自動化技術在裝載機后車架焊接生產線上的應用

陸其東，李江崟，張劍

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

自動化技術在裝載機后車架焊接生產線上的應用

陸其東，李江崟，張劍

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

近年來，焊接及物流自動化在汽車行業已得到了快速的發展。中國的工程機械制造行業也迎來了歷史的轉型期，自動化焊接及物流設備的引入將提升企業的生產能力及核心競爭力。本文從柔性自動化焊接生產線的角度出發，分析了后車架的結構特點及焊接可焊性，明確了焊接生產線的設計思路，并介紹了焊接生產線系統配置、系統配置功能以及應用過程中在質量和生產效率方面產生的明顯效果。

自動化焊接；焊接生產線；機器人

裝載機是柳工機械股份有限公司的主導產品，其后車架是整車的承重裝置，負荷高，工件結構復雜，焊接工作量大，對焊接質量要求高，對員工的焊接技能要求也較高；手工焊接過程不穩定，容易形成產生焊接缺陷，造成質量隱患；此外，后車架車間的焊接工位都是離散型的制造模式，其內部的物流運輸基本上以行車結合叉車進行物流的運輸，存在物流效率低下、安全隱患較多等風險，且產品磕碰導致產品外觀質量較差，為此，為了提高后車架的焊接質量和生產效率，減輕員工的勞動強度，消除行車吊運帶來的安全隱患，同時考慮到后車架品種的多樣性，采用物流運輸自動化及焊接自動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構，如圖1所示，主要由鉸接部件、左右腹板、中梁架部件及轉向支耳部件構成的左右對稱框式結構，其結構復雜，并且后車架的焊縫主要分布在腹板的內外兩側，焊縫形式主要是直的角焊縫、開單邊的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，由于后車架短焊縫較多，機器人焊接完成后必須結合人工補焊來完成。

圖1 后車架結構形式

1.2 工件主要技術參數

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

2 自動焊接生產線設計

2.1 生產線工藝布局

為了改進后車架生產效率低下的離散型制造模式，對后車架焊接區的工藝布局設計成流線化的焊接自動化生產線，其主要由機器人系統、焊接變位機及夾具、機器人行走機構、焊接系統、煙塵處理系統及自動物流系統組成，見圖2.

圖2 后車架自動焊接線工藝布局

2.2 系統構成

2.2.1 機器人系統[1]

采用國外知名焊接機器人系統，其運行穩定可靠，工作半徑1 450 mm，重復定位精度±0.05 mm，主要具有以下功能：

（1）電弧跟蹤功能：系統實時對擺動焊接中的電流電壓信號采樣，對因下料時坡口不規則及焊接過程中產生的變形分析得出數據修改機器人路徑，能夠自行適應焊接過程中的工件變形。

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

（3）手動變位功能：機器人變位機系統可以進行手動/自動切換，切換到手動功能后，可以人工點動操作變位機，以方便人工補焊或打磨作業。

（4）同步協調控制功能：機器人、外部軸電機驅動的雙座單回轉變位機及機器人行走系統三者協調聯動，可與機器人在360℃范圍內任意定位、協調，確保在每條焊縫處焊槍與工件均形成最佳焊接姿勢。

（5）外部啟動/停止功能：控制柜帶有I/O板，能外接啟動和停止等擴充功能。

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

2.2.2 焊接變位機及夾具

（1）后車架焊接變位機設計成雙座單回轉結構形式，見圖3，可使后車架縱向焊縫處于船形焊位置，變位機由機器人外部軸伺服電機驅動旋轉，可自由編程，可與機器人系統聯合進行軌跡插補，用于復雜軌跡曲面的焊接。

圖3 后車架雙座單回轉焊接變位機

（2）采用雙工位縱向布置的布局形式，具有自動、手動切換功能，能在不影響系統工作的情況下對變位器進行手動操作，實現人工補焊功能。

（3）變位機主動端配置電動移動裝置，可適應不同長度工件的裝夾。

（4）變位機從動端增加動力，利用工裝本身重心偏心讓其自由旋轉，采用氣動裝置控制其旋轉平穩，到位后氣動定位，保證工件側向90°下料后，能夠回原點位置上料。

（5）后車架焊接夾具是液壓自動裝夾結構，采用工件下板孔和外形進行定位，利用自動頂錐夾具和液壓油缸夾緊工件，實現后車架的自動裝夾以及適應不同種類的后車架，保證工件夾緊的可靠性；實現柔線混線生產，降低員工勞動強度，提高生產線的使用效率。

2.2.3 機器人行走機構

根據后車架的工件特點及工藝要求，為提高后車架的焊達率，將機器人的行走系統設計成2軸龍門式懸掛結構，見圖4.行走機構作為機器人的外部軸，可自由編程，可與機器人系統聯合進行軌跡插補；6軸機器人與外部2軸行走機構配合，使得機器人工作系統的工作范圍更大，柔性更好。

圖4 機器人行走機構

2.3 焊接系統[2]

焊接系統主要由以下幾部份組成：機器人焊接電源及送絲機、加長型水冷焊槍、清槍剪絲器、焊槍強制冷卻水箱、穩壓電源、保護氣流量檢測開關、冷卻水流量檢測開關及人工補焊用電源及送絲機。

2.4 煙塵處理系統

每個焊接工作站配置一套煙塵處理系統，吸塵罩固定在機器人的X軸行走底座上，把機器人罩在下方約9 m2的區域內，隨機器人X軸一起行走，確保機器人焊接過程中能對煙塵進行統一收集處理，焊接煙塵的捕集率達80%以上，除塵器出口粉塵濃度≤3 mg/m3，重點保護了操作者，操作方便靈活，見圖5.

圖5 煙塵處理系統

2.5 自動物流系統

自動物流系統由RGV物流小車、RGV物流主軌道、RGV物流支軌道、主支軌道換向機構及上下料架組成（見圖6、圖7），其工作原理如下：

（1）初始狀態：變位機主、從動端移動到位，頂錐夾具張開，托板在初始位置，油缸收回。

（2）RGV物流小車自動將工件輸送到焊接夾具上，頂錐夾具動作，夾緊工件；托板上的對中撐緊機構動作，撐緊工件內檔；油缸動作，壓緊工件。

（3）夾具定位夾緊完成后，RGV物流小車退出，機器人自動開始焊接。

（4）機器人焊接完成后，進行人工補焊作業，人工補焊作業完成后，操作人員按完成按鈕。

（5）頂錐夾具松開退回；托板上的對中撐緊機構松開退回；油缸也收回。

（6）RGV物流小車自動將工件運至下料架。

（7）重新開始新一輪的動作。

圖6 自動物流軌道系統

圖7 自動物流小車

3 結論

目前，后車架自動焊接生產線已投入使用，從使用的效果來看，焊工的勞動條件和強度均得到改善，員工只需要進行簡單的操作，自動物流小車就能實現工件的自動運輸，自動上下料、自動裝夾以及自動焊接；實現了焊接和物流運輸的自動化，提高了產品質量，降低了員工的勞動強度，消除了行車吊運帶來的安全隱患，同時明確了產品的生產周期，為實現智能制造創造了條件，也為公司創造了明顯的效益。

[1]陳裕川.自動化專用焊接設備[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，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：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，主要從事裝載機結構件焊接工藝研究及產品工藝一體化工作；李江崟（1975-），男，廣西上林人，本科，工程師，主要從事裝載機結構件制造工藝研究及產品質量控制工作；張劍（1977-），男，廣西柳州人，本科，工程師，主要從事裝載機結構件制造工藝研究及產品質量控制工作。