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西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 I 頁
西 南 交 通 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
0.1t普通座式焊接變位機(jī)
年 級(jí):2002級(jí)
學(xué) 號(hào):20023237
姓 名:賀有旭
專 業(yè):材料加工工程
指導(dǎo)老師:周友龍
2006年 6月
院 系 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 材料加工工程
年 級(jí) 2002級(jí) 姓 名 賀 有 旭
題 目 0.1t普通座式焊接變位機(jī)
指導(dǎo)教師
評(píng) 語
指導(dǎo)教師 (簽章)
評(píng) 閱 人
評(píng) 語
評(píng) 閱 人 (簽章)
成 績(jī)
答辯委員會(huì)主任 (簽章)
年 月 日
西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 62 頁
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
班 級(jí) 材料02—5班 學(xué)生姓名 賀 有 旭 學(xué) 號(hào) 20023237
發(fā)題日期：2006年 3月10日 完成日期： 6月 15 日
題 目 0.1t普通座式焊接變位機(jī)
1、本論文的目的、意義 焊接變位機(jī)是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜，以便使工件上的焊縫至于水平和船形位置的機(jī)械裝置，主要用于機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼等非長(zhǎng)形工件的焊接。
座式焊接變位機(jī)是應(yīng)用最廣的一種焊接變位機(jī)，載重量一般為1～50噸，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行0.1t的普通座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)，該裝備是以電動(dòng)機(jī)—減速機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)并傾斜的焊接變位機(jī)械，是適應(yīng)相關(guān)工件焊接需要而出現(xiàn)的焊接設(shè)備。
2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：
（1） 設(shè)計(jì)圖紙A0當(dāng)量大于3張；
（2） 設(shè)計(jì)說明書一份；
（3） 英文翻譯一份；
（4） 設(shè)計(jì)日志一份
3、論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 15 周）
第一部分 查閱文獻(xiàn)及調(diào)研 (1周)
第二部分 總體設(shè)計(jì)方案的比較論證及擬定 (2周)
第三部分 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核、修改 (3周)
第四部分 繪制設(shè)備機(jī)構(gòu)及零部件圖 (8周)
第五部分 畢業(yè)論文的撰寫 (2周)
評(píng)閱及答辯 ( 周)
備 注
指導(dǎo)教師： 年 月 日
審 批 人： 年 月 日
摘 要
焊接變位機(jī)是一種焊接輔助設(shè)備，它與焊接操作機(jī)、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設(shè)備中三大機(jī)。焊接變位機(jī)是應(yīng)焊接行業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展需要而產(chǎn)生的。焊接變位機(jī)作為一種焊接配套設(shè)備，用于管子橫向?qū)雍附?，管子與法蘭內(nèi)外環(huán)縫焊接，管子對(duì)管子全位置焊接。焊接變位機(jī)可水平翻轉(zhuǎn)角度，通過工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)及翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使工件上焊縫處于最理想的位置進(jìn)行焊接，從而大大提高焊縫質(zhì)量，減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度，尤其是適合焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件的理想設(shè)備。
本設(shè)計(jì)分析了解國(guó)內(nèi)外焊接變位機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r、以及焊接變位機(jī)在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種0.1噸小型座式焊接變位機(jī)。該變位機(jī)具有兩個(gè)自由度，有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置?？梢苑奖銓?shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)和傾斜翻轉(zhuǎn)，從而能使焊縫變化到平焊位置或“船形”位置。文中對(duì)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算、機(jī)架的設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明，尤其是對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)說明。
本焊接變位機(jī)采用直流電機(jī)—減速機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)并傾斜，具有運(yùn)動(dòng)精度高、慣量小、制動(dòng)性和穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，方便實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。批量生產(chǎn)可獲得比較高的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞： 焊接變位機(jī)； 變位自由度； 焊接輔機(jī)； 焊接自動(dòng)化設(shè)備；
Abstract
Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipe′s landscape orientation welding, pipe and flange′s inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welder’s workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.
By understanding the welding positioner′ s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing.
This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely.
Key words: welding positioner，freedom of deflection，welding auxiliary machine， welding automatic equipment.
