0 引言

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能莫，弧焊機器人與變位機系統(tǒng)扮演了越來越重要的角色。目前烧晤，由焊接機器人和變位機組成的焊接工作站主要有兩類：一類是非同步妇愉、工作站，另一類是同步工作站情澈。對于非同步工作站屎谆，借助分度機可以將待焊工件轉(zhuǎn)到幾個特定的位置，然后由機器人分別對每一個特定位置的焊縫進行焊接瘤琐。此類工作站中機器人和變位機之間的運動關(guān)系比較簡單琐览，機器人的示教和離線編程相對來說比較容易。對于一些復(fù)雜焊縫柑土，要求機器人和變位機在焊接過程中協(xié)調(diào)運動蜀肘。此時，機器人和變位機的各自由度之間存在著很強的耦合關(guān)系稽屏。

本文著重探索數(shù)控技術(shù)在弧焊機器人與變位機協(xié)調(diào)運動的應(yīng)用扮宠，力求在弧焊機器人工作站中保證電弧電壓、電弧電流狐榔、送絲速度坛增、焊槍運行速度等參數(shù)的數(shù)字化匹配。

1 弧焊機器人與變位機的協(xié)調(diào)運動分析

1.1 弧焊機器人與變位機協(xié)調(diào)運動的意義

在比較規(guī)則的焊縫焊接過程中薄腻，弧焊機器人與變位機之間的運動相對比較簡單收捣。但是對于復(fù)雜曲線焊縫來說，往往待焊焊縫只有某一時刻的很短一段在比較理想的焊接位置庵楷。一般來說罢艾，熔化焊過程中使焊縫各個焊點的熔池始終處于水平或者稍微下坡狀態(tài)是比較理想的位姿，這樣得到的焊縫外觀比較平滑尽纽、美觀咐蚯，焊縫質(zhì)量相當(dāng)好。為此，要實現(xiàn)比較理想的焊接姿態(tài)须涣，就必須要求不斷地將待焊點順序地移動到各自的理想位置涌咪。在此過程中，機器人與變位機之間要有很精確的協(xié)調(diào)運動紫颈。

1.2 弧焊機器人與變位機的耦合與解耦

弧焊機器人與變位機的協(xié)調(diào)運動主要是指弧焊機器人與變位機之間運動的耦合與解耦下风。

如圖1，設(shè)復(fù)雜焊縫MN在t時刻處于P位置嘁汗，此時焊點M處于理想狀態(tài)：經(jīng)過At時間鹤肥，焊縫運動到p’位置，焊點Ⅳ在Ⅳ揣恳，點處于理想狀態(tài)冠樱。在這段時間內(nèi)焊點M的軌跡為弧MM’，焊點Ⅳ的軌跡為弧NN’一膝。焊槍要完成焊縫的焊接颠舞，既不可能僅僅沿焊縫MN運動，也不可能單純沿MM’運動顾腊，它在空間的軌跡只能是兩種運動的合成即空問曲線弧MN7粤铭。這樣，通過運動合成明確了焊槍在空間的軌跡杂靶。還存在一個問題：焊槍在從M到N的過程中還有姿態(tài)約束梆惯，這一方面是為了保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求。另一方面也是為了避免焊槍和工件的碰撞吗垮。

圖1 機器人與變位機的藕合關(guān)系

2 弧焊機器人模塊與變位機模塊的研究

現(xiàn)代弧焊機器人系統(tǒng)一般包括弧焊機器人模塊和變位機模塊垛吗，對于這兩個模塊的研究直接關(guān)系到整個機器人系統(tǒng)的工作效能。下面分別就變位機模塊和機器人模塊做一些簡單的探討烁登。

2.1焊接變位機的種類

目前怯屉。與機器人配套使用的焊接變位機有多重結(jié)構(gòu)形式，比較常見的焊接變位機結(jié)構(gòu)形式有：(1)固定式回轉(zhuǎn)平臺;(2)頭架式變位機;(3)頭尾架式變位機;(4)座式變位機;(5)L形變位機;(6)雙頭架式變位機：(7)雙座式變位機;(8)組合式多軸變位機等8種類型饵沧。

焊接變位機的結(jié)構(gòu)形式主要是為了便于完成復(fù)雜焊縫的焊接锨络，要考慮到實際的經(jīng)濟效益。

2.2 數(shù)控技術(shù)在變位機研發(fā)和設(shè)計中的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當(dāng)今機械制造業(yè)中起著重要地位狼牺。而現(xiàn)代數(shù)控機床是綜合應(yīng)用了計算機羡儿、自動控制、自動檢測以及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物锁右，繼承了數(shù)控機床的優(yōu)良性能搜痕，可以檢查出代碼的正確性细咽，從而可以提高加工質(zhì)量队趁，減少出錯率，加快編程速度。是典型的機電一體化產(chǎn)品松摘，是完全新型的自動化機床;這顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化的戰(zhàn)略性作用督垮，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化乳栈、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志影啸。

