【正文】 最后針對(duì)滾珠絲杠四種常見的安裝方式進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)的方式。 本章小結(jié)本章針對(duì)焊接機(jī)器人移載平臺(tái)的安裝方式、關(guān)鍵零部件選擇方法、滾珠絲杠的四種安裝方法展開研究工作。且焊接精度要求比機(jī)加工精度要求低。車間現(xiàn)場(chǎng)中這種安裝方式常用于大型、重型數(shù)控機(jī)床或高精度的鏜床、銑床中。 JJ安裝方式這種安裝方式兩端均采用深溝球軸承支承，軸向力承受能力比較弱。 GJ安裝方式，另一端游動(dòng)。其各自的安裝形式與性能如下所示： GZ安裝方式GZ安裝方式下固定端軸承采用對(duì)列角接觸球軸承支撐，自由端不采取支撐措施。、?？紤]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔和負(fù)載容量并不大，因此本文不自行設(shè)計(jì)減速裝置，選用SY型的鼠籠型交流伺服電機(jī)外配一臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)卡，其功能是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的低轉(zhuǎn)速控制。角接觸推力球軸承內(nèi)徑、背對(duì)背安裝。本文機(jī)器人縱向移動(dòng)的過程中軸承所承受的最大軸向載荷，其中為滾珠絲杠上的預(yù)拉伸力。因?yàn)楸緳C(jī)器人外部軸滾珠絲杠采用預(yù)緊安裝方式，應(yīng)計(jì)算出消除軸向間隙所需的預(yù)緊力。代入前述參數(shù)計(jì)算出滾珠絲杠底徑。 (319)根據(jù)式59，可以確定情況①時(shí)允許最大軸向變形量，②時(shí)。滾珠絲杠傳動(dòng)通過螺紋與滾珠結(jié)合，螺紋底徑的大小影響滾珠絲杠的剛度。此處取導(dǎo)程。將根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算選擇合適的滾珠絲杠及配套模塊。滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率比其他傳動(dòng)形式高。 機(jī)器人移載平臺(tái)研究 絲杠導(dǎo)軌平臺(tái)關(guān)鍵部件研究機(jī)器人移載平臺(tái)即機(jī)器人外部軸負(fù)責(zé)機(jī)器人在工件長(zhǎng)度方向上的工位轉(zhuǎn)換，增加焊接機(jī)器人的工作空間，常見的直線傳動(dòng)方式有絲杠傳動(dòng)、直線電機(jī)等方式。在本文的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人移載平臺(tái)的最大加速度為?，F(xiàn)在對(duì)兩種安裝方式下的最大受力情況進(jìn)行討論。懸臂狀態(tài)下的極端情況，重心距離基座中心最遠(yuǎn)時(shí)（此時(shí)機(jī)器人關(guān)節(jié)臂完全向前伸直），支座滑塊最大支撐力為，在絕大多數(shù)的機(jī)器人應(yīng)用中，加速度、均遠(yuǎn)小于。在加速度為零時(shí)其滑塊、導(dǎo)軌受力最大值分別為： (38) 側(cè)壁吊裝機(jī)器人底座受力模型當(dāng)考慮速度參量，則在加速階段時(shí)的最大受力為： (39)當(dāng)在加速階段時(shí)的最大受力為： (310)本文采用的焊接機(jī)器人為Panasonic TA1400 6P6R單臂機(jī)器人。在階段導(dǎo)軌受力與靜止時(shí)相同，不需要考慮加速度影響，當(dāng)在階段時(shí)加速度為，在階段時(shí)加速度為。、。因此下面只側(cè)墻吊裝、地面平裝兩種安裝方式進(jìn)行研究。所以本文焊接機(jī)器人采用外部軸安裝方式，外部軸采用滾珠絲杠帶動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌及機(jī)器人移載平臺(tái)的方式。針對(duì)大工件時(shí)需要增設(shè)多個(gè)焊接機(jī)器人。 焊接機(jī)器人安裝方式的研究焊接機(jī)器人是焊接工作站的核心部件，是焊接操作的執(zhí)行器，其安裝方式和運(yùn)動(dòng)形式直接關(guān)系到焊接的精度和質(zhì)量。在功能模塊分析的基礎(chǔ)上結(jié)合工作站布局方法，對(duì)自動(dòng)化焊接工作站整體布局方式進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。這樣的好處是當(dāng)機(jī)器人在一個(gè)工位進(jìn)行自動(dòng)焊接時(shí)，防火布簾可以將在另一個(gè)工位手動(dòng)操作的工作者和焊接機(jī)器人隔離，這樣可以防止焊接強(qiáng)光或飛濺損害工人健康。、。 方案一：外部軸安裝在工裝夾具下 方案二：外部軸安裝在機(jī)器人下分析對(duì)比前兩種外部軸安裝方法，可以發(fā)現(xiàn)方法1將工裝平臺(tái)安裝在外部軸上，通過工裝平臺(tái)移動(dòng)來解決超長(zhǎng)工件時(shí)焊接機(jī)器人，由于本文焊接任務(wù)需求，這樣外部軸的長(zhǎng)度需求就長(zhǎng)，另外也造成在焊接過程中產(chǎn)生的輕度飛濺熔渣容易落在外部軸上。