目錄
第一章 緒論 1
1.1 設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)的意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外焊接變位機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介 1
1.3 我國(guó)焊接輔助設(shè)備簡(jiǎn)介 3
1.3.1 我國(guó)焊接輔助設(shè)備的發(fā)展歷程 3
1.3.2 焊接輔助設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 4
1.4 關(guān)于焊接機(jī)器人 5
1.4.1 國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 5
1.4.2 我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況 5
1.4.3 應(yīng)用焊接機(jī)器人的意義 6
1.4.4 我國(guó)焊接機(jī)器人應(yīng)用工程 7
1.4.5 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù) 8
1.5 關(guān)于焊接變位機(jī)的幾個(gè)基本定義 9
1.5.1 焊接變位機(jī)的定義 9
1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機(jī) 9
1.5.3 焊接變位機(jī)的變位自由度 10
1.5.4 變位機(jī)的第一主參數(shù) -- 額定負(fù)荷 10
1.6 焊接變位機(jī)的分類 11
1.6.1 焊件變位機(jī)的類型 11
1.6.2 焊機(jī)變位機(jī)械的類型 13
1.6.3 焊工變位機(jī)的類型 14
1.7 幾種常見的焊件變位機(jī)的類型及特點(diǎn) 14
1.8 設(shè)計(jì)本焊接變位機(jī)的目的和意義 16
第2章 總體設(shè)計(jì) 17
2.1 本焊接變位機(jī)總體設(shè)計(jì)及適用范圍 17
2.2 設(shè)計(jì)方案的確定 17
第3章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 21
3.1 傳動(dòng)部分的總體設(shè)計(jì)要求 21
3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和擬定 21
3.3 本焊接變位機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 23
3.3.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 23
3.3.2 工作臺(tái)傾斜系統(tǒng) 23
3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 24
3.4.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 24
3.4.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定 27
3.4.3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證 33
3.5 傳動(dòng)比的擬定及確定 34
3.5.1 總傳動(dòng)比的確定 34
3.5.2 各級(jí)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的分配 34
3.5.3.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 36
3.6 蝸輪、蝸桿的選擇及校核 38
3.6.1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 38
3.6.2 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選擇 39
3.6.3 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 40
3.7 齒輪的設(shè)計(jì)與校核 42
3.7.1 工作臺(tái)傾斜機(jī)構(gòu)中的齒輪的設(shè)計(jì)與校核 42
3.8 諧波齒輪減速器的選擇 44
3.9 軸的設(shè)計(jì)與校核 47
3.9.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 47
3.9.2軸的初估 47
3.9.3 軸的強(qiáng)度校核 48
3.10 軸承的選擇與校核 52
3.10.1 軸承的選擇 52
3.10.2 軸承的校核 52
第4章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 55
4.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 55
4.2 機(jī)架焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 56
4.2.1 機(jī)架應(yīng)用焊接結(jié)構(gòu)存在的問題 56
4.2.2 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)措施 57
結(jié)論 58
致 謝 59
參考文獻(xiàn) 60
第一章 緒論
1.1 設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)的意義
焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百余年的歷史，工業(yè)生產(chǎn)中的一切重要產(chǎn)品，如航空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接技術(shù)。其焊接質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，直接影響整機(jī)性能。所以改進(jìn)焊接技術(shù)，提高焊接質(zhì)量對(duì)工業(yè)現(xiàn)代化起著重要的作用，其中提高焊接機(jī)械化、自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化是改進(jìn)焊接質(zhì)量的一個(gè)重要方面，一般來說焊件的質(zhì)量比較重，靠人工改變焊縫位置很不容易，且效率十分低下。這樣在焊接生產(chǎn)中，就會(huì)遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對(duì)這一實(shí)際需要，人們就設(shè)計(jì)研制了焊接變位機(jī)，選擇合適的變位機(jī)能將被焊工件的各類焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)到最佳位置,從而避免立焊、仰焊，提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。變位機(jī)可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進(jìn)行焊接，是提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的有效廉價(jià)工具。另外,選擇合適的變位機(jī)能降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本,加強(qiáng)安全文明生產(chǎn),有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。
在我國(guó)，焊接變位機(jī)也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔機(jī)，它與焊接操作機(jī)、滾輪架并稱為焊接輔機(jī)中三大機(jī)。 近十年來，這一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的，約有十余個(gè)系列，百余品種規(guī)格，正在形成一個(gè)小行業(yè)。
1.2 國(guó)內(nèi)外焊接變位機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介
