提升機頭尾殼體自動焊接變位機優化設計

楊軍 紀勇飛

摘 要：變位機作為焊接輔助設備，其在自動焊接系統中的作用不可或缺。變位機和焊接機器人對于自動焊接系統來說，如同人的左右手一樣重要。正確選擇或者設計合適的變位機，對提高焊接效率、改善工人作業條件、保證焊接質量等方面至關重要。本文針對提升機頭尾殼體種類多、批量小、大型薄板箱體結構、不同型號尺寸差距加大等特點，在常見結構形式的變位機基礎上進行了優化改進，使其兼顧多種型號的頭尾殼體焊接變位，工作人員只需上下料，其余工作完全由設備自行完成，大大降低了工作人員勞動強度及生產安全風險。

關鍵詞：變位機;自動焊接系統;輔助焊接;優化改進;提升機頭尾殼體

前言

變位機的作用主要是使工件的焊縫在焊接時處于最佳的焊接位置。市場上現有較為成熟的變位機主要有三種形式：伸臂式、座式、雙座式，這幾種形式的變位機能夠滿足常見形式焊接件的焊接變位的要求。對于一些非常規或有特殊要求的結構件焊接，往往上述變位機無法滿足使用要求，需要根據工件結構特點及焊接拼裝工藝而特殊設計，以達到最佳的焊接效果。

1 工件結構簡述

本文變位機主要針對鋼絲膠帶提升機頭尾殼體配合自動化焊接進行變位，涉及機頭殼體8種，機尾殼體8種。機頭最小尺寸2126x1200x1000mm，最大尺寸3410x2480x1760mm;機尾最小尺寸1660x760x2250mm，最大尺寸2600x1760x3250mm。殼體主要由槽鋼、角鋼、折彎板（厚度6-8mm）、筋板（厚度10-16mm）等組成，重量在2～5噸之間，焊縫較多且焊縫主要集中在前后兩個面上，以長直焊縫為主，焊縫形式主要為角焊縫、搭接焊縫。殼體的上下法蘭面拼裝精度較高，其余殼體部分拼裝誤差相對較大，故以法蘭面裝夾定位為宜。殼體結構如圖1所示。

2 變位機優化設計

2.1 選擇思路及存在問題

由于工件重量較重，且外形尺寸相對較大，伸臂式及座式變位機無法滿足要求，只有雙座式變位機可以滿足此類殼體的變位。殼體焊縫主要在前后兩個面上，變位機只需要進行±90°翻轉即可，同時由于機器人配備了XYZ三個外部軸，行程完全滿足焊接需要，變位機無需升降功能，從經濟性、可靠性等方面考慮，可選擇雙座單回轉變位機。雙座單回轉變位機基本形式有兩種。

雙座單回轉變位機通常一側由電機驅動，另一側從動。針對頭尾殼體的結構特點，上述兩種變位機形式各有利弊，左側結構整體呈U型，兩端回轉支撐剛性連接，工件通過連接底座進行裝夾固定，整體受力較好，此種形式不適合RGV小車自動上下料，需人工在變位機上對工件進行裝夾，自動化程度不高，安全性大大降低;右側結構雙座兩端相互獨立，工件主要通過兩端回轉支撐上的工裝分別裝夾，由電機驅動一端運動，帶動工件轉動，另一端隨工件一起轉動，該結構適合RGV小車自動上下料，且一端可以做成可調式，尺寸上能夠兼顧不同型號的工件，但是由于工件尺寸較大，型號較多，多型號共用一套設備，工件偏心距差別較大，通過工件帶動另一端轉動，工件所受扭力較大，導致殼體變形量加大。

2.2? 優化設計

綜上所述，此兩類通用結構形式都無法滿足工件的變位要求，我們需要根據工件的結構特點和使用要求，結合雙座單回轉式變位機兩種基本形式的利弊，對上述結構進行優化。

首先，需要滿足軌道小車自動上下料，變位機自動夾緊的要求，我們考慮選擇兩端獨立的雙座變位機;

其次，為了減少殼體變位過程中扭曲變形，參考U型結構（圖2中左）。設計活動工裝板，通過夾具使得工件與工裝板可靠連接，變位機與工裝板自動夾緊，這樣既可以通過更換工裝板來解決殼體型號過多，尺寸差異較大，變位機無法兼顧的問題，也可以改善工件變位過程中受力狀態，減少殼體扭曲變形;

最后，由于增加了工裝板重量且工件自重較大，總體重量近7噸，為提高變位機輸出扭矩，增加變位機負載，將單側驅動改為雙驅，使得兩端受力更加合理。

在此基礎上，由于工件只需進行±90°翻轉即可，從安全性方面考慮，設置機械鎖緊裝置，分別在變位機轉至±90°位置時進行鎖緊。同時，由于是雙驅形式，需要兩端伺服電機同步運動，這里通過伺服控制器之間相互反饋，2套控制器接受同一組脈沖來實現。此外，變位機的雙驅軸為機器人外部軸，可實現焊接協同變位。

3 工裝夾具設計

通過上述優化，變位機可以很好地適應提升機頭尾殼體的變位焊接，但對于工裝板有較高要求。首先工裝板上需設置配合RGV小車及變位機的定位導向裝置，RGV小車伺服控制系統將工裝板連同工件整體精確輸送至變位機上方，再通過相應的定位導向裝置將工裝板及工件放到變位機上。

其次，由于工件的法蘭面是生產制造基準面、安裝面，在工裝板上的定位可通過工件下側法蘭實現，定位完成后可通過壓緊裝置將工件下法蘭四面壓緊，使得工件與工裝板成為一個整體，壓緊裝置及定位銷做成可移動式，實現多型號共用一套夾具。

最后，由于工件和變位機完全通過工裝板進行裝夾，工裝板的強度、剛度提出較高的要求，工裝板需要制作成框架式，內部布設龍骨，提高自身強度，焊接完成進行退火處理，再進行金屬切屑加工。

4 結語

通過對常見形式變位機的優化設計，有效滿足了現有工件的焊接變位要求，采用工裝板形式，提高了變位機的通用性，通過更換工裝板，此變位機可以滿足負載范圍內更多型號工件的變位，通過與RGV小車配合提高了工件裝夾、裝卸自動化程度，為后續焊接產品型號的擴展和改進，留有較大的設計余地，大大提高了變位機的適用范圍，改善了現有變位機通用性差的現狀。

參考文獻：

[1]劉劍.重型車輛高強鋼主體結構變位工裝設計與工藝試驗研究[D].南京理工大學，2013.

[2]茅洪菊，周曉翔，曹恒泰.針對兩工件焊接的變位機結構設計與分析[J].電焊機，2018，48（12）：28—33.

作者簡介：

楊軍（1980.03-），男，漢族，安徽宿州市泗縣，本科，中建材（合肥）機電工程技術有限公司，研究方向：機械工程。

紀勇飛（1992.01.08），男，漢族，籍貫：安徽合肥巢湖，最高學歷：本科，中建材（合肥）機電工程技術有限公司，研究方向：機械工程。