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焊接机械手的制造过程

点击数: 326 日期:2018-6-6

焊接机械手构造
  主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。
  手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制,来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息,形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成,通过对其编程实现所要功能。
  执行机构
  机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干。
  手部
  手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴,可把运用传给手腕,以转动、伸曲手腕、开闭手指。机械手手部的构造系模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等,其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部,一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。
  手臂
  手臂的作用是引导手指准确地抓住工件,并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作,手臂的3个自由度都要精确地定位。
躯干躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。
  驱动机构
  机械手所用的驱动机构主要有4种:液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。

液压驱动式
      液压驱动式机械手通常由液动机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统,由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力(高达几百千克以上),其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好,但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能,否则漏油将污染环境。气压驱动式其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成,其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制,气压不可太高,故抓举能力较低。电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应快,驱动力较大(关节型的持重已达400kg),信号检测、传动、处理方便,并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机,直流伺服电机(AC)为主要的驱动方式。由于电机速度高,通常须采用减速机构(如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等)。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动(DD)这既可使机构简化,又可提高控制精度。机械驱动式机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠,工作速度高,成本低,但不易于调整。其他还有采用混合驱动,即液-气或电-液混合驱动。
  控制系统
  机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种。
  控制系统可根据动作的要求,设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定的程序,控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中,如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内;位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等;集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内,如磁带、磁鼓等。这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合,即连续控制的情况下使用。
  其中插销板使用于需要迅速改变程序的场合。换一种程序只需抽换一种插销板限可,而同一插件又可以反复使用;穿孔带容纳的程序长度可不受限制,但如果发生错误时就要全部更换;穿孔卡的信息容量有限,但便于更换、保存,可重复使用;磁蕊和磁鼓仅适用于存储容量较大的场合。至于选择哪一种控制元件,则根据动作的复杂程序和精确程序来确定。
  对动作复杂的机械手,采用求教再现型控制系统。更复杂的机械手采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。控制系统以插销板用的最多,其次是凸轮转鼓。它装有许多凸轮,每一个凸轮分配给一个运动轴,转鼓运动一周便完成一个循环。神奇的机器人搅拌摩擦焊技术焊接过程无烟尘,无弧光,无需耗材,还低能耗?这就是搅拌摩擦焊(Frictionstir welding)。搅拌摩擦焊最早由英国焊接研究所(TWI)于1990提出,是一种有别于传统焊接,在焊接过程中无烟尘、无弧光,不需要保护气体和焊丝的焊接技术。由于独特的工艺和在效率、成本、环保等方面显示出的优越性,搅拌摩擦焊已被大规模地应用于航空、船舶、列车、IT等工业制造行业中。搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。如图一所示,搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中,旋转搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热,使焊头前面的材料发生强烈塑性变形,然后随着焊头的移动,高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后,从而形成焊缝。

      工业机器人与焊接主轴装备集成的搅拌摩擦焊系统,可提升焊接作业的柔性,适用于空间复杂结构产品的批量化焊接制造,提高焊接自动化程度和生产效率。另外据统计,机器人搅拌摩擦焊单件焊接成本比机器人氩弧焊低20%;较多轴搅拌摩擦焊设备相比搅拌摩擦焊的焊接成本只有前者的一半。

就让我们先来看一段FANUC M-900iA重载机器人搅拌摩擦焊的案例。

       该系统由FANUC M-900iA机器人搭载加拿大公司CRIQ开发的焊接主轴装备组成,FANUC M-900iA的高精度和重载能力可以稳定地向搅拌头施加的使搅拌针插入工件和保持搅拌头轴肩与工件表面接触的轴向压力并保持精准的运动轨迹,从而保证焊接质量。

机器人搅拌摩擦焊还适用于复杂曲面和轨迹的焊接。另一个案例是FANUC最新的重载机器人M-900iB配合FANUC在美国的系统集成商PaB开发的I-STIR主轴焊接包,该款焊接主轴可对X, Y轴上的力值进行测量从而对焊接过程进行监控,同时高精度的Z轴负载控制可保证高速焊接时的完美焊此外,通过FANUC Roboguide离线编程技术,机器人可以在仿真环境下实现复杂工件的焊接过程模拟及轨迹编程,从而大幅提高现场编程调试的效率及焊接轨迹编程的准确性。欧美钢结构房屋建设过程我国土地资源日益减少,未来人们日常居住用的房屋向钢结构领域发展是大势所趋,也是科技与人类文明进代的标志。普通民众对于钢结构房屋由什么材料制作而成的充满好奇,今天搜录一些资料大家共同学习:

一、主框架部分材料
H型钢,可分为热轧型和高频焊接型。是现阶段(过度期)国内发展钢结构住宅的首选用材。缺点是钢材消耗量大,节点处理困难。
U型钢,冷弯成型,厚度为1.6-8mm高度为50-452mm。在欧美市场不常用,在日本它是轻钢住宅,尤其是模块化住宅支撑梁的首选用材。优点是钢材消耗量少,缺点是截面不稳定,有时效变形之虑。目前还难以与H型钢竞争。
C型钢,冷弯成型,厚度为1.5-6mm高度为73-380mm。在欧美它是轻钢住宅支撑梁柱的主要用材,在日本钢结构住宅中作为支撑柱有少量应用。在中国,因市场用量少和缺少相应的使用经验,目前虽难以与H型钢竞争但应当作为钢结构住宅用钢的主攻研究方向。
方钢,冷弯成型,高频焊接,厚度为1.5-8mm,边长为20-200mm。在日本它是模块化住宅支撑柱的首选用材,欧美不大采用。优点是截面稳定,节点布置方便,缺点是钢材消耗量大。目前也难以与H型钢竞争。
轻钢龙骨,冷弯成型,作为承重龙骨其厚度一般为1.5mm以上,边长为60-360mm。日本很少采用这种支撑体系,主要是一些欧美厂商在采用。国内轻钢龙骨生产能力很大,其生产设备和原材料供应都很成熟。但有两点值得注意:第一,轻钢龙骨的截面尺寸小,其耐火性能不如其它支撑梁柱材料,设计时要详加注意;第二,国内用轻钢龙骨作为承重支撑梁柱的设计经验很少,对其节点的研究和支撑体系的力学计算方法和软件开发应是重点。
二、墙体骨架材料:
在欧美钢结构住宅中的围护(内、外墙、吊顶)骨架就是轻钢龙骨,厚度在1mm以下。在国内写字楼装修中应用普遍。围护支撑体系的主要特征是带斜拉杆,这种结构主要是为了配合其外墙板体系,因为日式钢结构住宅的外墙板与外墙装饰板是一体的,每块表面积很小,对墙体不能提供拉紧的支护作用,所以需用斜拉杆加强支撑。
三、轻质墙体材料
国外轻钢住宅的墙体都是由轻钢(或木质)龙骨和轻质墙体面板加保温隔热、隔声和防水材料构成。目前国内外最常用的内墙面板是防火石膏板,大多数是用在写字楼装修中。防水石膏板,可作为厨房和卫生间的墙体面板。低密度水泥纤维板,可作为内、外墙面板。定向刨花板,工艺性好,耐冲击,美国主要用它作外墙面板。国内已经有少数厂家生产。国外轻钢住宅所采用的保温隔热、隔声材料一般以玻璃丝棉为主,国内货源充足。
四、防水材料
国外住宅外墙都贴有单向透气透水的防水纸,国内目前还不具备生产能力。高密度水泥纤维板,因其安装维护容易,在欧美的住宅中应用普遍,但生产设备昂贵,国内还没有生产厂商。PVC板,在欧美的住宅中应用普遍,国内还没有生产厂商,它便于安装维护,且加工制造容易,因此国内塑料行业很容易开发此类产品。真空挤压高密度水泥纤维板,日本住宅大都采用它,国内也有厂商引进该技术,但由于其制造技术复杂,价格昂贵,且安装工艺复杂,推广难度较大。
五、屋顶(瓦)
陶瓦,属于传统建筑用瓦,重且安装工艺复杂,不太适用于钢结构住宅。水泥彩瓦,国内有厂家生产并在钢结构住宅上采用过。高密度水泥纤维板瓦,轻且容易安装,在国外钢结构住宅中应用较普遍,但生产设备及工艺较复杂,技术难点在防水性能和耐候性能不宜保证,国内尚无生产能力。金属瓦,轻且容易安装,是钢结构住宅的屋顶主要用材,生产设备及工艺过程简单,其技术难点为防锈和耐候性能。国内虽然有很多彩钢瓦生产厂商,但都不能提供高质量的表面喷砂屋面瓦。
六、门窗及楼梯
国内普通门窗生产不论是从质量还是规格品种来看,基本都能满足市场需求。高档门窗尚需进口。斜屋顶窗国内已有合资厂生产,高档车库门国内也有合资组装厂生产。
七、楼层板组成材料
国外钢结构住宅普遍采用木板为楼层板,因为钢结构住宅是延续木结构住宅发展而来。在我国应用要面临两个问题,一是木材资源短缺问题,二是与现行防火安全法规冲突问题。压型钢板组合楼板,它主要是用于多层和高层楼宇,在低层住宅中应用是大材小用,成本很难接受。蒸压轻质加气混凝土(ALC)楼板在日本应用较多,国内也已经具备生产能力。

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