机器人焊接工作站电气控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

毕业设计（论文） 题目 机器人焊接工作站电气控制系统设计 学院 专业班级 学生 姓名 指导教师 2015 年 3 月 22 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 摘要 众所周知，焊接作业在制造业中有着十分重要的地位，同时它也是比较苦脏重的工作，因此，无论从技术上或者从经济，劳保或环保的角度上看，在此工作中应用机器人都是十分合适的，目前国外从事焊接工作的机器人约占 60% 焊接机器人具有性能稳定、焊接质量高、生产效率高等优点，能够改善工人劳动条件，消除人为因素对产品质量的影响， 从而保证产品的质量，广泛地应用于现代制造业本文重 点研究了机器人弧焊方式及焊接点艺参数的选择、使转台能够实现转动准确到位的机器人焊接工作站回转台的结构及控制方法和焊接变位机的设计，其中焊接变位机的设计包括变位机的精确变位，焊接夹具的准确定位和可靠夹紧，变位机和机器入之间协调动作的控制技术与方法等等。 关键词 :先进制造；机器入焊接；回转工作台；焊接变位机；焊接工艺参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - to to of on to of in of is to of of of of of so 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 目 录 第一章 绪 论 . - 0 - 言 . - 4 - 业机器人的概述 . - 6 - 业机器人在国外的应用现状 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第二章 焊接机器人工作站 . - 7 - 接机器人工作站的概述 . - 8 - 接机器人工作站系统 . - 10 - 第三章 焊接机器人工作站回转台的设计 . 12 接机器人工作站回转台的功能 . 12 接机器人工作站回转台机械结构 . 12 接机器人工作站回转台的控制技术 . 17 第四章 焊接机器人工作站变位机的实现 . 21 接机器人工作站变位机的功能 . 21 接机器人工作站变位机结构设计 . 24 接机器人工作站变位机控制技术 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第一章 绪 论 言 工业机器人作为现代制造技术发展重要标志之一和新兴技术产业，已为世人所认同，并正对现代高技术产业各领域 以至人们的生活产生着重要影响。 焊接制造是工业机器人应用最多的领域之一。这是由于焊接工艺的复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对于自动化、机械化的要求极为迫切，焊接机器人恰恰又在这些方面显示出无可比拟的优越性。实现机器人焊接代替人工操作成为几代焊接人的理想和追求的目标。随着机器人技术的发展及对焊接质量要求的不断提高，在焊接生产中采用机器人柔性加工单元已成为焊接作业发展的必然趋势。作为焊接生产自动化的主要标准之一，焊接生产系统柔性化的发展方向是以弧焊机器人为主体，配合多自由度变位机及相关的周边 设备，在计算机的综合控制之下实现对空间焊缝的精确焊接。 近年来，为了适应快速变化的市场需求，增强市场竞争力，生产商频繁的更换产品的品种和批量，这就对生产设备的自动化程度和柔性化程度提出了更高的要求。弧焊机器人柔性工作站正是一种具有柔性化特点的高度自动化焊接设备。它不仅能提高焊接生产率、产品的焊接质量、可靠性、加工柔性和制造精度，而且还能改善工人的劳动环境，降低工人的劳动强度，提高经济效益。 业机器人的应用概述 业机器人在国外的应用现状 工业机器人是典型的机电一体化高科技产品，自 从 20 世纪 50 年代美国制造第一台机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，它对于提高生产自动化水平、劳动生买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 产率和经济效益，保证产品质量，改善劳动条件等方面的作用日益显著。工业机器人代替人力劳动是必然的发展趋势，和计算机技术一样，工业机器人的广泛应用，正在日益改变着人类的生产方式和生活方式。同时，机器人工业已成为世界各国备受关注的产业。