【導(dǎo)讀】袀芃莃螂袀蕿蚈罿肄莂薄羈膇薇蒀羇荿莀衿羆聿芃螅羅膁蒈蟻羄芃芁薇羄羃蕆蒃肅肅艿螁肂膈蒅蚇肁芀羋薃肀肀蒃蕿聿膂莆袈肈芄薁螄肈莇莄蝕肇肆薀薆蚃膈莃蒂螂芁薈螀螂羀莁蚆螁膃薆螞螀芅葿薈蝿莇節(jié)袇螈肇蕆螃螇腿芀蠆螆節(jié)蒆薅袆羈艿蒁裊肄蒄螀襖芆芇螅袃莈薂蟻袂肈蒞薇袁膀薁蒃袀芃莃螂袀蕿蚈罿肄莂薄羈膇薇蒀羇荿莀衿羆聿芃螅羅膁蒈蟻羄芃芁薇羄羃蕆蒃肅肅艿螁肂膈蒅蚇肁芀羋薃肀肀蒃蕿聿膂莆袈肈芄薁螄肈莇莄蝕肇肆薀薆蚃膈莃蒂螂芁薈螀螂羀莁蚆螁膃薆螞螀芅葿薈蝿莇節(jié)袇螈肇蕆螃螇腿芀蠆螆節(jié)蒆薅袆羈艿蒁裊肄蒄螀襖芆芇螅袃莈薂蟻袂肈蒞薇袁膀薁蒃袀芃莃螂袀蕿蚈罿肄莂薄羈膇薇蒀羇荿莀衿羆聿芃螅羅膁蒈蟻羄芃芁薇羄羃蕆蒃肅肅艿螁肂膈蒅蚇肁芀羋薃肀肀蒃蕿聿膂莆袈肈芄薁螄肈莇莄蝕肇肆薀薆蚃膈莃蒂螂芁薈螀螂羀莁蚆螁膃薆螞螀芅葿薈蝿莇節(jié)袇螈肇蕆螃螇腿芀蠆螆節(jié)蒆薅袆

　　

【正文】 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(guò)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。可以說(shuō)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(kāi)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(lái)的 10 年我國(guó)汽車年產(chǎn)量要達(dá)到千萬(wàn)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) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁(yè) 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(guò) 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(lái)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(lái)越多。雙絲焊是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)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(shuō)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(lái)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(méi)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(méi)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)范化西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 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(lái)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(shuō)，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(guò)回轉(zhuǎn)變位運(yùn)動(dòng)后，使任一方位的待焊焊縫，變?yōu)榇呛浮⑵胶富蚱浇呛甘┖缸鳂I(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(guò)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(shuō)，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(shuō)，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西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) 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(wú)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)不同于其他加工設(shè)備，它的基本負(fù)荷就是焊件的“重量”。各國(guó)的焊接變位機(jī)，都是由此給定第一主參數(shù)的。 在國(guó)際上，第一主參數(shù)的量綱沒(méi)有統(tǒng)一。對(duì)這一問(wèn)題，需要做些討論。在歐洲，如德國(guó) Severt 公司、 CLOOS 公司，瑞典 ESAB 公司等，用重力單位 N 表示；美國(guó) Aroson 公司用英美制質(zhì)量單位 Lbs（磅）表示；日本某些公司用國(guó)際質(zhì)量單位 kg 表示；我國(guó)的焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用了國(guó)際質(zhì)量單位 kg，但鼎盛公司采用了重力單位 kN。如此可見(jiàn)，在我國(guó)乃至國(guó)際上， 焊接變位機(jī)第一主參數(shù)的量綱還沒(méi)有統(tǒng)一。其次，對(duì)這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負(fù)荷 kg、最大負(fù)荷 N（ Max load N）、基本承載能力 Lbs（ Base load capacity in pounds）、承重能力 Lbs（ Weight capacity Lbs）、許用載荷 kg（許容荷載）、最大有效負(fù)荷（ Max. payload）等等。 從量綱發(fā)展的歷史分析，用力和質(zhì)量?jī)煞N單位，各有個(gè)的道理。但是，無(wú)論是從行業(yè)管理的角度考慮，還是從科學(xué)計(jì)算的角度考慮，都應(yīng)統(tǒng)一。量綱的確定，在于一個(gè)概念，如果衡量焊接變位機(jī)的能力， 選擇負(fù)荷單位，即第一主參數(shù)用重力表示，那么，他的量綱應(yīng)該用 N、 kN。與此相關(guān)的回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)力矩，應(yīng)該用 Nm、 kNm表示，這樣，與國(guó)際單位制就統(tǒng)一了。這是本文推薦的辦法。 焊接變位機(jī)是涉及人身安全的產(chǎn)品。對(duì)用戶選擇產(chǎn)品負(fù)荷等級(jí)，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負(fù)荷（ kg、 N）或許用載荷（ kg、 N），都不能說(shuō)準(zhǔn)確的表達(dá)了這個(gè)量。 見(jiàn) 公式 （ 11） 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁(yè) F == kd m g n （ 11） 式中： m—— 焊件質(zhì)量； G—— 重力加速度，即 mg 為重力； kd—— 動(dòng)荷系數(shù)； n—— 安全 系數(shù)。 F—— 額定承載能力或額定負(fù)荷。 動(dòng)荷系數(shù) kd、安全系數(shù) n，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)確定。在樣本或使用說(shuō)明書中給用戶提供選擇方法。 焊接變位機(jī)的分類 在焊接生產(chǎn)中使用的各種變位機(jī)械可歸納為焊件變位機(jī)、焊機(jī)變位機(jī)和焊工變位機(jī)三大類，每一類又按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或作用分成若干種類，其中焊件變位機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，分述如下 [3]： 焊件變位機(jī)的類型 （ 1）翻轉(zhuǎn)機(jī) 能實(shí)現(xiàn)焊件的翻轉(zhuǎn)或傾斜，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是工件繞水平軸旋轉(zhuǎn)。如圖 1— 1 所示 。 圖 1— 1 翻轉(zhuǎn)變位機(jī) [4] （ 2）回轉(zhuǎn)臺(tái) 它能使工件繞垂直軸或 傾斜軸旋轉(zhuǎn)，主要用于回轉(zhuǎn)體工件上環(huán)形縫的焊接、堆焊或切割。其轉(zhuǎn)速一般要求連續(xù)可調(diào)。為了傳動(dòng)平穩(wěn)，減輕主軸受力，常在大西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁(yè) 型垂直軸式回轉(zhuǎn)平臺(tái)的被（下）面設(shè)支承滾輪；傾斜軸式回轉(zhuǎn)臺(tái)夾持大型圓柱（錐）體工件時(shí)，則在工件表外面設(shè)支承滾輪。如圖 1— 2 所示 。 圖 1— 2 大回轉(zhuǎn)臺(tái)變位機(jī) [4] 3）滾輪架 是用兩排滾輪支承回轉(zhuǎn)體狀工件并使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置?；剞D(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)是由主動(dòng)滾輪帶動(dòng)，靠它們之間的摩擦力而實(shí)現(xiàn)的。除可用于回轉(zhuǎn)體工件的裝配和焊接外，還可用于非回轉(zhuǎn)體工件的焊接和裝配，這時(shí)工件需夾持在支承環(huán)內(nèi)，由滾 輪架帶動(dòng)支承環(huán)而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。如圖 1— 3 所示 。 圖 1— 3 焊接滾輪架 [4] 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè)