Electric Welding Machine
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第51卷 第5期
2021年5月
Electric Welding Machine
Vol.51 No.5May 2021
本文参考文献引用格式：李素萍. 适用多种桥壳焊接的三轴翻转变位机设计与应用[J]. 电焊机，2021，51（5）：13-15. 适用多种桥壳焊接的
三轴翻转变位机设计与应用
0 前言
为了提高生产效率和产品质量、降低生产成本，
机器人大量应用于生产现场。为充分发挥机器人的功效，其通常与各种焊接变位机组合使用，实现高效、优质的焊接生产。目前，焊接变位机已成为焊接机器人工作站不可缺少的组成部分。如何优化变位机结构设计和实现多功能，是焊接工作站优化的一个重要方向。 1 三轴翻转变位机设计思路
机器人桥壳焊接系统工作站可实现多种汽车桥壳产品的共线机器人自动焊接，由机器人、三轴翻转变位机、上下料设备、PLC 控制柜、机器人控制柜、焊机、公共底座、安全栏等组成[1]，如图1、图2所示。 焊接产品是桥壳的垫压板、减震器支架和附件，满足桥壳产品长度尺寸范围：1 400~2 300 mm （桥壳单侧长度700~1 150 mm ）。换产要求：单人换产时间≤5 min，换产内容为卡盘夹爪。加工节拍 ≤360 s/件
收稿日期：
2021-04-09作者简介：
李素萍（1976—），女，硕士，高级工程师，主要从事自动化设备的设计与研究。E-mail：***********************。（不含上、下料时间）。正常生产过程中工装定位的重复定位精度≤0.15 mm。翻转机构到位后有定位机构，保证正常生产过程的定位精度小于0.2 mm。三轴翻转变位机是保证定位精度的核心部件，主要设计思路如下[2-3]：
三轴翻转变位机由伺服电机和RV 减速机驱动
李素萍
（安川首钢机器人有限公司，北京 100176）
摘要：
焊接变位机是焊接机器人工作站的重要组成部分，以多种桥壳产品焊接项目为例，概述三轴翻转变位机在机器人焊接工作站中的典型设计思路和应用实例，包括三轴翻转变位机的主要结构设计、技术参数和工作原理。重点分析三轴翻转变位机的工作原理与功能实现。经实践证明，此三轴翻转变位机焊接效果好，自动化程度高，人工操作灵活方便，确保了桥壳焊接质量并满足了焊接要求，对后续项目具有重要的借鉴价值。
关键词：
机器人焊接工作站；三轴翻转变位机；设计思路；结构分析；技术参数中图分类号：
TG409 文献标志码：B 文章编号：1001-2003(2021)05-0013-03DOI ：
10.7512/j.issn.1001-2303.2021.05.03图1 三轴翻转变位机
编织管
Fig.1 Three axis turnover positioner
焊接自动化与智能化第 51 卷
Electric Welding Machine
·14·控制，第一轴的翻转实现夹具A/B 侧的换位，使两个夹具在机器人作业工位和人工工位之间切换，两套工装夹具的工作顺序是A 侧机器人焊接的同时B 侧是人工装件。第二轴/第三轴的自身翻转实现夹具自动翻转，满足工件焊接要求。 变位机第二轴/第三轴的主动单元设计带气动卡盘，夹住工件轴头位置，卡盘夹紧力大，能够夹持一端加工过的轴，工件不会发生相对滑动。卡盘直径行程14 mm，不同直径规格的轴头，需更换卡盘上面的定位块，以适应多种不同轴头直径的桥壳产品。焊后取件依靠伺服电机驱动梯形丝杠，自动退位远离工件，工件自动放置在上下料装置。从动单元采用气缸推动顶尖定位工件轴心位置，同时顶尖自身能够旋转，满足工件回转要求，跟随主动单元回转，实现工件焊接功能要求。不同长度工件换产时，依靠人工转动摇轮调整，插销定位[1]。主动单元和从动单元均采用滑轨前后移动，采用拖链来布置线缆与气路，实现多种长度不同的桥壳生产。此三轴翻转变位机的设计结构提高了整个工作站的工
电机减速机构
作效率。
2 三轴翻转变位机结构设计与功能
实现