工业机器人市场前景看好，从 20 世纪下半叶起，世界机器人工业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 90 年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在 10左右。据联合国颁布的最 新调查资料显示， 2000 年世界机器人工业增长率达到 15左右，一年增加了近 10 万台机器人，使世界机器人总拥有量达到 75 万台以上，世界机器人市场呈现出日益兴旺的大好态势。专家们预计，到 21 世纪初的几年内，工作在世界各领域的工业机器人将突破百万台。 自美国推出世界上第一台 和 工业机器人以来 ,机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会（ 统计 ,到 2012 年全世界工业机器人的总数已达到 82 万台 ,比 2006 年增 24%。其中 ,日本拥有 42 万台 ,占全世界机器人总数的 50%左右 ,继续保持“机器人王国”地位。除日本外 ,世界上还有许多工业发达国家 ,如美国和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本 ,但其技术水平较高 ,占有一定的优势。到 2012 年 ,美国拥有12万多台机器人 ,德国为 10 万多台 ,分别占世界机器人总数的 15%和 13%左右 ,排名世界第 2 位和第 3 位。在亚洲 ,韩国的机器人产业发展也非常迅速 ,现排名世界第 5 位；而日本、韩国和新加坡的机器人密度（即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量）居世界第 1 3 位 ,包揽 了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰、南斯拉夫以及北美的加拿大等 ,机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。 业机器人在国内的应用现状与发展 我国工业机器人起步于 20 世纪 70 年代初期，经过 30 多年的发展，大致可分为 3 个阶段： 70 年代的萌芽期， 80 年代的开发期， 90 年代的实用化期。目前，我国机器人的拥有量仅为 80000 台左右，随着我国国民经济的持续高速发展，加快实现经济结构调整和产业升级，提高整个工业的自动化水平，已成为确保国民经济持续高速发展的关键因 素。 在改革大潮中成长起来的一批国内巨人型企业，迫切需要通过企业技术升级来提买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 高产品质量，增强国际竞争力。中国加入 ，客观上也迫使国内企业加快技术改造步伐，以提高企业装备的自动化水平，提高企业国际竞争力。客观实际表明，我国对工业机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。据原国家机械工业部对工业机器人市场预测，“十五” 期间我国工业机器人的需求量将以每年 30以上的速度增长。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势 ,到 2020 年中国机器人市场的容量约达二十几万台套。中国巨大的工业机器人市 场潜力吸引了包括瑞典的司、日本的安川电机、 崎重工、德国的 世界主要机器人生产厂家。我国工业机器人技术经历了“七五” 、“八五”的发展 ,目前已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件设计和软件设计技术，开发出喷涂、点焊、装配、搬运、水下作业等机器人 ,并得到一定规模的应用 ,取得了可喜的成果。特别是通过 863 计划 15 年来实施的一批工业机器人研究项目，推出了几个型号的工业机器人产品，并在实际生产当中进行了应用。这些机器人产品的研制成功 ,实现了具有中国自主知 识版权机器人产品零的突破 ,并且初步具备了和国外同类产品竞争的能力 ,打破了国外机器人对中国市场的垄断 ,促使其降低了在中国的销售价格。 尽管我们通过几代人的努力，在工业机器人技术研究方面取得了一些成果，但是和发达国家工业机器人的设计、生产、应用水平相比还有很大的差距。具体表现在以下几个方面： 一是产品质量、性能、技术水平及品种差距。