西南交通大學本科畢業設計(論文) 第 I 頁本科畢業設計（論文）0.1t普通座式焊接變位機年 級:2002級學 號:姓 名專 業:材料加工工程指導老師:2006年 6月院 系 材料科學與工程學院 專 業 材料加工工程 年 級 2002級 姓 名 賀 有 旭 題 目 0.1t普通座式焊接變位機 指導教師評 語 指導教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 西南交通大學本科畢業設計(論文) 第 62 頁畢業設計（論文）任務書班 級 材料025班 學生姓名 賀 有 旭 學 號 20023237 發題日期：2006年 3月10日 完成日期： 6月 15 日題 目 0.1t普通座式焊接變位機 1、本論文的目的、意義 焊接變位機是將工件回轉、傾斜，以便使工件上的焊縫至于水平和船形位置的機械裝置，主要用于機架、機座、機殼等非長形工件的焊接。 座式焊接變位機是應用最廣的一種焊接變位機，載重量一般為150噸，本設計主要進行0.1t的普通座式焊接變位機的設計，該裝備是以電動機減速機驅動工作臺回轉并傾斜的焊接變位機械，是適應相關工件焊接需要而出現的焊接設備。 2、學生應完成的任務： （1） 設計圖紙A0當量大于3張； （2） 設計說明書一份； （3） 英文翻譯一份； （4） 設計日志一份 3、論文各部分內容及時間分配：（共 15 周）第一部分 查閱文獻及調研 (1周)第二部分總體設計方案的比較論證及擬定 (2周)第三部分傳動機構的設計及計算校核、修改 (3周)第四部分繪制設備機構及零部件圖 (8周)第五部分畢業論文的撰寫 (2周)評閱及答辯 ( 周)備 注 指導教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要焊接變位機是一種焊接輔助設備，它與焊接操作機、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設備中三大機。焊接變位機是應焊接行業的機械化、自動化發展需要而產生的。焊接變位機作為一種焊接配套設備，用于管子橫向對接焊接，管子與法蘭內外環縫焊接，管子對管子全位置焊接。焊接變位機可水平翻轉角度，通過工作臺的回轉及翻轉運動使工件上焊縫處于最理想的位置進行焊接，從而大大提高焊縫質量，減輕焊工勞動強度，尤其是適合焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉工件的理想設備。本設計分析了解國內外焊接變位機的發展狀況、以及焊接變位機在焊接機器人中的應用，設計了一種0.1噸小型座式焊接變位機。該變位機具有兩個自由度，有兩套獨立的驅動和傳動裝置。可以方便實現工件的旋轉和傾斜翻轉，從而能使焊縫變化到平焊位置或“船形”位置。文中對驅動力的計算、機架的設計進行了說明，尤其是對傳動裝置的設計進行了重點說明。本焊接變位機采用直流電機減速機驅動工作臺回轉并傾斜，具有運動精度高、慣量小、制動性和穩定性好，可實現無級調速，方便實現正反轉等優點。批量生產可獲得比較高的經濟效益。關鍵詞： 焊接變位機； 變位自由度； 焊接輔機； 焊接自動化設備；AbstractWelding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipes landscape orientation welding, pipe and flanges inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welders workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.By understanding the welding positioner s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing.This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely.Key words: welding positioner，freedom of deflection，welding auxiliary machine， welding automatic equipment.目錄第一章 緒論11.1 設計焊接變位機的意義11.2 國內外焊接變位機發展簡介11.3 我國焊接輔助設備簡介31.3.1 我國焊接輔助設備的發展歷程31.3.2 焊接輔助設備的發展趨勢41.4 關于焊接機器人51.4.1 國內焊接機器人技術的發展51.4.2 我國焊接機器人的應用狀況51.4.3 應用焊接機器人的意義61.4.4 我國焊接機器人應用工程71.4.5 焊接機器人的最新應用技術81.5 關于焊接變位機的幾個基本定義91.5.1 焊接變位機的定義91.5.2 主自由度及全功能焊接變位機91.5.3 焊接變位機的變位自由度101.5.4 變位機的第一主參數 - 額定負荷101.6 焊接變位機的分類111.6.1 焊件變位機的類型111.6.2 焊機變位機械的類型131.6.3 焊工變位機的類型141.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點141.8 設計本焊接變位機的目的和意義16第2章 總體設計172.1 本焊接變位機總體設計及適用范圍172.2 設計方案的確定17第3章 傳動部分設計213.1 傳動部分的總體設計要求213.2 傳動系統的分析和擬定213.3 本焊接變位機傳動系統的確定233.3.1工作臺回轉系統233.3.2 工作臺傾斜系統233.4 電動機的選擇243.4.1 電動機類型的選擇243.4.2 電動機功率的確定273.4.3電動機轉速的驗證333.5 傳動比的擬定及確定343.5.1 總傳動比的確定343.5.2 各級傳動裝置傳動比的分配343.5.3.計算傳動裝置的運動和動力參數363.6 蝸輪、蝸桿的選擇及校核383.6.1 蝸桿傳動的特點383.6.2 蝸桿頭數和蝸輪齒數的選擇393.6.3 蝸桿傳動的強度計算403.7 齒輪的設計與校核423.7.1 工作臺傾斜機構中的齒輪的設計與校核423.8 諧波齒輪減速器的選擇443.9 軸的設計與校核473.9.1 軸的結構設計原則473.9.2軸的初估473.9.3 軸的強度校核483.10 軸承的選擇與校核523.10.1 軸承的選擇523.10.2 軸承的校核52第4章 機架的設計554.1 機架的設計554.2 機架焊接結構設計564.2.1 機架應用焊接結構存在的問題564.2.2 焊接結構的設計措施57結論58致 謝59參考文獻60第一章 緒論1.1 設計焊接變位機的意義焊接技術自發明至今已有百余年的歷史，工業生產中的一切重要產品，如航空、航天及核能工業中產品的生產制造都離不開焊接技術。其焊接質量的好壞直接影響產品質量的好壞，直接影響整機性能。所以改進焊接技術，提高焊接質量對工業現代化起著重要的作用，其中提高焊接機械化、自動化水平，實現焊接工藝及裝備的現代化是改進焊接質量的一個重要方面，一般來說焊件的質量比較重，靠人工改變焊縫位置很不容易，且效率十分低下。這樣在焊接生產中，就會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對這一實際需要，人們就設計研制了焊接變位機，選擇合適的變位機能將被焊工件的各類焊縫轉動到最佳位置,從而避免立焊、仰焊，提高焊接質量及生產效率。變位機可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進行焊接，是提高焊接效率和質量，降低勞動強度的有效廉價工具。另外,選擇合適的變位機能降低工人的勞動強度及生產成本,加強安全文明生產,有利于現場管理。在我國，焊接變位機也已悄然成為制造業的一種不可缺少的設備，在焊接領域把它劃為焊接輔機，它與焊接操作機、滾輪架并稱為焊接輔機中三大機。 近十年來，這一產品在我國工程機械行業，有了較大的發展，獲得了廣泛的應用。就型式系列和品種規格而言，已問世的，約有十余個系列，百余品種規格，正在形成一個小行業。1.2 國內外焊接變位機發展簡介一般說來，生產焊接操作機、滾輪架、焊接系統及其他焊接設備的廠家，大都生產焊接變位機，生產焊接機器人的廠家，大都生產機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導產品的企業，非常少見。德國Severt公司，美國Aroson公司，我國天津鼎盛工程機械有限公司等，算是比較典型的生產焊接變位機的企業。德國的CLOOS、奧地利Igm、日本松下機器人公司等，都生產與機器人配套伺服控制的焊接變位機。美國Aroson公司生產的焊接設備有焊接變位機、操作機、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產的焊接變位機，主要類型為傾翻回轉式、傾翻回轉升降式、雙座雙回轉式，雙座單回轉式和雙座單回轉升降式。其承載能力范圍為11 kg1810噸。德國LCOOS公司是國際上生產焊接設備的大型公司之一。生產焊接機器人、焊機等產品。也生產作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。