不同段設(shè)置不同的焊接參數(shù)。在焊接前，需要對不同段上的焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；焊接過程中，焊機(jī)會按照實際設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。對于焊接同半徑且焊接參數(shù)相同錨鏈時，可以將焊接參數(shù)保存；若用時隨時可以調(diào)出，不需要再重新輸入焊接參數(shù)。二、 控制參數(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化焊接控制技術(shù)日益完善，在自動化焊接過程中，焊接參數(shù)的調(diào)整是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。在馬鞍型曲線自動焊接系統(tǒng)中，焊接錨鏈的直徑、焊接電壓、焊接電流、焊接速度、焊槍姿態(tài)、送絲速度是幾個主要的控制參數(shù)。在這幾個控制參數(shù)中，當(dāng)焊接錨鏈中檔的直徑確定后，其他幾個參數(shù)便成為影響焊接質(zhì)量的主要控制參數(shù)[7]。 (1)焊接電流焊接電流是影響焊縫成形的主要因素之一。它決定焊道的熔深，電流增加熔深增大，反之熔深減小；電流對熔寬也有一定的影響，但效果不明顯。(2)焊接電壓焊接電壓是影響焊縫成形的重要因素。它主要決定焊縫金屬的熔寬，電壓增加熔寬增大。電壓對焊縫金屬的熔深也有一定的影響。焊接中有時會發(fā)現(xiàn)焊縫金屬不能覆蓋到焊道的兩個邊緣。究其原因，一方面是焊槍擺動寬度不夠，另一方面就是焊接電壓太小。(3)焊接速度焊接速度是影響焊縫成形的另一個重要因素。速度太快焊縫金屬的熔深和熔寬都將減小，而且容易造成未熔合、咬邊等缺陷；反之，容易造成焊縫熔池金屬溫度過高，不易快速成形，導(dǎo)致熔池金屬流淌，成形不好。(4)焊槍姿態(tài)焊槍姿態(tài)是影響焊接質(zhì)量和焊縫成形的關(guān)鍵因素。在焊接過程中存在平焊，下坡焊和上坡焊等不同的焊接條件，軌跡的不同位置的焊接條件變化很大，因此，需要根據(jù)焊接位置的變化來控制焊槍姿態(tài)。(5)送絲速度送絲速度也是影響焊接質(zhì)量的又一因素。當(dāng)進(jìn)行下坡焊時，由于重力的作用，電弧熔化后的母材金屬向下流淌，因此送絲速度應(yīng)較??；而進(jìn)行上坡焊時，送絲速度應(yīng)較大。由于焊接質(zhì)量和焊縫成形對焊槍的進(jìn)給速度十分敏感，因此系統(tǒng)必須具有穩(wěn)定的速度控制能力。為了滿足焊接工藝的需求，實現(xiàn)最佳的焊接效果，控制參數(shù)的具體控制要求如下：（1） 機(jī)頭回轉(zhuǎn)直徑：300～1000mm。（2） 機(jī)頭回轉(zhuǎn)速度：～。（3） 馬鞍落差量：0～100mm。（4） 焊槍傾角：177。45176。（5） 焊絲直徑：Ф3～6mm。（6） 額定焊接電流：1000A。（7） 送絲速度范圍（cm/min）：下降特性型（40～450），雙特性型（20～600）。3自動焊接機(jī)的方案設(shè)計錨鏈相貫線是一種復(fù)雜的空間馬鞍線，馬鞍型曲線焊縫的位資隨著焊接位置的不同而不斷變化，這對焊接過程中工藝需要較高的要求。焊接機(jī)要完成復(fù)雜的焊接工藝，需要對控制系統(tǒng)提出較高的要求。而控制系統(tǒng)的難易程度，往往取決于機(jī)構(gòu)的設(shè)計方式。對于機(jī)構(gòu)的設(shè)計，除了要考慮完成焊接任務(wù)相匹配的機(jī)構(gòu)自由度外，還需要考慮注入焊接環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)備、焊槍姿態(tài)、焊接工藝、結(jié)構(gòu)裝配等各方面的問題。對焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)選擇，要從結(jié)構(gòu)、剛度、精度以及平穩(wěn)性哥哥方面去考慮。焊接機(jī)既要設(shè)計合理，又要滿足開放性、實用性的要求。 焊接機(jī)設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題 剛度剛度是指機(jī)身在外力的作用下抵抗變形的能力。它是用外力在外力作用方向上的變形量之比來度量的。變形越小，剛度越大。為提高焊接機(jī)剛度，應(yīng)該在設(shè)計過程中注意以下幾點(diǎn)：(1)根據(jù)受力情況，選擇合理的形狀和尺寸。(2)提高支承剛度和接觸剛度。(3)合理布置作用力的位置和方向。 精度焊接機(jī)精度主要集中反映在焊槍的位置精度上。它與機(jī)身的位置和結(jié)構(gòu)都有密切的聯(lián)系?？紤]焊接工作時性能的影響，應(yīng)該對焊接機(jī)的精度稍加注意。 平穩(wěn)性焊接機(jī)在運(yùn)動過程中，由于質(zhì)量較大，而運(yùn)動狀態(tài)又經(jīng)常發(fā)生變化時，將產(chǎn)生沖擊和振動。這不僅影響焊槍的精確定位，甚至?xí)p壞焊機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，使焊機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計過程中，應(yīng)該采取措施，提高工作時的平穩(wěn)性：(1)結(jié)構(gòu)力求緊湊、質(zhì)量輕，以減少慣性力。(2)注意運(yùn)動部件各部分的質(zhì)量重心對轉(zhuǎn)軸支承的分布情況。 其它在焊接過程中，焊接機(jī)器人控制的核心是對焊槍姿態(tài)的控制。如果在色劑機(jī)構(gòu)的過程中，各個關(guān)節(jié)可以采用解耦控制設(shè)計，對焊接機(jī)器人的控制就會變得簡單、可靠。在傳動系統(tǒng)上，也應(yīng)該力求簡短，以便提高精度和效率。各驅(qū)動裝置、傳動條件、管線系統(tǒng)及各個運(yùn)動控制元件要求合理緊湊，操作維護(hù)要方便。 焊接機(jī)設(shè)計的原則一、焊接機(jī)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)功能、運(yùn)動性能、工作性能、經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)緊湊性等評價指標(biāo)。