自動(dòng)化技術(shù)在裝載機(jī)后車架焊接生產(chǎn)線上的應(yīng)用

陸其東，李江崟，張劍

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545007）

自動(dòng)化技術(shù)在裝載機(jī)后車架焊接生產(chǎn)線上的應(yīng)用

陸其東，李江崟，張劍

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545007）

近年來(lái)，焊接及物流自動(dòng)化在汽車行業(yè)已得到了快速的發(fā)展。中國(guó)的工程機(jī)械制造行業(yè)也迎來(lái)了歷史的轉(zhuǎn)型期，自動(dòng)化焊接及物流設(shè)備的引入將提升企業(yè)的生產(chǎn)能力及核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文從柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線的角度出發(fā)，分析了后車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接可焊性，明確了焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)思路，并介紹了焊接生產(chǎn)線系統(tǒng)配置、系統(tǒng)配置功能以及應(yīng)用過(guò)程中在質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面產(chǎn)生的明顯效果。

自動(dòng)化焊接；焊接生產(chǎn)線；機(jī)器人

裝載機(jī)是柳工機(jī)械股份有限公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，其后車架是整車的承重裝置，負(fù)荷高，工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接工作量大，對(duì)焊接質(zhì)量要求高，對(duì)員工的焊接技能要求也較高；手工焊接過(guò)程不穩(wěn)定，容易形成產(chǎn)生焊接缺陷，造成質(zhì)量隱患；此外，后車架車間的焊接工位都是離散型的制造模式，其內(nèi)部的物流運(yùn)輸基本上以行車結(jié)合叉車進(jìn)行物流的運(yùn)輸，存在物流效率低下、安全隱患較多等風(fēng)險(xiǎn)，且產(chǎn)品磕碰導(dǎo)致產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差，為此，為了提高后車架的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除行車吊運(yùn)帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)考慮到后車架品種的多樣性，采用物流運(yùn)輸自動(dòng)化及焊接自動(dòng)化是最佳的解決方案。

1 工件描述

1.1 工件描述及分析

后車架是典型的中厚板結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主要由鉸接部件、左右腹板、中梁架部件及轉(zhuǎn)向支耳部件構(gòu)成的左右對(duì)稱框式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且后車架的焊縫主要分布在腹板的內(nèi)外兩側(cè)，焊縫形式主要是直的角焊縫、開(kāi)單邊的V型坡口焊縫以及少量曲線焊縫，焊接工作量大，需采用多層多道焊接方式；同時(shí)，由于后車架短焊縫較多，機(jī)器人焊接完成后必須結(jié)合人工補(bǔ)焊來(lái)完成。

圖1 后車架結(jié)構(gòu)形式

1.2 工件主要技術(shù)參數(shù)

后車架的機(jī)型較多，各機(jī)型的外形尺寸和重量相差很大，最小機(jī)型尺寸為3 675×1 210×928，最大機(jī)型尺寸為3 881×2 000×1 217，重量在1 075～1 737 kg間，這就對(duì)焊接變位機(jī)、夾具及自動(dòng)物流小車的通用性提出了很高的要求。

2 自動(dòng)焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)線工藝布局

為了改進(jìn)后車架生產(chǎn)效率低下的離散型制造模式，對(duì)后車架焊接區(qū)的工藝布局設(shè)計(jì)成流線化的焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線，其主要由機(jī)器人系統(tǒng)、焊接變位機(jī)及夾具、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)、煙塵處理系統(tǒng)及自動(dòng)物流系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖2.

圖2 后車架自動(dòng)焊接線工藝布局

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.2.1 機(jī)器人系統(tǒng)[1]

采用國(guó)外知名焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，工作半徑1 450 mm，重復(fù)定位精度±0.05 mm，主要具有以下功能：

（1）電弧跟蹤功能：系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)擺動(dòng)焊接中的電流電壓信號(hào)采樣，對(duì)因下料時(shí)坡口不規(guī)則及焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形分析得出數(shù)據(jù)修改機(jī)器人路徑，能夠自行適應(yīng)焊接過(guò)程中的工件變形。

（2）智能尋位功能：利用噴嘴或焊絲碰觸工件，可確定真實(shí)焊縫位置，尋位精度±0.25 mm.

