胡广翻，耿阳婕，王 鹏

（西安科技大学工程训练中心，陕西西安 710600）

机器人焊接系统中变位机的设计

胡广翻，耿阳婕，王 鹏

（西安科技大学工程训练中心，陕西西安 710600）

主要分析了自主研制设计的一种中小型焊接自动化设备，对机器人焊接系统中变位机的基本组成和结构特点进行了具体介绍，并具体分析了机器人焊接系统中变位机的设计特点。

机器人；焊接系统；变位机

当前，铁路机车的速度逐渐提高了，使得其对于机车焊接件的焊接质量也有了更高的要求了。从本质上来讲，机车工件的焊接质量对于机车的运行安全有直接的影响，因此要不断提高焊接的质量要求，以提高生产效率。本文介绍的一种中小型焊接自动化设备——50kg变位机为例，对系统中配套变位机的一些设计特点进行了总结分析。

1 50kg变位机概述

50kg变位机是自主研制设计最新推出的一种中小型焊接自动化设备，能与各种型号的MIG/MAG、CO2及TIG焊接电源配合使用，该系统适合于汽车、摩托车零件、五金零件制造和需要大量焊接圆周焊缝零件的场合，也可以用于其它需变位的工装上。主要性能特点如下：

1）主轴可作90°翻转，可设定主轴任意转向，以合适各种角度的焊接；

2）采用直流电机直接驱动，性能可靠，调速范围宽，工件适应直径范围大；

变位机的主要参数为：输入电压AC220V；频率50/ 60Hz；转盘直径Ф300mm；转速1～12r/min；水平承重：50kg；90°垂直承重25kg；尺寸（L×W×H）：450mm×430mm×380mm；净重：36kg。

2 风缸变位机的组成和特点

风缸变位机的主要组成包括以下几个部分：

2.1 首箱

在风缸变位机中，主要是将首箱安装在底座上的，并且，其内部装有相应回转传动系统，其传动链主要是：交流伺服电机→RV减速机→缓冲机构→输出轴。在这当中，输出轴端安装着相应的夹具，并且在首箱的上部，还装有相应的定位指针。

就针对于其自身的实际特点来看：其主要是通过运用交流伺服电机和RV减速机，这两种设备不仅有着比较紧凑的结构，同时也有着较大的调节范围，能够进行更好的精度控制，具有良好的随动性，可以充分确保环缝接头焊接的实际要求。通过运用相应的缓冲机构，能够勉强其对于RV减速机所产生的影响。

2.2 升降滚轮架

在风缸变位机中，其所运用的升降滚轮架，主要是为工件的装卸提供有效的支撑，并且，在这个过程中，其也能够进一步实现对工件的科学定位。该部件一般都会在直线导轨的滑块上进行固定，并且，其能够顺工件的实际轴线方向来进行相应的移动。

其所具有的特点主要包括：通过运用滚轮架，来对圆柱形工件提供支撑，与此同时，其也能够有以直线导轨作为其在定位时的准，来对工件的轴线位置加以确定。并且，在滚轮架上面，我们可以将工件进行适当的调整，使起纵缝位置在初始点上。此外，限位挡块与升降挡块所运用的都是气动的方式，并以此来有效的简化结构，促进动作速度的提升。

2.3 夹具

在进行夹具的设计时，其所采用的主要是四爪固定的方式，并且具有球面和圆锥面2个定位面，在这当中，圆锥面主要是用来进行筒体的夹持，而球面则主要是用来进行封头的夹持。此外，在首尾箱中，均需要进行一个夹具的安装，其中，首箱的夹具主要是采用轴向固定的方式，而尾箱的夹具，则是用气缸驱动夹紧工件。此外，在球面部分中，还装有缓冲用的橡胶垫。其具有的最大特点，就是有着较强的刚性，并且具有较高的重复定位精度。

2.4 尾箱

从本质上来说，双座单回转式变位机，主要就是由尾箱与首箱组成的，在这当中，尾箱被设计成可移动的形式，并在直线导轨滑块上加以固定，在受到气缸的驱动后，能够在任意的位置上进行尾箱的固定。其自身所具有的最大特点，就是能够将直线导轨当作定位基准，并且在尾箱上的锁紧装置中，可以将尾箱固定在任意位置上。在进行实际的设计过程中，其主要是对电梯的安全钳动作原理进行了充分的借鉴，有着比较简单的机构，并且，其顶紧力越大，则安全系数越大。

2.5 底座

风缸变位机的底座，主要是采用了整体式的设计方式，并且，直线导轨、音箱与滚珠丝杠传动装置等，都固定在这里。其特主要体现在，比较容易确定定位基准，并且比较方便进行安装调试。

