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焊接变位机型式与系列的论述

文章出处:本站人气:发表时间:2013-12-13 8:35:18 【
 1 引言

焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备,在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来,这一产品在我国工程机械行业,有了较大的发展,获得了广泛的应用。就型式系列和品种规格而言,已问世的,约有十余个系列,百余品种规格,正在形成一个小行业。笔者希看这一产品能健康、有序、迅速的发展;企业能在一个同等的技术上竞争。在我国,乃至国际范围内,有关焊接变位机的基本概念、型式与分类、主要技术参数等,存在不同一的题目。甚至存在某些量纲混淆题目,笔者希看能有一个同一的熟悉。

在人们的眼里,可能以为焊接变位机是一个无足轻重的产品。然而,在国际上,包括各种功能的产品在内,有百余系列。在技术上有普通型的;有无隙传动伺服控制型的;产品的额定负荷范围,达到0.1kN~18000 kN。可以说,焊接变位机是一个品种多,技术水平不低,小、中、大发展齐全的产品。本文希看给他一个应有的技术定位。

2 国内外焊接变位机发展简介

本文不是研究国内外焊接变位机发展情况的专著。从上述研究目的出发,在此仅做简介。一般说来,生产焊接操纵机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家,大都生产焊接变位机;生产焊接机器人的厂家,大都生产机器人配套的焊接变位机。但是,以焊接变位机为主导产品的企业,非常少见。德国Severt公司,美国Aroson公司,我国天津壮盛工程机械有限公司等,算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的CLOOS、奥地利igm、日本松下机器人公司等,都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些先容。

2.2 德国Severt公司

该公司主要生产8种类型的产品,其中7种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机,按其功能讲,均包括基本型、调速型、CNC程控型和机器人配套型等4种产品。

⑴S10型,包括S10.1、2、3、4型等4个产品系列。即:①L型双回转式、L型双回转升降式;② L型双回转-倾翻式、L型双回转-倾翻升降式;③2×L型双回转式、2×L型双回转升降式;④2×L型双回转-倾翻式、2×L型双回转-倾翻升降式。

⑵S20型,包括S20.1、2型2个产品系列。即:①单座单回转式、单座单回转升降式;②C型双回转式。

⑶S30型,包括S30.1、2型2个产品系列。即:①立式单回转;②立式单回转双工位。

⑷S40型,包括S40.1、2、3、4、5、6、7等7个产品系列。即:①双座单回转分体式;②双座首尾单回转式;③H型双座双回转式;④双座首尾单回转尾架移动式;⑤双座首尾倾翻尾架移动式;⑥双座3轴单回转式;⑦单座滚圈单回转式、双座滚圈单回转尾架移动式。

⑸S50型:包括S50.1、2、3、4、5、6、7型,7个多轴(自由度)产品系列。即:①立式3轴单回转双工位式;②立式单回转双工位2×倾翻--回转式(5轴);③立式单回转多工位2×L型双回转式(5轴);④立式单回转双工位2× L型双回转倾翻式(7轴);⑤立式单回转双工位2×双座单回转式(3轴);⑥立式单回转双工位2×C型双回转式(5轴);⑦立式单回转双工位2×卧式单座单回转(3轴)。

⑹S60型:包括S60.1、2型2个产品系列。即:①倾翻--回转式(0°~90°);②倾翻--回转式(±90°)。

⑺S70型:包括S70.1、2、3型3个产品系列。即:①立式多工位式4轴(4自由度)单回转;②立式多工位2×倾翻--回转式(6自由度);③立式4工位立式4轴单回转。

以上共33个产品型式,每种型式都包括上述四种功能的产品,相当于132个产品系列。额定负荷为100dN~10kdN。

2.2 美国Aroson公司

美国Aroson公司生产的焊接设备有焊接变位机、操纵机、滚轮架等,可称世界之最。这个公司生产的焊接变位机,主要类型为倾翻—回转式、倾翻—回转升降式、双座双回转式,双座单回转式和双座单回转升降式。其承载能力范围为11 kg~1810吨。

⑴手动双回式。C 系列,型号C1000、2000、4000。承载能力25磅~4000磅。
⑵小型倾翻-回转式。LD系列,型号LD 60N、150N、300N,承载能力分别为132磅、330磅、660磅。
⑶倾翻-回转式,倾翻角度135°。D、HD系列,承载能力314磅~7万磅
⑷倾翻-回转(换销)定位升降式,倾翻角度135°。AB系列(30~ AB1200),承载能力4300磅~12万磅。
⑸倾翻-回转(齿轮齿条)无级升降式,GE系列,倾翻角度135°,型号(GE25~GE3500,承载能力2500磅~35万磅。
⑹倾翻-回转式,倾翻角度90°,G系列,G400~G4-MEGA型,承载能力4000磅~400万磅。
⑺双座双回转式,DCG系列,最大产品承载能力为500吨。
⑻单回转式HTS 系列,HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240,承载能力为500磅~24万磅。
⑼单回转(齿轮齿条)升降式,HTS- GE系列,HTS5 GE、HTS 240GE,承载能力为500磅~24万磅。

