【正文】 移動，定位支架固定在平移臺上，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的直線移動，達(dá)到馬鞍線的另一個自由度。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。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。（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(shí)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。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(shí)現(xiàn)焊接任務(wù)。整機(jī)結(jié)構(gòu)要求緊湊、復(fù)雜程度中等。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。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。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。設(shè)計中要求各軸轉(zhuǎn)速無級可調(diào)、運(yùn)動精度177。采用交流伺服系統(tǒng)與合理的機(jī)械機(jī)構(gòu)滿足要求。 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)。在傳動系統(tǒng)上，也應(yīng)該力求簡短，以便提高精度和效率。 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。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。 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。它與機(jī)身的位置和結(jié)構(gòu)都有密切的聯(lián)系。(3)合理布置作用力的位置和方向。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。它是用外力在外力作用方向上的變形量之比來度量的。焊接機(jī)既要設(shè)計合理，又要滿足開放性、實(shí)用性的要求。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。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。（7） 送絲速度范圍（cm/min）：下降特性型（40～450），雙特性型（20～600）。（5） 焊絲直徑：Ф3～6mm。（4） 焊槍傾角：177。（2） 機(jī)頭回轉(zhuǎn)速度：～。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。(5)送絲速度送絲速度也是影響焊接質(zhì)量的又一因素。(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。(3)焊接速度焊接速度是影響焊縫成形的另一個重要因素。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。它主要決定焊縫金屬的熔寬，電壓增加熔寬增大。它決定焊道的熔深，電流增加熔深增大，反之熔深減?。浑娏鲗θ蹖捯灿幸欢ǖ挠绊懀Ч幻黠@。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]。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(shí)際設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。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。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。（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)。（4）升降機(jī)構(gòu)在馬鞍型自動焊接系統(tǒng)的實(shí)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。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?。灰虼嗽趯?shí)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)。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(shí)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(shí)現(xiàn)帶動焊槍繞馬鞍線焊縫的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。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。從機(jī)械角度看，在實(shí)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(shí)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。 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。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。 (a)從A點(diǎn)到C點(diǎn) (b)從C點(diǎn)到E點(diǎn) (c)從E點(diǎn)到G點(diǎn) (d)從G點(diǎn)到I點(diǎn) (e)從I點(diǎn)到K點(diǎn) (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。為了便于描述，對馬鞍線的各特征點(diǎn)的位置用A到L的字母標(biāo)出。 馬鞍線焊縫的自動焊接工藝過程分析本文所研究的是錨鏈和中檔正交所形成的馬鞍線焊縫的焊接。在已知主管直徑R、支管直徑r、相貫角以及偏心距為后，可以通過公式，在給定后，得到焊縫在相應(yīng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置；或者已知相貫線上的點(diǎn)，亦可求出的值。 