目前国内机器人基本上处于单台研制和小批量生产阶段 ,产业基地还没有形成或者是刚刚建立，故产品质量和可靠性等性能尚不稳定。技术水平受单台生产的影响 ,和国外同类机器人产品相比还有一定的差距 。产品品种还不多 ,更没有形成系列化，满足不了用户的不同需求。 二是新产品开发方面的差距。国内机器人的研究主要依赖于国家科研计划及其基金的支持 ,当一项研究完成之后 ,不能进一步的自我发展 ,缺乏造血能力 ,在没有国家的进一步支持的情况下 ,就只能停留在原有的成果上 ,不能形成技术储备、自我创新的良性发展。受这种情况的影响 ,我国目前只在有限的几种机器人品种上进行研究和生产 ,还无法形成多品种、系列化开发和生产 ,以满足市场日益增长的需求。 三是产品在国内外市场竞争力方面的差距。机器人产品在国内外市场的竞争主要是品种、技术水平 (包括性能、质量、可靠性 )和成本 (价格 )以及售后服务的竞争 ,目前我国工业机器人品种少 ,技术水平上由于没形成产业化 ,产品质量和可靠性上还有一定买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 的差距。由于一部分关键部件 ,如交流伺服电机和 速器均需进口 ,在没有达到一定的生产规模的情况下 ,成本很难降下来 ,因此 ,我国机器人产业除售后服务暂时具有一定的优势外 ,其他方面尚难与国外进口机器人进行竞争。 中国加入 对国际市场的激烈竞争，中国的制造企业，特别是汽车工业急需引进、开发具有世界先进水平的生产线。目前，我国许多大型的汽车制造企业都在努力进行现代化的 技术改造，如在焊接加工中采用半自动、全自动化加工技术，运用机器人来完成人工动作，如焊接机器人、上下料机器 人、搬运机器人等。利用机器人焊接可以有效提高产品质量、降低能耗、改善工人劳动条件、稳定和保证焊接质量。虽然我国已经掌握了焊接机器人生产的关键技术，并且也有专门生产焊接机器人的工厂，但是机器人产品同世界先进产品相比，在性价比上还有很大差距。目前我国焊接机器人应用主要以自我设计开发焊接辅助设备为主，结合先进的焊接机器人产品，研发出焊接机器人工作站、焊接机器人生产线等自动化焊接加工系统，应用于我国飞速发展的汽 车工业及其它制造业。 焊接机器人分点焊机器人和弧焊机器人两种，可以是单机的焊接机器人，也可以构成多机的焊接机器人生产线。点焊机器人主要进行车身的焊接，如驾驶室、顶架、车门、后围、侧围等，弧焊机器人主要用于焊接车桥、发动机、减速箱等。弧焊机器人的应用相对更广，弧焊机器人的发展是以“满足工件空间曲线高质量的柔性焊接”为根本目标，使用起来相比点焊机器人难度要大，对相关的条件要求严格，如被焊工件的质量或装配精度要求高，机器人操作、维修人员素质要高。当前焊接生产自动化的主要标志之就是焊接生产系统柔性化，其发展方向是 以弧焊机器人为主体，配合多自由度变位机及相关的焊接传感控制设备、先进的弧焊电源，在计算机的综合控制下实现对空问焊缝的精确跟踪及焊接参数的在线调整，实现对熔池形状动态过程的智能控制。 第二章 焊接机器人工作站 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 接机器人工作站的概述 接自动化单机 焊接生产是制造业中应用相当广泛的一种加工工艺，焊接是通过加热或加压，或者两者并用，有时再添加填充材料使工件达到结合的一种方法。焊接可以将不同类型、不同形状、不同尺寸的材料连接起来，且不需要附加连接件，焊接接头的强度也能达到与母材相同 ，因此，焊接结构产品具有质量轻、生产成本低的优点。焊接生产的历史相当悠久，早在三千多年前，古人就在铜器等制造中应用了焊接加工技术，但是现代焊接技术直到十九世纪初才真正发展起来， 1801 年英国人 现了电弧放电现象，这是近代焊接接合技术的起点，人们开始考虑利用电弧熔化金属并进行材料连接的设想。 1885 年俄国人发明了真正可称作电弧焊接的碳弧焊，几年后又用金属电极代替了碳电极，到了二十世纪初，瑞典人发明了焊条，确立了焊条电弧焊技术的基础。1930 年美国人开发了埋弧焊技术，埋弧焊方法是向颗粒状焊剂中连续送进钢 制焊丝，电弧放电所需电流从导电嘴供给，使原来采用有限长焊条的断续焊接，变成持续送进钢制焊丝的连续焊接，这种电流供给方式成为现在自动焊的原形 3。 随着焊接连接方式在制造业中的应用越来越普遍，传统的焊接方法已不适应现代化大生产的要求。现代化制造要求能快速响应市场的需求、追求生产的效益、效率，而传统的手工焊接加工速度难以逐步提高，采用焊接自动化可以有效实现这些要求。