2.3 德国LCOOS公司

德国LCOOS公司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品。也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。在我国,除可见到与焊接机器人系统配套进口的L型双回转式、倾翻-回转式和单回转式变位机外,还生产卧式单坐单回转WPV、立式单回转RR502以及各种多轴焊接机器人配套的变位机,如立式多工位2×卧式单回转R-WPV 2型(3轴)、立式多工位2×C型双回转式R- WPV2-CD(5自由度)、立式多工位2×倾翻-回转GR-WPK 2(5轴)、立式多工位2×倾翻-回转×单回移动转式GR-WPK 2-CD(9轴)等。这些产品的主参数,最大答应承载能力(max. admissible load capacity)用N表示。

2.4 日本松下(Panasonic)公司

日本松下公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备—焊接变位机有12个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等作成了标准模块,集合而成这些产品系列。按轴数和结构型式分类。1轴变位机3个系列,即:立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式;2轴变位机有5个系列,即:C、L、H、准L型双回转式及2×卧式单座单回转式;3轴变位机有3个系列,即:立式多工位2×立式单回转、卧式多工位2×双座单回转式、2×卧式单座单回转式;5轴变位机有1个系列,立式多工位2×L型双回转式。最大有效负荷(Max. payload)200kg、500kg、1000kg。

2.5 国内变位机的产品简介

现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少,大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业,尚未形成。天津壮盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到2000年,国内已开发的变位机产品约70余品种规格。以下简述这些变位机的基本型式。

⑴全双回转式。包括L、H(双座)、C型双回转式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列)。
⑵倾翻-回转式焊接变位机(BZ2C-系列)。
⑶单回转式焊接变位。包括三种型式:双座单回转式(BZ-、BZ1--、BZA--、BZA1--系列)、双座单回转尾架移动式(BZY--、BZAY-、BZA1Y-系列)、单座单回转(立式BZAL-、BZL-,卧式BZW-、BZAW-斜式BZAX-系列)。

以上基本型产品发展了17个系列,主要为普通型,用于手把焊。此外,还有调速型、联控型(PLC、微机控制)和机器人配套型产品。

与焊接机器人配套用的变位机,开发了十余个品种。包括:工位变换变位机(不参与焊接),如,立式双工位、四工位、八工位变位机,双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等;与机器人配套焊接变位机(机器人外部轴),如,倾翻-回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。

3 关于焊接变位机几个基本定义的讨论

3.1 焊接变位机的定义

在我国,焊接变位机是一个年轻的产品。由于制造业之间发展水平的差异,很多企业的焊接工位,还没有装备焊接变位机;同时,相关的研究也比较薄弱。迄今为止,没有专门著作往研究它的定义和分类。对它的称呼也就不可能规范化了。同一种设备,不同的企业和不同的人可能有不同的称呼。如:转胎、转台、翻转架、变位器、变位机等。为此,我们需要赋予它一个定义。我们称:用来拖动待焊工件,使其待焊焊缝运动至理想位置进行施焊作业的设备,称焊接变位机。也就是说,把工件装夹在一个设备上,进行施焊作业。焊件待焊焊缝的初始位置,可能处于空间任一方位。通过回转变位运动后,使任一方位的待焊焊缝,变为船角焊、平焊或平角焊施焊作业。完成这个功能的设备称焊接变位机。它改变了可能需要立焊、仰焊等难以保证焊接质量的施焊操纵。从而,保证了焊接质量,进步了焊接生产率和生产过程的安全性。

3.2 主自由度及全功能焊接变位机

可以肯定的讲,假如一台变位机拖动焊件,仅做直线运动,哪怕是三维的,也不可能改变焊缝的姿态,满足施焊要求。也就是说,变位运动是回转运动,称此回转运动为变位机的主自由度。还可以做这样一个假设:在X、Y、Z直角坐标系下,设有一空间直线焊缝,绕Z轴可在360°范围内回转,且这个Z轴连同这一焊缝又可绕X(或Y)轴在≥180°范围内回转,那么,经此变位的焊缝,便可变到船角焊位置进行施焊作业。换言之,一个焊口由两个面的共线MN和夹角α组成,在上述两个回转范围内,经恰当的回转,便可使其共线 MN 与水平面平行,且这两个面与水平面的夹角相等,各为α/2,即变为船角焊位置。这个假设是说,任何复杂焊件,只要装在主自由度为一个全回转和一个半回转的焊接变位机上,即可实现船焊要求。我们称这种双回转式焊接变位机为全功能变位机。

