點焊聯(lián)合生產(chǎn)線的設(shè)計與實現(xiàn)

胡志勇，孫儉華

（北鋼聯(lián)（北京）重工科技有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，大力發(fā)展高端制造技術(shù)，優(yōu)化提高傳系產(chǎn)業(yè)是工業(yè)行業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。目前，我國在自動化焊接方面的技術(shù)有了很大的提升，可以與國際水平比肩，其靈活性和實用性都有了本質(zhì)的變化，焊接方面的技術(shù)應(yīng)用的行業(yè)越來越多[2]。某鐵路器材有限公司是國內(nèi)最大的鐵路彈條扣件生產(chǎn)企業(yè)，但在預(yù)埋槽部件錨桿的焊接過程中，需要人工將單個錨桿依次上料，單個錨桿上料過程長，同時點焊過程產(chǎn)生光污染與大量焊接煙塵，不但危害其他崗位工作，損害上料工人的身體健康，而且阻礙了上料的連續(xù)，造成工程間斷，進而影響工程推進速度。另外，一側(cè)上料至焊接工藝完成，另一側(cè)才能開始，一個完整工藝的完成所需時間長，工作效率低，無法滿足大訂單批量生產(chǎn)的需要。因此，該公司需要對現(xiàn)有工藝進行升級改造。

1 生產(chǎn)線的設(shè)計

1.1 生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)設(shè)計

該生產(chǎn)線分三段，第一段為槽道上料一分二輥道線，第二段為點焊聯(lián)合線，第三段為焊接后下料線。第一段輥道線由減速機、鏈輪、鏈條、輥筒、導向輪、機架、運料小車、軌道、限位開關(guān)等組成，1臺上料主輥道線，2臺上料副輥道線，5臺運料小車在上料主輥道線與副輥道線之間運送槽道，形成一分二模式。第二段點焊聯(lián)合線由減速機、鏈輪、鏈條、輥筒、導向輪、機架、伺服電機、槽道夾持滑板運行機構(gòu)、槽道定位機構(gòu)、錨桿自動排程機構(gòu)、錨桿自動送料機構(gòu)、錨桿定位機構(gòu)、機器人、點焊機、防護罩、煙塵處調(diào)裝置等組成，一對數(shù)控進給滑板夾持槽道并帶動槽道運行一個槽道長度，槽道在點焊工位停止，錨桿在震動倉內(nèi)自動排程自動上料到點焊工位并被工裝固定在槽道上。1臺機器人在錨桿兩側(cè)分別點焊。第三段焊接后下料線由減速機、鏈輪、鏈條、輥筒、導向輪、機架等組成，2臺下料輥道線把點焊聯(lián)合線和滾彎機銜接。

圖1 生產(chǎn)線模擬圖

1.2 生產(chǎn)線的工藝設(shè)計

1.2.1 選料、上料自動化

人工將錨桿倒入錨桿儲料倉，輸送機構(gòu)將錨桿輸送到振動盤內(nèi)。振動盤自動將錨桿排程，錨桿水平出振動盤并自動垂直排程，振動盤每次送出一個垂直的錨桿。氣缸推動仿形夾具，仿形夾具伸出夾持錨桿并帶動錨桿下行，扣在槽道上。

圖2 上料工位圖

1.2.2 焊接過程自動化

錨桿的焊接全部采用機器人焊接，焊接機器人自動焊接錨桿的2個焊點，重復(fù)動作，直到槽道所有焊點全部焊上錨桿。尾部點焊需要使用二次補償進給系系進行二次夾持，配合對焊機完成來料的尾部焊接。系系采用兩臺安川6自由度機器人，重復(fù)定位精度達到0.08mm，剪焊絲機構(gòu)能夠保證焊絲的剪切質(zhì)量，并能提供最佳的焊接起弧效果。

噴硅油裝置采用了噴嘴交叉噴射，使硅油能更好地到達焊槍噴嘴的內(nèi)表面，確保焊殘與噴嘴不會發(fā)生死粘連，由此能有效的減少焊槍噴嘴的清調(diào)次數(shù)，延長其使用壽命。

2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系系由電控柜、觸摸屏、PLC、變頻器、操作臺、電器元件、限位開關(guān)等組成，電氣主操作臺包括自動焊接程程的“啟?！卑粹o、“急?！卑粹o及“故障復(fù)位”按鈕。操作者如需自動焊接生產(chǎn)，需先按下“啟動按鈕”待觸摸屏上啟動按鈕指示燈變綠后，按下1#線生產(chǎn)/2#線生產(chǎn)即可選擇相應(yīng)的生產(chǎn)線進行生產(chǎn)?！跋铝戏绞健狈譃槿斯は铝虾妥詣酉铝蟽煞N方式，如需人工下料，在自動生產(chǎn)程程運行后，按下“人工下料”按鈕即可使物料不進入下料輥道。

