機(jī)器人焊接系統(tǒng)中變位機(jī)的設(shè)計(jì)

胡廣翻，耿陽(yáng)婕，王 鵬

（西安科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，陜西西安 710600）

機(jī)器人焊接系統(tǒng)中變位機(jī)的設(shè)計(jì)

胡廣翻，耿陽(yáng)婕，王 鵬

（西安科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，陜西西安 710600）

主要分析了自主研制設(shè)計(jì)的一種中小型焊接自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)機(jī)器人焊接系統(tǒng)中變位機(jī)的基本組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了具體介紹，并具體分析了機(jī)器人焊接系統(tǒng)中變位機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

機(jī)器人；焊接系統(tǒng)；變位機(jī)

當(dāng)前，鐵路機(jī)車(chē)的速度逐漸提高了，使得其對(duì)于機(jī)車(chē)焊接件的焊接質(zhì)量也有了更高的要求了。從本質(zhì)上來(lái)講，機(jī)車(chē)工件的焊接質(zhì)量對(duì)于機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全有直接的影響，因此要不斷提高焊接的質(zhì)量要求，以提高生產(chǎn)效率。本文介紹的一種中小型焊接自動(dòng)化設(shè)備——50kg變位機(jī)為例，對(duì)系統(tǒng)中配套變位機(jī)的一些設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 50kg變位機(jī)概述

50kg變位機(jī)是自主研制設(shè)計(jì)最新推出的一種中小型焊接自動(dòng)化設(shè)備，能與各種型號(hào)的MIG/MAG、CO2及TIG焊接電源配合使用，該系統(tǒng)適合于汽車(chē)、摩托車(chē)零件、五金零件制造和需要大量焊接圓周焊縫零件的場(chǎng)合，也可以用于其它需變位的工裝上。主要性能特點(diǎn)如下：

1）主軸可作90°翻轉(zhuǎn)，可設(shè)定主軸任意轉(zhuǎn)向，以合適各種角度的焊接；

2）采用直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，性能可靠，調(diào)速范圍寬，工件適應(yīng)直徑范圍大；

變位機(jī)的主要參數(shù)為：輸入電壓AC220V；頻率50/ 60Hz；轉(zhuǎn)盤(pán)直徑Ф300mm；轉(zhuǎn)速1～12r/min；水平承重：50kg；90°垂直承重25kg；尺寸（L×W×H）：450mm×430mm×380mm；凈重：36kg。

2 風(fēng)缸變位機(jī)的組成和特點(diǎn)

風(fēng)缸變位機(jī)的主要組成包括以下幾個(gè)部分：

2.1 首箱

在風(fēng)缸變位機(jī)中，主要是將首箱安裝在底座上的，并且，其內(nèi)部裝有相應(yīng)回轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)，其傳動(dòng)鏈主要是：交流伺服電機(jī)→RV減速機(jī)→緩沖機(jī)構(gòu)→輸出軸。在這當(dāng)中，輸出軸端安裝著相應(yīng)的夾具，并且在首箱的上部，還裝有相應(yīng)的定位指針。

就針對(duì)于其自身的實(shí)際特點(diǎn)來(lái)看：其主要是通過(guò)運(yùn)用交流伺服電機(jī)和RV減速機(jī)，這兩種設(shè)備不僅有著比較緊湊的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有著較大的調(diào)節(jié)范圍，能夠進(jìn)行更好的精度控制，具有良好的隨動(dòng)性，可以充分確保環(huán)縫接頭焊接的實(shí)際要求。通過(guò)運(yùn)用相應(yīng)的緩沖機(jī)構(gòu)，能夠勉強(qiáng)其對(duì)于RV減速機(jī)所產(chǎn)生的影響。

2.2 升降滾輪架

在風(fēng)缸變位機(jī)中，其所運(yùn)用的升降滾輪架，主要是為工件的裝卸提供有效的支撐，并且，在這個(gè)過(guò)程中，其也能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的科學(xué)定位。該部件一般都會(huì)在直線導(dǎo)軌的滑塊上進(jìn)行固定，并且，其能夠順工件的實(shí)際軸線方向來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)。

其所具有的特點(diǎn)主要包括：通過(guò)運(yùn)用滾輪架，來(lái)對(duì)圓柱形工件提供支撐，與此同時(shí)，其也能夠有以直線導(dǎo)軌作為其在定位時(shí)的準(zhǔn)，來(lái)對(duì)工件的軸線位置加以確定。并且，在滾輪架上面，我們可以將工件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使起縱縫位置在初始點(diǎn)上。此外，限位擋塊與升降擋塊所運(yùn)用的都是氣動(dòng)的方式，并以此來(lái)有效的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)動(dòng)作速度的提升。

2.3 夾具

在進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì)時(shí)，其所采用的主要是四爪固定的方式，并且具有球面和圓錐面2個(gè)定位面，在這當(dāng)中，圓錐面主要是用來(lái)進(jìn)行筒體的夾持，而球面則主要是用來(lái)進(jìn)行封頭的夾持。此外，在首尾箱中，均需要進(jìn)行一個(gè)夾具的安裝，其中，首箱的夾具主要是采用軸向固定的方式，而尾箱的夾具，則是用氣缸驅(qū)動(dòng)夾緊工件。此外，在球面部分中，還裝有緩沖用的橡膠墊。其具有的最大特點(diǎn)，就是有著較強(qiáng)的剛性，并且具有較高的重復(fù)定位精度。

2.4 尾箱

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，雙座單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)，主要就是由尾箱與首箱組成的，在這當(dāng)中，尾箱被設(shè)計(jì)成可移動(dòng)的形式，并在直線導(dǎo)軌滑塊上加以固定，在受到氣缸的驅(qū)動(dòng)后，能夠在任意的位置上進(jìn)行尾箱的固定。其自身所具有的最大特點(diǎn)，就是能夠?qū)⒅本€導(dǎo)軌當(dāng)作定位基準(zhǔn)，并且在尾箱上的鎖緊裝置中，可以將尾箱固定在任意位置上。在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其主要是對(duì)電梯的安全鉗動(dòng)作原理進(jìn)行了充分的借鑒，有著比較簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，并且，其頂緊力越大，則安全系數(shù)越大。

2.5 底座

風(fēng)缸變位機(jī)的底座，主要是采用了整體式的設(shè)計(jì)方式，并且，直線導(dǎo)軌、音箱與滾珠絲杠傳動(dòng)裝置等，都固定在這里。其特主要體現(xiàn)在，比較容易確定定位基準(zhǔn)，并且比較方便進(jìn)行安裝調(diào)試。

3 機(jī)器人焊接系統(tǒng)中變位機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與變位機(jī)的協(xié)調(diào)配合

在系統(tǒng)當(dāng)中，弧焊機(jī)器人的控制方式，主要是離線編程與示教再現(xiàn)。因此，作為外部軸的變位機(jī)，不僅要有相應(yīng)的機(jī)器人控制接口，同時(shí)也要具備反饋傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人的協(xié)調(diào)配合。因?yàn)槭窘淘佻F(xiàn)的控制方式本身對(duì)于工件的主動(dòng)適應(yīng)性就不高，因此，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，主要是通過(guò)運(yùn)用變位機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的定位，明確運(yùn)動(dòng)的精度。因此，在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要我們運(yùn)用一些精度較高的定位原件，來(lái)確保產(chǎn)品的實(shí)際焊接質(zhì)量。

3.2 確保機(jī)器人與變位機(jī)運(yùn)動(dòng)節(jié)奏的合拍性

機(jī)器人的焊接效率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，因此，變位機(jī)作為其外部軸，應(yīng)當(dāng)確保自身的運(yùn)動(dòng)速度與自動(dòng)化程度，在選擇輔助動(dòng)作時(shí)，應(yīng)當(dāng)多采用氣動(dòng)的形式，來(lái)確保機(jī)器人和變位機(jī)之間，運(yùn)動(dòng)節(jié)奏的合拍性。

3.3 確保變位機(jī)的可靠性

一般情況下，機(jī)器人在焊接過(guò)程中有著較高的動(dòng)作頻率，并且，其連續(xù)使用的時(shí)間較長(zhǎng)，相關(guān)部件有著較重的工作負(fù)荷，因此，在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用具有較高可靠性的器件與結(jié)構(gòu)。

3.4 進(jìn)行相關(guān)防護(hù)措施的設(shè)置

在進(jìn)行實(shí)際的焊接過(guò)程中，弧焊機(jī)器人所面臨的環(huán)境比較惡劣，因此，就要求我們必須為其設(shè)置專(zhuān)用的防護(hù)裝置，來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行良好的保護(hù)，只有這樣，才能真正確保設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)楹附訖C(jī)器人有著相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并且不會(huì)出現(xiàn)疲勞，并且，在焊接過(guò)程中需要長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，所以說(shuō)，通過(guò)運(yùn)用機(jī)器人焊接系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電力機(jī)車(chē)風(fēng)缸的自動(dòng)焊接，能夠確保其在穩(wěn)定的條件下，來(lái)滿足產(chǎn)品對(duì)于強(qiáng)度與性能的要求。在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的生產(chǎn)使用之后，該系統(tǒng)受住了各種考驗(yàn)，并且以其良好的性能與較高的焊接質(zhì)量，獲得了廣泛的好評(píng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人正朝著智能化的方向發(fā)展，利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的集成控制和群體協(xié)調(diào)，提高了機(jī)器人的安全性和可靠性?，F(xiàn)階段，機(jī)器人技術(shù)有著相當(dāng)快的發(fā)展，并因此對(duì)變位機(jī)與其他設(shè)備提出了更高的要求。當(dāng)前我國(guó)的設(shè)計(jì)制造能力還在不斷的提高中，對(duì)于進(jìn)一步完善機(jī)器人系統(tǒng)具有非常重要的意義。