三轴翻转变位机结构主要由6大部分组成，分别是首箱、尾箱、旋转机架、驱动单元、从动单元、底座（可设计独立底座，也可放置在工作站公共底座上）。结构形式如图3所示。
2.1 技术参数确定
电瓶修复器 根据三轴翻转变位机的主要技术性能和控制系
统要求，变位机伺服电机与焊接机器人伺服选用相
同的品牌，为YASKAWA 机器人。依据经验初步选定常用外部轴伺服电机和RV 减速机。第一轴选用3.7 kW 驱动伺服电机和减速机，第二轴/第三轴选用1.3 kW 驱动伺服电机，然后计算变位机承载能力。 以第二轴/第三轴为例，电机额定输出扭矩8.34 N ·m，减速比156.78，故组合输出额定扭矩为：T =8.34×156.78×0.95=1 242.2 N ·m。又因减速机额定输出扭矩1 111 N ·m<1 242.2 N ·m，所以额定输出扭矩为1 111 N ·m。按照相同原理设计变位机的许用转动惯量和额定输出转速。16gan
三轴翻转变位机技术参数如表1、表2
所示。
图2 机器人焊接系统工作站
Fig.2
Robot welding system workstation
图3 三轴翻转变位机结构
Fig.3 Structure of three-axis turnover positioner
表1 翻转轴技术参数
Table 1
Technical parameters of turnover shaft
2.2 驱动单元结构设计
夹紧工件采用气动卡盘结构，气动卡盘连杆与气缸杆浮动连接。卡盘需要0~360°旋转，气动卡盘连杆外加轴承可实现旋转功能，气动卡盘后侧设计齿轮与伺服电机减速机输出齿轮啮合，实现工件自动回转功能，工件焊接完成后，上下料装置顶升到位，气动卡盘松开，伺服电机带动梯形丝杠后撤，定
焊接自动化与智能化第 5 期
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位的卡爪脱离工件，上下料装置运送焊后工件到工作站外，取件。驱动单元结构设计如图4所示。
表2 回转轴技术参数
图4 驱动单元结构设计
Fig.4 Structure design of driving unit
2.3 从动单元结构设计
从动单元结构组件中选用自制生产的顶尖，长行程气缸推进顶尖夹紧工件到位后，随驱动单元气动卡盘夹紧工件，并带动工件一起旋转。顶尖座后侧与气缸浮动连接，外侧加轴承实现旋转。既实现了顶尖的前进与后退功能，
又实现了顶尖的旋转功
能[4]。为满足生产工件长度不一致的要求，换产时，依靠人工手动转动手轮，带动丝杠调整到合适位置后，手动插销锁住固定到位。
从动单元结构设计如图5所示。
3 三轴变位机的应用效果
三轴翻转变位机满足客户生产节拍要求，第二、
图5 从动单元结构设计
地中海果蝇Fig.5 Structural design of driven unit
三轴翻转180°用时3~3.5 s，第一轴翻转180°用时8.5~9 s。重复定位精度±0.1 mm，每个轴的动作范围±180°。此焊接工作站依托三轴翻转变位机的帮助实现了自动化操作，满足设计和使用要求，设备操作安全方便，减轻了工人劳动强度，提高了工作效率。工件上料后，一键式全自动焊接，大大降低了操作难度，为企业创造了良好的经济效益[5]。
4 结论
安川首钢公司首次为适用多种桥壳产品焊接研发了一种三轴变位机，其重复定位精度高，充分保证焊接产品质量。易操作，自动上下料，性能安全可靠，较大程度上节约了人力劳动。为机器人焊接工作站工程提供强有力的保证。
参考文献：
成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.许文清. 机器人焊接系统中变位机的设计[J]. 焊接设备与材料，2004，33（3）：44-45.周明远，李英伟，杨永家.管道筒体对接环缝全自动焊接设备设计与应用,[J].电焊机，2020，50（12）：43-47.李洪.实用机床设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.葛福华，李详忠，朱峰.大型构件焊接变位机的设计与应用[J].电焊机，2003，33（11）：38-39.