早期焊接自动化是刚性的焊接单机，它把加工作业分为多个简单工序，然后分批投入，顺序完成各工序，各工序之间由各种传输装置联系起来，这样完成工序 的时间很短，实现单个工序的自动化。 接自动化生产线 焊接加工自动化生产线主要包括专用焊接设备 (焊接专机、焊接机器人等 )、辅助工具设备 (工艺装备、辅助焊装器具等 )以及各种传输装置等。目前，焊接生产线有三种类型 :刚性焊接生产线、柔性焊接生产线和介于二者之间的过渡型焊接生产线。刚性焊接生产线是传统的自动化焊接生产，应用较早，但因其适应性差，随着先进制造技术的蓬勃发展，工业产品更新换代的加快，这类生产线正面临技术改造或被柔性焊接买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 生产所代替。柔性焊接生产线属于柔性制造系统 (而 最 常用的也是最具有代表性的使用柔性制造技术的制造业自动化系统，它具有一系列显著的优点 :提高劳动生产率；缩短生产周期；提高产品质量；充分提高机床利用率；较多地减少操作人员；较大地降低成本；减少在制品数量和库存容量。 焊接柔性制造系统 (单元 )是信息时代焊接技术的典型代表，一般情况下，它是由焊接机器人、先进焊接电源、离线编程 统、工装机械系统等组成。焊接机器人可以完成任意空间轨迹焊缝的焊接，还能自动跟踪焊接电弧轨迹，防止电弧及烟尘的干扰，具有高超的能力。在焊接机械化、自动化系统中，采用的焊接电源均具有 良好的动特性，大多采用以先进电子元器件及电子技术开发生产的焊接设备，如逆变式可控硅焊接电源、 变式焊接电源等。焊接方法大多采用焊接质量高、生产率高的方法，如自动或半自动 、 及埋弧焊等。离线编程 统使得焊接过程的编程自主地进行，并能对整个焊接过程的大部分动作进行模拟试验而不依赖于整个柔性系统。焊接是一个多变量控制的复杂过程，同时在焊接过程中也会产生热变形等其他变量，因此，很多目的在于预测这类变量情况的焊接工程软件应运而生，用来分析计算焊接过程的众多变量。这类软件在 离线编程 统中得到了广泛的应用。工装机械系统主要是实现焊接产品的装配、变位和焊接等功能，包括诸如焊接变位器、焊接操作机展轮支架、回转台及翻转机等；也包括实现焊接产品自动运输的辅助工装设备等 4。 随着 术在机械制造业、尤其在汽车工业中的广泛应用，焊接生产线的柔性化己引起充分重视，世界上一些大型汽车制造企业，如美国的通用、德国的大众和宝马、日本的丰田、瑞典的沃尔沃等均大量使用柔性焊接生产线。我国目前尚不具备完全意义上的柔性焊接生产线，只是少数几个有实力的汽车、摩托车、工程机械企业正在努力 向这方面发展，并在过渡型焊接生产线方面有所成绩，在使用柔性焊接制造单元上取得很大成功，例如弧焊机器人工作站。弧焊机器人工作站通常由弧焊机器人、机器人焊机、焊接变位机、焊接夹具及其焊接辅助设备组成。弧焊机器人工作站作业过程是由操作者将待焊工件放入装卸工位的焊接变位机的夹具体上，下面的工作过程都是由工作站控制系统控制自动完成，包括待焊工件在夹具体上的准确定位、自动夹紧，工作台回转使安装好的待焊工件转入焊接工位，然后焊接机器人与变位机协调动作，完成工件的自动焊接，焊好的工件再随工作台回转至安装工位，夹紧装置松开工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 件后取下焊好的工件，完成一次自动焊接过程。这种系统是人机一体化的，具有适度自动化水平的柔性自动焊接系统。 目前，国内外采用的焊接机器人系统主要有三种形式： (1) 焊接机器人工作站 过变位机的变位和焊接机器人的协调运动，使机器人焊枪相对于工件的运动既能满足焊缝轨迹，又能满足焊接速度及焊枪姿态的要求。这时候变位机的轴己成为焊接机器人的组成部分。 (2) 焊接机器人生产线 种生产线仍然保持单个焊接机器人工作站的特点， 即每个工作站只能用选定的工件夹具及焊接机器人的程序来焊接预定的工件，在更改夹具及程序之前的一段时间内，这条线不能焊接其它工件。 (3) 焊接柔性生产线 同的是被焊工件都装夹在统一形式的托盘上，托盘可以与柔性焊接线上任何一个焊接工作站的变位机相配合并被自动夹紧，焊接机器人系统首先对托盘的编号或工件进行识别，并自动调出焊接这种工件的程序进行焊接，而整个柔性焊接生产线由一台计算机调度控制。这种焊接生产线的每一个工作站无需作任何调整就可以焊接不同的工件，因此，柔性化程度 很高。 上述三种形式的后两种，柔性化程度较高，对焊接机器人系统的要求也高，目前在我国的应用还不是很合适，我国现今的焊接机器人产业化，主要是采用焊接机器人工作站这种形式。 