【正文】 站雖然一次性投入比人工成本高，但是單工作站的功能當(dāng)量可以接近三個(gè)焊接操作工，性能更加穩(wěn)定，焊接質(zhì)量更可靠。本文的研究工作旨在針對前述同系列工件的自動(dòng)化焊接任務(wù)概括出一種普遍性模型，并針對該模型設(shè)計(jì)通用焊接工裝夾緊方案，在對自動(dòng)化焊接周邊技術(shù)進(jìn)行一定研究的基礎(chǔ)上，解決同系列鋁制品工件自動(dòng)化焊接的實(shí)際應(yīng)用問題。這種焊接自動(dòng)化的需求在工裝上不能像固定焊接任務(wù)工作站那樣采用固定工裝模式也不需要像小批量焊接任務(wù)那樣必須采用靈活廣泛適用的焊接工裝，而對于每個(gè)焊接任務(wù)設(shè)計(jì)專用工作站也是不切實(shí)際的。研究發(fā)現(xiàn)，目前的焊接工作站面向的焊接對象要么是單一焊接參數(shù)，固定焊縫布置，固定型號任務(wù)的大批量零件；要么是產(chǎn)品任務(wù)經(jīng)常改變，需要針對不同任務(wù)采取不同的工裝，使用不同的焊接參數(shù)，而且因?yàn)楹缚p布置不同因此焊接機(jī)器人運(yùn)行程序也不同；第三類則是焊縫極長，焊接條件復(fù)雜，需要有針對性的開發(fā)專用的自動(dòng)焊接流動(dòng)站，典型的如造船業(yè)中的船體焊接[[] SangMin Yang, ManHoCho, H oYoung Lee,etc. Weld line detection and process control for welding automation. Measurement Science and Technology,2007,30(18):819~826.]。調(diào)查應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，將焊接機(jī)器人引入汽車白車身焊接工藝流程后，車身焊接優(yōu)良率從87%提升到93%。經(jīng)濟(jì)上的可行性由以下兩個(gè)方面構(gòu)成：一是機(jī)器人使用成本的降低與勞動(dòng)者工資的上升形成“此消彼長”的局勢，在五年前一臺焊接工業(yè)機(jī)器人價(jià)格在50萬元以上，現(xiàn)在則降到15萬元不到；與此同時(shí)，制造業(yè)工人工資每年以10%—20%的速度遞增。目前在工廠車間中由于勞動(dòng)力短缺、人工操作的不穩(wěn)定等原因，自動(dòng)化焊接工作站已經(jīng)成為大量制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)之選。另一方面，大量制造企業(yè)操作工人稀缺，焊接作為一種工作環(huán)境惡劣，對人體損傷大的工種，愿意從事的人很少，嫻熟的焊接工人更加以稀為貴。隨著焊接技術(shù)發(fā)展，焊接產(chǎn)品中以往存在的諸如毛刺、夾渣等外觀缺陷越來越不能為人們所接受，而焊接疏松、氣孔、裂紋等制造缺陷因?yàn)榇嬖跐撛诘陌踩[患也被更多的關(guān)注，解決這些制造問題，其根本是防止生產(chǎn)者勞動(dòng)過程中的操作不當(dāng)。 its mathematical model is established and analyzed to figure out the relationship between fixture key points and size verification. A new kind of adjustable fixture is proposed based on former analysis to adjust the kind of work piece mentioned above.Finally, based on the 3D design model of workstation, established the entity of workstation. Based on the welding characteristics of Alalloy structural welding pieces, the operation parameters are figured out and checked using parameter control method. Key Words: automatic welding workstation, robot mobile platform, adjustable fixture, DSLD work piece目錄第一章 緒論 1 引言 1 課題來源和研究意義 2 自動(dòng)化焊接工作站國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 4 焊接工件柔性工裝技術(shù) 5 鋁合金自動(dòng)化焊接 6 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排 7 本章小結(jié) 8第二章 鋁合金焊接工作站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 9 引言 9 功能需求分析 9 焊接工作站布局研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 工作站整體布局研究與設(shè)計(jì) 