[1][2][3][4][5]
李素萍：适用多种桥壳焊接的三轴翻转变位机设计与应用
Establish of intelligent group control system for bogie frame welding
LI Yanan 1，TIAN Renyong 1，WU Xiangyang 1，ZHANG Zhiyi 1，LIU Yuanwei 2（1.CRRC Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111，
China ；2.Beijing BPLead Technology Co.，Ltd.，Beijing 100022，
China ）.pp 1-6
Abstract ：Bogie frame is an important part of high-speed
train.The welding quality of bogie frame is the key factor to determine the quality of bogie.It is urgent to strengthen the
control of welding production process through information sys -
tem.The intelligent welding group control system ，a platform for bogie frame welding process management and control,is established based on the Internet of things,big data and cloud computing technology.The system is applied to monitor the
status of welding machine in real time ，realize online control of welding process parameters ，digital management of welding process and statistical analysis of data ，have improved the abil -
ity of welding production management ，and provided important data support for managers to optimize the production process ，
allocate resources and assess welders.Key words ：welding management and control ；group control破门弹
system ；frame welding ；bogie frame
Assembly recognition and positioning system for
resistance spot welding of enameled wire based on machine vision
LIU Ming 1，HUANG Zenghao 2，CAO Biao 1，ZENG Jiaquan 1，
TIAN Ran 1（1.School of Mechanical and Automotive Engi -neering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，China ；2.Guangzhou Jingyuan Electronic Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou 510735，China ）.pp 7-12
Abstract ：The solder joint is difficult to position accu -
rately during the resistance spot welding process of enameled
wire ，resulting in welding quality problems such as virtual welding ，weld misalignment and lack of weld.In order to solve these problems,assembly recognition and positioning system for resistance spot welding of enameled wire based on machine vision is developed.The various kinds of bad patterns during the resisance spot welding positioning process of enameled
wire are analyzed ，the image processing algorithms of recogni -tion and positioning system are studied ，and the strategy and
rules of positioning are formulated.Firstly ，the region images of
enameled wire and pad are acquired by extracting ROI with template matching ；secondly ，the bad patterns are recognized and eliminated by means of image processing algorithms such
as thresholding ，morphology and Laplacian operator ；lastly ，the optimum solder joint position are computed through extracting the edge of enameled wire and pad.The experiment results show that the positioning system can effectively eliminate the bad patterns,accurately extract and output the coordinates of the optimum solder joint position.This system can meet the re -quirements of automatic resistance spot welding of enameled
wire because its recognition and extraction time is very short.Key words ：machine vision ；image processing ；edge ex -
traction ；position
Design and application of a three-axis inverted po ⁃
sitioner for welding various axle housings
LI
Suping （YASKAWAShougang Robot Co.，Ltd.，Beijing 100176，China ）.pp 13-15
Abstract ：Taking welding projects of various axle housing
products as examples,the typical design ideas and application
examples of the three-axis inverted positioner used in the robot
welding workstation are summarized ，including the main struc -ture design ，technical parameters ，working principle of the
three-axis inverted positioner.The working principle and func -tion realization of the three -axis inverted positioner ，which is the core equipment of the whole welding workstation ，are mainly analyzed.It has been proved by practice that the welding effect is good ，the automation degree is high,the manual operation is flexible and convenient ，which ensures the welding quality of
axle housing and meets the welding requirements.It provides an important reference for the follow-up project .Key words ：robot welding workstation ；three-axis overturn -
ing positioner ；design idea ；structural analysis ；technical parame -
ters
Automatic
welding installation experimental
study of a nuclear grade hollow blade
XU Jian ，XIONG Jiankun ，ZHANG Junming ，YANG Lin ，XU Dexing ，WU Haifeng ，YANG Jianping （Dongfang Steam Turbine Co.，Ltd.，Deyang 618000，China ）.pp
16-2
3
Abstract ：A welding test is conducted on nuclear grade
MAIN TOPICS ，ABSTRACTS &KEY WORDS
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站长QQ:729038198
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