【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)。 我國焊接機器人應(yīng)用工程 焊接機器人應(yīng)用技術(shù)是機器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機器人能否在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越的特性，取決于人們對上述技術(shù)的融合程度。經(jīng)過近 10 年的努力，我國在機器人焊裝夾具設(shè)計方面積累了較豐富的經(jīng)驗，機器人周邊設(shè)備實現(xiàn)了標準化，具有年產(chǎn) 300 余套焊接機器人工作站的能力?？梢哉f國內(nèi)的系統(tǒng)集成商在機器人工作站及簡單的焊裝線的設(shè)計開發(fā)方面具有了與國外系統(tǒng)集成商抗衡的能力，近幾年為國內(nèi)汽車零部件等企 業(yè)提供了大量的機器人焊接系統(tǒng)。但是另外一個嚴重的事實是，我們還不具備制造高水平的機器人成套焊裝線的能力。國內(nèi)幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國外機器人系統(tǒng)集成商設(shè)計制造的。 作為焊接機器人的最大用戶，預(yù)計未來的 10 年我國汽車年產(chǎn)量要達到千萬輛，現(xiàn)在的焊接裝備遠遠滿足不了生產(chǎn)需求，對焊接裝備的需求量將大幅增加，焊裝生產(chǎn)線要求更加自動化和柔性化，以適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，機器人將大 量應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線中。 焊接機器人的最新應(yīng)用技術(shù) (1) TCP(tool center point 工具中心 點 )自動校零技術(shù) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16 頁 TCP 自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術(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。當焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過 TCP 支座時，激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到 CPU 與最初設(shè)定值進行比較與計算。當 TCP 發(fā)生偏離時，機器人會自動運行校零程序，自動對每根軸的角度進行調(diào)整，并在最少的時間內(nèi)恢復(fù) TCP 零位。 (2) 雙絲焊接技術(shù) 近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業(yè)的高速發(fā)展，對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，焊接薄板時可以顯著提高焊接速度，達到 3～ 6m/min，焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其它的工藝特點：在熔敷效率增加時保持較低的熱輸入，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，特別適合采用機器人焊接，因此可以說機器人的應(yīng)用也推動了這一先進焊接技術(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焊的聯(lián)合，兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在上世紀 70 年代末，但由于激光器的昂貴價格，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，以及激光器價格的不斷降低，同時為了滿足生產(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)于焊接變位機的幾個基本定義 焊接變位機的定義 在我國，焊接變位機是一個年青的產(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；同時，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 (論文 ) 第 17 頁 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、翻轉(zhuǎn)架、變位器、變位機等。為此，我們需要賦予它一個定義。我們稱 ： 用來拖動待焊工件，使其待焊焊縫運動至理想位置進行施焊作業(yè)的設(shè)備，稱焊接變位機 。也就是說，把工件裝夾在一個 設(shè)備上，進行施焊作業(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)變位運動后，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)。完成這個功能的設(shè)備稱焊接變位機。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 可以肯定的講，如果一臺變位機拖動焊件，僅做直線運動，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，變位運動是回轉(zhuǎn)運動， 稱此回轉(zhuǎn)運動為變位機的主自由度 。還可以做這樣一個假設(shè)：在 X、 Y、 Z 直角坐標系下，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 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行施焊作業(yè)。換言之，一個焊口由兩個面的共線 MN 和夾角α組成，在上述兩個回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當?shù)幕剞D(zhuǎn)，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個面與水平面的夾角相等，各為α /2，即變?yōu)榇呛肝恢?。這個假設(shè)是說，任何復(fù)雜焊件，只要裝在主自由度為一個全回轉(zhuǎn)和一個半回轉(zhuǎn)的焊接變位機上，即可實現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機為 全功能變位機 。 焊接變位機的變位自由度 涉及到用戶對設(shè)備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動焊的不同用途，選擇和設(shè)計焊接變位機時，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，可增加升降運動自由度，如上述美國、德國這種產(chǎn)品很多。 另外，某些焊件，由于焊縫分布簡單，用一個回轉(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，不能實施船角焊，但可以實施平角焊。這樣，為簡化設(shè)備造價，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 (論文 ) 第 18 頁 退化的焊接變位機，即單回轉(zhuǎn)式變位機。根據(jù)使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動式等等。 還有一些工位變位機，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機的某些自由度，與施焊無關(guān)。還有從工位設(shè)計和穩(wěn)定性考慮，兩臺或多臺焊接變位機合并設(shè)計，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產(chǎn)品。 變位機的第一主參數(shù) 額定負 荷 本文把最能描述焊接變位機工作能力的參數(shù)，稱 第一主參數(shù)。 焊接變位機不同于其他加工設(shè)備，它的基本負荷就是焊件的“重量”。各國的焊接變位機，都是由此給定第一主參數(shù)的。 在國際上，第一主參數(shù)的量綱沒有統(tǒng)一。對這一問題，需要做些討論。在歐洲，如德國 Severt 公司、 CLOOS 公司，瑞典 ESAB 公司等，用重力單位 N 表示；美國 Aroson 公司用英美制質(zhì)量單位 Lbs（磅）表示；日本某些公司用國際質(zhì)量單位 kg 表示；我國的焊接變位機行業(yè)標準，采用了國際質(zhì)量單位 kg，但鼎盛公司采用了重力單位 kN。如此可見，在我國乃至國際上， 焊接變位機第一主參數(shù)的量綱還沒有統(tǒng)一。其次，對這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負荷 kg、最大負荷 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）、最大有效負荷（ Max. payload）等等。 從量綱發(fā)展的歷史分析，用力和質(zhì)量兩種單位，各有個的道理。但是，無論是從行業(yè)管理的角度考慮，還是從科學(xué)計算的角度考慮，都應(yīng)統(tǒng)一。量綱的確定，在于一個概念，如果衡量焊接變位機的能力， 選擇負荷單位，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，與國際單位制就統(tǒng)一了。這是本文推薦的辦法。 焊接變位機是涉及人身安全的產(chǎn)品。對用戶選擇產(chǎn)品負荷等級，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負荷（ kg、 N）或許用載荷（ kg、 N），都不能說準確的表達了這個量。 見 公式 （ 11） 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 19 頁 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—— 動荷系數(shù)； n—— 安全 系數(shù)。 F—— 額定承載能力或額定負荷。 動荷系數(shù) kd、安全系數(shù) n，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計時確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供選擇方法。 焊接變位機的分類 在焊接生產(chǎn)中使用的各種變位機械可歸納為焊件變位機、焊機變位機和焊工變位機三大類，每一類又按其結(jié)構(gòu)特點或作用分成若干種類，其中焊件變位機的應(yīng)用比較廣泛，分述如下 [3]： 焊件變位機的類型 （ 1）翻轉(zhuǎn)機 能實現(xiàn)焊件的翻轉(zhuǎn)或傾斜，其運動特點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 [4] （ 2）回轉(zhuǎn)臺 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 (論文 ) 第 20 頁 型垂直軸式回轉(zhuǎn)平臺的被（下）面設(shè)支承滾輪；傾斜軸式回轉(zhuǎn)臺夾持大型圓柱（錐）體工件時，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)臺變位機 [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)的機械裝置?；剞D(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)是由主動滾輪帶動，靠它們之間的摩擦力而實現(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，這時工件需夾持在支承環(huán)內(nèi)，由滾 輪架帶動支承環(huán)而實現(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 (論文 ) 第 21 頁