【《某汽车产线中弧焊工作站的总体方案设计案例》1900字（论文）】

某汽车产线中弧焊工作站的总体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7593某汽车产线中弧焊工作站的总体方案设计案例 1250651功能需求分析 1125612机械结构方案设计 1308023控制系统方案设计 3110244弧焊工作站总体布局 51功能需求分析本弧焊工作站需实现流水线生产，并且对于整个焊接过程需要有机器人参与搬运、焊接、检测环节，各个机器人之间需要协同工作，还需配合其他外部自动化设备，同时需要将实时状态显示在人机交互界面。为了实现流水线化生产，需要设计转台来转换焊接完成零件，搬运机器人应添加底座行走轴，增加其工作范围，汽车侧围焊接附件需设计机器人专用搬运夹具，焊接机器人应考虑焊接负极搭接方式。整个焊接过程中机器人与机器人、机器人末端执行器、外部夹具、其他机械装置不得出现干涉，干涉区内作业必须互锁。所有设计须进行仿真验证，同时需要控制节拍。2机械结构方案设计如图2-1所示，为TT-40型轿车汽车产线侧围焊接附件，由于焊接附件大小不一并且带有孔洞，综合考虑焊接附件特征现选用手指气缸对焊接附件进行夹取。图2-1TT-40型轿车汽车产线侧围焊接附件手指气缸选型方案1：支点开闭式手指气缸如图2-2所示，支点开闭式手指气缸的Y形夹爪的活塞杆上有一个环槽，由于手指耳轴与环形槽相连，因而手指可同时移动且居中对中，并确保抓取力矩始终恒定[17]。主要有C形开闭气爪和凸轮式180°开闭气爪，可以实现双向抓取；可自动对中，重复精度高，在小范围内零件夹取尤为便利[17]。图2-2支点开闭式手指气缸手指气缸选型方案2：平行开闭式手指气缸如图2-3所示，平行开闭式手指气缸原理是通过两个活塞动作，每一活塞由一个滚轮和一个双曲柄与气动手指相连，形成一个特殊的驱动单元，实现气动手指总是轴向对心移动，每个手指是不能单独移动的[18]。平行夹爪气缸如果手指反向移动，则先前受压的活塞处于排气状态，而另一个活塞处于受压状态[19]。图2-3平行开闭式手指气缸综上两种手指气缸，由于焊接附件均属于小型轻量件，大小不一，且焊接位置空间较狭窄，若采用采用支点开闭式手指气缸，则三个焊接附件无法公用一个机器人末端执行器，因手指气缸特点现采用平行开闭式手指气缸来夹持焊接附件，且此夹紧气缸采用滚珠导轨设计，具有更高的可靠性和更小的摩擦阻尼。如图2-4所示为TT-40型轿车侧围，由于轿车侧围外型不规则，因此需设计机器人专用末端执行器。因为此设计不包含其他类型汽车侧围，所以无需考虑柔性定位。搬运机器人末端执行器还需夹持汽车侧位进行焊接工作，故气缸选择焊接夹紧气缸。如图2-5所示，焊接夹紧气缸较普通气缸有夹紧力大、带自锁等优势，满足设计气缸选择，现提出以下两种汽车侧围搬运机器人末端执行器设计方案：图2-4TT-40型轿车侧围图2-5焊接夹紧气缸方案1：焊接件拼装机器人末端执行器可采用焊接来固定夹紧气缸，焊接件结构刚度大，整体性好，不削弱截面。焊接还可以将不同形状及尺寸（板厚、直径）甚至不同材料连接起来，从而达到降低重量，节约材料，资源优化等目的[20]。方案2：标准件螺栓连接八角管型材和其连接件连接标准件是工业上常用的设计手段，如图2-6为工业常用黑色多空圆管，材质为钢制，常用在工业机器人非标末端执行器设计中；图2-7为钢制连接件，用来连接八角铝管和多孔圆管；图2-8为八角铝管，用八角铝管设计机器人末端执行器时通常设计为H型框架，以提高稳定性和结构刚度。此种设计具有结构设计简便，零件连接方便、质量轻、刚度好，对于轻载件的框架组合尤其便利，而且方便后期维修和更换。图2-6多空圆管图2-7钢制连接件图2-8八角铝管综上两种设计方案，由于TT-40型轿车侧围形状不规则、重量分布不均匀，而且作业过程中需要保证外侧不被划伤，而焊接难度较大，且焊接过程中易出现板材受热变形，影响后期气缸安装精度等难题，故采用八角管型材和其连接件用螺栓连接的方式。3控制系统方案设计控制系统作为机器人工作站的核心部分，需要控制机器人各个电机的方向、速度、力矩、温度等参数。在此工作站中需要给搬运机器人添加行走轴，增加其自由度，以获取更大的搬运距离。此外，此工作站中的四台工业机器人I/O信号及外部机械装置和传感器信号需要PLC对其进行处理，焊接控制原理图如图2-9所示。机器人拥有独立的控制系统，但在干涉区作业时需要PLC对其进行统一调配。每台机器人在干涉区作业前都需要向PLC询问，PLC确认机器人可以进入干涉区作业时，方可进入。机器人之间的信号交互需要由PLC协调处理[21]。图2-9焊接流程图4弧焊工作站总体布局1-焊接附件搬运机器人；2-焊接机器人；3-搬运机器人；4-检测机器人；5-转台夹具图2-10TT-40型轿车汽车产线侧围机器人弧焊工作站布局图此工作站总体布局如图2