焊接操作机设计方案

　　焊接操作机一般是与焊接滚轮架、焊接变位机等组合使用的，多在些制造焊接之类的工厂使用，这种机器使用起来方便快捷，人只需要在操控台操控它工作。这种高科技智能产品是怎么设计的呢？今天博塔重工带我们来探究竟。
　　一、焊接操作机设计方案应遵循6大原则
　　1、工艺性
　　仅有合理的结构设计而无良好的工艺性，必然导致操作机性能的降低和成本的提高。焊接操作机是种高精度、高集成度的自动机械系统，良好的加工和装配工艺性是设计时要体现的重要原则之。
　　2、高强度材料选用
　　由于操作机从手腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的，选用高强度材料时应以减轻零部件的质量为准则。
　　3、可靠性
　　一般来说，元器件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。可以通过概率设计方法设计出可靠度满足要求的零件或结构，也可以通过系统可靠性综合方法评定操作机系统的可靠性。焊接操作机因机构复杂、环节较多，可靠性问题显得尤为重要。
　　4、刚度设计
　　操作机设计中刚度是比强度更重要的问题，要使刚度大，必须恰当地选择杆件剖面形状和尺寸，提高支承刚度和接触刚度，合理地安排作用在臂杆上的力和力矩，尽量减少杆件的弯曲变形。
　　5、尺度规划优化原则
　　当设计要求满足定工作空间要求时，通过尺度优化以选定小的臂杆尺寸，这将有利于焊接操作机刚度的提高，使运动惯量进步降低。
　　6、运动惯量
　　由于焊接操作机运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动，采用小运动惯量原则，可增加操作机运动平稳性，提高操作机动力学性。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心配置。
　　二、焊接操作机设计方案的基本要求
　　1、工装夹具应具备足够的强度和刚度
　　夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度；
　　2、夹紧的可靠性
　　夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力；
　　3、焊接操作的灵活性
　　使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的过程处于稳定的工作状态；
　　4、便于焊件的装卸
　　操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害；
　　5、良好的工艺性
　　所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。

　　三、焊接操作机设计方案 

　　本次设计的是异型管自动焊接机得设计，机器人系统包括：由移动式或固定式的操作机、电源、控制系统以及操作并监控机器人的装置、外部设备或传感器的通讯接口所组成的机器人控制装置（硬件和软件）；末执行器；机器人完成作业所需的外部设备、装置或传感器。

　　所用的外部设备均由机器人的控制系统管理。机床底座的设计采用机床主轴旋转的设计方式以带动待焊接工件的匀速旋转进行焊接。另外带焊接工件夹具则采用夹爪可延导轨左右调节的方式以满足异型管的通用夹具要求。

　　1、驱动方式的选择

　　目前所采用的方式是气压驱动、液压驱动、电动机驱动。此次设计选用的是步进、伺服电动机。步进电动机输出力较小，伺服电动机可大些，适用于运动控制要求严格的中、小型机器人。控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的控制，对环境无影响。体积小，需减速装置。维修使用较复杂，成本较高，率为0.5左右。

　　2、焊接部分自由度的选取

　　根据工厂现有的自动焊接手臂的实例，本次设计将机器人机体分为5部分组：

　　（1）机器人底座：机器人的底座是由两部分组成的，分为上下两部分，下部分的作用是固定和支撑，属于不动体，用螺丝固于与地上；上部分是个转台作用是支撑和旋转，带动大臂以上部分做旋转运动，是圆弧形的。

　　（2）焊接机器人大臂设计：大臂上的谐波减速器采用的是柔轮不动，刚轮动的方式；谐波减速器的刚轮与机器人的大臂用螺栓相连，柔轮通过支撑法兰固定在臂座上，驱动电机的输出轴用键与驱动轴相连，轴与套筒用键连接，并同转动。波发生器与套筒用法兰刚性连接，套筒通过键与固定 在支撑法兰盘上的电磁制动器相联。带内圈的从动刚轮与大臂壳体相固联。因此大臂壳体与刚轮起在轴承上转动。这种伺服电机经谐波减速器减速后驱动的手臂关节结构紧凑，手臂的转角范围大。

　　（3）焊接机器人小臂设计：小臂上的谐波减速器也采用的是柔轮不动，刚轮动的方式；谐波减速器的刚轮与机器人的大臂用螺栓相连，柔轮通过支撑法兰固定在臂座上，驱动电机的输出轴用键与驱动轴相连，轴与套筒用键连接，并同转动。波发生器与套筒用法兰刚性连接，套筒通过键与固定在支撑法兰盘上的电磁制动器相联。带内圈的从动刚轮与小臂壳体相固联。因此小臂壳体与刚轮起在轴承上转动。这种伺服电机经谐波减速器减速后驱动的手臂关节结构紧凑，手臂的转角范围大。

　　（4）机器人焊接手腕的设计：本次设计选用手腕具有两个自由度的设计，即手腕可以作选装运动和上下摆动。手腕的驱动电动机安装在大臂关节上，经谐波减速器用两链传动将运动通过小臂关节传递到手腕轴上的链轮。带传动链条将运动经带轮链轮轴和圆锥齿轮带动轴 (其上装有机械接口法兰盘)作回转运动，带传动链条将运动经带轮链轮直接带动手腕壳体实现上下俯仰摆动。当带传动链条和带轮链轮不动，使带传动链条和带轮链轮单转动时，由于轴不动，转动的壳体将迫使圆锥齿轮作行星运动，即齿轮随壳体作公转(上下俯仰夕)，同时还绕轴作附加的自转运动。

　　（5）焊接燃料导管：综上所述此次设计的产品是五自由度的焊接机器人，因此它的未执行元件是焊枪，随着气保焊的广泛运用，气体保护焊更容量实现自动化，因此我选用的是2co气体保护焊，用末法兰盘将其固定于手腕末。

　　3、机床结构设计

　　（1）机床部分要求能够稳定的支撑起焊接手臂部分和异型管通用夹具部分，并且能够带动夹具及带焊接圆管旋转和上下调节。

　　（2）另外为了满足机械手臂焊接不同位置的需要需要把焊接手臂安装在机床滚轴丝杠上使手臂可以左右滑动。

　　（3）机床可以带动夹具上下小范围移动，以满足不同直径圆管焊接的需要。

　　4、待焊接圆管说明

　　就是在不同位置有凹凸的长圆管，夹爪要能左右调节避开凹凸部分。

　　5、夹具部分设计

　　夹具同样是本次设计的重点，要满足这次设计的要求针对异型圆管（在水平面上在不同位置 有弯度的圆管）进行焊接，因此这次自动焊接机夹具部分将采用两个夹爪可延导轨调节位置的设计方案。

　　（1）焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、适宜操作的部位。别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。

　　（2）焊接工装夹具应有足够的装配，焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。

　　（3）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。

　　（4）为了保证使用安，应设置必要的安连锁保护装置。

　　（5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触而积、加添铜、铝衬垫等措施。

　　（6）接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。

　　（7）夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。

　　（8）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、缘等方面对夹具提出的殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时，夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电子束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。

　　（9）用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的余度。

　　（10）在同个夹具上．定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用种动力源。

　　（11）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械率。

　　（12）尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。

　　6、电气设备概述

　　本焊接机械人可实现异型管的自动焊接的运动，即PLC和光电编码器相协调控制，程序的选择可在电气操作的转换由要安装在机器的传感器进行控制。

　　这个就是焊接操作机设计方案，从不同的角度分析，制定合适的设计方案，设计出更好更合适的产品，要考虑多方面的因素。台机器的设计是很复杂繁琐的。