3.3 焊接变位机的变位自由度

涉及到用户对设备装备的理念,以及考虑用于手把焊和自动焊的不同用途,选择和设计焊接变位机时,除主变位自由度外,还要考虑增加辅助变位自由度。如大件焊接,可增加升降运动自由度,如上述美国、德国这种产品很多。

另外,某些焊件,由于焊缝分布简单,用一个回转自由度就可以解决焊件中大部分和重要焊缝的船焊要求,其余少量非重要焊缝,固然,不能实施船角焊,但可以实施平角焊。这样,为简化设备造价,工艺上便考虑采用单自由度或功能退化的焊接变位机,即单回转式变位机。根据使用要求,同样也可以增加辅助自由度。例如,升降式和尾架移动式等等。

还有一些工位变位机,为适用于焊接工位的工艺要求,这种焊接变位机的某些自由度,与施焊无关。还有从工位设计和稳定性考虑,两台或多台焊接变位机合并设计,这样就出现了多种工位变换和组合式多自由度焊接变位机产品。

3.4 变位机的第一主参数 -- 额定负荷

本文把最能描述焊接变位机工作能力的参数,称第一主参数。焊接变位机不同于其他加工设备,它的基本负荷就是焊件的“重量”。各国的焊接变位机,都是由此给定第一主参数的。

在国际上,第一主参数的量纲没有同一。对这一题目,需要做些讨论。在欧洲,如德国Severt公司、CLOOS公司,瑞典ESAB公司等,用重力单位N表示;美国Aroson公司用英美制质量单位Lbs(磅)表示;日本某些公司用国际质量单位kg表示;我国的焊接变位机行业标准,采用了国际质量单位kg,但壮盛公司采用了重力单位kN。如此可见,在我国乃至国际上,焊接变位机第一主参数的量纲还没有同一。其次,对这一主参数的称呼也不同一。最大负荷kg、最大负荷N(Max load N)、基本承载能力Lbs(Base load capacity in pounds)、承重能力Lbs(Weight capacity Lbs)、许用载荷kg(许容荷载)、最大有效负荷(Max. payload)等等。

从量纲发展的历史分析,用力和质量两种单位,各有个的道理。但是,无论是从行业治理的角度考虑,还是从科学计算的角度考虑,都应同一。笔者以为量纲的确定,在于一个概念,假如衡量焊接变位机的能力,选择负荷单位,即第一主参数用重力表示,那么,他的量纲应该用N、kN。与此相关的回转技术参数力矩,应该用Nm、kNm表示,这样,与国际单位制就同一了。这是本文推荐的办法。

焊接变位机是涉及人身安全的产品。对用户选择产品负荷等级,应该是明确的。诸如上述的最大负荷(kg、N)或许用载荷(kg、N),都不能说正确的表达了这个量。现在给定一个公式:F == kd m g n

式中:m为焊件质量;g为重力加速度,即mg为重力;kd为动荷系数;n为安全系数。称F为额定承载能力或额定负荷。动荷系数kd、安全系数n,应在产品设计时确定。在样本或使用说明书中给用户提供选择方法。

关于额定负荷F的参数系列,以及回转或倾翻力矩两种参量,本文不做讨论。

4 焊接变位机型式及功能设计

4.1 型式设计

4.1.1 自由度设计

⑴用主自由度设计变位机,可有三种基本型式。① 单回转式,其转角为±360o·n;② 双回转式,其转角为一个为±360o·n,另一个为±180o~±360o·n;③倾翻-回转式,其转角一个为±360o·n,另一个为±(0o~(90、135o))。

⑵多自由度产品设计,在上述基本型产品上,增加辅助自由度。

⑶多自由度组合结构设计,把两种或两种已上基本型产品组合设计而成。

4.2 结构设计

⑴单回转式,为了适应不同工件装夹需要,还有三种基本型式,立式、卧式和双座式。双座还分尾架固定和尾架移动两种型式。还有首尾分体、联体式等。

⑵双回转式,为了适应不同工件装夹需要和考虑结构受力公道,也设计有三种基本型式,L型、C型、H型(双座双回转式)。

⑶倾翻-回转式也有不同的结构设计,如一个回转的转角为±360o·n,另一个为:① ±45o;② ±(0o~90o);③ ±(0o~135o)等,这三种具有不同的结构型式。

4.3 功能设计

⑴普通型,回转运动为定速传动。
⑵调速型,至少有一个回转运动设计为变速传动。
⑶联控型,除具有调速功能外,采用PLC和微机控制,使多机和多自由度联动工作。
⑷机器人配套型,作为机器人外部轴使用或参加焊接;或仅做工位变换,不参加焊接。