接机器人工作站系统 本论文研究的“机器人自动焊接工作站”就是一弧焊机器人工作站焊接加工系统，其作用是完成点焊工作台架和机器人弧焊系统两部分，在点焊工作台架上进行前桥横梁组成零件的组装、点焊，在机器人弧焊系统上完成点焊好的前桥横梁总成件的自动弧焊加工。 焊接机器人系统的选型，主要依据产品批量大小和生产企业的经济、技术能力。单件小批量 生产一般不适合采用焊接机器人生产线，中、大批及大量生产，适合采用焊接机器人生产线加工以提高生产率、降低成本，特别是大批、大量生产，最适合采用焊接机器人自动化生产线，此外，焊接机器人生产线的建立，需要大量的资金投入，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 同时，生产企业要有与先进设备相配的技术能力，包括懂设备的技术人员和操作工人，以及焊接前期零件的加工质量的要求 5。 究目标 本论文以研究开发小汽车前桥横梁弧焊机器人工作站焊接加工系统为目标，实现小汽车前桥横梁总成件的自动化焊接加工。车辆的前桥横梁总成的焊接加工，以前多采用手工焊 接加工完成，加工速度较慢，不适应现代化大生产的高效率需求，且手工焊接加工的产品质量也难以保证持续稳定，加工时的恶劣环境对工人的身体健康也会造成伤害。课题通过对汽车前桥横梁焊接总成件加工特点的分析，结合焊接机器人加工特点以及待焊工件生产纲领要求，研究开发前桥横梁弧焊机器人工作站，用于前桥横梁总成件的定位、点焊和机器人弧焊。 弧焊机器人工作站系统由点焊工作台架和机器人弧焊系统两部分组成。 点焊工作台架是组装前桥横粱各零件并点焊固定的夹具，由夹 具体、定位机构和夹紧装置组成，如图 2 组成前桥横粱的十个零件均为钢板冲压成型，零件的尺寸一致性较好，前桥横梁焊接总成件图中各零件的定位尺寸要求由点焊夹具保证。各零件的定位原理均为一面两销定位，零件的夹紧采用气动夹紧方式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 图 2点焊工作台架 1- 夹具体 2 3 4 5 6 7 8 9前桥横梁组成零件安装顺序及定位夹紧方法： (1)将左、右支架放到点 焊台夹具定位块上，以一面两销定位，操控手动阀，使摆动夹紧气缸夹紧支架； (2)横梁本体以两平面凸台 (一面 )和两可伸缩长销定位，平面凸台是横梁本体零件的工艺凸台，可伸缩长销通过两位移气缸控制伸缩，操控手动阀，使两位移气缸定位销外伸，进入横梁本体的两定位孔中； (3)横梁下板在横梁本体上的位置由一面两销定位，定位本体的两可伸缩长销应进入横梁下板的定位孔中，定位面是本体两侧边面。操控手动阀，使摆动气缸夹紧横梁本体和下板； (4)将左、右端部加强板分别放入左、右端部定位夹紧机构的手爪上，拉手动阀，让摆动气缸分别将左 、右端部加强板安装于本体上并夹紧； (5)将调整垫片分别放到调整垫板的定位块上，采用浮动自找正定位方式定位，其原理为一面两销定位。操控手动阀，让伸缩气缸分别将调整垫板送到位，并夹紧。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 图 2前桥横梁焊接机器人工作站系统组成及布局 1- 点焊台架 2 3 4 5 67 8 9 10 11 12 13控制柜 14由于点焊夹具只需要保证前桥横梁各组成零件之间的位置不发生改变，因此夹紧力都比较小，采用 空气压力 0 5紧左、右支架的回转夹紧气缸夹紧力为 600N，夹紧前桥横梁下板与横梁本体的回转夹紧气缸夹紧力为 980N，调整垫板的自找正压紧气缸夹紧力为 200N，压紧端部加强板的摆动气缸，缸径为 50紧力 50N。前桥横梁组成件安装定位并夹紧后，检查各零件定位夹紧状态是否准确无误，确认后根据设定好的点焊位置和焊点数量进行点焊，点焊完后操控各手动 阎，使各个夹紧气缸处于松开位置，取下组装点焊好的前桥横梁。 2机器人弧焊系统 机器人弧焊系统主要完成前桥横梁总成件的自动弧焊加工，包括机器人系统 (操作机和 机器人焊机 (焊接电源、送丝机构 )、 接夹具、工作站系统控制器、焊接辅助设备 (除尘设备、 枪清枪剪丝装置、防飞溅装置、喷防飞溅油装置等 )。前桥横梁焊接机器人工作站系统组成布局如图 2 第三章 焊接机器人工作站回转台的设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 3 1焊接机器人工作站回转台的功能 焊接机器人工作站回转工 作台的作用是实现待加工件的多工位焊接操作。