3 机器人焊接系统中变位机的设计特点

3.1 实现机器人与变位机的协调配合

在系统当中，弧焊机器人的控制方式，主要是离线编程与示教再现。因此，作为外部轴的变位机，不仅要有相应的机器人控制接口，同时也要具备反馈传感器，来实现与机器人的协调配合。因为示教再现的控制方式本身对于工件的主动适应性就不高，因此，在实际的运行过程中，主要是通过运用变位机，来实现对工件的定位，明确运动的精度。因此，在进行实际的设计过程中，需要我们运用一些精度较高的定位原件，来确保产品的实际焊接质量。

3.2 确保机器人与变位机运动节奏的合拍性

机器人的焊接效率相对来说比较高，因此，变位机作为其外部轴，应当确保自身的运动速度与自动化程度，在选择辅助动作时，应当多采用气动的形式，来确保机器人和变位机之间，运动节奏的合拍性。

3.3 确保变位机的可靠性

一般情况下，机器人在焊接过程中有着较高的动作频率，并且，其连续使用的时间较长，相关部件有着较重的工作负荷，因此，在进行实际的设计过程当中，应当运用具有较高可靠性的器件与结构。

3.4 进行相关防护措施的设置

在进行实际的焊接过程中，弧焊机器人所面临的环境比较恶劣，因此，就要求我们必须为其设置专用的防护装置，来对运动执行机构进行良好的保护，只有这样，才能真正确保设备能够实现长期的稳定运行。因为焊接机器人有着相对稳定的工作状态，并且不会出现疲劳，并且，在焊接过程中需要长时间保持稳定，所以说，通过运用机器人焊接系统，来实现对高速电力机车风缸的自动焊接，能够确保其在稳定的条件下，来满足产品对于强度与性能的要求。在经过了长期的生产使用之后，该系统受住了各种考验，并且以其良好的性能与较高的焊接质量，获得了广泛的好评。

4 结束语

随着科学技术的不断发展，焊接机器人正朝着智能化的方向发展，利用控制系统实现了机器人的集成控制和群体协调，提高了机器人的安全性和可靠性。现阶段，机器人技术有着相当快的发展，并因此对变位机与其他设备提出了更高的要求。当前我国的设计制造能力还在不断的提高中，对于进一步完善机器人系统具有非常重要的意义。

[1] 李素萍，李永刚.变位机在机器人焊接工作站中的应用[J].机器人技术与应用，2014，（4）：33-36.

[2] 刘飞佚，佃松宜，向国菲，等.机器人与独立变位机的协同控制研究与实现[J].电气传动，2016，（3）：62-65；72.

《化工设计通讯》征稿启事

《化工设计通讯》杂志系经国家新闻出版广电总署批准国内外公开发行的全国性石油化工科技类期刊，创刊于1975年，由湖南化工医药设计院主办，主管单位为湖南省石油化学行业管理办公室。是2014年国家新闻出版广电总署《第一批认定的学术期刊名单（共5756种）》中的2804号。被美国化学文摘（CA）、中国期刊网（CNKI）、中国期刊全文数据库（CJFD）、中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）、《中国学术期刊（光盘版）》等收录。是中国科技论文统计源期刊。

发行范围遍及全国各省市石油化工主管部门、设计院、科研院（所）、大中小化肥厂、化工企业、大专院校、图书馆及信息部门等。世界上一些著名的大学也订阅了本刊：全世界排名前十的大学如哈佛大学、普林斯顿大学、加州理工学院等；中国如香港大学、清华大学、北京大学等；还有一些世界著名的机构，如美国能源部、美国国防部、美国国会图书馆、法国国防部、澳大利亚能源部、日本国会图书馆等；还有一些世界著名的跨国公司，如美国杜邦、德国巴斯夫、拜耳、中国石油、中国石化、中国化工等。

主要报道石油化工产品的设计、研究、生产、建设、技改、教学等方面的新工艺、新产品、新技术、新设备、新材料。

稿源来自全国各石油化工行业，刊登文章突出先进性、创新性、科学性、针对性、实用性、和效益性，以解决石油化工设计、研究、教学和生产中遇到的理论和实际问题。

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读者对象：从事石油化工生产、设计、研究、建设、教学和管理的工程技术人员、研究人员、管理干部、技术工人、大专院校师生及信息和营销人员等。

Design of Positioner in Robot Welding System

Hu Guang-fan，Geng Yang-jie，Wang Ρeng

Mainly analyzes the independent research and design of a small welding automation equipment，the basic composition and structure characteristics of positioner system of welding robot was introduced in detail，and analyzes the design features of positioner in robot welding system.

robot；welding system；positioner

TG439.9

A

1003–6490（2016）10–0125–02

2016–10–02

胡广翻（1988—），男，陕西安康人，助理工程师，主要从事机械设计、机电相关研究与焊接机器人实训教学工作。