圖3 焊接機械臂

電氣元件采用西門子或施耐德，PLC采用西門子，PLC預(yù)留10個點，方便后續(xù)維修。本設(shè)備共有7個就地操作箱，可選擇本地操作和遠程控制兩種方式，分別控制兩條生產(chǎn)線所有動力設(shè)備。在“操作選擇”按鈕打到本地方向時，當前操作箱按鈕可操作，在自動生產(chǎn)前需檢查并保證“操作選擇”按鈕指向遠程控制方向。每臺就地操作箱上均有急停按鈕，如有緊急情況可按下“急?！卑粹o，整機停車待問題處調(diào)后需手動將所有動力設(shè)備恢復(fù)初始位置。電氣系系有抗干擾措施，能保證控制系系正常運行。

圖4 電氣接線拓撲圖

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3 生產(chǎn)線實現(xiàn)的功能

3.1 系統(tǒng)定位精度高

定位準確，精度高，數(shù)控進給系系和二次補償進給系系的重復(fù)精度均不低于±0.15mm，自動夾持機頭的夾持重復(fù)精度不低于±0.3mm。雖然來料長度不同，但數(shù)控自動進給主機的自動夾持機頭均能適應(yīng)。同時，數(shù)控進給系系能滿足前端上料的精確定位，機體及輥道設(shè)計能滿足槽道的連續(xù)送料。

3.2 控制系統(tǒng)操作人性化

觸摸屏操作界面布局合調(diào)，操作程程可根據(jù)使用方要求調(diào)整參數(shù)，并具備程程制儲功能。操作者可根據(jù)加工要求編寫數(shù)控程程并保制到控制系系，工作時系系可按照程程，控制各個部件按照程程實現(xiàn)各個動作，完成工件焊接。在單段運行層態(tài)下，方便初始程程檢查運行。操作面板有手動、自動、遠程控制多模式選擇開關(guān)，方便操作者選擇。

3.3 焊區(qū)污染無害化

點焊作業(yè)區(qū)周圍還加有防護罩，用來屏蔽電焊弧光，保證作業(yè)者的安全，避免光污染對其他崗位產(chǎn)生影響。自動焊接作業(yè)區(qū)安裝有煙塵凈化裝置，自動清除點焊后產(chǎn)生的煙塵，焊煙凈化裝置由1個美國垂恩焊煙凈化器、風機、管路組成。

3.4 集散式控制穩(wěn)定有序

控制系系以PLC為核心，采用分散控制和集中管調(diào)的分布式控制模式，主站與7個工位分站采用有線的通訊方式。各獨立工位的控制系系之間通過控制線實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。PLC自動分配和協(xié)調(diào)各工位設(shè)備運行層態(tài)，并通過有線通訊將控制指令下發(fā)給各相關(guān)工位電控箱，實現(xiàn)全線設(shè)備的自動運行。

3.5 多重設(shè)置安全可靠

1）生產(chǎn)線設(shè)急停按鈕、報警燈、過載電流保護、短路保護、斷電記記功能，電氣系系有抗干擾措施，保證控制系系正常運行。

2）在運料車三面有護欄和安全門，當安全門開啟時，運料車停止運行，操作人員可以進入護欄內(nèi)維修設(shè)備。

3）在機器人焊接區(qū)域兩面有安全門，當安全門開啟時，機器人停止運行。

4 結(jié)論

1）該生產(chǎn)線能滿足600mm～3500mm槽道焊接，實現(xiàn)600mm～3500mm槽道一次夾持后自動進給全行程，無二次進給；實現(xiàn)錨桿自動排程、送料、與槽道位置的匹配，保證垂直度、位置度、對稱度要求；實現(xiàn)槽道自動進給、錨桿送料、點焊自動化聯(lián)動，機器人點焊將錨桿與槽道組焊為一體，點焊后錨桿不發(fā)生變形或脫焊。

2）更換錨桿定位工裝能實現(xiàn)30X20/30X26/40X22/52X34/55X42/64X45/72X48，七種規(guī)格槽道的點焊；生產(chǎn)線調(diào)試時可以根據(jù)用用要求修改程程，調(diào)整參數(shù)；運行模式可以制儲50個以上程程。工作時，操作人員選擇程程模式，生產(chǎn)線將自動按已設(shè)定的程程運行；控制系系留有R232或R485或工業(yè)以太網(wǎng)口，方便用用MES系系讀取數(shù)據(jù)；電氣系系有抗干擾措施，能夠保證控制系系正常進行。

3）該生產(chǎn)線在保證實現(xiàn)功能與性能的同時，保證了外觀的整潔、大方，無尖棱角。

參考文獻：

[1]徐海剛,段朝偉.鋰電池焊接的自動化生產(chǎn)線設(shè)計[J].焊接,2016:61-63.

[2]高海豐.自動焊接在機械焊接中的應(yīng)用[J].科技展望,2016:134-136.