回转工作台上布置多个工位，当一个工位转到焊接位置进行焊接加工时，其它工位可以进行待焊件的安装、定位、夹紧或者焊好工件的卸下，实现多工位并行工作，这样就节省了等待时间，大大提高焊接生产效率。 本焊接机器人工作站采用的对称双工位回转工作台，在工作台上对称布置两副具有变位功能的夹具，可以进行不同的焊接程序以实现不同的工艺要求，即机器人在其中一副夹具上焊接工件时，操作工可以在另一副夹具上装卸工件，这样机器人的利用率较高，一般大于 90，这种回转工作台结构紧凑，是目前使用最广 泛的一种形式。回转工作台是整个焊接装置的主工作平台，工作台两个工位的转动定位精度，以及变位夹具转位的位置精度对机器人焊接产品的质量有直接影响，因此回转工作台的设计要保证转动动作平稳、到位时冲击小、定位准确、转速适中，且工作台要有到位锁紧功能，防止在焊接时回转台的位置发生变化。 3 2焊接机器人工作站回转台机械结构 3 2 1回转工作台结构 回转工作台要满足在工作时转动平稳冲击小，且定位准确、支撑可靠，需要工作台体有一定的强度和刚度；同时，考虑到在工作车间内工作台乃至整 个焊接工作站应尽量占用较小的空间，因此回转工作台规格大小力求紧凑。对于回转工作台主体外形尺寸的确定，要考虑到焊接机器人手臂必须能伸到需要焊接的焊缝的最远端，同时回转工作台在旋转时工作台及其上的零件不能与机器人相碰，根据所选型号焊接机器人手臂的伸出长度，以及工作台上变位夹具的长度，推算出合适的回转工作台外形尺寸，最终确定为 185000样大小的工作台即能保证台面上布置的变位夹具等设备有足够的位置空间，又能确保工作台在转动时不会碰上焊接机器人，并且机器人焊枪能够伸到焊接位置，保证 最远端的焊缝能够完成焊接。回转工作台主买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 体结构的材料采用 5050 样的材料选用即保证回转台有足够的刚度，又控制了回转台的重量。矩形空一 管根据工作台面外形尺寸截成各长度段，通过焊接固接起来，同时在框架中间纵横方向添加钢管横梁支撑，增强工作台主体结构刚度和稳定性。在矩形钢管焊接成的工作台主框架上铺设 12通过焊接使其同工作台主体框架连接，铺设钢板的目的是为了在回转工作台上布置的其它工装设备有一个定位平台，以及容留焊接时的焊渣、焊接飞溅、铁锈等，同时便于 及时清理这些焊接加工产生的废弃物，使其不至落入工作台下，侵袭工作台下电动机、齿轮等驱动工作台转动的动力、传动设备，影响这些设备的正常工作。为了使台面更加平整，更好的在其上面定位放置变位机等部件，并且适当减轻工作台的重量，在钢板焊接后，再进行整体消除应力，并在其上表面进行刨削加工，使其厚度为 10时，在安装回转台时注意整体校平，以保证工作台的定位精度。 回转工作台及其上所有结构部件的重量支撑是通过支撑底座完成的，同时底座还要承受整个工作台装置在制动时产生的全部冲击，底座即要承重 ，又要抗冲击，因此需要有较强的刚性和强度。在底座的设计选材上，采用足够强度的钢板，并拼焊成型。底座的大小应能保证整个工作台回转装置正常运转，同时对于安装在底座上的电机等部件，应使其不得与焊接机器人的底座相碰。在本工作台装置中，通过计算和推断，设计底座直径约 撑底座置于车间平整的地面上，用螺栓连接紧固。 回转工作台底座起着承重、抗冲作用，但底座与工作台之间的连接是通过主轴实现的。工作台的重力实际上是作用在主轴上，再传递给底座，因此，主轴应当重量较轻，刚性和强度较好，同时要有较强的 抗扭性。设计采用空心主轴，这样即能有效减轻整个工作台的重量，又能降低成本。空心轴选用无缝钢管型材，经加工制作而成，根据整个工作台的总重量，结合设计经验，选用钢管型号为外径 180厚 1 5有关材料手册中查出这样的钢管许用应力是 150面对所选主轴进行应力校验。 空心轴钢管外径： 180心轴钢管内径： 150文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 空心轴横截面积： 2R = ( 22 7590 ) 7775个回转台装置重量约 8007840 N 空心轴所承受的应力是： =7840 310 =1008360 =150 过验证可知空心轴承受的应力远远小于材料的许用应力，由于空心轴较短，其变形很小，可以忽略不计，空心轴的选材及结构设计是合理的。空心轴两端分别与底座和工作台相连接，为了保证空心轴的垂直度，使其上的回转工作台运转平稳顺畅，底座与空心轴设计采用法兰连接，并用螺栓紧固，同时为了保证底座与空心轴连接的剐度和稳定性，在底座与空心轴连接处设计加强筋结构。 