機器人焊接系統中變位機的設計

胡廣翻，耿陽婕，王 鵬

（西安科技大學工程訓練中心，陜西西安 710600）

機器人焊接系統中變位機的設計

胡廣翻，耿陽婕，王 鵬

（西安科技大學工程訓練中心，陜西西安 710600）

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

機器人；焊接系統；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量也有了更高的要求了。從本質上來講，機車工件的焊接質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量要求，以提高生產效率。本文介紹的一種中小型焊接自動化設備——50kg變位機為例，對系統中配套變位機的一些設計特點進行了總結分析。

1 50kg變位機概述

50kg變位機是自主研制設計最新推出的一種中小型焊接自動化設備，能與各種型號的MIG/MAG、CO2及TIG焊接電源配合使用，該系統適合于汽車、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，可設定主軸任意轉向，以合適各種角度的焊接；

2）采用直流電機直接驅動，性能可靠，調速范圍寬，工件適應直徑范圍大；

變位機的主要參數為：輸入電壓AC220V；頻率50/ 60Hz；轉盤直徑Ф300mm；轉速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，其內部裝有相應回轉傳動系統，其傳動鏈主要是：交流伺服電機→RV減速機→緩沖機構→輸出軸。在這當中，輸出軸端安裝著相應的夾具，并且在首箱的上部，還裝有相應的定位指針。

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，這兩種設備不僅有著比較緊湊的結構，同時也有著較大的調節范圍，能夠進行更好的精度控制，具有良好的隨動性，可以充分確保環縫接頭焊接的實際要求。通過運用相應的緩沖機構，能夠勉強其對于RV減速機所產生的影響。

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對工件的科學定位。該部件一般都會在直線導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的調整，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構，促進動作速度的提升。

2.3 夾具

在進行夾具的設計時，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定位精度。

2.4 尾箱

從本質上來說，雙座單回轉式變位機，主要就是由尾箱與首箱組成的，在這當中，尾箱被設計成可移動的形式，并在直線導軌滑塊上加以固定，在受到氣缸的驅動后，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，就是能夠將直線導軌當作定位基準，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，并且，其頂緊力越大，則安全系數越大。

2.5 底座

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

3 機器人焊接系統中變位機的設計特點

3.1 實現機器人與變位機的協調配合

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

3.2 確保機器人與變位機運動節奏的合拍性

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，應當多采用氣動的形式，來確保機器人和變位機之間，運動節奏的合拍性。

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，其連續使用的時間較長，相關部件有著較重的工作負荷，因此，在進行實際的設計過程當中，應當運用具有較高可靠性的器件與結構。

3.4 進行相關防護措施的設置

在進行實際的焊接過程中，弧焊機器人所面臨的環境比較惡劣，因此，就要求我們必須為其設置專用的防護裝置，來對運動執行機構進行良好的保護，只有這樣，才能真正確保設備能夠實現長期的穩定運行。因為焊接機器人有著相對穩定的工作狀態，并且不會出現疲勞，并且，在焊接過程中需要長時間保持穩定，所以說，通過運用機器人焊接系統，來實現對高速電力機車風缸的自動焊接，能夠確保其在穩定的條件下，來滿足產品對于強度與性能的要求。在經過了長期的生產使用之后，該系統受住了各種考驗，并且以其良好的性能與較高的焊接質量，獲得了廣泛的好評。

4 結束語

隨著科學技術的不斷發展，焊接機器人正朝著智能化的方向發展，利用控制系統實現了機器人的集成控制和群體協調，提高了機器人的安全性和可靠性。現階段，機器人技術有著相當快的發展，并因此對變位機與其他設備提出了更高的要求。當前我國的設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用[J].機器人技術與應用，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同控制研究與實現[J].電氣傳動，2016，（3）：62-65；72.

《化工設計通訊》征稿啟事

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

發行范圍遍及全國各省市石油化工主管部門、設計院、科研院（所）、大中小化肥廠、化工企業、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，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品的設計、研究、生產、建設、技改、教學等方面的新工藝、新產品、新技術、新設備、新材料。

稿源來自全國各石油化工行業，刊登文章突出先進性、創新性、科學性、針對性、實用性、和效益性，以解決石油化工設計、研究、教學和生產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、環境保護、三廢治理、新能源、新材料、新技術、醫藥工程等。主要刊登石油化工工藝技術方面的文章，也刊登化工設備、環保治理、給排水、儀表、自控、電氣、熱工、材料、通風、技經、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、工業生產、勘探開發、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、安全環保、化工能源、資源與環境、學術研究。

讀者對象：從事石油化工生產、設計、研究、建設、教學和管理的工程技術人員、研究人員、管理干部、技術工人、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，主要從事機械設計、機電相關研究與焊接機器人實訓教學工作。