在我國，除可見到與焊接機器人系統配套進口的L型雙回轉式、傾翻-回轉式和單回轉式變位機外，還生產臥式單坐單回轉WPV、立式單回轉RR502以及各種多軸焊接機器人配套的變位機，如立式多工位2臥式單回轉R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2C型雙回轉式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2傾翻-回轉GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2傾翻-回轉單回移動轉式GR-WPK 2-CD（9軸）等。日本松下公司也是機器人制造公司。這個公司生產的機器人外部設備焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等作成了標準模塊，集合而成產品系列。80年代初期我國生產的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉機和回轉平臺等，成套性較差、自動化程度低，只能算作機械化的焊接設備。目前焊接變位機已系列化生產，最大承載能力達100t，每年都有各種汽車、機車、工程機械部件焊接用大、中型單面回轉和雙面回轉翻轉機投運。現在我國生產焊接變位機的廠家已經不少，但大都不成規模。以變位機為主導產品發展起來的企業，尚未形成，企業應用焊接變位機也較少。天津鼎盛工程機械有限公司、無錫市陽通機械設備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設備公司等單位生產的變位機在國內占有較大市場。到2000年，國內已開發的變位機產品約70余品種規格。可見，國內焊接變位機的發展空間還很大，主要向精密化、大型化、功能多樣化、智能化和集成化方向發展1。1.3 我國焊接輔助設備簡介1.3.1 我國焊接輔助設備的發展歷程焊接輔助設備與器具制造行業自設立以來在整個焊接行業中占有重要地位，并受到業內人士的高度重視。十五年來我國焊接輔助設備與器具制造行業在原有基礎上有了較快的發展，焊接輔助設備品種已從傳統的三大機焊接操作機、變位機、滾輪架擴大到各種焊接專用成套設備，機器人工作站配套設備、焊接生產線和柔性焊接生產系統等。從事焊接裝備設計和生產的企業規模不斷擴大，技術水平、產品質量不斷提高。焊接輔助設備確切的名稱應為焊接工藝裝備。凡生產焊接結構的加工設備和裝置均屬于焊接工藝裝備，其中包括備料設備，焊接裝配工夾具，焊接變位機械、焊件后處理設備等。與焊接工序直接有關的焊接工藝裝備主要有坡口加工設備，焊接裝配工夾具、焊接變位機，焊接操作機、專用成套焊接設備，機器人工作站和焊接生產線等。我國焊接工藝裝備制造行業起步較晚，直到二十世紀70年代初才在上海、成都、長春等地陸續建成一批專門生產焊接工藝裝備的制造廠。進入80年代，隨著國內焊接工藝裝備需用量的日益增長，各地又相繼成立了多家中小型焊接裝備生產廠。近期又新建成或改建具有一定規模的焊接裝備生產企業。迄今，我國已有24家焊接裝備生產企業，年產量2000萬元以上的已有10多家。有些企業發展速度較快,并已具有較大的規模，某些焊接裝備已實現批量生產。在焊接裝備的品種、技術特性方面，80年代初期我國生產的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉機和回轉平臺等，成套性較差、自動化程度低。 80年代后期，由于大量引進了國外較先進的成套焊接裝備，促進了國產焊接裝備的技術進步，無論是裝備的成套性、自動化程度還是設備的精度和制造質量都有不同程度的提高。在焊接裝備的驅動和控制系統中廣泛采用了當代較先進的交流電機變頻調速、直流電機的可控硅調速，PLC可編程控制器、伺服電機及其驅動系統、微機和工業計算機控制等。焊接裝備的自動化程度有了較大的提高。焊接操作機可按用戶的需要配備焊縫自動跟蹤系統和工業電視監控系統。1.3.2 焊接輔助設備的發展趨勢為適應世界焊接輔助設備行業的發展，提高我國焊接輔助設備的技術水平，焊接輔助設備將要向如下五個方向發展2：1精密化精密化的內涵包括高精度、高質量和高可靠性。從設備外觀上看有些焊接裝備幾乎接近于精密金屬切削機床，在精度要求上，以焊接機器人配套的焊接變位機為例，最高的重復定位精度為0.05mm，機器人和精密操作機的行走機構定位精度為0.1mm，移動速度的控制精度為0.1。2大型化焊接裝備的大型化是焊接結構向高參數、重型化和大型化發展的需要。如重型厚壁容器焊接中心的立柱橫梁操作機的最大規格已達12.5m10m。龍門式操作機的規格為8m8m。大型造船廠使用的門架式鋼板縱縫焊機最大行程為12m。集裝箱外殼整體組裝焊接中心門架式操作機的工作行程達16m。重型H型鋼和箱型梁生產線占地面積可達整個車間。3多功能化為充分發揮自動化焊接設備的效率，一臺焊接裝備可按工藝要求裝備各種焊頭，如單絲和多絲埋弧焊，單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭，MIGMAG焊頭和帶極堆焊頭等，與滾輪架，變位器或翻轉機配套可以完成筒體內外縱環縫，封頭拼接縫，內壁堆焊、大直徑接管環縫焊接等。