空心轴两端分别装上有轴向止推承载功能的圆锥滚子轴承，轴承内孔与空心 轴过盈配合连接，轴承外端套上套筒，套筒上再紧固连接一大齿轮，同时套筒上端周向设计成轴肩结构，轴肩周向加工螺栓孔，用螺栓把套筒与回转台紧固连接成一体。回转工作台的转动是出电机带动减速机驱动，减速机又带动齿轮转动，而大齿轮与套筒紧固成一体，套筒又与工作台紧固成一体，从而最终带动回转工作台转动。在回转工作台转动时空心轴是不转动的。图 3 图 31 2， 8 34 5 6 7纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 9 10 回转工作台在焊接过程中的回转速度应满足生产率高和冲击负荷小的要求，回转速度过低，将使工作台转位工作效率下降，跟不上生产节拍；回转速度过快，又会产生过大的冲击载荷，将使整个回转工作装置失去必要的精度，缩短焊接工作站的使用寿命。 回转工作台是由安装在底座上的带制动器的电动机驱动，其转速要求能够连续可调，因此电机采用 带直流制动器的三相异步电机，电机型号、技术参数如下： 电机型号： ， 额定功率： 转速： 1440r 配用 比为 1： 60。 输出端再配一对圆柱齿轮减速，大齿轮齿数 125，小齿轮齿数 3l，因此回转工作台的回转速度为： 12531601440 n= 回转工作台定位装置 为了使回转工作台转位时动作平稳、冲击小且定位精度高，设计一定位装置，一块回转挡铁安装在回 转工作台上，两块死挡铁安装在底座上，在回转工作台转位接近死挡铁前的转位路径上设计两个电感应开关，一个是减速开关，一个是终点 (零位 )开关，工作台在转位中先通过减速开关，控制系统向回转工作台发出减速命令，回转工作台减速回转，这时工作台由正常转动速度开始减速转动，当转位到终点 (零位 )开关时，工作台转位电机停转，这时工作台靠惯性转动，回转挡铁碰上安装在底座死挡铁上的缓冲器，在缓冲器的作用下，回转挡铁在惯性作用下缓慢和死挡铁贴合，直到紧贴死挡铁，转位动作停止，同时安装在底座上的锁紧气缸启动，选用气缸型号为端部的楔形块与回转挡铁的楔形部分抵紧，完成对回转工作台的定位锁紧，使回转工作台准确定位。为了使回转工作台回转到位后的楔紧动作迅速且楔紧买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 可靠，设计两楔形块之间的楔形角度取为 50。考虑到死挡铁在使用一段时间后可能会有松动或磨损，死挡铁结构设计成可调式的，通过调整定位垫片，使回转死挡铁处于准确位置。 3 3焊接机器人工作站回转台的控制技术 焊接机器人工作站回转台的焊接工位与装卸工位的转换，是通过工作台的转位实现的。两工位的变位机分为变位机 A(装卸工位 )和 变位机 B(焊接工位 )，当变位机 位机 台处于锁紧状态，待焊工件安装定位于变位机 夹然后拔出 转工作台逆时针旋转，当转动到转台挡铁接近 触到死挡铁并导通 转工作台开始逆时针减速旋转，然后转台挡铁又接近 触死挡铁并导通 回转工作台逆时针转动停止，然后 回转工作台锁紧不能转动，此时变位机 样就完成了从变位机 位机 于回转工作台上有许多电缆线和气动管线，为了防止这些线路的缠绕，回转台限制在士 1800内转动，就是变位机 80。使变位机 后回转工作台顺时针旋转 1800再使变位机 转工作台的转位示意情况见图 3 2。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 图 3回转台转位示意图 回转工作台转位控制采用变频器 +交流电动机 +制动器以及齿轮减速机构组成的控制方式。回转工作台所对应的两个工位 A、 设置了减速接近开关、到位接近开关；另外对应 A、 作台转动到位后，锁紧汽缸锁紧工作台。锁紧汽缸的夹紧与松开是通过 时电机所带的电磁制动器也受系统 转工作台要求在工作时能快速停止、准确定位，而且正、反向交替回转，因此动力源采用 型号电机带有直流电磁制动器，对制动器制动的控制由 样可以实现制动器控制电源与 频器直接受系统 括正、反转控制信号，故障报警与故障复位，高低速控制 模式 (使用 。此外电机控制部分所需连接的装置还有红外传感器，转台 A、 应 A、 个电感式接近开关。