一般說來，生產(chǎn)焊接操作機(jī)、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設(shè)備的廠家，大都生產(chǎn)焊接變位機(jī)，生產(chǎn)焊接機(jī)器人的廠家，大都生產(chǎn)機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。但是，以焊接變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè)，非常少見。德國(guó)Severt公司，美國(guó)Aroson公司，我國(guó)天津鼎盛工程機(jī)械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國(guó)的CLOOS、奧地利Igm、日本松下機(jī)器人公司等，都生產(chǎn)與機(jī)器人配套伺服控制的焊接變位機(jī)。
美國(guó)Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，主要類型為傾翻—回轉(zhuǎn)式、傾翻—回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。其承載能力范圍為11 kg～1810噸。
德國(guó)LCOOS公司是國(guó)際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機(jī)器人、焊機(jī)等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國(guó)，除可見到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口的L型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)外，還生產(chǎn)臥式單坐單回轉(zhuǎn)WPV、立式單回轉(zhuǎn)RR502以及各種多軸焊接機(jī)器人配套的變位機(jī)，如立式多工位2×臥式單回轉(zhuǎn)R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2×C型雙回轉(zhuǎn)式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2×傾翻-回轉(zhuǎn)GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2×傾翻-回轉(zhuǎn)×單回移動(dòng)轉(zhuǎn)式GR-WPK 2-CD（9軸）等。
日本松下公司也是機(jī)器人制造公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備—焊接變位機(jī)有12個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)座、夾具體等作成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成產(chǎn)品系列。
80年代初期我國(guó)生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡(jiǎn)單的焊接操作機(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)和回轉(zhuǎn)平臺(tái)等，成套性較差、自動(dòng)化程度低，只能算作機(jī)械化的焊接設(shè)備。目前焊接變位機(jī)已系列化生產(chǎn)，最大承載能力達(dá)100t，每年都有各種汽車、機(jī)車、工程機(jī)械部件焊接用大、中型單面回轉(zhuǎn)和雙面回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)投運(yùn)。現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)焊接變位機(jī)的廠家已經(jīng)不少，但大都不成規(guī)模。以變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成，企業(yè)應(yīng)用焊接變位機(jī)也較少。天津鼎盛工程機(jī)械有限公司、無錫市陽通機(jī)械設(shè)備有限公司、長(zhǎng)沙海普公司、威達(dá)自動(dòng)化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國(guó)內(nèi)占有較大市場(chǎng)。到2000年，國(guó)內(nèi)已開發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約70余品種規(guī)格。可見，國(guó)內(nèi)焊接變位機(jī)的發(fā)展空間還很大，主要向精密化、大型化、功能多樣化、智能化和集成化方向發(fā)展[1]。
1.3 我國(guó)焊接輔助設(shè)備簡(jiǎn)介
1.3.1 我國(guó)焊接輔助設(shè)備的發(fā)展歷程
焊接輔助設(shè)備與器具制造行業(yè)自設(shè)立以來在整個(gè)焊接行業(yè)中占有重要地位，并受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。十五年來我國(guó)焊接輔助設(shè)備與器具制造行業(yè)在原有基礎(chǔ)上有了較快的發(fā)展，焊接輔助設(shè)備品種已從傳統(tǒng)的三大機(jī)－焊接操作機(jī)、變位機(jī)、滾輪架擴(kuò)大到各種焊接專用成套設(shè)備，機(jī)器人工作站配套設(shè)備、焊接生產(chǎn)線和柔性焊接生產(chǎn)系統(tǒng)等。從事焊接裝備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。
焊接輔助設(shè)備確切的名稱應(yīng)為焊接工藝裝備。凡生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)的加工設(shè)備和裝置均屬于焊接工藝裝備，其中包括備料設(shè)備，焊接裝配工夾具，焊接變位機(jī)械、焊件后處理設(shè)備等。與焊接工序直接有關(guān)的焊接工藝裝備主要有坡口加工設(shè)備，焊接裝配工夾具、焊接變位機(jī)，焊接操作機(jī)、專用成套焊接設(shè)備，機(jī)器人工作站和焊接生產(chǎn)線等。
我國(guó)焊接工藝裝備制造行業(yè)起步較晚，直到二十世紀(jì)70年代初才在上海、成都、長(zhǎng)春等地陸續(xù)建成一批專門生產(chǎn)焊接工藝裝備的制造廠。進(jìn)入80年代，隨著國(guó)內(nèi)焊接工藝裝備需用量的日益增長(zhǎng)，各地又相繼成立了多家中小型焊接裝備生產(chǎn)廠。近期又新建成或改建具有一定規(guī)模的焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)。迄今，我國(guó)已有24家焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)量2000萬元以上的已有10多家。有些企業(yè)發(fā)展速度較快,并已具有較大的規(guī)模，某些焊接裝備已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
在焊接裝備的品種、技術(shù)特性方面，80年代初期我國(guó)生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡(jiǎn)單的焊接操作機(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)和回轉(zhuǎn)平臺(tái)等，成套性較差、自動(dòng)化程度低。 80年代后期，由于大量引進(jìn)了國(guó)外較先進(jìn)的成套焊接裝備，促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)焊接裝備的技術(shù)進(jìn)步，無論是裝備的成套性、自動(dòng)化程度還是設(shè)備的精度和制造質(zhì)量都有不同程度的提高。在焊接裝備的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)中廣泛采用了當(dāng)代較先進(jìn)的交流電機(jī)變頻調(diào)速、直流電機(jī)的可控硅調(diào)速，PLC可編程控制器、伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、微機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)控制等。焊接裝備的自動(dòng)化程度有了較大的提高。焊接操作機(jī)可按用戶的需要配備焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。
