铝合金工件机器人自动化焊接工作站研究与开发

中图分类号：TP24论文编号：102870513-S103学科分类号：080202硕士学位论文铝合金工件机器人自动化焊接系统研究与开发研究生姓名学科、专业研究方向指导教师南京航空航天大学研究生院机电学院二О一三年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchanddevelopmentofrobotautomaticweldingworkstationforAl-alloyworkpieceAThesisinMechanicalEngineeringbyWangHaoAdvisedbyAssociateProf.XueJianbinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJAN,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文Ⅰ摘要自动化焊接工作站是焊接自动化领域的研究热点之一。本文以一种可以适应铝合金型材搭接件焊接工装的自动化焊接工作站为研究对象，深入研究了工作站的功能模块、焊接机器人移载平台模块、柔性焊接工装模块，并基于铝合金脚手架步道板实例进行了焊接工作站设计、搭建及调试。首先对焊接工作站进行功能需求分析，确定了工装模块、焊接执行模块、安全防护模块、系统控制模块、机器人移载平台模块等功能模块，构建了工作站的功能框架并在此基础上确定焊接工作站的布局形式及内部结构。研究焊接工作站关键部件机器人移载平台。进行安装形式的受力分析，确定在设计机器人运行速度下合理的安装方式，以此为基础对移载平台的关键零件滚珠丝杠型号及安装方式进行研究和设计。研究焊接加工中某一类常见工件，对其进行抽象概括并建立数学模型，通过模型分析研究尺寸变化对其工装产生的影响。在对数学模型进行分析的基础上研究该类工件的定位特点。并在上述工作的基础上为该类工件设计通用的可调式柔性装夹方案。结合铝合金型材搭接件研究基于实例的自动化焊接工作站设计，建立自动化焊接工作站实体，针对具体铝合金型材搭接件焊接工艺特性选择机器人焊接参数，并通过控制变量方法对三个主要焊接参数进行试焊验证。关键词：焊接工作站、机器人移载平台、可调工装、DSLD工件面向铝合金工件自动化焊接工作站研究与开发ⅡABSTRACTAutomaticweldingworkstationisthefocusofresearchinthefieldofwelding.Manyeffortshavebeenmadeonresearchdirectionslikefixturedesign,researchinthedistribution,controltechnique,etc.Inthispaper,anewkindofautomaticweldingworkstationwhichcanadaptvarisizedweldingworkpiecebyadoptinganewkindofweldingfixtureisdeveloped.ThisworkstationisdesignedtosolvetheautomaticweldingrequirementsofAl-alloyweldingpiecesindifferentsize.Firstly,inthispaper,thefunctionalrequirementsofworkstation,whichincludefixturemodule,executionmodule,robotmobileplatform,andsecurity&protectmodule,aredetermined.Thelayoutandtheskeletonofworkstationaredeterminedbasedonabovefunctionalmodule.Thekeycomponentofworkstation,robotmobileplatform,isdeeplystudiedonfollowaspects:theaffectionfrominstallationtowardsbasementstress,therationalassemblybasedondesignspeed.Thekeypartofrobotmobileplatform,ballscrew,isselectedandchecked,theassemblytypeofballscrewisstudied.Acommonkindofworkpieceissummarized;itsmathematicalmodelisestablishedandanalyzedtofigureouttherelationshipbetweenfixturekeypointsandsizeverification.Anewkindofadjustablefixtureisproposedbasedonformeranalysistoadjustthekindofworkpiecementionedabove.Finally,basedonthe3Ddesignmodelofworkstation,establishedtheentityofworkstation.BasedontheweldingcharacteristicsofAl-alloystructuralweldingpieces,theoperationparametersarefiguredoutandcheckedusingparametercontrolmethod.KeyWords:automaticweldingworkstation,robotmobileplatform,adjustablefixture,DSLDworkpiece南京航空航天大学硕士学位论文Ⅲ目录第一章绪论..........................................................................................................................................11.1引言.........................................................................................................................................11.2课题来源和研究意义.............................................................................................................21.3自动化焊接工作站国内外研究现状......................................................................................21.3.1焊接工作站系统...........................................................................................................31.3.2焊接工件柔性工装技术...............................................................................................51.3.3铝合金自动化焊接......................................................................................................61.4论文的研究内容和章节安排.................................................................................................71.5本章小结.................................................................................................................................8第二章铝合金焊接工作站系统总体设计...........................................................................................92.1引言.........................................................................................................................................92.2功能需求分析.........................................................................................................................92.3焊接工作站布局研究及结构设计........................................................................................102.3.1工作站整体布局研究与设计.....................................................................................102.3.2工作站结构研究........................................................................................................112.3.3工作站结构设计........................................................................................................142.4本章小结...............................................................................................................................18第三章机器人移载平台的研究与设计.............................................................................................193.1概述...........................................................................