機器人焊接系統(tǒng)中變位機的設(shè)計

胡廣翻，耿陽婕，王 鵬

（西安科技大學工程訓(xùn)練中心，陜西西安 710600）

機器人焊接系統(tǒng)中變位機的設(shè)計

胡廣翻，耿陽婕，王 鵬

（西安科技大學工程訓(xùn)練中心，陜西西安 710600）

主要分析了自主研制設(shè)計的一種中小型焊接自動化設(shè)備，對機器人焊接系統(tǒng)中變位機的基本組成和結(jié)構(gòu)特點進行了具體介紹，并具體分析了機器人焊接系統(tǒng)中變位機的設(shè)計特點。

機器人；焊接系統(tǒng)；變位機

當前，鐵路機車的速度逐漸提高了，使得其對于機車焊接件的焊接質(zhì)量也有了更高的要求了。從本質(zhì)上來講，機車工件的焊接質(zhì)量對于機車的運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化設(shè)備——50kg變位機為例，對系統(tǒng)中配套變位機的一些設(shè)計特點進行了總結(jié)分析。

1 50kg變位機概述

50kg變位機是自主研制設(shè)計最新推出的一種中小型焊接自動化設(shè)備，能與各種型號的MIG/MAG、CO2及TIG焊接電源配合使用，該系統(tǒng)適合于汽車、摩托車零件、五金零件制造和需要大量焊接圓周焊縫零件的場合，也可以用于其它需變位的工裝上。主要性能特點如下：

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

變位機的主要參數(shù)為：輸入電壓AC220V；頻率50/ 60Hz；轉(zhuǎn)盤直徑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 風缸變位機的組成和特點

風缸變位機的主要組成包括以下幾個部分：

2.1 首箱

在風缸變位機中，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)傳動系統(tǒng)，其傳動鏈主要是：交流伺服電機→RV減速機→緩沖機構(gòu)→輸出軸。在這當中，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。

就針對于其自身的實際特點來看：其主要是通過運用交流伺服電機和RV減速機，這兩種設(shè)備不僅有著比較緊湊的結(jié)構(gòu)，同時也有著較大的調(diào)節(jié)范圍，能夠進行更好的精度控制，具有良好的隨動性，可以充分確保環(huán)縫接頭焊接的實際要求。通過運用相應(yīng)的緩沖機構(gòu)，能夠勉強其對于RV減速機所產(chǎn)生的影響。

2.2 升降滾輪架

在風缸變位機中，其所運用的升降滾輪架，主要是為工件的裝卸提供有效的支撐，并且，在這個過程中，其也能夠進一步實現(xiàn)對工件的科學定位。該部件一般都會在直線導(dǎo)軌的滑塊上進行固定，并且，其能夠順工件的實際軸線方向來進行相應(yīng)的移動。

其所具有的特點主要包括：通過運用滾輪架，來對圓柱形工件提供支撐，與此同時，其也能夠有以直線導(dǎo)軌作為其在定位時的準，來對工件的軸線位置加以確定。并且，在滾輪架上面，我們可以將工件進行適當?shù)恼{(diào)整，使起縱縫位置在初始點上。此外，限位擋塊與升降擋塊所運用的都是氣動的方式，并以此來有效的簡化結(jié)構(gòu)，促進動作速度的提升。

2.3 夾具

在進行夾具的設(shè)計時，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個定位面，在這當中，圓錐面主要是用來進行筒體的夾持，而球面則主要是用來進行封頭的夾持。此外，在首尾箱中，均需要進行一個夾具的安裝，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，就是有著較強的剛性，并且具有較高的重復(fù)定位精度。

2.4 尾箱

從本質(zhì)上來說，雙座單回轉(zhuǎn)式變位機，主要就是由尾箱與首箱組成的，在這當中，尾箱被設(shè)計成可移動的形式，并在直線導(dǎo)軌滑塊上加以固定，在受到氣缸的驅(qū)動后，能夠在任意的位置上進行尾箱的固定。其自身所具有的最大特點，就是能夠?qū)⒅本€導(dǎo)軌當作定位基準，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。在進行實際的設(shè)計過程中，其主要是對電梯的安全鉗動作原理進行了充分的借鑒，有著比較簡單的機構(gòu)，并且，其頂緊力越大，則安全系數(shù)越大。

2.5 底座

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

3 機器人焊接系統(tǒng)中變位機的設(shè)計特點

3.1 實現(xiàn)機器人與變位機的協(xié)調(diào)配合

在系統(tǒng)當中，弧焊機器人的控制方式，主要是離線編程與示教再現(xiàn)。因此，作為外部軸的變位機，不僅要有相應(yīng)的機器人控制接口，同時也要具備反饋傳感器，來實現(xiàn)與機器人的協(xié)調(diào)配合。因為示教再現(xiàn)的控制方式本身對于工件的主動適應(yīng)性就不高，因此，在實際的運行過程中，主要是通過運用變位機，來實現(xiàn)對工件的定位，明確運動的精度。因此，在進行實際的設(shè)計過程中，需要我們運用一些精度較高的定位原件，來確保產(chǎn)品的實際焊接質(zhì)量。