1.3.2 焊接輔助設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)
為適應(yīng)世界焊接輔助設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，提高我國(guó)焊接輔助設(shè)備的技術(shù)水平，焊接輔助設(shè)備將要向如下五個(gè)方向發(fā)展[2]：
1．精密化
精密化的內(nèi)涵包括高精度、高質(zhì)量和高可靠性。從設(shè)備外觀上看有些焊接裝備幾乎接近于精密金屬切削機(jī)床，在精度要求上，以焊接機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)為例，最高的重復(fù)定位精度為±0.05mm，機(jī)器人和精密操作機(jī)的行走機(jī)構(gòu)定位精度為±0.1mm，移動(dòng)速度的控制精度為±0.1％。
2．大型化
焊接裝備的大型化是焊接結(jié)構(gòu)向高參數(shù)、重型化和大型化發(fā)展的需要。如重型厚壁容器焊接中心的立柱橫梁操作機(jī)的最大規(guī)格已達(dá)12.5m×10m。龍門式操作機(jī)的規(guī)格為8m×8m。大型造船廠使用的門架式鋼板縱縫焊機(jī)最大行程為12m。集裝箱外殼整體組裝焊接中心門架式操作機(jī)的工作行程達(dá)16m。重型H型鋼和箱型梁生產(chǎn)線占地面積可達(dá)整個(gè)車間。
3．多功能化
為充分發(fā)揮自動(dòng)化焊接設(shè)備的效率，一臺(tái)焊接裝備可按工藝要求裝備各種焊頭，如單絲和多絲埋弧焊，單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭，MIG／MAG焊頭和帶極堆焊頭等，與滾輪架，變位器或翻轉(zhuǎn)機(jī)配套可以完成筒體內(nèi)外縱環(huán)縫，封頭拼接縫，內(nèi)壁堆焊、大直徑接管環(huán)縫焊接等。
4．?dāng)?shù)字化
焊接裝備的數(shù)字化控制雖然比傳統(tǒng)的金屬切削加工復(fù)雜得多，但實(shí)施數(shù)字控制的意義則更為重要，不僅提高了效率而且確保了批量生產(chǎn)過程中穩(wěn)定的焊接質(zhì)量還改善了操作環(huán)境。目前在焊接裝備控制系統(tǒng)中，采用PLC可編程控制器已成為最普通的控制器件，為提高焊接裝備自動(dòng)控制的功能和精度已開始采用基于PC機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制系統(tǒng)，同時(shí)也為焊接裝備的網(wǎng)絡(luò)化控制和管控一體化提供了可能。
5．智能化和集成化
焊接裝備的智能化控制是焊接過程自動(dòng)控制的高級(jí)形式，通過各種專用的計(jì)算機(jī)軟件可按原始工件和焊接參數(shù)對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。對(duì)于厚壁接頭、智能化控制可根據(jù)實(shí)測(cè)接頭的幾何尺寸自動(dòng)編制焊接程序和焊接工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)焊接過程的全自動(dòng)化。
1.4 關(guān)于焊接機(jī)器人
1.4.1 國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展
我國(guó)開發(fā)工業(yè)機(jī)器人晚于美國(guó)和日本，起于20世紀(jì)70年代，早期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期，全國(guó)沒有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世。而在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是個(gè)非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，國(guó)家“七五”攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)列入了計(jì)劃，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了攻關(guān)，特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機(jī)器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來，使中國(guó)機(jī)器人在起步階段就瞄準(zhǔn)了實(shí)用化的方向。與此同時(shí)于1986年將發(fā)展機(jī)器人列入國(guó)家“863”高科技計(jì)劃。在國(guó)家“863”計(jì)劃實(shí)施五周年之際，鄧小平同志提出了“發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展的推動(dòng)下，以及對(duì)機(jī)器人技術(shù)研究的技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，863主題專家組及時(shí)對(duì)主攻方向進(jìn)行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，提出了以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，以后又列入國(guó)家“八五”和“九五”中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國(guó)家的組織和支持下，我國(guó)焊接機(jī)器人的研究在基礎(chǔ)技術(shù)、控制技術(shù)、關(guān)鍵元器件等方面取得了重大進(jìn)展，并已進(jìn)入使用化階段，形成了點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人系列產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)。
1.4.2 我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況
我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾個(gè)主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接?！耙黄笔俏覈?guó)最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機(jī)器人車身總焊線 。80年代末和90年代初，德國(guó)大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車，雖然是國(guó)外的二手設(shè)備，但其焊接自動(dòng)化程度與裝備水平，讓我們認(rèn)識(shí)到了與國(guó)外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項(xiàng)目中都引進(jìn)了焊接機(jī)器人?？梢哉f90年代以來的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備的引進(jìn)使我國(guó)的汽車制造水平由原來的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)使國(guó)外焊接機(jī)器人大量進(jìn)入中國(guó)。由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了工程機(jī)械行業(yè)的繁榮，工程機(jī)械行業(yè)也成為較早引用焊接機(jī)器人的行業(yè)之一。近年來由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動(dòng)化焊接技術(shù)，焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。鐵路機(jī)車行業(yè)由于我國(guó)貨運(yùn)、客運(yùn)、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機(jī)器人的需求一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