焊接變位機是一種通用、高效的以實現(xiàn)環(huán)縫焊接為主的焊接設(shè)備组伤∠鄄疲可配用氬弧焊機(填絲或不填絲)、熔化極氣體保護焊機(C02/MAG/MIG焊機)遗秩、等離子焊機等焊機電源伐怀，并可與其它機組成自動焊接系統(tǒng)。該產(chǎn)品主要由旋轉(zhuǎn)機頭绎狭、變位機構(gòu)以及控制器組成细溅。旋轉(zhuǎn)機頭轉(zhuǎn)速可調(diào)，具有獨立調(diào)速電路儡嘶。撥碼開關(guān)直接預(yù)置焊縫長度喇聊。傾斜角度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，焊槍可氣動升降蹦狂∈睦椋可見變位機也是一種現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)。而現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟鸥咖，但是迄今為止我國尚未制定出焊接變位機的設(shè)計規(guī)程燕鸽。利用成熟的數(shù)控機床設(shè)計規(guī)程可以對變位機的設(shè)計進行指導(dǎo)。數(shù)控機床的編程啼辣，設(shè)備控制啊研。伺服驅(qū)動等與變位機相似。數(shù)控機床加持待加工工件與數(shù)控刀具的相對運動可以類比弧焊機器人持焊槍與變位機的相對運動鸥拧。

2.3 多軸聯(lián)動實現(xiàn)復(fù)雜曲線焊縫的焊接

數(shù)控機床最突出的優(yōu)點是：可以根據(jù)編程党远，加工出較為復(fù)雜的曲線，比如圓朝正、拋物線等蒸败。數(shù)控機床能加工出復(fù)雜的曲線。必須是多軸聯(lián)動农想，現(xiàn)代數(shù)控機床往往是刀具固定在一個位置雅沽，工件做相對于刀具的運動。同樣的道理例氓，弧焊機器人與變位機之間蚜症。我們可以類比焊槍就是數(shù)控加工過程中的刀具融卿，待焊焊縫就好比待加工工件。這樣將會大大簡化機器人模塊和變位機模塊慎接。

由圖2我們可以看到數(shù)控機床的刀具正在加工復(fù)雜曲面油蒙。在其工作過程中，數(shù)控刀具與待加T曲面之間必然有相互運動的耦合药妄。而這種耦合是通過數(shù)控程序控制的保地，數(shù)控技術(shù)目前是非常成熟的。這對于機器人工作站的研發(fā)有很強的指導(dǎo)意義刀昼。

圖2數(shù)控機床正在加工復(fù)雜曲面

2.4 弧焊機器人控制下焊槍的運動

現(xiàn)代工業(yè)機器人模塊(圖3)嗓奢，功能已經(jīng)相當(dāng)強大，能夠加持焊槍多角度轉(zhuǎn)動浑厚，與變位機之間的耦合也是非常容易實現(xiàn)蔓罚。

圖3 機器人模塊頭部的運動范圍
機器人模塊控制焊槍可以很大范圍地運動，更加有助于實現(xiàn)與變位機的耦合與解耦瞻颂。數(shù)控技術(shù)在焊接中的應(yīng)用是隨著國外進產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展起來的豺谈。同時，國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展也會促進數(shù)控技術(shù)在焊接中的應(yīng)用贡这。

3 數(shù)控技術(shù)控制弧焊機器人系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動舉例

如圖4所示茬末，一個橢圓形焊縫，如果變位機夾持待焊工件盖矫，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)中的宏程序編程即可輕松解決復(fù)雜焊縫的焊接問題丽惭。

圖4橢圓狀焊縫

橢圓加工在數(shù)控技術(shù)中的編程思路：以一小段直線代替曲線，逐點趨近的方法來完成橢圓焊縫的焊接辈双。

1/4橢圓焊縫軌跡線加工方法：已知橢圓的參數(shù)方程為

此程序可以在變位機相對靜止的情況下责掏，弧焊機器人完成橢圓曲線焊縫的焊接。

4 結(jié)論

綜上所述湃望，數(shù)控機床技術(shù)在變位機中的應(yīng)用换衬，更好地促進了弧焊機器人與變位機之間的運動協(xié)調(diào)關(guān)系。雖然我國尚未制定出焊接變位機的設(shè)計規(guī)程笼万，但是成熟的數(shù)控機床設(shè)計規(guī)程可以作為指導(dǎo)歪眨，為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)大大節(jié)約了時間、空間简些，特別是在車輛蛉增、船舶制造方面，使得工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運輸效率大大提高而成本費用不斷降低篱撩。

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