焊接操作機(jī)一般是與焊接滾輪架、焊接變位機(jī)等組合使用的，多在些制造焊接之類的工廠使用，這種機(jī)器使用起來方便快捷，人只需要在操控臺操控它工作。這種高科技智能產(chǎn)品是怎么設(shè)計(jì)的呢？今天博塔重工帶我們來探究竟。
　　一、焊接操作機(jī)設(shè)計(jì)方案應(yīng)遵循6大原則
　　1、工藝性
　　僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致操作機(jī)性能的降低和成本的提高。焊接操作機(jī)是種高精度、高集成度的自動機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時要體現(xiàn)的重要原則之。
　　2、高強(qiáng)度材料選用
　　由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料時應(yīng)以減輕零部件的質(zhì)量為準(zhǔn)則。
　　3、可靠性
　　一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性?？梢酝ㄟ^概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合方法評定操作機(jī)系統(tǒng)的可靠性。焊接操作機(jī)因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。
　　4、剛度設(shè)計(jì)
　　操作機(jī)設(shè)計(jì)中剛度是比強(qiáng)度更重要的問題，要使剛度大，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。
　　5、尺度規(guī)劃優(yōu)化原則
　　當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足定工作空間要求時，通過尺度優(yōu)化以選定小的臂桿尺寸，這將有利于焊接操作機(jī)剛度的提高，使運(yùn)動慣量進(jìn)步降低。
　　6、運(yùn)動慣量
　　由于焊接操作機(jī)運(yùn)動部件多，運(yùn)動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動，采用小運(yùn)動慣量原則，可增加操作機(jī)運(yùn)動平穩(wěn)性，提高操作機(jī)動力學(xué)性。為此，在設(shè)計(jì)時應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運(yùn)動部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心配置。
　　二、焊接操作機(jī)設(shè)計(jì)方案的基本要求
　　1、工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度
　　夾具在生產(chǎn)中投入使用時要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度；
　　2、夾緊的可靠性
　　夾緊時不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力；
　　3、焊接操作的靈活性
　　使用夾具生產(chǎn)應(yīng)保證足夠的裝焊空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)的過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)；
　　4、便于焊件的裝卸
　　操作時應(yīng)考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉(zhuǎn)或吊運(yùn)使不受損害；
　　5、良好的工藝性
　　所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。設(shè)計(jì)時還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。

　　三、焊接操作機(jī)設(shè)計(jì)方案?

　　本次設(shè)計(jì)的是異型管自動焊接機(jī)得設(shè)計(jì)，機(jī)器人系統(tǒng)包括：由移動式或固定式的操作機(jī)、電源、控制系統(tǒng)以及操作并監(jiān)控機(jī)器人的裝置、外部設(shè)備或傳感器的通訊接口所組成的機(jī)器人控制裝置（硬件和軟件）；末執(zhí)行器；機(jī)器人完成作業(yè)所需的外部設(shè)備、裝置或傳感器。

　　所用的外部設(shè)備均由機(jī)器人的控制系統(tǒng)管理。機(jī)床底座的設(shè)計(jì)采用機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)方式以帶動待焊接工件的勻速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行焊接。另外帶焊接工件夾具則采用夾爪可延導(dǎo)軌左右調(diào)節(jié)的方式以滿足異型管的通用夾具要求。

　　1、驅(qū)動方式的選擇

　　目前所采用的方式是氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電動機(jī)驅(qū)動。此次設(shè)計(jì)選用的是步進(jìn)、伺服電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)輸出力較小，伺服電動機(jī)可大些，適用于運(yùn)動控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)器人?？刂菩阅芎?，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的控制，對環(huán)境無影響。體積小，需減速裝置。維修使用較復(fù)雜，成本較高，率為0.5左右。

　　2、焊接部分自由度的選取

　　根據(jù)工廠現(xiàn)有的自動焊接手臂的實(shí)例，本次設(shè)計(jì)將機(jī)器人機(jī)體分為5部分組：

　　（1）機(jī)器人底座：機(jī)器人的底座是由兩部分組成的，分為上下兩部分，下部分的作用是固定和支撐，屬于不動體，用螺絲固于與地上；上部分是個轉(zhuǎn)臺作用是支撐和旋轉(zhuǎn)，帶動大臂以上部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，是圓弧形的。

　　（2）焊接機(jī)器人大臂設(shè)計(jì)：大臂上的諧波減速器采用的是柔輪不動，剛輪動的方式；諧波減速器的剛輪與機(jī)器人的大臂用螺栓相連，柔輪通過支撐法蘭固定在臂座上，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸用鍵與驅(qū)動軸相連，軸與套筒用鍵連接，并同轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器與套筒用法蘭剛性連接，套筒通過鍵與固定?在支撐法蘭盤上的電磁制動器相聯(lián)。帶內(nèi)圈的從動剛輪與大臂殼體相固聯(lián)。因此大臂殼體與剛輪起在軸承上轉(zhuǎn)動。這種伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動的手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，手臂的轉(zhuǎn)角范圍大。

　　（3）焊接機(jī)器人小臂設(shè)計(jì)：小臂上的諧波減速器也采用的是柔輪不動，剛輪動的方式；諧波減速器的剛輪與機(jī)器人的大臂用螺栓相連，柔輪通過支撐法蘭固定在臂座上，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸用鍵與驅(qū)動軸相連，軸與套筒用鍵連接，并同轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器與套筒用法蘭剛性連接，套筒通過鍵與固定在支撐法蘭盤上的電磁制動器相聯(lián)。帶內(nèi)圈的從動剛輪與小臂殼體相固聯(lián)。因此小臂殼體與剛輪起在軸承上轉(zhuǎn)動。這種伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動的手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，手臂的轉(zhuǎn)角范圍大。