??? 進(jìn)入21世紀(jì)由于國(guó)外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，我國(guó)汽車行業(yè)的機(jī)器人安裝臺(tái)數(shù)迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺(tái)的數(shù)量增長(zhǎng)。
??? 目前在我國(guó)應(yīng)用的機(jī)器人主要分日系、歐系和國(guó)產(chǎn)三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是沈陽新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。
??? 目前在我國(guó)應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的數(shù)量不足100臺(tái)，特別是近兩年新安裝的機(jī)器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到中國(guó)機(jī)器人的身影，雖然我國(guó)已經(jīng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但卻不能批量生產(chǎn)，形成規(guī)模[2]。
1.4.3 應(yīng)用焊接機(jī)器人的意義
焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人總量的40%以上，與焊接這個(gè)特殊的行業(yè)有關(guān)，焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，同時(shí)由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機(jī)器人有下列主要意義：
??? (1) 穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長(zhǎng)度等對(duì)焊接結(jié)果起決定作用。采用機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小,降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時(shí)，焊接速度、干伸長(zhǎng)等都是變化的，因此很難做到質(zhì)量的均一性。
??? (2) 改善了工人的勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對(duì)于點(diǎn)焊來說工人不再搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從大強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來。
??? (3) 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人沒有疲勞，一天可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機(jī)器人焊接，效率提高的更加明顯。
??? (4) 產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。
??? (5) 可縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資?？蓪?shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專機(jī)的最大區(qū)別就是他可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。
1.4.4 我國(guó)焊接機(jī)器人應(yīng)用工程
焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越的特性，取決于人們對(duì)上述技術(shù)的融合程度。經(jīng)過近10年的努力，我國(guó)在機(jī)器人焊裝夾具設(shè)計(jì)方面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人周邊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，具有年產(chǎn)300余套焊接機(jī)器人工作站的能力。可以說國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)集成商在機(jī)器人工作站及簡(jiǎn)單的焊裝線的設(shè)計(jì)開發(fā)方面具有了與國(guó)外系統(tǒng)集成商抗衡的能力，近幾年為國(guó)內(nèi)汽車零部件等企業(yè)提供了大量的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。但是另外一個(gè)嚴(yán)重的事實(shí)是，我們還不具備制造高水平的機(jī)器人成套焊裝線的能力。國(guó)內(nèi)幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國(guó)外機(jī)器人系統(tǒng)集成商設(shè)計(jì)制造的。
??? 作為焊接機(jī)器人的最大用戶，預(yù)計(jì)未來的10年我國(guó)汽車年產(chǎn)量要達(dá)到千萬輛，現(xiàn)在的焊接裝備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)需求，對(duì)焊接裝備的需求量將大幅增加，焊裝生產(chǎn)線要求更加自動(dòng)化和柔性化，以適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，機(jī)器人將大量應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線中。
1.4.5 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù)
(1) TCP(tool center point工具中心點(diǎn))自動(dòng)校零技術(shù)
??? TCP自動(dòng)校零是用在機(jī)器人焊接中的一項(xiàng)新技術(shù)，它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時(shí)，激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比較與計(jì)算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)運(yùn)行校零程序，自動(dòng)對(duì)每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整，并在最少的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。
??? (2) 雙絲焊接技術(shù)
??? 近年來由于我國(guó)汽車、集裝箱、機(jī)車車輛、工程機(jī)械等行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發(fā)展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時(shí)可以顯著提高焊接速度，達(dá)到3～6m/min，焊接厚板時(shí)可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其它的工藝特點(diǎn)：在熔敷效率增加時(shí)保持較低的熱輸入，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。
