建筑模板機器人自動焊接生產線的研制

楊永波

（哈爾濱焊接研究所，黑龍江 哈爾濱 150080）

前言

鋼質建筑模板又稱（免拆模板網）一般均做成定型建筑模板，用連接構件拼裝成各種形狀和尺寸，適用于多種結構形式。鋼質建筑模板一次投資最大，但周轉率高使用壽命長。隨著建筑產業不斷發展，采用現澆混凝土施工工藝的結構工程已經占據主流地位。在鋼筋混凝土結構施工中，模板和支撐工程對工程成本、施工進度以及結構質量都起到重要影響。目前模板主要依賴于手工焊接生產，這種方式不能有效保證產品的質量和工作效率。哈爾濱焊接研究所針對這種情況研制了建筑模板機器人自動焊接生產線。這套生產線的研制成功改變了傳統建筑鋼模板完全依靠手工方式進行焊接制作的方式。從而克服手工制作建筑鋼模板產量低、生產周期長、工人勞動強度高、產品質量不穩定等不足，保證產品質量和產量的提高。

1 建筑模板的結構

建筑模板是由板材與型材組焊而成的板梁結構。主要部件有端板、縱肋、邊框、橫邊框等，端板為冷軋鋼板經過剪切而成，端板中間不得進行拼接，縱肋采用槽鋼或方管等型材，邊框則可以采用角鋼或帶鋼。端板與縱肋或邊框之間采用斷續焊完成連接，焊接位置和焊接長度隨型號的變化而變化，橫邊框與縱肋和邊框之間要求進行滿焊，由機器人完成焊接工作。邊框與端板之間采用斷續焊接。

圖1 建筑模板機器人自動焊接生產線

2 建筑模板機器人自動焊接生產線描述

圖1是哈焊所研制的建筑模板機器人自動焊接生產線。該線用于建筑模板縱肋、縱邊框及橫邊框的自動焊接。整條生產線可分為縱肋/縱邊框焊接和橫邊框機器人焊接兩個工序，由五個工位組成（前段傳輸工位、縱肋/邊框龍門焊接焊接工位、后段傳輸及緩存工位、機器人自動焊接工位和卸件工位）。其中龍門焊接工位和機器人焊接工位為整條生產線的核心部分。

生產線共分為兩道焊接工序，第一道焊接工序完成縱肋及縱邊框的焊接，為龍門焊接工位；第二道焊接工序完成橫邊框及縱肋端部的焊接，為機器人焊接工位。工件經過工件傳輸工位到縱肋點裝區對工件的縱肋及縱肋邊框的端頭進行點固焊接，通過鏈條傳輸進入縱肋龍門焊接工位對縱肋及縱肋邊框進行焊接，完成焊接工作的工件進入后段傳輸及緩存區在此處安裝模板的橫邊框同時進行點固焊接，完成的工件進入機器人焊接區對橫邊框進行焊接，完成的成品工件進入卸件區在該區對工件進行檢查，補焊同時吊走合格品。整條生產線電控系統采用PLC（可編程序控制器）為主控單元，控制工件傳輸、定位、壓緊及焊接的全過程。過程控制穩定可靠。配有人機界面，可以方便地設置和修改工藝參數，并可顯示運行過程參數（如斷續焊縫的間距和長度等）。人機界面與可編程序控制器聯機，即可監視運行狀態，修改參數。人機界面可提供調整維修用手動控制面板，共六種類型的畫面。即：主菜單畫面、手動操作畫面、自動流程畫面、參數修改畫面、輸入狀態畫面、符號表畫面等。

圖2 縱肋/邊框龍門焊接焊接工位

3 縱肋/邊框龍門焊接焊接工位：（見圖2）

該工位包括機械系統、電控系統和焊接系統等三部分。機械系統包括工件傳輸系統、夾緊/導向龍門架、焊接龍門架和工件壓緊機構等。工件傳輸系統分前后兩段，前段工件傳輸系統由多排輥輪及相配套的傳輸鏈所組成。工件由傳輸鏈上的驅動小車推動而使之移動，并通過焊接位置的導向定位機構和龍門焊接區。傳輸系統的后段即為鏈式傳送輥道，可將焊后工件傳送至機器人焊接工位，并可作為緩沖區，暫存工件。焊接龍門架上裝有交錯布置的焊接機頭，其上方裝有相應的送絲機構；焊接機頭與相應的跟蹤機構連在一起。整機共裝有10把焊槍，焊槍除可進行左右位置的調節之外，尚可手動調節焊槍傾角，以適應初始位置的焊槍對中調節。

工件的壓緊采用三套壓緊輥來實現：前兩套壓緊輥裝在夾緊/導向龍門架上，分別位于縱肋和縱邊框定位/導向機構的前后，滿足工件點固焊和焊接時的定位壓緊要求；第三套壓緊輥安裝在焊接龍門架的后方，有利于減小焊接過程中工件變形。

焊接系統采用OTC 500A焊接電源、送絲系統及焊槍，以最寬的工件計算，四條縱肋和兩個縱邊框的同時焊接共需10套焊接系統，焊接中采用工件連續移動而肋板兩側的焊槍交錯布置、同時起弧焊接的方法，實現其兩側交錯斷續角焊縫的焊接。按照要求切換焊機所控制的焊槍，已達到斷續焊縫在工件上交錯排列，同時根據工件型號變化可以自由切換工作焊機的數量。

圖3 機器人自動焊接工位

4 機器人自動焊接工位：（見圖3）

本工位進行橫邊框焊接，包括有2套機器人系統、工件傳輸系統、定位夾緊系統等部分組成。

工件傳輸系統亦由多排輥輪及相配套的傳輸鏈所組成。工件由緩沖傳送工位傳輸到本工位，在工傳輸過程中工位升起氣動定位擋塊，工件到位后側面有頂緊氣缸將工件準確固定在工作臺上，并由壓緊氣缸將工件壓緊以保證焊接工作的進行。

工件準確定位后，系統指令焊接機器人工作。機器人倒掛安裝在C型架上，完成前、后兩個橫邊框以及縱肋端部立角縫的焊接。考慮到部件制造中的誤差，在機器人系統上安裝有碰撞尋位系統，該系統是通過機器人焊絲與工件的接觸，引發電容放電用來確定工件焊縫的位置。這樣工件雖然有一定的誤差，有尋位過程的修正，機器人仍可以準確確定焊縫的空間位置，保證焊接過程順利完成。

在該處機器人所要焊接的焊縫形式有角接和對接，空間位置上有平焊和立焊兩種焊接姿態。

5 建筑模板機器人自動焊接生產線應用

5.1 建筑模板機器人自動焊接生產線可以滿足標準模板的焊接生產。

5.2 該生產線的生產效率高，同時可以有效減少工人的勞動強度。

5.3 經過運行實踐表明機器人生產線的設計成熟而穩定，系統運行平穩，產品質量有了明顯提高，設備使用良好故障率低。在生產中取得了顯著的效果。