5 焊接变位机的分类和型号编制办法

5.1 分类方法

从变位机小行业发展考虑,必须有一个分类办法。使每一种产品问世,都可赋予它一个法定代号。这对一个变位机生产企业来说,无论是软件还是硬件治理,都是至关重要的。

所谓的分类方法,就是根据上述型式设计,按产品的自由度、结构和功能等三种特征,把它们排成一个型谱。以便于给它们一个代号,以兹互相区别,这就是分类方法。

5.2 型号编制的基本要求

分类和型号编制都是对同一事件的。分类方法是把一种焊接变位机放在型谱上,并赋予一个名称。型号编制办法,则是把已命名的焊接变位机,用一组具有一定特征的字符串来表示。这个字符串代表了产品的自由度、结构和功能特征、产品参数特征和换代特征等。

5.3 产品代号设计

焊接变位机的代号,是用一个字符串来表示的,如图1所示。第一段为焊接变位机产品代码,可用汉语拼音字头HB或B表示;第二段为焊接变位机自由度分类代码,用汉语拼音字头Z、Y表示,分别代表回转、位移自由度,1、2、3….代表自由度数,单自由度可以缺省;第三段为焊接变位机结构特征代码,用汉语拼音字头W、L、Q和外形L、C、H混合表示;第四段为焊接变位机功能代码,用汉语拼音字头T、S、K、R分别表示调速型、伺服传动型、联控型和机器人配套型,普通型缺省;第五段为焊接变位机第一主参数--额定负荷代码,用阿拉伯数字表示,单位kN;第六段为焊接变位机产品换代代码,按开发顺序,用英文字母A、B、C….表示,第一代产品缺省。

× ×× × ×—×× ×

∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∟ 产品换代代码,按开发顺序用英文字母A、B、C表示,首代缺省
∣ ∣ ∣ ∣ ∟ 额定负荷代码,用阿拉伯数字表示,单位kN
∣ ∣ ∣ ∟ 功能特征代码,用汉语拼音字头T、S、K、R表示,普通型缺省
∣ ∣ ∟ 结构特征代码,用汉语拼音字头W、L、Q和外形L、C、H混合表示
∣ ∟自由度代码,用汉语拼音字头Z、Y分别代表回转、位移,阿拉伯数字代表自由度数
 ∟ 焊接变位机代码,用汉语拼音字头 HB或B 表示

图1 焊接变位机产品代号说明

5.4 焊接变位机基本系列与类组划分

变位机的基本系列与类组划分,如图2所示。

┌ L型双回转式(固定式、升降式)
┌ 双回转式 │ H型双座双回转式(固定式、升降式)
│ └ C型双回转式(固定式、升降式)
│ ┌单座—┌立式 BZL-
焊接变位机—│ 单回转式—│ └卧式(固定式、升降式)
│ └ 双座--┌尾架固定(固定式、升降式)
│ └尾架移动(固定式、升降式)
│ ┌- 0~135o(固定式、升降式)
└ 倾翻回转式--│- 0~90o(固定式、升降式)
└ -45o~+45o

图2 焊接变位机基本型类组划分

6 结语

⑴从行业治理上考虑,任何一个产品产业,都应有完整的类组划分。在焊接领域,假如把焊接工艺装备,与焊机等并列为一大类产品,那么,焊接变位机可以作为焊接工艺装备的一个子类产品。与主机—“焊机”相比,辅机--“变位机”比主机大、重、贵。把他划为焊接工艺装备的一个子类,更为确切。

⑵德国一个小公司,生产的焊接变位机达100余系列。本文给出的型式及功能设计,也有几十个产品系列,并且在我国工程机械行业,得到了发展。与其不相适应的是我国标准。1991实施的《焊接变位机》行业标准,所说的焊接变位机,只有倾翻-回转式一个系列,在2000年标准修改中,也没有根本改变。笔者期看以此为基础,抛砖引玉,形成新标准。

⑶涉及到焊接变位机的基本概念,定义、量纲等本文作了阐述。加上其他技术参数,不求国际一致,但求国内同一。使企业之间,能在同一技术标准下发展、竞争。

⑷关于焊接变位机型号编制方法,由于企业之间的竞争,很多企业对产品的法定代号给淡漠了。把企业名称代号冠以产品代号上,强化了商标意识。尽管如此,本文以为,最少第一主参数和量纲应该得到同一。

⑸我国焊接变位机的发展和应用,近十年来,工程机械行业带了一个头。首先是大型企业和外资企业应用,外资企业达到了不落地焊接。目前,在股份制企业的技术改造中,逐渐向外资企业看齐,展看未来,我国焊接变位机会得到健康的发展。

此文关键字:焊接变位机