??? 由于焊接速度非常高，特別適合采用機(jī)器人焊接，因此可以說機(jī)器人的應(yīng)用也推動(dòng)了這一先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。
??? (3) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)
??? 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護(hù)焊的聯(lián)合，兩種焊接熱源同時(shí)作用于一個(gè)焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代末，但由于激光器的昂貴價(jià)格，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高，以及激光器價(jià)格的不斷降低，同時(shí)為了滿足生產(chǎn)的迫切需求，激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一[2]。
1.5 關(guān)于焊接變位機(jī)的幾個(gè)基本定義
1.5.1 焊接變位機(jī)的定義
在我國(guó)，焊接變位機(jī)是一個(gè)年青的產(chǎn)品。由于制造業(yè)之間發(fā)展水平的差異，很多企業(yè)的焊接工位，還沒有裝備焊接變位機(jī)；同時(shí)，相關(guān)的研究也比較薄弱。迄今為止，沒有專門著作去研究它的定義和分類。對(duì)它的稱呼也就不可能規(guī)范化了。同一種設(shè)備，不同的企業(yè)和不同的人可能有不同的稱呼。如：轉(zhuǎn)胎、轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)架、變位器、變位機(jī)等。為此，我們需要賦予它一個(gè)定義。我們稱：用來拖動(dòng)待焊工件，使其待焊焊縫運(yùn)動(dòng)至理想位置進(jìn)行施焊作業(yè)的設(shè)備，稱焊接變位機(jī)。也就是說，把工件裝夾在一個(gè)設(shè)備上，進(jìn)行施焊作業(yè)。焊件待焊焊縫的初始位置，可能處于空間任一方位。通過回轉(zhuǎn)變位運(yùn)動(dòng)后，使任一方位的待焊焊縫，變?yōu)榇呛?、平焊或平角焊施焊作業(yè)。完成這個(gè)功能的設(shè)備稱焊接變位機(jī)。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質(zhì)量的施焊操作。從而，保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)率和生產(chǎn)過程的安全性[1]。
1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機(jī)
可以肯定的講，如果一臺(tái)變位機(jī)拖動(dòng)焊件，僅做直線運(yùn)動(dòng)，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態(tài)，滿足施焊要求。也就是說，變位運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為變位機(jī)的主自由度。還可以做這樣一個(gè)假設(shè)：在X、Y、Z直角坐標(biāo)系下，設(shè)有一空間直線焊縫，繞Z軸可在360°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，且這個(gè)Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在≥180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，那么，經(jīng)此變位的焊縫，便可變到船角焊位置進(jìn)行施焊作業(yè)。換言之，一個(gè)焊口由兩個(gè)面的共線MN和夾角α組成，在上述兩個(gè)回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個(gè)面與水平面的夾角相等，各為α/2，即變?yōu)榇呛肝恢?。這個(gè)假設(shè)是說，任何復(fù)雜焊件，只要裝在主自由度為一個(gè)全回轉(zhuǎn)和一個(gè)半回轉(zhuǎn)的焊接變位機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)為全功能變位機(jī)。
1.5.3 焊接變位機(jī)的變位自由度
涉及到用戶對(duì)設(shè)備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動(dòng)焊的不同用途，選擇和設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)時(shí)，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運(yùn)動(dòng)自由度，如上述美國(guó)、德國(guó)這種產(chǎn)品很多。
另外，某些焊件，由于焊縫分布簡(jiǎn)單，用一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求，其余少量非重要焊縫，雖然，不能實(shí)施船角焊，但可以實(shí)施平角焊。這樣，為簡(jiǎn)化設(shè)備造價(jià)，工藝上便考慮采用單自由度或功能退化的焊接變位機(jī)，即單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)。根據(jù)使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動(dòng)式等等。
還有一些工位變位機(jī)，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機(jī)的某些自由度，與施焊無關(guān)。還有從工位設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性考慮，兩臺(tái)或多臺(tái)焊接變位機(jī)合并設(shè)計(jì)，這樣就出現(xiàn)了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機(jī)產(chǎn)品。
1.5.4 變位機(jī)的第一主參數(shù) -- 額定負(fù)荷
本文把最能描述焊接變位機(jī)工作能力的參數(shù)，稱第一主參數(shù)。焊接變位機(jī)不同于其他加工設(shè)備，它的基本負(fù)荷就是焊件的“重量”。各國(guó)的焊接變位機(jī)，都是由此給定第一主參數(shù)的。
在國(guó)際上，第一主參數(shù)的量綱沒有統(tǒng)一。對(duì)這一問題，需要做些討論。在歐洲，如德國(guó)Severt公司、CLOOS公司，瑞典ESAB公司等，用重力單位N表示；美國(guó)Aroson公司用英美制質(zhì)量單位Lbs（磅）表示；日本某些公司用國(guó)際質(zhì)量單位kg表示；我國(guó)的焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用了國(guó)際質(zhì)量單位kg，但鼎盛公司采用了重力單位kN。如此可見，在我國(guó)乃至國(guó)際上，焊接變位機(jī)第一主參數(shù)的量綱還沒有統(tǒng)一。其次，對(duì)這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負(fù)荷kg、最大負(fù)荷N（Max load N）、基本承載能力Lbs（Base load capacity in pounds）、承重能力Lbs（Weight capacity Lbs）、許用載荷kg（許容荷載）、最大有效負(fù)荷（Max. payload）等等。
從量綱發(fā)展的歷史分析，用力和質(zhì)量?jī)煞N單位，各有個(gè)的道理。但是，無論是從行業(yè)管理的角度考慮，還是從科學(xué)計(jì)算的角度考慮，都應(yīng)統(tǒng)一。量綱的確定，在于一個(gè)概念，如果衡量焊接變位機(jī)的能力，選擇負(fù)荷單位，即第一主參數(shù)用重力表示，那么，他的量綱應(yīng)該用N、kN。與此相關(guān)的回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)力矩，應(yīng)該用Nm、kNm表示，這樣，與國(guó)際單位制就統(tǒng)一了。這是本文推薦的辦法。