圖22 管道插接的一般情況 Pipe plug in general 相貫線方程由于相貫線在主、支管兩個圓柱方向上的投影為圓，因此相貫線在兩個方向可表示為[6]： （21）將在支管投影圓方程用柱坐標(biāo)表示為： （22）根據(jù)坐標(biāo)變換，兩個坐標(biāo)系的位置關(guān)系為： （23）即： （24）將（24）式代入（21）式，并將（22）式代入后，分別得到在和兩個坐標(biāo)系下的相貫線方程為： （25） （26）（25）、（26）式分別為和兩個坐標(biāo)系下的相貫線方程表示。和分別為兩個坐標(biāo)系的原點(diǎn)，同向，在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（0, ，0，）。如圖22所示，主管（直徑較大的管）半徑為R，支管（直徑較小的管）半徑為r，兩關(guān)的相貫角為，偏心距為。[5]。相貫線的形狀取決于三個因素：兩相貫體的形狀、相對大小和相對位置。 空間相貫焊縫曲線 空間相貫焊縫的形狀兩個待焊接的立體工件相交產(chǎn)生的曲線類型是空間相貫曲線，相貫線是指兩立體相交時在其表面產(chǎn)生的交線。等等。T形接頭平焊時焊槍最好處手兩接板的平分面上，與焊縫的夾角保持在65176。75176。而焊槍相對焊縫的姿態(tài)，同樣影響到焊接質(zhì)量。焊槍姿態(tài)是影響焊縫成形和焊接質(zhì)量的一個重要因素，特別是在全位置焊接條件下，對仰焊和立焊等特別位置的焊縫進(jìn)行焊接時，焊槍姿態(tài)的影響尤為明顯。盡量減小焊接機(jī)床的成本。機(jī)床能夠滿足正常焊接的速度、精度和穩(wěn)定性要求。因此在設(shè)計自動焊接機(jī)床時，應(yīng)該綜合考慮上述因素，選擇合適的伺服控制方式，根據(jù)焊接的速度和精度要求來確定機(jī)床的脈沖當(dāng)量，等等。但焊接速度相對其它機(jī)械加工方式較低，一般情況下只有5mm/s ～50mm/s,因此焊接接機(jī)床工作臺的速度相對一般數(shù)控機(jī)床而言并沒有較高要求。(6)利用Matlab軟件對所設(shè)計機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真。(4)相貫線自動焊接機(jī)各軸模型的設(shè)計。(2)相貫線自動焊接機(jī)機(jī)械部件的設(shè)計。整個機(jī)構(gòu)設(shè)計也能用簡單的傳動設(shè)計，各部分機(jī)構(gòu)模塊化，控制的過程簡單化。在設(shè)計過程中，為了使控制系統(tǒng)的設(shè)計變得簡單，設(shè)計機(jī)構(gòu)時，使焊接機(jī)器人的關(guān)機(jī)運(yùn)動在控制上進(jìn)行解耦。為了解決上述存在的問題本課題在研發(fā)自動焊接機(jī)的過程中，取長補(bǔ)短，借鑒傳統(tǒng)焊接機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其不足之處，擬自主創(chuàng)新設(shè)計一臺專用的焊接機(jī)器人專機(jī)，專門針對錨鏈相貫線焊縫進(jìn)行焊接。機(jī)器人運(yùn)動控制的可預(yù)見性增加，可以避免許多意外的情況發(fā)生。而只需要將其中的某個關(guān)節(jié)進(jìn)行改裝就可以適應(yīng)焊接要求。焊接機(jī)器人需要根據(jù)不同的焊接情況進(jìn)行改動，使機(jī)器人滿足各種焊接工件的要求。不用花大量的時間搬運(yùn)和裝卡焊接機(jī)器人。 圖15 有檔普通錨鏈 Common link 從機(jī)器人的發(fā)展趨勢以及錨鏈焊接的特點(diǎn)來看，錨鏈專用焊接機(jī)設(shè)計需要具備以下特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、易于搬運(yùn)。機(jī)器人可以滿足各種焊接環(huán)境條件下，絕大多數(shù)錨鏈的焊接。從以上分析中，很多的錨鏈相貫線焊接機(jī)很難在焊接生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用，主要原因是：結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有針對性。使用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，有些機(jī)器人不是根據(jù)錨鏈焊縫而量身定做的專用焊接機(jī)器人使用起來需要克服很多困難，在使用過程中容易出現(xiàn)故障和損壞。 研究課題的提出在焊接生產(chǎn)中，錨鏈的焊接是一種常見的焊接形式。而且對于工件偏心交方式形成的焊縫無法直接用解析幾何的方法得到。但是在實(shí)際加工過程中固定工件時往往存在位置誤差，理論上的坐標(biāo)原點(diǎn)和實(shí)際中的可能存在偏差。在焊縫曲線表達(dá)式的獲取方法上，現(xiàn)在大多是根據(jù)相貫工件的幾何形狀和相關(guān)方式利用解析幾何的方法來求。即使簡單的量圓柱管相交，也分為正交、斜交和偏心交等多種情況，每一種情況下對應(yīng)的焊縫都有變化，設(shè)計一種通用型的自動焊接設(shè)備具有重要意義和廣闊的市場前景。根據(jù)兩相交立體形狀的不同，空間相貫線的形狀變化很大，其形狀取決于多個因素。大量采用自動化焊接專機(jī)、機(jī)器人工作站、生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已成為一種不可阻擋的趨勢。自動控制和信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用正在徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的全自動化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。因此在設(shè)計制造大型自動化焊接設(shè)備時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DNC)，以便在焊接設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)與主數(shù)計算機(jī)之間建立數(shù)據(jù)通訊聯(lián)絡(luò)，完成數(shù)控程序的管理、數(shù)控程序的分配、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集、加工過程的監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷功能。（4）管控一體化當(dāng)前信息技術(shù)的快速發(fā)展己將傳統(tǒng)制造業(yè)推向電子制造(eManufacturing)的時代。例如湍典ESAB公司重型容器焊接中心的ABW系統(tǒng)，可以根據(jù)連續(xù)實(shí)測的坡口寬度，確定每層焊縫的焊道數(shù)、每道焊縫的熔敷量及相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)、焊道之間的搭隆量、蓋面層位置等