4數字化焊接裝備的數字化控制雖然比傳統的金屬切削加工復雜得多，但實施數字控制的意義則更為重要，不僅提高了效率而且確保了批量生產過程中穩定的焊接質量還改善了操作環境。目前在焊接裝備控制系統中，采用PLC可編程控制器已成為最普通的控制器件，為提高焊接裝備自動控制的功能和精度已開始采用基于PC機的自動控制系統和直接數字控制系統，同時也為焊接裝備的網絡化控制和管控一體化提供了可能。5智能化和集成化焊接裝備的智能化控制是焊接過程自動控制的高級形式，通過各種專用的計算機軟件可按原始工件和焊接參數對焊接工藝參數進行優化選擇。對于厚壁接頭、智能化控制可根據實測接頭的幾何尺寸自動編制焊接程序和焊接工藝參數，以實現焊接過程的全自動化。1.4 關于焊接機器人1.4.1 國內焊接機器人技術的發展我國開發工業機器人晚于美國和日本，起于20世紀70年代，早期是大學和科研院所的自發性的研究。到80年代中期，全國沒有一臺工業機器人問世。而在國外，工業機器人已經是個非常成熟的工業產品，在汽車行業得到了廣泛的應用。鑒于當時的國內外形勢，國家“七五”攻關計劃將工業機器人的開發列入了計劃，對工業機器人進行了攻關，特別是把應用作為考核的重要內容，這樣就把機器人技術和用戶緊密結合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準了實用化的方向。與此同時于1986年將發展機器人列入國家“863”高科技計劃。在國家“863”計劃實施五周年之際，鄧小平同志提出了“發展高科技，實現產業化”的目標。在國內市場發展的推動下，以及對機器人技術研究的技術儲備的基礎上，863主題專家組及時對主攻方向進行了調整和延伸，將工業機器人及應用工程作為研究開發重點之一，提出了以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發展方針，以后又列入國家“八五”和“九五”中。經過十幾年的持續努力，在國家的組織和支持下，我國焊接機器人的研究在基礎技術、控制技術、關鍵元器件等方面取得了重大進展，并已進入使用化階段，形成了點焊、弧焊機器人系列產品，能夠實現小批量生產。1.4.2 我國焊接機器人的應用狀況我國焊接機器人的應用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標機械手，成功地應用于上海牌轎車底盤的焊接。“一汽”是我國最早引進焊接機器人的企業，1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988年開發了機器人車身總焊線 。80年代末和90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度與裝備水平，讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人。可以說90年代以來的技術引進和生產設備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產提高到規模化生產，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎設施建設的高速發展帶動了工程機械行業的繁榮，工程機械行業也成為較早引用焊接機器人的行業之一。近年來由于我國經濟的高速發展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業也都開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機器人的需求一直處于穩步增長態勢。 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業迅猛發展，我國汽車行業的機器人安裝臺數迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺的數量增長。 目前在我國應用的機器人主要分日系、歐系和國產三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產機器人主要是沈陽新松機器人公司產品。 目前在我國應用的工業機器人中，國產機器人的數量不足100臺，特別是近兩年新安裝的機器人焊接系統中已經看不到中國機器人的身影，雖然我國已經具有自主知識產權的焊接機器人系列產品，但卻不能批量生產，形成規模2。