焊接變位機(jī)是涉及人身安全的產(chǎn)品。對(duì)用戶選擇產(chǎn)品負(fù)荷等級(jí)，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負(fù)荷（kg、N）或許用載荷（kg、N），都不能說準(zhǔn)確的表達(dá)了這個(gè)量。見公式（1-1）。
F == kd m g n （1-1）
式中：m——焊件質(zhì)量；
G——重力加速度，即mg為重力；
kd——?jiǎng)雍上禂?shù)；
n——安全系數(shù)。
F——額定承載能力或額定負(fù)荷。
動(dòng)荷系數(shù)kd、安全系數(shù)n，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供選擇方法。
1.6 焊接變位機(jī)的分類
在焊接生產(chǎn)中使用的各種變位機(jī)械可歸納為焊件變位機(jī)、焊機(jī)變位機(jī)和焊工變位機(jī)三大類，每一類又按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或作用分成若干種類，其中焊件變位機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，分述如下[3]：
1.6.1 焊件變位機(jī)的類型
（1）翻轉(zhuǎn)機(jī)
能實(shí)現(xiàn)焊件的翻轉(zhuǎn)或傾斜，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是工件繞水平軸旋轉(zhuǎn)。如圖1—1所示。
圖1—1 翻轉(zhuǎn)變位機(jī)[4]
（2）回轉(zhuǎn)臺(tái)
它能使工件繞垂直軸或傾斜軸旋轉(zhuǎn)，主要用于回轉(zhuǎn)體工件上環(huán)形縫的焊接、堆焊或切割。其轉(zhuǎn)速一般要求連續(xù)可調(diào)。為了傳動(dòng)平穩(wěn)，減輕主軸受力，常在大型垂直軸式回轉(zhuǎn)平臺(tái)的被（下）面設(shè)支承滾輪；傾斜軸式回轉(zhuǎn)臺(tái)夾持大型圓柱（錐）體工件時(shí)，則在工件表外面設(shè)支承滾輪。如圖1—2所示。
圖1—2大回轉(zhuǎn)臺(tái)變位機(jī)[4]
3）滾輪架
是用兩排滾輪支承回轉(zhuǎn)體狀工件并使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置?；剞D(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)是由主動(dòng)滾輪帶動(dòng)，靠它們之間的摩擦力而實(shí)現(xiàn)的。除可用于回轉(zhuǎn)體工件的裝配和焊接外，還可用于非回轉(zhuǎn)體工件的焊接和裝配，這時(shí)工件需夾持在支承環(huán)內(nèi)，由滾輪架帶動(dòng)支承環(huán)而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。如圖1—3所示。
圖1—3 焊接滾輪架[4]
圖1—4 焊接變位器[4]
1.6.2 焊機(jī)變位機(jī)械的類型
焊機(jī)變位機(jī)又稱為焊接操作機(jī)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)焊機(jī)或焊接機(jī)頭的水平移動(dòng)和垂直升降，使其達(dá)到施焊部位，多在大型焊件或無法實(shí)現(xiàn)焊件移動(dòng)的自動(dòng)化焊接的場(chǎng)合下使用。其適應(yīng)性決定于它在空間的活動(dòng)范圍。按其結(jié)構(gòu)特征焊機(jī)變位機(jī)械可歸納為平臺(tái)式、懸臂式和門橋式三種類型。
（1） 平臺(tái)式焊機(jī)變位機(jī)
由平臺(tái)、立架（柱）和臺(tái)車組成。焊接機(jī)頭在平臺(tái)式上可作水平移動(dòng)，平臺(tái)沿立架能垂直升降，立架安在臺(tái)車上，臺(tái)車沿軌道行走。
（2） 懸臂式焊機(jī)變位機(jī)
懸臂和立柱是基本構(gòu)成部分，若增加臺(tái)車，則活動(dòng)范圍加大搖臂式焊機(jī)變位機(jī)的臂長(zhǎng)不變，能繞立柱旋轉(zhuǎn)和沿立柱升降，機(jī)頭可沿臂上的導(dǎo)軌作水平移動(dòng)；伸臂式操作機(jī)的機(jī)臂通過滑座能在水平方向伸縮其長(zhǎng)度，又能繞立柱軸旋轉(zhuǎn)和垂直升降。
（3） 門橋式焊機(jī)變位機(jī)
它分為橋式和門式兩種類型。橋式焊機(jī)變位機(jī)是由梁和兩個(gè)起支承和行走作用的臺(tái)車組成，焊機(jī)接頭可沿梁作橫向移動(dòng)，臺(tái)車沿軌道可作縱向移動(dòng)。門式焊機(jī)變位機(jī)比橋式多一門架，焊接機(jī)頭可在門梁上作橫向移動(dòng)，或者在另設(shè)的可沿門柱上下升降的橫梁作橫向移動(dòng)。
1.6.3 焊工變位機(jī)的類型
焊工變位機(jī)按其動(dòng)作可分為水平移動(dòng)和升降兩類，以升降者居多。兩者都是將人工（焊工、檢驗(yàn)工等）和施焊（或探傷）用的器材送到施工部位的機(jī)械裝置。它們主要在高大的焊接結(jié)構(gòu)施工時(shí)用，生產(chǎn)既安全又快速。
1.7 幾種常見的焊件變位機(jī)的類型及特點(diǎn)
（1） 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)：
該種變位機(jī)適合裝載機(jī)的后車架、壓路機(jī)機(jī)架等工程機(jī)械長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)件的焊接，形式如圖示1—5兩種樣式，其主要特點(diǎn)是立柱一端電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作裝置沿一個(gè)回轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，另一端隨主動(dòng)端從動(dòng)。兩側(cè)立柱可設(shè)計(jì)成可升降式，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。這種型式變位機(jī)的缺點(diǎn)只能在一個(gè)圓周方向回轉(zhuǎn)，選擇時(shí)要注意焊縫形式是否適合。
（2） Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式：
與第一種變位機(jī)型式相比，即在圖1—5第二種的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個(gè)空間又增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。如圖1—6這種型式的變位機(jī)焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置，設(shè)計(jì)先進(jìn)，目前已在工程機(jī)械許多廠家成功使用。該變位機(jī)可根據(jù)各廠的工藝情況在裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)應(yīng)用。
圖1—5 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)[3] 圖1—6 Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)機(jī)型[3]
（3） Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)：
該種變位機(jī)如圖1—7所示，其工作裝置Ｌ型，有兩個(gè)方面的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個(gè)方向都可以±３６０°任意回轉(zhuǎn)。此變位機(jī)與其它類型變位機(jī)相比，開敞性好，容易操作。Ｌ型變位機(jī)已在裝載機(jī)前車架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受現(xiàn)場(chǎng)操作工的歡迎。
（4） Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)：
如圖示1—8，Ｃ型回轉(zhuǎn)形式與Ｌ型機(jī)相同，只是為了方便夾具體的設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的外形，變位機(jī)的工作裝置稍作變動(dòng)。該種型式焊接變位機(jī)，適合裝載機(jī)的鏟斗、挖掘機(jī)的挖斗等焊接。