3.2 確保機器人與變位機運動節(jié)奏的合拍性

機器人的焊接效率相對來說比較高，因此，變位機作為其外部軸，應(yīng)當確保自身的運動速度與自動化程度，在選擇輔助動作時，應(yīng)當多采用氣動的形式，來確保機器人和變位機之間，運動節(jié)奏的合拍性。

3.3 確保變位機的可靠性

一般情況下，機器人在焊接過程中有著較高的動作頻率，并且，其連續(xù)使用的時間較長，相關(guān)部件有著較重的工作負荷，因此，在進行實際的設(shè)計過程當中，應(yīng)當運用具有較高可靠性的器件與結(jié)構(gòu)。

3.4 進行相關(guān)防護措施的設(shè)置

在進行實際的焊接過程中，弧焊機器人所面臨的環(huán)境比較惡劣，因此，就要求我們必須為其設(shè)置專用的防護裝置，來對運動執(zhí)行機構(gòu)進行良好的保護，只有這樣，才能真正確保設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)長期的穩(wěn)定運行。因為焊接機器人有著相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并且不會出現(xiàn)疲勞，并且，在焊接過程中需要長時間保持穩(wěn)定，所以說，通過運用機器人焊接系統(tǒng)，來實現(xiàn)對高速電力機車風缸的自動焊接，能夠確保其在穩(wěn)定的條件下，來滿足產(chǎn)品對于強度與性能的要求。在經(jīng)過了長期的生產(chǎn)使用之后，該系統(tǒng)受住了各種考驗，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。

4 結(jié)束語

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接機器人正朝著智能化的方向發(fā)展，利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)了機器人的集成控制和群體協(xié)調(diào)，提高了機器人的安全性和可靠性。現(xiàn)階段，機器人技術(shù)有著相當快的發(fā)展，并因此對變位機與其他設(shè)備提出了更高的要求。當前我國的設(shè)計制造能力還在不斷的提高中，對于進一步完善機器人系統(tǒng)具有非常重要的意義。

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

[2] 劉飛佚，佃松宜，向國菲，等.機器人與獨立變位機的協(xié)同控制研究與實現(xiàn)[J].電氣傳動，2016，（3）：62-65；72.

《化工設(shè)計通訊》征稿啟事

《化工設(shè)計通訊》雜志系經(jīng)國家新聞出版廣電總署批準國內(nèi)外公開發(fā)行的全國性石油化工科技類期刊，創(chuàng)刊于1975年，由湖南化工醫(yī)藥設(shè)計院主辦，主管單位為湖南省石油化學行業(yè)管理辦公室。是2014年國家新聞出版廣電總署《第一批認定的學術(shù)期刊名單（共5756種）》中的2804號。被美國化學文摘（CA）、中國期刊網(wǎng)（CNKI）、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CJFD）、中國學術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫（CAJCED）、《中國學術(shù)期刊（光盤版）》等收錄。是中國科技論文統(tǒng)計源期刊。

發(fā)行范圍遍及全國各省市石油化工主管部門、設(shè)計院、科研院（所）、大中小化肥廠、化工企業(yè)、大專院校、圖書館及信息部門等。世界上一些著名的大學也訂閱了本刊：全世界排名前十的大學如哈佛大學、普林斯頓大學、加州理工學院等；中國如香港大學、清華大學、北京大學等；還有一些世界著名的機構(gòu)，如美國能源部、美國國防部、美國國會圖書館、法國國防部、澳大利亞能源部、日本國會圖書館等；還有一些世界著名的跨國公司，如美國杜邦、德國巴斯夫、拜耳、中國石油、中國石化、中國化工等。

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

稿源來自全國各石油化工行業(yè)，刊登文章突出先進性、創(chuàng)新性、科學性、針對性、實用性、和效益性，以解決石油化工設(shè)計、研究、教學和生產(chǎn)中遇到的理論和實際問題。

刊登范圍：石油、化學、煤氣、天然氣、化肥、無機化工、有機化工、環(huán)境保護、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、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、工業(yè)生產(chǎn)、勘探開發(fā)、石油工程、油氣開采、鉆井完井、化工裝備、化學工程、新材料與新技術(shù)、安全環(huán)保、化工能源、資源與環(huán)境、學術(shù)研究。

讀者對象：從事石油化工生產(chǎn)、設(shè)計、研究、建設(shè)、教學和管理的工程技術(shù)人員、研究人員、管理干部、技術(shù)工人、大專院校師生及信息和營銷人員等。

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，主要從事機械設(shè)計、機電相關(guān)研究與焊接機器人實訓(xùn)教學工作。