1.4.3 應用焊接機器人的意義焊接機器人之所以能夠占據整個工業機器人總量的40%以上，與焊接這個特殊的行業有關，焊接作為工業“裁縫”，是工業生產中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環境又非常惡劣，焊接質量的好壞對產品質量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義： (1) 穩定和提高焊接質量,保證其均一性。焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結果起決定作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數都是恒定的，焊縫質量受人的因素影響較小,降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩定的。而人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是變化的，因此很難做到質量的均一性。 (2) 改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗，使工人從大強度的體力勞動中解脫出來。 (3) 提高勞動生產率。機器人沒有疲勞，一天可24小時連續生產，另外隨著高速高效焊接技術的應用，使用機器人焊接，效率提高的更加明顯。 (4) 產品周期明確，容易控制產品產量。機器人的生產節拍是固定的，因此安排生產計劃非常明確。 (5) 可縮短產品改型換代的周期，減小相應的設備投資。可實現小批量產品的焊接自動化。機器人與專機的最大區別就是他可以通過修改程序以適應不同工件的生產。 1.4.4 我國焊接機器人應用工程焊接機器人應用技術是機器人技術、焊接技術和系統工程技術的融合，焊接機器人能否在實際生產中得到應用，發揮其優越的特性，取決于人們對上述技術的融合程度。經過近10年的努力，我國在機器人焊裝夾具設計方面積累了較豐富的經驗，機器人周邊設備實現了標準化，具有年產300余套焊接機器人工作站的能力。可以說國內的系統集成商在機器人工作站及簡單的焊裝線的設計開發方面具有了與國外系統集成商抗衡的能力，近幾年為國內汽車零部件等企業提供了大量的機器人焊接系統。但是另外一個嚴重的事實是，我們還不具備制造高水平的機器人成套焊裝線的能力。國內幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國外機器人系統集成商設計制造的。 作為焊接機器人的最大用戶，預計未來的10年我國汽車年產量要達到千萬輛，現在的焊接裝備遠遠滿足不了生產需求，對焊接裝備的需求量將大幅增加，焊裝生產線要求更加自動化和柔性化，以適應多品種、小批量的生產要求，機器人將大量應用于焊接生產線中。1.4.5 焊接機器人的最新應用技術(1) TCP(tool center point工具中心點)自動校零技術 TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術，它的硬件設施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當焊槍以不同姿態經過TCP支座時，激光傳感器都將記錄下的數據傳遞到CPU與最初設定值進行比較與計算。當TCP發生偏離時，機器人會自動運行校零程序，自動對每根軸的角度進行調整，并在最少的時間內恢復TCP零位。 (2) 雙絲焊接技術 近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業的高速發展，對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時可以顯著提高焊接速度，達到36m/min，焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其它的工藝特點：在熔敷效率增加時保持較低的熱輸入，熱影響區小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。 由于焊接速度非常高，特別適合采用機器人焊接，因此可以說機器人的應用也推動了這一先進焊接技術的發展。 (3) 激光/電弧復合焊接技術 激光/電弧復合焊接技術是激光焊接與氣體保護焊的聯合，兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術的研究最早出現在上世紀70年代末，但由于激光器的昂貴價格，限制了其在工業中的應用。隨著激光器和電弧焊設備性能的提高，以及激光器價格的不斷降低，同時為了滿足生產的迫切需求，激光/電弧復合焊接技術近年來成為焊接領域最重要的研究課題之一2。 1.5 關于焊接變位機的幾個基本定義1.5.1 焊接變位機的定義在我國，焊接變位機是一個年青的產品。