同時(shí)因?yàn)楹缚p布置均勻，且均分布在工件一側(cè)上，無空間分布焊縫，因此方案2結(jié)構(gòu)中的變位器也不需要配備，故焊接工作站的基本結(jié)構(gòu)采用方案1的形式。焊接工裝需要能夠適應(yīng)所有尺寸種類，因此工裝平臺(tái)要能夠滿足最大工件尺寸裝配。 工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定了車間中焊接工作區(qū)域布局后，需要對(duì)焊接工作站進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是控制難度大、價(jià)格昂貴，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高。適用于簡(jiǎn)單焊縫焊接。 多變位外部軸+雙機(jī)器人工作站 機(jī)器人焊接自動(dòng)生產(chǎn)線焊接工作站的設(shè)計(jì)是非常個(gè)性化的過程，應(yīng)該根據(jù)車間實(shí)際情況、工廠生產(chǎn)要求具體問題具體分析，因此實(shí)際生產(chǎn)中的工作站結(jié)構(gòu)方式絕不僅僅限于以上五種情況，但是大多是由上述結(jié)構(gòu)化身出來的。5. 機(jī)器人焊接自動(dòng)生產(chǎn)線，焊接生產(chǎn)線由多臺(tái)焊接機(jī)器人系統(tǒng)、自動(dòng)輸送鏈組成。這種工作站對(duì)于兩臺(tái)機(jī)器人的協(xié)調(diào)程度要求很高，循跡焊接的同時(shí)需要保證兩機(jī)械手臂不發(fā)生干涉。這種焊接工作站的特點(diǎn)在于敞開式工作，適用于物料I/O頻繁，焊縫布置簡(jiǎn)單均布于一面的場(chǎng)合，2. 兩套帶變位機(jī)工裝平臺(tái)+焊接機(jī)器人構(gòu)成焊接工作站，這種結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了前一種工作站不能滿足復(fù)雜空間焊縫要求的缺點(diǎn)， 此種機(jī)器人可以固定安裝在地面上也可以懸掛安裝，實(shí)現(xiàn)更大范圍的焊接。2）有效利用待焊原件和成品原件劃分出焊接操作區(qū)域。某些設(shè)備安排時(shí)有位置要求，如機(jī)器人移載平臺(tái)必須在焊接工位對(duì)稱中間，以利于兩邊焊接。2）緊湊原則。對(duì)焊接工作站布局進(jìn)行規(guī)劃，需要提前了解生產(chǎn)情況，做好充分的準(zhǔn)備工作。因此在焊接工作站設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該將廠房狀況、工藝需求、投資預(yù)算充分納入考慮范圍。由圖可見，自動(dòng)化焊接工作站從功能上可以分為以下幾個(gè)模塊：機(jī)器人模塊，機(jī)器人移載平臺(tái)模塊，焊接工作臺(tái)模塊，焊接工裝模塊，氣動(dòng)夾緊模塊，機(jī)器人控制器模塊，總控PLC模塊，伺服驅(qū)動(dòng)模塊，以及各類開關(guān)及傳感器模塊。夾緊裝置可以采用氣動(dòng)夾緊和焊接專用夾緊裝置聯(lián)合夾緊。本文自動(dòng)化焊接工作站的服務(wù)對(duì)象是同尺寸系列的鋁制品焊件，為了完成焊接任務(wù)，焊件必須放置在工作臺(tái)的適當(dāng)位置。作為焊接操作的執(zhí)行部分，執(zhí)行裝置既可以采用工業(yè)機(jī)器人攜帶焊槍完成TIG、MIG焊接，也可以根據(jù)具體焊接任務(wù)設(shè)計(jì)專用焊接操作設(shè)備。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合理的工作站框架結(jié)構(gòu)以利于操作者生產(chǎn)。最后對(duì)本文內(nèi)容安排和主要研究工作進(jìn)行規(guī)劃。第六章 總結(jié)與展望 對(duì)本研究課題相關(guān)工作進(jìn)行了總結(jié)，反思研究工作中的不到之處，并對(duì)今后類似研究方向的工作進(jìn)行了建議與相關(guān)前景展望。繼而為機(jī)器人移載平臺(tái)的關(guān)鍵零部件選擇與校核，并研究其不同的裝配形式。針對(duì)目前面向同系列不同尺寸工件的自動(dòng)化焊接工作站研究工作較少的情況提出了自己的研究方向。提出了有級(jí)可調(diào)和無級(jí)可調(diào)兩種裝夾方案。2. 對(duì)焊接工作站關(guān)鍵部件機(jī)器人移載平臺(tái)展開研究，首先分析導(dǎo)軌平臺(tái)各安裝方式利弊，其次對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行選型與分析。并在上述工作的基礎(chǔ)上為該類工件設(shè)計(jì)通用的可調(diào)式柔性裝夾方案。結(jié)合目前汽車車架、摩托車車架、飛機(jī)機(jī)體等焊接工作站的研究工作，總結(jié)其一般性結(jié)構(gòu)，本文首先在此基礎(chǔ)上確定焊接工作站的布局形式及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。