10 工作站結(jié)構(gòu)研究 11 工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 本章小結(jié) 18第三章 機(jī)器人移載平臺的研究與設(shè)計(jì) 19 概述 19 焊接機(jī)器人安裝方式的研究 19 機(jī)器人移載平臺研究 24 絲杠導(dǎo)軌平臺關(guān)鍵部件研究 24 絲杠導(dǎo)軌平臺機(jī)械結(jié)構(gòu) 29 本章小結(jié) 32第四章 DSLD工件柔性裝夾技術(shù) 33 33 DSLD工件及其數(shù)學(xué)分析 33 DSLD工件定義 33 DSLD工件數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 33 DSLD工件定位點(diǎn)分析 35 DSLD工件的工裝技術(shù)研究 37 組合夾具 38 可調(diào)夾具 38 DSLD工件的可調(diào)整夾具原理 39 本章小結(jié) 42第五章 基于實(shí)例的自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)與調(diào)試 43 概述 43 焊接工作站設(shè)計(jì) 43 鋁合金腳手架焊接工藝研究 45 鋁合金金屬焊接性研究 45 焊縫形狀工藝性研究 46 焊接參數(shù)確定 48 程序示教與工件試焊 51 本章小結(jié) 52第六章 總結(jié)與展望 53 本文的主要研究成果 53 研究中存在的問題和未來展望 53參考文獻(xiàn) 54致謝 58在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 59圖、表清單 自動(dòng)化焊接工作站的功能模塊 10 焊接工作站車間布局 11 單套固定夾具+焊接機(jī)器人工作站 12 兩套帶變位機(jī)工裝平臺+焊接機(jī)器人工作站 12 搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站 13 多變位外部軸+雙機(jī)器人工作站 13 機(jī)器人焊接自動(dòng)生產(chǎn)線 14 方案一：外部軸安裝在工裝夾具下 16 方案二：外部軸安裝在機(jī)器人下 16 焊接工作站整體布局1 17 焊接工作站整體布局2 18 非懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型 20 懸臂狀態(tài)下平裝機(jī)器人底座受力模型 21 機(jī)器人速度曲線 21 側(cè)壁吊裝機(jī)器人底座受力模型 22 機(jī)器人工作空間 23 滾珠絲杠導(dǎo)軌副計(jì)算模型 25 焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)速度曲線 25 機(jī)器人移載平臺組成 30 機(jī)器人移載平臺組成 30 GZ安裝方式 30 GJ安裝方式 31 JJ安裝方式 31 GG安裝方式 31 工件坐標(biāo)系與平臺坐標(biāo)系 34 坐標(biāo)系平移模型 34 DSLD工件尺寸變化示意 35 組合夾具使用流程 37 可調(diào)整夾具使用流程 37 調(diào)整式可調(diào)夾具原理 39 撓性定位器原理 40 撓性定位器結(jié)構(gòu) 41 利用撓性件定位的定位桿結(jié)構(gòu) 41 無級可調(diào)工裝 42 帶定位尺的導(dǎo)軌側(cè)圖 42 自動(dòng)化焊接工作站裝配圖 44 自動(dòng)化焊接工作站實(shí)物 44 焊件主型材搭接截面 47 典型焊件結(jié)構(gòu)（編號1~13為焊縫分布位置） 48 型焊縫外形特征 48 角焊縫外形特征 49 焊接速度測試圖 50 焊接電流測試圖 51 焊接電壓測試圖 51 鋁合金腳手架試焊效果 52 幾種工作站結(jié)構(gòu)方式特點(diǎn) 14 產(chǎn)品尺寸系列 15 不同安裝方式下的最大支承力 24 滾珠絲杠導(dǎo)軌副安裝條件 25 軸向負(fù)荷變化表 26 伺服電機(jī)參數(shù) 29 孔系組合夾具主要組類 38 型材搭接件的焊縫形式構(gòu)成 46 焊接參數(shù)設(shè)定 49第一章 緒論 引言焊接是通過加熱熔融（有時(shí)輔以壓力）將兩塊金屬或熱塑材料連接在一起，使兩者之間達(dá)到原子結(jié)合的制造方法，它在工業(yè)生產(chǎn)中具有極其廣泛應(yīng)用，被稱為工業(yè)制造的“裁縫”，廣泛應(yīng)用于汽車、航空宇航、船舶制造、石油化工、能源動(dòng)力、機(jī)械制造等行業(yè)中[[]Harry Udin,Edwerd ,John Wulff. Welding for engineers. New York: John Wiley amp。