由于制造業之間發展水平的差異，很多企業的焊接工位，還沒有裝備焊接變位機；同時，相關的研究也比較薄弱。迄今為止，沒有專門著作去研究它的定義和分類。對它的稱呼也就不可能規范化了。同一種設備，不同的企業和不同的人可能有不同的稱呼。如：轉胎、轉臺、翻轉架、變位器、變位機等。為此，我們需要賦予它一個定義。我們稱：用來拖動待焊工件，使其待焊焊縫運動至理想位置進行施焊作業的設備，稱焊接變位機。也就是說，把工件裝夾在一個設備上，進行施焊作業。焊件待焊焊縫的初始位置，可能處于空間任一方位。通過回轉變位運動后，使任一方位的待焊焊縫，變為船角焊、平焊或平角焊施焊作業。完成這個功能的設備稱焊接變位機。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質量的施焊操作。從而，保證了焊接質量，提高了焊接生產率和生產過程的安全性1。1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機可以肯定的講，如果一臺變位機拖動焊件，僅做直線運動，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態，滿足施焊要求。也就是說，變位運動是回轉運動，稱此回轉運動為變位機的主自由度。還可以做這樣一個假設：在X、Y、Z直角坐標系下，設有一空間直線焊縫，繞Z軸可在360范圍內回轉，且這個Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在180范圍內回轉，那么，經此變位的焊縫，便可變到船角焊位置進行施焊作業。換言之，一個焊口由兩個面的共線MN和夾角組成，在上述兩個回轉范圍內，經恰當的回轉，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個面與水平面的夾角相等，各為/2，即變為船角焊位置。這個假設是說，任何復雜焊件，只要裝在主自由度為一個全回轉和一個半回轉的焊接變位機上，即可實現船焊要求。我們稱這種雙回轉式焊接變位機為全功能變位機。1.5.3 焊接變位機的變位自由度涉及到用戶對設備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動焊的不同用途，選擇和設計焊接變位機時，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運動自由度，如上述美國、德國這種產品很多。另外，某些焊件，由于焊縫分布簡單，用一個回轉自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求，其余少量非重要焊縫，雖然，不能實施船角焊，但可以實施平角焊。這樣，為簡化設備造價，工藝上便考慮采用單自由度或功能退化的焊接變位機，即單回轉式變位機。根據使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動式等等。還有一些工位變位機，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機的某些自由度，與施焊無關。還有從工位設計和穩定性考慮，兩臺或多臺焊接變位機合并設計，這樣就出現了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機產品。1.5.4 變位機的第一主參數 - 額定負荷本文把最能描述焊接變位機工作能力的參數，稱第一主參數。焊接變位機不同于其他加工設備，它的基本負荷就是焊件的“重量”。各國的焊接變位機，都是由此給定第一主參數的。在國際上，第一主參數的量綱沒有統一。對這一問題，需要做些討論。在歐洲，如德國Severt公司、CLOOS公司，瑞典ESAB公司等，用重力單位N表示；美國Aroson公司用英美制質量單位Lbs（磅）表示；日本某些公司用國際質量單位kg表示；我國的焊接變位機行業標準，采用了國際質量單位kg，但鼎盛公司采用了重力單位kN。如此可見，在我國乃至國際上，焊接變位機第一主參數的量綱還沒有統一。其次，對這一主參數的稱呼也不統一。最大負荷kg、最大負荷N（Max load N）、基本承載能力Lbs（Base load capacity in pounds）、承重能力Lbs（Weight capacity Lbs）、許用載荷kg（許容荷載）、最大有效負荷（Max. payload）等等。從量綱發展的歷史分析，用力和質量兩種單位，各有個的道理。但是，無論是從行業管理的角度考慮，還是從科學計算的角度考慮，都應統一。量綱的確定，在于一個概念，如果衡量焊接變位機的能力，選擇負荷單位，即第一主參數用重力表示，那么，他的量綱應該用N、kN。與此相關的回轉技術參數力矩，應該用Nm、kNm表示，這樣，與國際單位制就統一了。