關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；焊接工作站；焊接夾具；柔性

    高娜（1978－）
女，遼寧沈陽(yáng)人，學(xué)士學(xué)位，2002年7月畢業(yè)于沈陽(yáng)理工大學(xué)機械設計及制造專(zhuān)業(yè)，現就職于沈陽(yáng)新松機器人自動(dòng)化股份有限公司，主要從事機器人工作站方案與設計工作。

1     前言

    工業(yè)機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)域的應用非常廣泛。本文通過(guò)汽車(chē)消聲器總成焊接的實(shí)例來(lái)介紹這種類(lèi)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(wèn)題，認為如果一次完成各零部件的定位夾緊是相當困難的，應當將其分塊作業(yè)。分析消聲器總成結構，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：主要由兩臺焊接機器人、兩套焊接夾具和兩套單軸變位機組成。
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）確定變位機的基本形式。工件夾具體應當能變換位置，使工件各處的焊縫可以適應機器人最佳的焊接姿態(tài)；另外，為充分發(fā)揮機器人的工作能力，要把工件的裝卸時(shí)間盡可能地與機器人的工作時(shí)間重合起來(lái)，最好設置兩套夾具裝置能相對機器人實(shí)施交換。

    （3）按持重和工作空間初選機器人型號。

    對于某種工件的具體作業(yè)內容，隨著(zhù)機器人的使用數量、工廠(chǎng)的投資、自動(dòng)化程度、操作方式、車(chē)間設備布局、物流方式以及設計人員的技術(shù)水平等多種因素的變化，可以形成多套總體設計方案，經(jīng)過(guò)認真分析研究，反復對比，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(hù)意見(jiàn)出發(fā)，最后選定的總體布局方案如圖5所示。

    總體布局共設兩個(gè)工作站，均為機器人弧焊。第1工作站完成各小總成的焊接，焊后工件轉移到第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來(lái)滿(mǎn)足機器人焊接需要，分兩個(gè)工作位，其中機器人在里側工作位作業(yè)，操作人員可在外側工作位裝卸及設置工件。

    工作站由機器人本體、單軸伺服變位機、夾具體、焊接電源、保護氣系統、送絲系統、操作系統和安全房幾部分組成。焊接電源的正負極分別通過(guò)導線(xiàn)接在焊絲和變位機機體上；送絲電機裝在機器人本體上；保護氣管通過(guò)專(zhuān)用接頭與送絲機連接；機器人控制箱和電控箱聯(lián)合控制整個(gè)工作站的協(xié)調作業(yè)。

    焊接機器人工作站系統的硬件組成：

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

    （2）焊接工裝夾具。主要滿(mǎn)足工件的定位、裝夾，確保工件準確定位，減小焊接變形，同時(shí)要滿(mǎn)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上快速更換，包括氣、電的快速切換。

    （3）夾具平臺。夾具平臺是滿(mǎn)足焊接工裝夾具的安裝和定位，根據工件焊接生產(chǎn)要求和焊接工藝要求的不同，設計形式亦不相同。它對焊接機器人系統的應用效率起到至關(guān)重要的作用，通常都是以它的設計形式和布局來(lái)確定其工作方式。

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

4     夾具體及變位機

    單元一中的夾具體屬于板式結構。

    機器人焊接單元二為雙機器人焊接，在機器人兩側有兩個(gè)平行布局的焊接變位機（如圖5所示），每個(gè)焊接變位機上安裝一套相同的焊接夾具，不僅能通過(guò)焊接機器人轉位實(shí)現交替焊接，而且當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工件進(jìn)行裝卸。這種焊接方式可將機器人的利用率提高到90％以上。每個(gè)夾具體為獨立的夾具單元，氣和電都采用快換接頭形式，兩套獨立夾具單元定位并安裝在帶外部軸變位的翻轉夾具平臺上，滿(mǎn)足了柔性化焊接生產(chǎn)要求。

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

5     結束語(yǔ)

    汽車(chē)消聲器總成焊接機器人工作站的總體設計思想、系統組成以及關(guān)鍵技術(shù)均可以用于其它工件種類(lèi)的焊接作業(yè)中，無(wú)論哪種工件，在使用機器人時(shí)，都必須對工件毛坯的精度提出較嚴格的要求，再通過(guò)一些針對工件的焊接工藝特點(diǎn)，引入變位機、夾具體等非標設計，就能在作業(yè)中引入機器人，從而大大提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)的競爭活力。
　　
參考文獻：

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    [4]郭勇. 焊接機器人系統應用[J]. 電焊機，2006(3).

作者信息：

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