焊接操作機一般是與焊接滾輪架、焊接變位機等組合使用的，多在些制造焊接之類的工廠使用，這種機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)計的呢？今天博塔重工帶我們來探究竟。
　　一、焊接操作機設(shè)計方案應(yīng)遵循6大原則
　　1、工藝性
　　僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致操作機性能的降低和成本的提高。焊接操作機是種高精度、高集成度的自動機械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計時要體現(xiàn)的重要原則之。
　　2、高強度材料選用
　　由于操作機從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負載起作用的，選用高強度材料時應(yīng)以減輕零部件的質(zhì)量為準則。
　　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)高于整機的可靠性?？梢酝ㄟ^概率設(shè)計方法設(shè)計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系統(tǒng)的可靠性。焊接操作機因機構(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
　　操作機設(shè)計中剛度是比強度更重要的問題，要使剛度大，必須恰當?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
　　當設(shè)計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剛度的提高，使運動慣量進步降低。
　　6、運動慣量
　　由于焊接操作機運動部件多，運動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動，采用小運動慣量原則，可增加操作機運動平穩(wěn)性，提高操作機動力學(xué)性。為此，在設(shè)計時應(yīng)注意在滿足強度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質(zhì)量，并注意運動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心配置。
　　二、焊接操作機設(shè)計方案的基本要求
　　1、工裝夾具應(yīng)具備足夠的強度和剛度
　　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)或吊運使不受損害；
　　5、良好的工藝性
　　所設(shè)計的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。設(shè)計時還要考慮車間現(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、焊接操作機設(shè)計方案?

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

　　所用的外部設(shè)備均由機器人的控制系統(tǒng)管理。機床底座的設(shè)計采用機床主軸旋轉(zhuǎn)的設(shè)計方式以帶動待焊接工件的勻速旋轉(zhuǎn)進行焊接。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、電動機驅(qū)動。此次設(shè)計選用的是步進、伺服電動機。步進電動機輸出力較小，伺服電動機可大些，適用于運動控制要求嚴格的中、小型機器人?？刂菩阅芎?，控制靈活性強，可實現(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例，本次設(shè)計將機器人機體分為5部分組：

　　（1）機器人底座：機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)運動，是圓弧形的。

　　（2）焊接機器人大臂設(shè)計：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）焊接機器人小臂設(shè)計：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）機器人焊接手腕的設(shè)計：本次設(shè)計選用手腕具有兩個自由度的設(shè)計，即手腕可以作選裝運動和上下擺動。手腕的驅(qū)動電動機安裝在大臂關(guān)節(jié)上，經(jīng)諧波減速器用兩鏈傳動將運動通過小臂關(guān)節(jié)傳遞到手腕軸上的鏈輪。帶傳動鏈條將運動經(jīng)帶輪鏈輪軸和圓錐齒輪帶動軸 (其上裝有機械接口法蘭盤)作回轉(zhuǎn)運動，帶傳動鏈條將運動經(jīng)帶輪鏈輪直接帶動手腕殼體實現(xiàn)上下俯仰擺動。當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)運動。

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

　　3、機床結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　（1）機床部分要求能夠穩(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）另外為了滿足機械手臂焊接不同位置的需要需要把焊接手臂安裝在機床滾軸絲杠上使手臂可以左右滑動。

　　（3）機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

　　夾具同樣是本次設(shè)計的重點，要滿足這次設(shè)計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）進行焊接，因此這次自動焊接機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構(gòu)應(yīng)與焊道保持適當?shù)木嚯x，或者布置在焊件的下方或側(cè)面。夾緊機構(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。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構(gòu)和定位器表面的損傷。

　　（7）夾具的施力點應(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)計時要留有較大的余度。

　　（10）在同個夾具上．定位器和夾緊機構(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械率。

　　（12）盡量選用已通用化、標準化的夾緊機構(gòu)以及標準的零部件來制作焊接工裝夾具。

　　6、電氣設(shè)備概述

　　本焊接機械人可實現(xiàn)異型管的自動焊接的運動，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)換由要安裝在機器的傳感器進行控制。

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