　　（4）機(jī)器人焊接手腕的設(shè)計(jì)：本次設(shè)計(jì)選用手腕具有兩個自由度的設(shè)計(jì)，即手腕可以作選裝運(yùn)動和上下擺動。手腕的驅(qū)動電動機(jī)安裝在大臂關(guān)節(jié)上，經(jīng)諧波減速器用兩鏈傳動將運(yùn)動通過小臂關(guān)節(jié)傳遞到手腕軸上的鏈輪。帶傳動鏈條將運(yùn)動經(jīng)帶輪鏈輪軸和圓錐齒輪帶動軸 (其上裝有機(jī)械接口法蘭盤)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶傳動鏈條將運(yùn)動經(jīng)帶輪鏈輪直接帶動手腕殼體實(shí)現(xiàn)上下俯仰擺動。當(dāng)帶傳動鏈條和帶輪鏈輪不動，使帶傳動鏈條和帶輪鏈輪單轉(zhuǎn)動時，由于軸不動，轉(zhuǎn)動的殼體將迫使圓錐齒輪作行星運(yùn)動，即齒輪隨殼體作公轉(zhuǎn)(上下俯仰夕)，同時還繞軸作附加的自轉(zhuǎn)運(yùn)動。

　　（5）焊接燃料導(dǎo)管：綜上所述此次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是五自由度的焊接機(jī)器人，因此它的未執(zhí)行元件是焊槍，隨著氣保焊的廣泛運(yùn)用，氣體保護(hù)焊更容量實(shí)現(xiàn)自動化，因此我選用的是2co氣體保護(hù)焊，用末法蘭盤將其固定于手腕末。

　　3、機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　（1）機(jī)床部分要求能夠穩(wěn)定的支撐起焊接手臂部分和異型管通用夾具部分，并且能夠帶動夾具及帶焊接圓管旋轉(zhuǎn)和上下調(diào)節(jié)。

　　（2）另外為了滿足機(jī)械手臂焊接不同位置的需要需要把焊接手臂安裝在機(jī)床滾軸絲杠上使手臂可以左右滑動。

　　（3）機(jī)床可以帶動夾具上下小范圍移動，以滿足不同直徑圓管焊接的需要。

　　4、待焊接圓管說明

　　就是在不同位置有凹凸的長圓管，夾爪要能左右調(diào)節(jié)避開凹凸部分。

　　5、夾具部分設(shè)計(jì)

　　夾具同樣是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，要滿足這次設(shè)計(jì)的要求針對異型圓管（在水平面上在不同位置 有彎度的圓管）進(jìn)行焊接，因此這次自動焊接機(jī)夾具部分將采用兩個夾爪可延導(dǎo)軌調(diào)節(jié)位置的設(shè)計(jì)方案。

　　（1）焊接工裝夾具應(yīng)動作迅速、操作方便，操作位置應(yīng)處在工人容易接近、適宜操作的部位。別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人易用力的部位，當(dāng)夾具處于夾緊狀態(tài)時，應(yīng)能自鎖。

　　（2）焊接工裝夾具應(yīng)有足夠的裝配，焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)與焊道保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或者布置在焊件的下方或側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。

　　（3）夾緊可靠，剛性適當(dāng)。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應(yīng)力。

　　（4）為了保證使用安，應(yīng)設(shè)置必要的安連鎖保護(hù)裝置。

　　（5）夾緊時不應(yīng)損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時，應(yīng)限制夾緊力，或者采取壓頭行程限位、加大壓頭接觸而積、加添銅、鋁襯墊等措施。

　　（6）接近焊接部位的夾具，應(yīng)考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對夾緊機(jī)構(gòu)和定位器表面的損傷。

　　（7）夾具的施力點(diǎn)應(yīng)位于焊件的支承處或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力與夾緊力、支承反力與重力形成力偶。

　　（8）注意各種焊接方法在導(dǎo)熱、導(dǎo)電、隔磁、緣等方面對夾具提出的殊要求。例如，凸焊和閃光焊時，夾具兼作導(dǎo)電體；釬焊時，夾具兼作散熱體，因此要求夾具本身具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。再如，真空電子束焊所使用的夾具，為了不影響電子束聚焦，在槍頭附近的夾具零件，不能用磁性材料制作，夾具也不能帶有剩磁。

　　（9）用于大型板焊結(jié)構(gòu)的夾具，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，別是夾具體的剛度，對結(jié)構(gòu)的形狀精度、尺寸精度影響較大，設(shè)計(jì)時要留有較大的余度。

　　（10）在同個夾具上．定位器和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，并且盡量只選用種動力源。

　　（11）工裝夾具本身應(yīng)具有較好的制造工藝性和較高的機(jī)械率。

　　（12）盡量選用已通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機(jī)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)的零部件來制作焊接工裝夾具。

　　6、電氣設(shè)備概述

　　本焊接機(jī)械人可實(shí)現(xiàn)異型管的自動焊接的運(yùn)動，即PLC和光電編碼器相協(xié)調(diào)控制，程序的選擇可在電氣操作的轉(zhuǎn)換由要安裝在機(jī)器的傳感器進(jìn)行控制。

　　這個就是焊接操作機(jī)設(shè)計(jì)方案，從不同的角度分析，制定合適的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出更好更合適的產(chǎn)品，要考慮多方面的因素。臺機(jī)器的設(shè)計(jì)是很復(fù)雜繁瑣的。