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                                          關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；焊接工作站；焊接夾具；柔性

    高娜（1978－）
女，遼寧沈陽人，學(xué)士學(xué)位，2002年7月畢業(yè)于沈陽理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)，現(xiàn)就職于沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，主要從事機(jī)器人工作站方案與設(shè)計(jì)工作。

1     前言

    工業(yè)機(jī)器人不僅能提高生產(chǎn)效率，而且能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，因而在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。本文通過汽車消聲器總成焊接的實(shí)例來介紹這種類型工作站的組成及主要技術(shù)。

2     消聲器焊接工藝分析

    由圖1可知，該消聲器總成分為兩套前后獨(dú)立的分總成a和b,它們之間用螺釘連接。分總成a由8個(gè)零件組成，焊縫數(shù)量為5；分總成b由6個(gè)零件和5個(gè)吊鉤支架組成，焊縫數(shù)量為10。這些零部件必須在夾具上能夠逐一定位和夾緊，為了使夾具與夾具之間不能發(fā)生干涉，同時(shí)考慮便于焊接等問題，認(rèn)為如果一次完成各零部件的定位夾緊是相當(dāng)困難的，應(yīng)當(dāng)將其分塊作業(yè)。分析消聲器總成結(jié)構(gòu)，先焊接成1、3、5、6所示的小總成，然后再把1、2、3、4、5焊接成一體（分總成一），把6、7、8、9、10、11、12、13、14焊接成一體（分總成二）。

圖2  第一序完成的焊縫

    第二焊接單元：主要由兩臺(tái)焊接機(jī)器人、兩套焊接夾具和兩套單軸變位機(jī)組成。
共分兩道焊接工序：工序二完成分總成一和分總成二（部分吊鉤除外）的焊接工作；工序三完成分總成二中剩余吊鉤的焊接工作（如圖3、圖4所示）。

圖4  第三序完成的焊縫

3     總體布局

    在制作總體方案之前，應(yīng)首先做三件事：

    （1）夾具體尺寸的估算。分析各零部件的定位夾緊方案并留有一定的余地，估算出夾具體的外形及大小，必要時(shí)要用作圖法估算。

    （2）確定變位機(jī)的基本形式。工件夾具體應(yīng)當(dāng)能變換位置，使工件各處的焊縫可以適應(yīng)機(jī)器人最佳的焊接姿態(tài)；另外，為充分發(fā)揮機(jī)器人的工作能力，要把工件的裝卸時(shí)間盡可能地與機(jī)器人的工作時(shí)間重合起來，最好設(shè)置兩套夾具裝置能相對(duì)機(jī)器人實(shí)施交換。

    （3）按持重和工作空間初選機(jī)器人型號(hào)。

    對(duì)于某種工件的具體作業(yè)內(nèi)容，隨著機(jī)器人的使用數(shù)量、工廠的投資、自動(dòng)化程度、操作方式、車間設(shè)備布局、物流方式以及設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平等多種因素的變化，可以形成多套總體設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過認(rèn)真分析研究，反復(fù)對(duì)比，最后優(yōu)選出一套切合實(shí)際的可行方案。從自動(dòng)化程度、成本、生產(chǎn)率及用戶意見出發(fā)，最后選定的總體布局方案如圖5所示。

    總體布局共設(shè)兩個(gè)工作站，均為機(jī)器人弧焊。第1工作站完成各小總成的焊接，焊后工件轉(zhuǎn)移到第2工作站；第2工作站為消聲器總成的完成焊，使用兩套單軸變位機(jī)來滿足機(jī)器人焊接需要，分兩個(gè)工作位，其中機(jī)器人在里側(cè)工作位作業(yè)，操作人員可在外側(cè)工作位裝卸及設(shè)置工件。

    工作站由機(jī)器人本體、單軸伺服變位機(jī)、夾具體、焊接電源、保護(hù)氣系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和安全房幾部分組成。焊接電源的正負(fù)極分別通過導(dǎo)線接在焊絲和變位機(jī)機(jī)體上；送絲電機(jī)裝在機(jī)器人本體上；保護(hù)氣管通過專用接頭與送絲機(jī)連接；機(jī)器人控制箱和電控箱聯(lián)合控制整個(gè)工作站的協(xié)調(diào)作業(yè)。

