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                                          關鍵詞：工業機器人；焊接工作站；焊接夾具；柔性

    高娜（1978－）
女，遼寧沈陽人，學士學位，2002年7月畢業于沈陽理工大學機械設計及制造專業，現就職于沈陽新松機器人自動化股份有限公司，主要從事機器人工作站方案與設計工作。

1     前言

    工業機器人不僅能提高生產效率，而且能大大提高產品質量，因而在焊接領域的應用非常廣泛。本文通過汽車消聲器總成焊接的實例來介紹這種類型工作站的組成及主要技術。

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個零件組成，焊縫數量為5；分總成b由6個零件和5個吊鉤支架組成，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生干涉，同時考慮便于焊接等問題，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。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；另外，為充分發揮機器人的工作能力，要把工件的裝卸時間盡可能地與機器人的工作時間重合起來，最好設置兩套夾具裝置能相對機器人實施交換。

    （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內容，隨著機器人的使用數量、工廠的投資、自動化程度、操作方式、車間設備布局、物流方式以及設計人員的技術水平等多種因素的變化，可以形成多套總體設計方案，經過認真分析研究，反復對比，最后優選出一套切合實際的可行方案。從自動化程度、成本、生產率及用戶意見出發，最后選定的總體布局方案如圖5所示。

    總體布局共設兩個工作站，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滿足機器人焊接需要，分兩個工作位，其中機器人在里側工作位作業，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導線接在焊絲和變位機機體上；送絲電機裝在機器人本體上；保護氣管通過專用接頭與送絲機連接；機器人控制箱和電控箱聯合控制整個工作站的協調作業。

    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和應用廣泛程度，可分為弧焊機器人和點焊機器人，本次焊接采用弧焊機器人。

    （2）焊接工裝夾具。主要滿足工件的定位、裝夾，確保工件準確定位，減小焊接變形，同時要滿足柔性化生產要求。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。夾具平臺是滿足焊接工裝夾具的安裝和定位，根據工件焊接生產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重要的作用，通常都是以它的設計形式和布局來確定其工作方式。

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

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平行布局的焊接變位機（如圖5所示），每個焊接變位機上安裝一套相同的焊接夾具，不僅能通過焊接機器人轉位實現交替焊接，而且當工件在一副焊接夾具上進行焊接的同時，在另一副焊接夾具上可對工件進行裝卸。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，滿足了柔性化焊接生產要求。

    單軸伺服變位機如圖6所示，夾具體裝在變位機主動頭和從動頭的接手上，主動頭的交流伺服電機通過RV減速裝置驅動夾具體旋轉。被動頭的轉軸是中空的，旋轉進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，并且電流不通過軸承。轉軸前端的輪盤是電線的釋放和收集裝置。夾具體旋轉的極限位置是通過兩個接近開關檢測的，如果接近開關出現故障，主動側接手后部的撞塊會由死擋塊限位而停轉。

5     結束語

    汽車消聲器總成焊接機器人工作站的總體設計思想、系統組成以及關鍵技術均可以用于其它工件種類的焊接作業中，無論哪種工件，在使用機器人時，都必須對工件毛坯的精度提出較嚴格的要求，再通過一些針對工件的焊接工藝特點，引入變位機、夾具體等非標設計，就能在作業中引入機器人，從而大大提高生產率和產品質量，增加企業的競爭活力。
　　
參考文獻：

    [1]陳立德. 工裝設計[M]. 上海:上海交通大學出版社，2001:51～64.

    [2]吳正華. 專用夾具原理及結構[J]. 機床/附件/工裝，2006(3).

    [3]馮辛安. 機械制造裝備設計[M]. 北京:機械工業出版社2005:200～270.

    [4]郭勇. 焊接機器人系統應用[J]. 電焊機，2006(3).

作者信息：

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