（1）系統(tǒng)功能：實現(xiàn)運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡、實現(xiàn)工藝動作的準(zhǔn)確性。采用交流伺服系統(tǒng)與合理的機(jī)械機(jī)構(gòu)滿足要求。（2）運(yùn)動性能：運(yùn)動速度、行程可調(diào)性、運(yùn)動精度等。設(shè)計中要求各軸轉(zhuǎn)速無級可調(diào)、運(yùn)動精度177。（3）動力性能：承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等。設(shè)計出的機(jī)械產(chǎn)品承載力滿足要求、噪音要滿足要求。（4）工作性能：效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性應(yīng)用范圍等。要求設(shè)計出的焊接機(jī)的工作效率是人工焊接的5倍、零件中易損件要少，各零件應(yīng)容易更換。（5）經(jīng)濟(jì)性：加工難易、能耗大小、制造成本等。各機(jī)械零件應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或通用件，多數(shù)零部件應(yīng)易于制造。（6）結(jié)構(gòu)緊湊性：尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等。整機(jī)結(jié)構(gòu)要求緊湊、復(fù)雜程度中等。通過對焊接機(jī)的整體功能進(jìn)行分解，確定各運(yùn)動功能模塊后，需對各部分的運(yùn)動那個進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計，使局部與系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。二、執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計時，一般遵循以下原則：（1）滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作先后的順序性要求根據(jù)焊接的工藝規(guī)范和流程，確定各功能部分動作的順序，以順利協(xié)調(diào)地實現(xiàn)焊接任務(wù)。 (2)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作在時間上的同步性要求焊接時，因為是兩把焊槍的四軸聯(lián)動的運(yùn)動方案，要保證雙焊槍運(yùn)動的同步性要求和控制信號時間同步。（3） 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求實現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的合理布局，以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理。（4）滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求（5）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率（6）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高三、設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，從以下方面考慮：（1）滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝要求和運(yùn)動要求（2）盡量簡化和縮短運(yùn)動鏈（3）盡量減小機(jī)構(gòu)尺寸（4）選擇合適的運(yùn)動副形式（5）考慮運(yùn)動源的形式（6）使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性（7）使機(jī)械具有良好的傳力和運(yùn)動特性（8）保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn) 方案的提出與比較方案一：通過分析馬鞍線型焊縫曲線的特性，得出需要兩個自由度來走出馬鞍線的軌跡，同時需要兩個自由度對焊槍的姿態(tài)進(jìn)行控制。方案一如圖31所示：圖31 方案一結(jié)構(gòu) The structure of a program工作原理：（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：電機(jī)帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與大齒輪嚙合，從而帶動大齒輪旋轉(zhuǎn)，大齒輪上裝有焊槍，焊槍的旋轉(zhuǎn)完成一個馬鞍線（錨鏈的焊接只需焊一邊）的一個自由度。具體工作過程：電機(jī)通過減速器來減到一定的轉(zhuǎn)動速度，帶軸轉(zhuǎn)動，軸一端連有小齒輪，小齒輪與大齒輪嚙合，帶動大齒輪轉(zhuǎn)動同時減低了轉(zhuǎn)動速度。大齒輪定位在定位支架上，齒輪上開有寬度大于錨鏈中檔直徑的槽以便于錨鏈的裝夾和定位。結(jié)構(gòu)如示意圖32所示。 圖32 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) Slewing(2)平移機(jī)構(gòu)：平移臺是通過電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠與螺母的配合，將轉(zhuǎn)動變?yōu)橐苿?，定位支架固定在平移臺上，從而實現(xiàn)焊槍的直線移動，達(dá)到馬鞍線的另一個自由度。結(jié)構(gòu)如圖33所示：圖33 平移機(jī)構(gòu) Translation agencies (3)擺動機(jī)構(gòu)：在焊接錨鏈馬鞍線過程中，由于受到錨鏈本身形狀特征的限制，焊槍的姿態(tài)要隨著焊縫位置的不同而變化，本文采用了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)聯(lián)動的形