（3）手動(dòng)變位功能：機(jī)器人變位機(jī)系統(tǒng)可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換，切換到手動(dòng)功能后，可以人工點(diǎn)動(dòng)操作變位機(jī)，以方便人工補(bǔ)焊或打磨作業(yè)。

（4）同步協(xié)調(diào)控制功能：機(jī)器人、外部軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙座單回轉(zhuǎn)變位機(jī)及機(jī)器人行走系統(tǒng)三者協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，可與機(jī)器人在360℃范圍內(nèi)任意定位、協(xié)調(diào)，確保在每條焊縫處焊槍與工件均形成最佳焊接姿勢(shì)。

（5）外部啟動(dòng)/停止功能：控制柜帶有I/O板，能外接啟動(dòng)和停止等擴(kuò)充功能。

（6）離線編程軟件：可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上用工件的三維圖形進(jìn)行機(jī)器人工作程序編程、編輯。可在個(gè)人計(jì)算機(jī)與機(jī)器人控制器之間傳輸程序，并具有可通過(guò)LAN（局域網(wǎng)）傳輸程序的功能。

2.2.2 焊接變位機(jī)及夾具

（1）后車架焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)成雙座單回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖3，可使后車架縱向焊縫處于船形焊位置，變位機(jī)由機(jī)器人外部軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，可自由編程，可與機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合進(jìn)行軌跡插補(bǔ)，用于復(fù)雜軌跡曲面的焊接。

圖3 后車架雙座單回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)

（2）采用雙工位縱向布置的布局形式，具有自動(dòng)、手動(dòng)切換功能，能在不影響系統(tǒng)工作的情況下對(duì)變位器進(jìn)行手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)人工補(bǔ)焊功能。

（3）變位機(jī)主動(dòng)端配置電動(dòng)移動(dòng)裝置，可適應(yīng)不同長(zhǎng)度工件的裝夾。

（4）變位機(jī)從動(dòng)端增加動(dòng)力，利用工裝本身重心偏心讓其自由旋轉(zhuǎn)，采用氣動(dòng)裝置控制其旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，到位后氣動(dòng)定位，保證工件側(cè)向90°下料后，能夠回原點(diǎn)位置上料。

（5）后車架焊接夾具是液壓自動(dòng)裝夾結(jié)構(gòu)，采用工件下板孔和外形進(jìn)行定位，利用自動(dòng)頂錐夾具和液壓油缸夾緊工件，實(shí)現(xiàn)后車架的自動(dòng)裝夾以及適應(yīng)不同種類的后車架，保證工件夾緊的可靠性；實(shí)現(xiàn)柔線混線生產(chǎn)，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)線的使用效率。

2.2.3 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

根據(jù)后車架的工件特點(diǎn)及工藝要求，為提高后車架的焊達(dá)率，將機(jī)器人的行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)成2軸龍門式懸掛結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4.行走機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人的外部軸，可自由編程，可與機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合進(jìn)行軌跡插補(bǔ)；6軸機(jī)器人與外部2軸行走機(jī)構(gòu)配合，使得機(jī)器人工作系統(tǒng)的工作范圍更大，柔性更好。

圖4 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

2.3 焊接系統(tǒng)[2]

焊接系統(tǒng)主要由以下幾部份組成：機(jī)器人焊接電源及送絲機(jī)、加長(zhǎng)型水冷焊槍、清槍剪絲器、焊槍強(qiáng)制冷卻水箱、穩(wěn)壓電源、保護(hù)氣流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)、冷卻水流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)及人工補(bǔ)焊用電源及送絲機(jī)。

