焊接机械臂结构设计及关键部件强度研究

单鑫

摘要：随着科技的发展，自动化技术已经在我国工业化生产当中广为应用，其中自动化机械臂就是当前工业化生产当中应用最为广泛的一种设备。因此本文针对焊接机械臂现阶段的发展情况展开了研究，主要对现阶段焊接机械臂的结构设计以及关键部件的强度展开了研究，进一步保障工业机器人在结构设计方面的合理性，以供参考。

关键词：焊接机械臂;结构设计;关键部件

科技的發展和进步推动了我国工业生产领域的转型和改革，自动化技术的应用提高了我国工业化生产的效率，工业机器人成为了我国工业生产当中重要的帮手。工业机器人具有较高的灵活性和智能化水平，能够完成大量的重复性工作，同时在运行上也能够保障独立性，因此在工业生产上发挥了很重要的作用。在当前我国工业化生产当中所应用的工业机器人当中，焊接机械臂是重要的组成部分，这种工业机器人能够在恶劣的生产环境下完成大量的工作，降低了人力的负担，同时还能够提升工业生产的效率和质量，保障生产人员的安全性，获得了广泛应用，因此针对焊接机械臂在结构设计以及重要部件的强度方面展开研究十分必要。

我国焊接机械臂发展现状

焊接机械臂的重要性

焊接机械臂主要应用于焊接工作当中，相较于传统的人力焊接工作，机械臂焊接的精确度更高，同时不会受到工作状态的影响，工作失误少，同时工作效率高。在进行焊接施工的过程中，焊接机械臂面临的作业风险更低，对于企业来说，能够在节约工作成本的基础上实现工作效率的提升。此外，相较于人工焊接，操控焊接机械臂对于工作人员的工作强度、工作压力以及操作难度等的要求更低，因此相较于人力焊接，采用焊接机械臂要更加适应当前我国工业化生产的背景。我国对于焊接机械臂的研究历史已经经过了数十年，自上世纪八十年代，我国就已经针对焊接机械臂展开了研究，因此很多焊接机械臂产品已经在当前我国的工业化生产当中被广泛应用。在当前我国的生产建设当中，自动化焊接技术已经在汽车零件、土木工程、电子产品等诸多领域获得了广泛的应用。据相关调研表明，当今世界范围内，应用于工业制造和工业生产的工业机械已经超过了一百万台，其中焊接机械臂是重要的组成部分，已经占所有焊接机器人数量的百分之三十五以上。

我国工业机器人发展现状

在世界范围内来看，我国工业机器人的起步较晚，发展时间十分有限，国外在相关技术发展已经经历了长时间的研发，相关技术日趋成熟。因此相对而言，我国的工业机器人技术发展会存在一定的问题，相较于国外的先进技术还存在一定的差距。在当前的工业化生产当中，工业机器人的应用越来越广泛，但是就应用水平来看，在世界范围内，还是美国等发达国家比较好，而我国在相关技术的研究方面起步较晚，同时对国外先进技术的引入、消化到自主研发等工作的发展经历了非常曲折的过程。因此，从总体情况来看，工业机器人在当前我国工业化生产当中的应用水平仍旧十分有限，但是在制作成本上，工业机器人普遍制作成本较高，稳定性却较差，当前我国工业化生产当中应用的工业化机器人当中，很多都存在极强的不稳定性，这也是我国在这方面与发达国家存在差距的地方。当前我国工业化生产所需要的工业机器人数量巨大，但是我国的研发水平却还有限，就导致我国工业化生产所需要的工业机器人有90%以上是需要从国外进口的。因此对于当前我国的工业机器人研发工作来说，研究工业机器人制造的关键技术是十分重要的，同时在研究过程中还需要注意结合我国工业生产的特殊情况，提高工业机器人生产的可靠性。对于工业机器人来说，强度、定位精度以及动态特性等的要求都很高，特别是对于一些关键部位的强度，是工业机器人生产时需要格外注意的事项。

焊接机械臂的设计以及关键部位强度分析

在现阶段我国的工业生产当中，空间直焊和焊管焊接是应用最为广泛的焊接技术，因此在焊接机械臂的开发过程中也应该着重考虑上述两种焊接技术。在开发过程中，空间直焊技术和焊接机械臂的焊接操作能够应用于空间直钢板焊接和钢管交叉焊丝。在特殊物体的焊接工艺方面，需要通过三个自由度来确定其空间位置，同时由于在焊接过程中，焊枪本身就具有一定的对称轴线的功能，因此对称轴线的旋转以及任务执行等工作之间不具备关联性。对于焊枪来说，只需要通过两个自由度就可以确定空间位置，满足各项操作的要求，因此对于焊接机械臂来说，需要通过五个自于都来完成焊接工作，因此对于所有的焊接工作都能够很好的完成，同时还能够保障在较高水平下完成相关工作，提高工作质量。

焊接机械臂的整体组织结构形式十分紧凑，因此不需要占用大量的空间，机械臂能够在较小的空间当中完成一定的工作，同时相对工作空间很大，能够保障工作完成的质量。机械臂主要有底座、机械臂、垂直轴等部分组成。其中底座负责承担整个机械臂的稳定工作，垂直轴在底座上，机械臂则设置在垂直轴上，便于旋转和移动。操纵臂在操纵器臂的外侧，可以对垂直轴进行升降，进而实现对整个机械臂的控制。垂直轴当中设置了可以用于旋转的内轴，内轴与下端的焊枪接头相连接，用于对焊枪的控制，进而整体上形成了一个联动装置，机械臂、可以旋转的内轴、可以升降的垂直轴以及焊枪头等部位都通过独立的电机进行控制，因此在整体上具有很高的灵活性，同时还可以对不同的部位进行单独的设置，实现对整个装置联动性以及灵活性的调整。同时对不同部位也可以进行单独的检修与维护，减少故障的影响。控制器能够驱动每个电机控制下的不同位置，便于操作臂架和枪头运动，从而实现不同的动作。

参考文献

黄玥，张兴华，庄国锐，等.六轴焊接机械臂的逆运动学控制程序设计[J].内燃机与配件，2017，（22）：11.

郑暾，陈栋栋，强华，等.焊接机械臂结构设计及关键部件强度分析[J].轻工机械，2014，32（6）：48–52.

刘艳华，何高清.数控焊接机械臂设计及控制[J].安徽职业技术学院学报，2012，11（4）：4–6，11.