美國(guó)學(xué)者Kato K、Tokisue 、5052017鋁合金進(jìn)行焊接促使了增強(qiáng)顆粒向另一側(cè)鋁合金移動(dòng)的傾向，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出專用摩擦焊焊接工作站設(shè)備[[] Kato K, Tokisue H. Weld interface of friction welded aluminum alloy posite to aluminum alloy joints. Welding International,1995,9(5):352~356.]。進(jìn)而依據(jù)焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)焊接工作站，將4V坡口型材焊接效率提升1倍[[] 周軍年，李靜，王廣英，等. 焊接機(jī)器人在軌道車輛鋁合金焊接中的應(yīng)用. 物理測(cè)試，2010,3(28)：16~19.]。土耳其伊斯坦布爾大學(xué)的M. Vural, . Muzafferoglu 等人深入研究了焊裝夾具對(duì)不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接冷卻過程中的變形所產(chǎn)生的影響[[] M. Vural, ., Muzafferoglu, ., Tapici. The effect of welding fixtures on welding distortions. Journal of Achievements in Material and Manufacturing Engineering,2007,20(2)：17~21.]。中南大學(xué)易文、劉德福等人在研究了結(jié)合規(guī)則推理(RBR)與實(shí)例推理(CBR)的兩重混合推理技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成計(jì)算機(jī)CAD系統(tǒng)二次開發(fā)工具，結(jié)合基于產(chǎn)生式規(guī)則的推理方式和模糊評(píng)定技術(shù)提出了一種RBR與CBR技術(shù)相結(jié)合的槽系組合夾具混合推理模型。上海交通大學(xué)的徐濤、林濤在對(duì)火箭貯箱五通連接器焊接變形預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)上提出了“N21”定位準(zhǔn)則并對(duì)N5的柔性工裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證薄壁工件在焊接工裝自持力、自重、和焊槍作用力下變形最小[[] ，[碩士學(xué)位論文]. 上海，上海交通大學(xué)，2007.]。實(shí)現(xiàn)了工裝更換時(shí)免示教，有效地縮短了新產(chǎn)品工裝作業(yè)程序問題[[] ，[碩士學(xué)位論文]. 上海，上海交通大學(xué)，2008.]。專用夾具一般以汽車、飛機(jī)的大型零部件生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛，例如波音公司針對(duì)波音787機(jī)體設(shè)計(jì)了復(fù)雜而精密的專用裝夾定位系統(tǒng)，通用汽車的裝配生產(chǎn)線也是采用專用焊裝夾具。 焊接工件柔性工裝技術(shù)在焊接工裝夾具設(shè)計(jì)中根據(jù)焊接工裝夾具柔性化程度，焊接夾具可分為專用工裝夾具和柔性工裝夾具兩種。德國(guó)學(xué)者L. Jones、. Dagenais、（European Fusion Development Agreement）的支持下，針對(duì)中空薄壁管道相貫處焊縫跟蹤問題，設(shè)計(jì)了一種IWR機(jī)器人（Intersection Welding Robot）并采用激光探照方式糾正焊槍循跡的偏差[[] L. Jones, . Dagenais, , etc. Design of the Intersector Welding Robot for vacuum vessel assembly and maintenance, Fusion Engineering and Design. 2000, 51~51：979~983.]。韓國(guó)釜慶大學(xué)的Manh Dung Ngo等人利用一臺(tái)總控制器和多臺(tái)與總控制器通過I2C通信的伺服控制器實(shí)現(xiàn)了焊接機(jī)器人操作末端對(duì)長(zhǎng)方形平面焊縫跟蹤的魯棒性控制[[] Manh Dung Ngo, Vo Hoang Duy. Robust control of welding robot for tracking a rectangular welding line. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2006,3(3)：142~147.]。國(guó)內(nèi)南通大學(xué)的吳曉、華亮針兩位學(xué)者對(duì)移動(dòng)焊接機(jī)器人精密定位焊槍位置的控制方式展開研究，為實(shí)現(xiàn)無位置傳感器下精密開環(huán)定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提出了在焊槍跟蹤控制時(shí)調(diào)整電機(jī)微補(bǔ)步通時(shí)間的控制方法。