    焊接機(jī)器人工作站系統(tǒng)的硬件組成：

    （1）焊接機(jī)器人本體。包括配套焊接電源系統(tǒng)、焊槍系統(tǒng)和控制器。根據(jù)焊接電源的種類和應(yīng)用廣泛程度，可分為弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人，本次焊接采用弧焊機(jī)器人。

    （2）焊接工裝夾具。主要滿足工件的定位、裝夾，確保工件準(zhǔn)確定位，減小焊接變形，同時(shí)要滿足柔性化生產(chǎn)要求。所謂柔性化，就是要求焊接工裝夾具在夾具平臺(tái)上快速更換，包括氣、電的快速切換。

    （3）夾具平臺(tái)。夾具平臺(tái)是滿足焊接工裝夾具的安裝和定位，根據(jù)工件焊接生產(chǎn)要求和焊接工藝要求的不同，設(shè)計(jì)形式亦不相同。它對(duì)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用效率起到至關(guān)重要的作用，通常都是以它的設(shè)計(jì)形式和布局來確定其工作方式。

    （4）單軸伺服變位機(jī)（相當(dāng)于機(jī)器人的外部軸）。主要滿足機(jī)器人的各種焊槍姿態(tài)，協(xié)調(diào)機(jī)器人完成各種焊縫的焊接作業(yè)。

4     夾具體及變位機(jī)

    單元一中的夾具體屬于板式結(jié)構(gòu)。

    機(jī)器人焊接單元二為雙機(jī)器人焊接，在機(jī)器人兩側(cè)有兩個(gè)平行布局的焊接變位機(jī)（如圖5所示），每個(gè)焊接變位機(jī)上安裝一套相同的焊接夾具，不僅能通過焊接機(jī)器人轉(zhuǎn)位實(shí)現(xiàn)交替焊接，而且當(dāng)工件在一副焊接夾具上進(jìn)行焊接的同時(shí)，在另一副焊接夾具上可對(duì)工件進(jìn)行裝卸。這種焊接方式可將機(jī)器人的利用率提高到90％以上。每個(gè)夾具體為獨(dú)立的夾具單元，氣和電都采用快換接頭形式，兩套獨(dú)立夾具單元定位并安裝在帶外部軸變位的翻轉(zhuǎn)夾具平臺(tái)上，滿足了柔性化焊接生產(chǎn)要求。

    單軸伺服變位機(jī)如圖6所示，夾具體裝在變位機(jī)主動(dòng)頭和從動(dòng)頭的接手上，主動(dòng)頭的交流伺服電機(jī)通過RV減速裝置驅(qū)動(dòng)夾具體旋轉(zhuǎn)。被動(dòng)頭的轉(zhuǎn)軸是中空的，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣活接頭安裝在轉(zhuǎn)軸的尾部，壓縮空氣從尾部引入，從轉(zhuǎn)軸的前端面引出。焊接電源的負(fù)極固連在軸承箱右側(cè)（被動(dòng)頭）的壓塊上，在彈簧的作用下，壓塊始終與轉(zhuǎn)軸接觸，以保證良好的導(dǎo)電性，并且電流不通過軸承。轉(zhuǎn)軸前端的輪盤是電線的釋放和收集裝置。夾具體旋轉(zhuǎn)的極限位置是通過兩個(gè)接近開關(guān)檢測(cè)的，如果接近開關(guān)出現(xiàn)故障，主動(dòng)側(cè)接手后部的撞塊會(huì)由死擋塊限位而停轉(zhuǎn)。

5     結(jié)束語

    汽車消聲器總成焊接機(jī)器人工作站的總體設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)組成以及關(guān)鍵技術(shù)均可以用于其它工件種類的焊接作業(yè)中，無論哪種工件，在使用機(jī)器人時(shí)，都必須對(duì)工件毛坯的精度提出較嚴(yán)格的要求，再通過一些針對(duì)工件的焊接工藝特點(diǎn)，引入變位機(jī)、夾具體等非標(biāo)設(shè)計(jì)，就能在作業(yè)中引入機(jī)器人，從而大大提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)活力。
　　
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    [4]郭勇. 焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用[J]. 電焊機(jī)，2006(3).

作者信息：

    （新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，  遼寧 沈陽  110168）高  娜，張紅紅