圖1—7 Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)[3] 圖1—8 Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)[3]
(5) 座式通用變位機(jī)：
如圖1—9，座式焊接變位機(jī)工作臺(tái)有一個(gè)整體翻轉(zhuǎn)的自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進(jìn)行焊接。另外工作臺(tái)還有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機(jī)已被多個(gè)廠家系列化生產(chǎn)，其適合工程機(jī)械的小型焊接件以及一些管類、軸類、盤類等中小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接
在選擇變位機(jī)時(shí)要根據(jù)工件的形狀、焊縫的形式及工藝現(xiàn)狀選取，否則，有可能不好用或不能用。以上基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個(gè)系列，主要為普通型，用于手把焊。此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（PLC、微機(jī)控制）和機(jī)器人配套型產(chǎn)品。與焊接機(jī)器人配套用的變位機(jī)，開發(fā)了十余個(gè)品種。包括：工位變換變位機(jī)（不參與焊接），如，立式雙工位、四工位、八工位變位機(jī)，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機(jī)等；與機(jī)器人配套焊接變位機(jī)（機(jī)器人外部軸），如，傾翻-回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式等。
圖1—9座式通用變位機(jī)[3]
1.8 設(shè)計(jì)本焊接變位機(jī)的目的和意義
本焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)的目的主要是為了實(shí)現(xiàn)重量在100kg范圍內(nèi)的工件在焊接時(shí)的焊縫位置的變位和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接盤狀工件。在焊接生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件，如果是手工操作焊槍以實(shí)現(xiàn)工件的環(huán)焊縫焊接，有很多的不便，焊縫質(zhì)量差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也大，本焊接變位機(jī)可以很好的克服這一問題。
本焊接變位機(jī)是一種小型焊接變位機(jī)，尤其是適應(yīng)中小型焊件的變位，相比大噸位焊接變位機(jī)可以節(jié)約能源，提高效率，尤其是大批量生產(chǎn)時(shí)本焊接變位機(jī)價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)廣泛的使用。
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 本焊接變位機(jī)總體設(shè)計(jì)及適用范圍
焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是滿足系統(tǒng)的功能,從變位機(jī)械在該生產(chǎn)線中的功能入手分析,它主要包括以下幾個(gè)方面的功能：
（1） 對(duì)焊件的停放；
（2） 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件的焊接；
（3） 能夠?qū)⒋更c(diǎn)沿著一定的運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)到最佳焊接位置。
因此根據(jù)焊接變位機(jī)使用要求以及市場(chǎng)需求，本焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求如下：
（1） 本焊接變位機(jī)為兩個(gè)自由度的焊件變位機(jī)；
（2） 其最大負(fù)載為100kg；
（3） 工作臺(tái)傾斜角度為0°～135°，工作臺(tái)傾斜角速度V傾＝0.3~1r/min；
（4） 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角度為0°～360°，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角速度V回＝0.5~3.15r/min；
（5） 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件；
（6） 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，便于加工制造。
本焊接變位機(jī)適用于小焊件的焊接，一般是那種手工不易搬動(dòng)或者搬起來比較費(fèi)力的焊件，對(duì)手工焊和自動(dòng)焊都適用，主要是用來把焊縫變到易于施焊的位置，比如平焊和“船型”焊接位置。
2.2 設(shè)計(jì)方案的確定
在對(duì)焊接變位結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí),其設(shè)計(jì)依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息,在設(shè)計(jì)過程中還需綜合考慮多方面的因素,如工件的焊接方法及其工藝規(guī)范等。
本焊接變位機(jī)由工作平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、機(jī)座、控制裝置、焊接導(dǎo)電裝置等部分組成。
（1） 工作平臺(tái)
它用于工件的停放。由于焊接變位機(jī)一般情況下需配合夾具工作，完成工件的翻轉(zhuǎn)及焊接。因此在工作臺(tái)表面開溝槽，用于固定工件的夾具的移動(dòng)及固定。同時(shí)工作臺(tái)面表面經(jīng)網(wǎng)格狀處理后增大了摩擦，便于工件在變位時(shí)位置的固定。
（2） 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)面上被焊接件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。該部分主要是傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。包括傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)方向、改變運(yùn)動(dòng)速度。
2．1．1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型選擇的一般原則：
① 小功率傳動(dòng)，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以降低制造成本。
② 大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先選用傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒輪傳動(dòng)，以降低能耗。
③ 工作中可能出現(xiàn)過載的工作機(jī)，應(yīng)選用具有過載保護(hù)作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)。但在易爆、易燃場(chǎng)合，不能選用摩擦傳動(dòng)，以防止靜電引起火災(zāi)。
④ 載荷變化較大，換向頻繁的工作機(jī)，應(yīng)選用具有緩沖吸振能力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)。
⑤ 工作溫度較高、潮濕、多粉塵、易爆、易燃場(chǎng)合，宜選用鏈、閉式齒輪或蝸桿傳動(dòng)。
⑥ 要求兩軸保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)選用齒輪或蝸桿傳動(dòng)[6]。
由