[1] 李素萍，李永剛.變位機(jī)在機(jī)器人焊接工作站中的應(yīng)用[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2014，（4）：33-36.

[2] 劉飛佚，佃松宜，向國(guó)菲，等.機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)的協(xié)同控制研究與實(shí)現(xiàn)[J].電氣傳動(dòng)，2016，（3）：62-65；72.

《化工設(shè)計(jì)通訊》征稿啟事

《化工設(shè)計(jì)通訊》雜志系經(jīng)國(guó)家新聞出版廣電總署批準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的全國(guó)性石油化工科技類(lèi)期刊，創(chuàng)刊于1975年，由湖南化工醫(yī)藥設(shè)計(jì)院主辦，主管單位為湖南省石油化學(xué)行業(yè)管理辦公室。是2014年國(guó)家新聞出版廣電總署《第一批認(rèn)定的學(xué)術(shù)期刊名單（共5756種）》中的2804號(hào)。被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、中國(guó)期刊網(wǎng)（CNKI）、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CJFD）、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)（CAJCED）、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）》等收錄。是中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊。

發(fā)行范圍遍及全國(guó)各省市石油化工主管部門(mén)、設(shè)計(jì)院、科研院（所）、大中小化肥廠、化工企業(yè)、大專(zhuān)院校、圖書(shū)館及信息部門(mén)等。世界上一些著名的大學(xué)也訂閱了本刊：全世界排名前十的大學(xué)如哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州理工學(xué)院等；中國(guó)如香港大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)等；還有一些世界著名的機(jī)構(gòu)，如美國(guó)能源部、美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館、法國(guó)國(guó)防部、澳大利亞能源部、日本國(guó)會(huì)圖書(shū)館等；還有一些世界著名的跨國(guó)公司，如美國(guó)杜邦、德國(guó)巴斯夫、拜耳、中國(guó)石油、中國(guó)石化、中國(guó)化工等。

主要報(bào)道石油化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研究、生產(chǎn)、建設(shè)、技改、教學(xué)等方面的新工藝、新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料。

稿源來(lái)自全國(guó)各石油化工行業(yè)，刊登文章突出先進(jìn)性、創(chuàng)新性、科學(xué)性、針對(duì)性、實(shí)用性、和效益性，以解決石油化工設(shè)計(jì)、研究、教學(xué)和生產(chǎn)中遇到的理論和實(shí)際問(wèn)題。

刊登范圍：石油、化學(xué)、煤氣、天然氣、化肥、無(wú)機(jī)化工、有機(jī)化工、環(huán)境保護(hù)、三廢治理、新能源、新材料、新技術(shù)、醫(yī)藥工程等。主要刊登石油化工工藝技術(shù)方面的文章，也刊登化工設(shè)備、環(huán)保治理、給排水、儀表、自控、電氣、熱工、材料、通風(fēng)、技經(jīng)、綜論等方面的文章。

主要欄目：合成氨與尿素、煤氣化與甲醇、化工教學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、勘探開(kāi)發(fā)、石油工程、油氣開(kāi)采、鉆井完井、化工裝備、化學(xué)工程、新材料與新技術(shù)、安全環(huán)保、化工能源、資源與環(huán)境、學(xué)術(shù)研究。

讀者對(duì)象：從事石油化工生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究、建設(shè)、教學(xué)和管理的工程技術(shù)人員、研究人員、管理干部、技術(shù)工人、大專(zhuān)院校師生及信息和營(yíng)銷(xiāo)人員等。

Design of Positioner in Robot Welding System

Hu Guang-fan，Geng Yang-jie，Wang Ρeng

Mainly analyzes the independent research and design of a small welding automation equipment，the basic composition and structure characteristics of positioner system of welding robot was introduced in detail，and analyzes the design features of positioner in robot welding system.

robot；welding system；positioner

TG439.9

A

1003–6490（2016）10–0125–02

2016–10–02

胡廣翻（1988—），男，陜西安康人，助理工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電相關(guān)研究與焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作。