提高了機(jī)器人編程效率，利用智能傳感和自動(dòng)補(bǔ)償提高了自動(dòng)化程度和精度[[] 劉永. 弧焊機(jī)器人工作站智能化技術(shù)研究，[博士學(xué)位論文]. 南京，南京理工大學(xué)，2005.]。北京學(xué)者蔣力培、王澤、俞建榮等人在研究翅片管焊接自動(dòng)化時(shí)提出了一種組合式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化工作站微機(jī)控制系統(tǒng)，將焊接自動(dòng)化工作站控制分為整體控制、焊接電源參數(shù)控制、自動(dòng)焊頭參數(shù)控制、繞/送片機(jī)控制等幾大模塊，針對(duì)后面三者采用了成熟的集成控制板控制，實(shí)現(xiàn)控制的快速反應(yīng)與調(diào)控準(zhǔn)確；針對(duì)全局控制采用微小PLC控制工作站整體響應(yīng)、各模塊的通訊、參數(shù)設(shè)定等。上海談士力、沈俊杰從汽車關(guān)鍵零件焊接工藝特點(diǎn)和要求的角度分析，分析機(jī)器人自動(dòng)焊接單元系統(tǒng)構(gòu)成及特征，對(duì)焊接單元的工藝分析與選擇、夾具設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電氣控制方案進(jìn)行著重分析。北京郗安民、劉穎、劉鴻飛等人在摩托車車架焊接工藝中采用機(jī)器人焊接工作站對(duì)焊接工作站進(jìn)行整體布局設(shè)計(jì)、H型變位器支架設(shè)計(jì)大大提高了車架焊接效率和質(zhì)量[[] 郗安民，劉穎，劉鴻飛. 摩托車車架焊接機(jī)器人工作站. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2000，1:6~14]。近年來，國(guó)內(nèi)外焊接行業(yè)對(duì)于自動(dòng)化焊接工作站的研究主要集中在柔性焊接工裝、工作站先進(jìn)控制、工作站先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃、焊縫識(shí)別與跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)防護(hù)裝置一般是防護(hù)圍欄或氧化鈷有機(jī)玻璃罩，但是這些裝置降低了焊接過程的可視性。2. 焊接操作，該部分主要為工業(yè)機(jī)器人，起到的作用是攜持焊槍形成焊接軌跡。自動(dòng)化焊接工作站一般由機(jī)械、電氣、焊接三大部分模塊組成，是綜合利用現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性工裝技術(shù)、智能焊接電源技術(shù)、傳感技術(shù)，用于高效高質(zhì)自動(dòng)完成焊接操作的機(jī)電液氣一體化產(chǎn)品?；『赴ㄊ只『浮⒙窕『?、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊等焊接方式，這些焊接方式的焊接參數(shù)、操作方法雖然有一定程度的不同，但是它們都是以移動(dòng)焊槍為焊絲載體，通過藥芯焊絲與焊接母材之間形成的電弧熔融母材或填充金屬形成結(jié)合。自動(dòng)化焊接工作站屬于柔性制造單元的一種，自動(dòng)化程度雖然略低于柔性焊接生產(chǎn)線，但是投資卻少得多，而經(jīng)濟(jì)效益接近因此在生產(chǎn)中應(yīng)用也很廣泛。剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線主要面向少品種大批量產(chǎn)品生產(chǎn)，投資較大，調(diào)整周期也很長(zhǎng)。本文的研究工作可以為企業(yè)節(jié)省大量成本，提高鋁合金型材搭接件自動(dòng)化焊接水平。 課題來源和研究意義基于上述背景，以常熟市常勝鋁制品有限公司與南京航空航天大學(xué)合作的鋁合金腳手架自動(dòng)化焊接工作站為依托，對(duì)同系列工件焊接自動(dòng)化方案進(jìn)行研究。上述原因使焊接自動(dòng)化工作站取代人工焊接成為主流。從成本角度來考慮：焊接是一種對(duì)技術(shù)要求較高的加工方式，目前在工廠一線上勞動(dòng)者工資很容易達(dá)到4000元／月，市場(chǎng)一臺(tái)焊接工業(yè)機(jī)器人均價(jià)咋15萬元左右，其勞動(dòng)效率可以頂替三個(gè)工人，如此算下來人力成本與機(jī)器人使用成本相差無幾，再考慮到機(jī)器人的使用壽命至少3—5年，成本優(yōu)勢(shì)更顯著。然而由于焊接工人的技術(shù)水平、心態(tài)情緒、生產(chǎn)責(zé)任等因素均因人而異，在人工操作的基礎(chǔ)上解決上述問題的成本極高。 protect module, are determined. The layout and the skeleton of workstation are determined based on above functional module.The key ponent of workstation, robot mobile platform, is deeply studied on follow aspects: the affection from i