该部分连接如图 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 图 3工作台电机控制原理图 图中工作台电机为带电磁制动器三相交流异步电机，电机型号 ，参数为380V， 1400转分， 制动器为直流制动，故电机还自带整流器，整流器的功能是将交流电压变换为 100制动器使用，而电源的接通受 台用电感式接近开关，选用 埋入式， 作电压为 +24V，重复精度 5 标准距离 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - 第四章 焊接机器人工作站变位机的实现 4 1焊接机器人工作站变位机的功能 4 1 1机器人焊接夹具 1夹具的定义及其发展 夹具是用来定位、夹紧工件的工装设备。在焊接生产中普遍采用焊接夹具，用来对待焊的工件进行准确定位和可靠夹紧，然后进行施焊工作。焊接夹具的设计一般有以下几点要求 : (1)焊接工装夹具应具备足够的强度和刚度。因夹具在使用中要承受多种力的作用，比如焊件的自重、夹紧反力、焊接变形引起豹作用 力、翻转时可能出现的偏心力等，所以夹具必须有一定的强度与刚度。 (2)夹具应有很好的夹紧可靠性。夹具夹紧时既不能破坏焊件的定位，也不能导致工件的变形超出许可范围。为保证产品的形状、尺寸符合图样要求，既不能允许工件松动滑移，又不使工件的约束度过大而产生较大的约束应力。对手动操作夹紧的夹具作用力不可过大，机动夹紧装置的作用力应采用集中控制的方法。 (3)焊接操作应具有宜人的环境。使用夹具焊接生产应保证有足够的装配焊接空间，使操作人员有良好的操作环境和可见范围，让焊接生产的全过程处于稳定的可视状态。 (4)夹具应 能方便装卸焊件。焊前安装工件时应操作简单，焊后卸下工件应方便容易，同时还要注意夹具在翻转或吊运时，其上工件不受损坏。 (5)夹具要有良好的工艺性。夹具应方便制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件，并且尽量降低夹具制造成本。机器人技术将是二十一世纪技术发展的热点。在现代化汽车生产制造工艺 中，焊接机器人专用夹具广泛地研究应用，成为汽车制造工艺领域的重中之重。机器人专用焊接夹具是一种针对性非常强的焊接工艺设备，工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。 在焊接机器人专用夹具 的设计中，应用、研究最多的还是汽车用专用夹具。这是买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 由于汽车生产的批量性特点和产品工艺特殊性决定的，在采用机器人焊接加工的所有制造业中，汽车工业占的比重最大。在机器人自动焊接加工中，专用夹具起着非常关键的作用，夹具设计的成败往往直接影响机器人焊接加工系统的成败，好的夹具系统是成功开发机器人自动化焊接系统的关键因素。随着焊接方法的增多和改进，焊接工艺水平的提高，焊接夹具也由原来传统的手动夹具，逐步过渡到气动夹具、电动夹具，以至机器人专用焊接夹具，夹具设计思想也由原来的形面、孔位定位，低精确度，逐步向高精确度、模 拟智能形发展。 传统的焊接夹具设计，一般要从制件的操作顺序、制件的自由度控制、制件施焊部位的操作性三个主要方面对夹具进行考虑，其设计理念是尽量在一个夹具上实现弧焊的旌焊过程，尽量避免辅助结构及不必要的夹紧、定位方式，使夹具简洁、明快口。 机器人焊接夹具在设计思想方法上与传统手工夹具完全不同，它有自己的设计原则和规范。机器人专用夹具要求精度高，因为机器人本身不具备判断能力，它每次都严格执行给定的程序，或者执行示教过的工作。高的夹具精度不仅保证工件本身的精度要求，而且也保证了机器人能正常完成焊接工作，尽量减少工 件误差对施焊的影响。在机器人焊接夹具设计时，还要考虑给机器人焊枪留有足够的空间，因为机器人焊枪相比手工焊接焊枪要大一些。对于弧焊机器人焊接工艺的夹具结构，除了要满足传统焊接夹具设计思想，还应该考虑到机器人手臂轨迹控制的难易程度、轨迹运行的稳定性以及路径规划，还有夹具在工作状态时，其操作面的位置是否对焊枪运动轨迹控制有所影响。弧焊机器人系统的生产节拍相对较短，夹具出现磨损或变形也必然较快，尤其是夹具承受冲击载荷的部位，对这些部位应设计成可以调整或更换的结构。 2夹具的定位和夹紧 焊件要获得满意的焊缝，必须按 照焊件图样和工艺要求在夹具中得到准确的位置，也就是定位。根据力学知识，空间的任何刚体在直角坐标系中相对于三个相互垂直的平面有六个自由度，即沿 x、 Y、 图4要使工件在夹具中具有准确和固定不变的位置，必须限制这六个自由度，每限制一个自由度，工件就需要与夹具上的一个定位点相接触，这种以六个点限制工件六个自由度