两自由度焊接变位机设计综述
摘要：在焊接生产中，通常会遇到焊接变位与选择合适焊接位置的情况，针对于这一实际需求，人们就设计研制焊接变位机，选择合适的变位机能将被焊工件的各类焊缝转动到最佳的位置，进而避免立焊、扬焊，提升焊接质量与生产效率。为此本文将设计研究一款两自由度焊接变位机，在全部设计工作完成之后，本文将利用相关仿真模型，开展设计系统的仿真测试，分析系统运行效果，进一步的验证本次研究研究的成功与否。
关键字：自动化焊接 焊接质量 两轴联动
1 选题的目的及意义
在目前的加工制造角度来分析，焊接加工工艺在眼下相当长的一段时间，还是加工制造业举足轻重的加工模式。如今中国已经连续三年的成为全球最大的钢铁生产与消费国，早在2010年我国的钢铁产量就已经突破了5亿吨，占全球总产量的30%以上，伴随着我国城市化与工程化进程的深入，这一数据还会持续的增长[1]。
最近今年的数据显示，我国焊接用钢量占据钢材消费量的40%-50%，目前我国焊接行业的主力还是人工焊接，自动焊接程度相对于发达国家差距巨大。传统的手工焊接存在焊接效率低、对焊接工人技术要求高、焊接过程对其身体伤害大、焊接质量不稳定等诸多的弊端[2]。伴随着国内劳动力成本的逐步提升与人口老龄化等因素的影响，我国的劳动力资源优势开始下降，如何降低生产成本，提升产品的质量与生产效益对于企业的发展来说变得非常重要。在目前焊接自动化程度来分析，国内的焊接水平还比较落后，为此可以预测在今后相当长的一段时间，焊接工业还会具有更大的发展空间[3]。为此提升焊接自动化的程度已经成为焊接产业降低生产成本与提升经济效益的出路。焊机自动化主要指的为焊接生产过程中的自动化，其是一个涉及设计与工艺的综合性问题，其主要任务就是：在先进焊接、检验与装配工艺过程的基础上，建立不需要人直接参与焊接过程的焊接加工方法与相关工艺，以及焊机机械设备与焊接系统的结构与配置，焊机自动化的核心是实现没有人直接参与的自动化焊接过程[6]。
焊接变位机作为焊接自动化设备中的辅助设备，提升其焊接质量与焊接效率具有不可或缺的作用，依据焊接工艺的需求，以电弧焊焊缝为例。在焊缝处于平焊或者是船型焊的时候，操作最为简单，同时操作质量也能得到保证，这行的焊缝位置是焊接方法设计中的首选[7]。为此在焊接过程中实施改变焊缝的位置，使其达到平焊缝这样的状态是非常必要的。通用型焊接变位机，利用回转与翻转，可以实现焊缝的任意姿态。焊接变位机系统的自动化程度，很大程度上影响与决定这焊接自动化的发展[8]。目前的焊接自动华已经向开放化，模块化与智能化方向发展。这对于焊接变位机的设计提出了新的要求，更好的精度、更完善的控制、更简单的操作等等。为此对于焊接变位机的深入研究，有助于加深我们对焊接自动化的认知与研究，进而促进自动化焊接焊接的发展[9]。
2 国内外同类研究现状
在国外的发达国家，焊接变位机设计制造业有着与焊接机器人一样的发展历史，如今在欧美、日本等发达国家，焊接自动化程度很高，在焊接变位机的研究与使用方面，这些国家的技术非常成熟。其产品也是多种多样，在技术上具有非常明确的定型，比如精密度、荷载以及使用领域等。在这些发达国家，焊接变位机的使用领域也非常广泛，尤其是在批量化生产、精密程度要求高、工作环境差等这些条件下使用的更为广泛[10]。由此形成了先进设备促进生产，生产效益促进发展，发展促进研究，研究促进技术升级，技术升级促进设备升级的良性循环。如今国家上比较知名的焊接变位机生产厂家含有美国的Aroson公司，德国的Severt公司等，这些企业主要以生产变位机作为主要的产品。日本的OTC公司等不仅仅生产焊接变位机，还生产工业机器人，含有焊接、喷漆与转配等[11]。
如今这些国外的焊接变位机企业多数从焊接加工中心的角度出发对焊接变位机进行设计与研发，所研发的焊接变位机具有与焊接接人或其他自动化设备的联动的数据接口。成熟的操作控制系统，为加工提供了丰富的可控参数，使得加工提供了丰富的可控参数，使得加工过程变得简单方便，加工质量进一步的提升[12]。
我国的焊接装备制造业起步比较晚，开始于上世纪五六十年代，大部分的装备都是从原苏联引进，部分使用厂家自己设计制造。到了70年达之后，我国陆续组建一批专门生产焊接装备的制造企业，“六五”期间，原机械工业部拨专款将长春第二机床厂改建成为我国第一家具有批量生产能力，制造专用焊接机与焊接装备的长春焊机制造厂[13]。进入到80年代之后，伴随着国内焊接装备需求量的不断提升，各地相继的出现很多中小型成套的焊接装备生产厂家。迄今为止，我国已经有10多家焊接装备的生产企业，某一些企业已经具有相当大的规模，已经实现焊接装备的批量生产[14]。
在发展的初期，我国生产的焊接装备大多为较简单的焊接操作机，滚轮架、变位机以及翻转机回转平台等，成套性比较差，自动化程度很低。焊接操作机与配套设备基本上不能联动控制， 用户必须自行改造。进入 80年代以后， 由于国外先进成套焊接设备的大量引进，促使国产的焊接装备制造业无论在成套性和自动化程度， 还是设备精度和制造质量方面都有不同程度的提高。 目前已能生产6*6以上大型立柱—横梁埋弧焊或窄间隙埋弧焊操作机400t， 重型滚轮架及重型、轻型自动防窜滚轮架，100T 大型变位机和大、中型翻转机等。批量生产H型钢和箱形梁焊接生产线以及各种类型的按用户需要定制的专用成套焊接设备， 并大量采用交流电机变频调速技术、PLC控制技术、伺服驱动及数控系统，焊接装备的自动化程度有了很大的提高，某些操作机还配备了焊缝自动跟踪系统和工业电视监控系统。但从整体水平来说，与先进国家的同行业相比，尚有较大的差距[15]。
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