2.4 煙塵處理系統(tǒng)

每個(gè)焊接工作站配置一套煙塵處理系統(tǒng)，吸塵罩固定在機(jī)器人的X軸行走底座上，把機(jī)器人罩在下方約9 m2的區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)器人X軸一起行走，確保機(jī)器人焊接過(guò)程中能對(duì)煙塵進(jìn)行統(tǒng)一收集處理，焊接煙塵的捕集率達(dá)80%以上，除塵器出口粉塵濃度≤3 mg/m3，重點(diǎn)保護(hù)了操作者，操作方便靈活，見(jiàn)圖5.

圖5 煙塵處理系統(tǒng)

2.5 自動(dòng)物流系統(tǒng)

自動(dòng)物流系統(tǒng)由RGV物流小車、RGV物流主軌道、RGV物流支軌道、主支軌道換向機(jī)構(gòu)及上下料架組成（見(jiàn)圖6、圖7），其工作原理如下：

（1）初始狀態(tài)：變位機(jī)主、從動(dòng)端移動(dòng)到位，頂錐夾具張開(kāi)，托板在初始位置，油缸收回。

（2）RGV物流小車自動(dòng)將工件輸送到焊接夾具上，頂錐夾具動(dòng)作，夾緊工件；托板上的對(duì)中撐緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作，撐緊工件內(nèi)檔；油缸動(dòng)作，壓緊工件。

（3）夾具定位夾緊完成后，RGV物流小車退出，機(jī)器人自動(dòng)開(kāi)始焊接。

（4）機(jī)器人焊接完成后，進(jìn)行人工補(bǔ)焊作業(yè)，人工補(bǔ)焊作業(yè)完成后，操作人員按完成按鈕。

（5）頂錐夾具松開(kāi)退回；托板上的對(duì)中撐緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)退回；油缸也收回。

（6）RGV物流小車自動(dòng)將工件運(yùn)至下料架。

（7）重新開(kāi)始新一輪的動(dòng)作。

圖6 自動(dòng)物流軌道系統(tǒng)

圖7 自動(dòng)物流小車

3 結(jié)論

目前，后車架自動(dòng)焊接生產(chǎn)線已投入使用，從使用的效果來(lái)看，焊工的勞動(dòng)條件和強(qiáng)度均得到改善，員工只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，自動(dòng)物流小車就能實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)運(yùn)輸，自動(dòng)上下料、自動(dòng)裝夾以及自動(dòng)焊接；實(shí)現(xiàn)了焊接和物流運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了行車吊運(yùn)帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)明確了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為實(shí)現(xiàn)智能制造創(chuàng)造了條件，也為公司創(chuàng)造了明顯的效益。

[1]陳裕川.自動(dòng)化專用焊接設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

Application of Automatic Technology in Welding Line of Rear Frames of Loaders

LU Qi-dong，LI Jiang-yin，ZHANG jian
（Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

In recent years，welding and logistics automation has been rapid developing in the automotive industry. China's construction machinery manufacturing industry also ushers in the historical transition period，and the introduction of automatic welding and logistics equipment will enhance the capacity and core competition of the corporation.In this paper，structural characteristics and weld ability of the rear frame are analyzed from the perspective of the flexible automatic welding production line.The design idea of the welding production line is clarified.The configuration and function of the welding production line is introduced in this paper，and the obvious improving effect of the quality and production efficiency through application is also introduced.

automatic welding；welding production line；welding robot

TH243

B < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0195-03

2017-02-15

陸其東（1979-），男，廣西南寧人，本科，工程師，主要從事裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件焊接工藝研究及產(chǎn)品工藝一體化工作；李江崟（1975-），男，廣西上林人，本科，工程師，主要從事裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件制造工藝研究及產(chǎn)品質(zhì)量控制工作；張劍（1977-），男，廣西柳州人，本科，工程師，主要從事裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件制造工藝研究及產(chǎn)品質(zhì)量控制工作。