這是本文推薦的辦法。焊接變位機是涉及人身安全的產品。對用戶選擇產品負荷等級，應該是明確的。諸如上述的最大負荷（kg、N）或許用載荷（kg、N），都不能說準確的表達了這個量。見公式（1-1）。F = kd m g n （1-1）式中：m焊件質量；G重力加速度，即mg為重力；kd動荷系數；n安全系數。F額定承載能力或額定負荷。動荷系數kd、安全系數n，應在產品設計時確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供選擇方法。1.6 焊接變位機的分類在焊接生產中使用的各種變位機械可歸納為焊件變位機、焊機變位機和焊工變位機三大類，每一類又按其結構特點或作用分成若干種類，其中焊件變位機的應用比較廣泛，分述如下3：1.6.1 焊件變位機的類型（1）翻轉機 能實現焊件的翻轉或傾斜，其運動特點是工件繞水平軸旋轉。如圖11所示。圖11 翻轉變位機4（2）回轉臺 它能使工件繞垂直軸或傾斜軸旋轉，主要用于回轉體工件上環形縫的焊接、堆焊或切割。其轉速一般要求連續可調。為了傳動平穩，減輕主軸受力，常在大型垂直軸式回轉平臺的被（下）面設支承滾輪；傾斜軸式回轉臺夾持大型圓柱（錐）體工件時，則在工件表外面設支承滾輪。如圖12所示。圖12大回轉臺變位機43）滾輪架 是用兩排滾輪支承回轉體狀工件并使其繞自身軸線旋轉的機械裝置。回轉體的旋轉是由主動滾輪帶動，靠它們之間的摩擦力而實現的。除可用于回轉體工件的裝配和焊接外，還可用于非回轉體工件的焊接和裝配，這時工件需夾持在支承環內，由滾輪架帶動支承環而實現旋轉。如圖13所示。圖13 焊接滾輪架4圖14 焊接變位器41.6.2 焊機變位機械的類型焊機變位機又稱為焊接操作機，其主要功能是實現焊機或焊接機頭的水平移動和垂直升降，使其達到施焊部位，多在大型焊件或無法實現焊件移動的自動化焊接的場合下使用。其適應性決定于它在空間的活動范圍。按其結構特征焊機變位機械可歸納為平臺式、懸臂式和門橋式三種類型。（1） 平臺式焊機變位機由平臺、立架（柱）和臺車組成。焊接機頭在平臺式上可作水平移動，平臺沿立架能垂直升降，立架安在臺車上，臺車沿軌道行走。（2） 懸臂式焊機變位機懸臂和立柱是基本構成部分，若增加臺車，則活動范圍加大搖臂式焊機變位機的臂長不變，能繞立柱旋轉和沿立柱升降，機頭可沿臂上的導軌作水平移動；伸臂式操作機的機臂通過滑座能在水平方向伸縮其長度，又能繞立柱軸旋轉和垂直升降。（3） 門橋式焊機變位機它分為橋式和門式兩種類型。橋式焊機變位機是由梁和兩個起支承和行走作用的臺車組成，焊機接頭可沿梁作橫向移動，臺車沿軌道可作縱向移動。門式焊機變位機比橋式多一門架，焊接機頭可在門梁上作橫向移動，或者在另設的可沿門柱上下升降的橫梁作橫向移動。1.6.3 焊工變位機的類型焊工變位機按其動作可分為水平移動和升降兩類，以升降者居多。兩者都是將人工（焊工、檢驗工等）和施焊（或探傷）用的器材送到施工部位的機械裝置。它們主要在高大的焊接結構施工時用，生產既安全又快速。1.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點（1） 雙立柱單回轉式變位機：該種變位機適合裝載機的后車架、壓路機機架等工程機械長方形結構件的焊接，形式如圖示15兩種樣式，其主要特點是立柱一端電機驅動工作裝置沿一個回轉方向運轉，另一端隨主動端從動。兩側立柱可設計成可升降式，以適應不同規格產品。這種型式變位機的缺點只能在一個圓周方向回轉，選擇時要注意焊縫形式是否適合。（2） 型雙座式頭尾雙回轉型式：與第一種變位機型式相比，即在圖15第二種的基礎上被焊結構件在另外一個空間又增加一個旋轉自由度。如圖16這種型式的變位機焊接空間大，工件可被旋轉到需要的位置，設計先進，目前已在工程機械許多廠家成功使用。該變位機可根據各廠的工藝情況在裝載機、挖掘機、壓路機等結構件焊接時應用。 圖15 雙立柱單回轉式變位機3 圖16 型雙座式頭尾雙回轉機型3（3） 型雙回轉焊接變位機：該種變位機如圖17所示，其工作裝置型，有兩個方面的回轉自由度，且兩個方向都可以任意回轉。此變位機與其它類型變位機相比，開敞性好，容易操作。型變位機已在裝載機前車架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受現場操作工的歡迎。（4） 型雙回轉焊接變位機：如圖示18，型回轉形式與型機相同，只是為了方便夾具體的設計，根據結構件的外形，變位機的工作裝置稍作變動。該種型式焊接變位機，適合裝載機的鏟斗、挖掘機的挖斗等焊接。圖17 型雙回轉焊接變位機3 圖18 型雙回轉焊接變位機3(5) 座式通用變位機：如圖19，座式焊接變位機工作臺有一個整體翻轉的自由度，可以將工作翻轉至理想的焊接位置進行焊接。另外工作臺還有一個旋轉的自由度。該種變位機已被多個廠家系