關(guān)鍵詞：焊接工作站、機(jī)器人移載平臺、可調(diào)工裝、DSLD工件ABSTRACTAutomatic welding workstation is the focus of research in the field of welding. Many efforts have been made on research directions like fixture design, research in the distribution, control technique, etc. In this paper, a new kind of automatic welding workstation which can adapt varisized welding work piece by adopting a new kind of welding fixture is developed. This workstation is designed to solve the automatic welding requirements of Alalloy welding pieces in different size.Firstly, in this paper, the functional requirements of workstation, which include fixture module, execution module, robot mobile platform, and security amp。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。研究焊接加工中某一類常見工件，對其進(jìn)行抽象概括并建立數(shù)學(xué)模型，通過模型分析研究尺寸變化對其工裝產(chǎn)生的影響。研究焊接工作站關(guān)鍵部件機(jī)器人移載平臺。本文以一種可以適應(yīng)鋁合金型材搭接件焊接工裝的自動(dòng)化焊接工作站為研究對象，深入研究了工作站的功能模塊、焊接機(jī)器人移載平臺模塊、柔性焊接工裝模塊，并基于鋁合金腳手架步道板實(shí)例進(jìn)行了焊接工作站設(shè)計(jì)、搭建及調(diào)試。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。中圖分類號：TP24 論文編號：102870513S103學(xué)科分類號：080202 碩士學(xué)位論文鋁合金工件機(jī)器人自動(dòng)化焊接系統(tǒng)研究與開發(fā) 研究生姓名 學(xué)科、專業(yè) 研究方向 指導(dǎo)教師 南京航空航天大學(xué)研究生院 機(jī)電學(xué)院二О一三年一月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Mechanical and Electrical EngineeringResearch and development of robot automatic welding workstation for Alalloy work pieceA Thesis inMechanical EngineeringbyWang HaoAdvised byAssociate Prof. Xue Jianbin Submitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringJAN, 2013承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）　　 作者簽名： 日 期： 57 / 72摘 要自動(dòng)化焊接工作站是焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。首先對焊接工作站進(jìn)行功能需求分析，確定了工裝模塊、焊接執(zhí)行模塊、安全防護(hù)模塊、系統(tǒng)控制模塊、機(jī)器人移載平臺模塊等功能模塊，構(gòu)建了工作站的功能框架并在此基礎(chǔ)上確定焊接工作站的布局形式及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。進(jìn)行安裝形式的受力分析，確定在設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)行速度下合理的安裝方式，以此為基礎(chǔ)對移載平臺的關(guān)鍵零件滾珠絲杠型號及安裝方式進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。在對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上研究該類工件的定位特點(diǎn)。結(jié)合鋁合金型材搭接件研究基于實(shí)例的自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)，建立自動(dòng)化焊接工作站實(shí)體，針對具體鋁合金型材搭接件焊接工藝特性選擇機(jī)器人焊接參數(shù)，并通過控制變量方法對三個(gè)主要焊接參數(shù)進(jìn)行試焊驗(yàn)證。 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 installation towards basement stress, the rational assembly based on design speed. The key part of robot mobile platform, ball screw, is selected and checked, the assembly type of ball screw is