游覽車轉向架自動化焊接系統探究

葉瓊 姜益民 魯靜 吳繼波

[摘? ? 要]本文主要是針對游覽車轉向架自動化焊接系統進行研究，希望通過具體的研究，能夠對游覽車轉向架自動化焊接系統有一個大致的了解，同時也能夠對后續的研究提供相應的建議措施。

[關鍵詞]游覽車;轉向架;自動化焊接系統

[中圖分類號]U232 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]This paper mainly studies the automatic welding system of tour bus bogies， hoping that through specific research， we can have a general understanding of the automatic welding system of tour bus bogies， and also provide corresponding suggestions and measures for the follow-up research.

[Keywords]tour bus; bogie; automatic welding system

隨著時代的不斷發展，針對目前特種設備作業之中對于游覽車應用需求的不斷增加，為了滿足整體的需求，就需要了解游覽車轉向架自動化焊接系統，這對于游覽車本身的安全性能夠起到有效的防護作用。

1 設備用途及特點

本游覽車轉向架自動化系統主要用于中車特種裝備指定轉架的自動焊接。在本次的設計中，其基礎條件是基于合理的安排產品工藝流程?；诟鱾€工序之間的供求關系的合理分析，還需要讓實際的運送變得更加的快捷與順暢。另外，基于操作性、安全性、經濟性等諸多因素的分析，將高互換性作為基本的準則，這樣就可以在生產成本降低的同時，獲取對應的質量。

2 適用工件描述和對工件的要求

2.1 工件描述

工件外型如圖1和圖2所示。

2.2 機器人焊接系統對工件要求

工件被焊部位不應有毛刺、銹蝕、翹曲、油污等影響焊接質量的缺陷;各工件應采用專用夾具進行點定;各散件人工點固的定位誤差不大于3 mm;點定焊腳高度不大于3 mm，點定間隙不大于1 mm，點定間隙大于2 mm時需人工進行打底焊接。

2.3 工件節拍計算

節拍計算基準：機器人焊接速度450 mm/min，每條焊縫的起收弧時間1.0 s，每條焊縫的跳轉時間2.0 s，機器人進槍及回位時間10 s，循環清槍時間20 s/次，焊縫進行兩道焊接，單件焊接時間為2.8 h，詳細節拍計算請查看節拍計算表。此節拍表僅供參考，以實際節拍為準。

2.4 機器人仿真

（1）端梁機器人焊接能夠實現完整模擬，焊接可達率≥95%，因夾緊工裝的影響，少數幾條焊縫會存在焊接接頭，即不能一次性焊接完成。

（2）構架總成對接焊縫及分組件焊接可達性分析，焊接可達率≥95%，因夾緊工裝的影響，少數幾條焊縫會存在焊接接頭，即不能一次性焊接完成。

3 機器人系統描述、操作流程及焊接工序

3.1 系統描述

系統構成：機器人系統+L型變位機（兩套）+電氣控制+附件等。本系統具有技術先進、功能完善、適應性強、可靠性高、美觀等特點，可以提升焊接的一致性和對應的質量，并且操作者的勞動強度得以降低，也可以實現生產效率的提高。

3.2 操作流程

人工完成工件點定后，吊裝工件至L型變位機并將工件夾緊;操作者退出到安全位置并按預約按鈕，機器人按程序開始自動焊接;機器人焊接A工位時，人工裝夾B工位工件，裝夾完畢退出到安全位置并按預約按鈕;機器人焊接完畢，人工將工件吊離變位機;如此循環。焊后進行打磨[1]。

3.3 焊接工序

小組件人工組對，組對工裝由客戶自備;小組件進入機器人工作站，進行自動焊接;構架人工組對，組對工裝由客戶自備;構架上機器人工作站，進行自動焊接。因空間狹小或工件本身干涉，焊槍無法對相應焊縫進行焊接的，由人工進行補焊。

4 主要設備簡介

4.1 標準L型變位機

變位機采用湖南天一標準的1 000 kg L型雙軸變位機。變位機由機架由翻轉架以及回轉機構和工裝部分構成。其回轉部分由西門子伺服電機驅動+精密減速機組成，保證其回轉精度，翻轉由西門子伺服電機驅動+精密減速機，保證其能夠翻轉至焊接工件所需要任意角度位置。變位機機架由鋼材焊接退火加工而成，具備足夠的強度與剛性。

4.2 工裝說明

本設備工裝采用手動柔性工裝，操作簡單方便。工件定位采用底面及靠邊定位，在工件相應位置分別布置壓緊點，用于壓緊工件。

5 機器人、焊接電源的主要技術參數

5.1 機器人介紹及技術參數

5.1.1 機器人系統主要構成

FANUCM-10iD/8L機器人系統主要由機器人本體、機器人示教器、機器人控制柜組成。

5.1.2 機器人本體的特點

①機器人利用鑄造結構，通過有限元機構和計算機輔助設計的分析，這樣就可以獲取相對優異的堅固剛性結構，最終讓固定負載能力更佳。②基于日本FANUC的焊槍電纜與手臂綜合一體化弧焊機器人的使用，相比同類機器人，其高速度的運動是最有效的，并且因為其焊絲導線管之外的電纜都是在機器人手臂之中，所以這樣就可以減少工件、焊槍以及夾具之間電纜帶來的干擾，就算是狹小的焊槍，都很容易就伸入進去。③驅動能力更優秀，其本身擁有較高精度的監測系統，也擁有大功率的伺服系統，這樣就可以確保良好的精度以及對應的高動態特性。④在最佳位置安裝送絲結構，直接將焊槍電纜藏于機器人手臂內，焊絲送入焊槍電纜內比較平直，可以有效提高送絲的順暢程度，提高焊接質量。⑤六軸的伺服馬達均自帶有防碰撞檢測功能，無需外加任何防碰撞裝置。

5.1.3 機器人示教器與控制柜特點

機器人示教器與控制柜見圖3所示。

其主要特點在于：示教器操作方便、簡單易學，且支持中英文互換;減輕了自重，并巧妙的改變了示教器的重心，改善了整體的平衡性?？刂乒窬哂行阅芨?、響應快、安全性強等特點;支持多種標準工業控制總線。

5.1.4 機器人系統介紹及其特點描述

設備的編程主要是利用菜單提示的方式，實施人機對話;操作界面利用中英文交替護患的模式;控制系統是工業單片機結構，其本身運行穩定，并且功能強大，不容易受到病毒的干擾;模擬與數字輸入/輸出接口屬于開放式的，這樣可以確保利用網絡就可以實現對于文件的管理，也可以滿足運行監視的要求;針對焊接專家系統而言，本機器人與品牌焊接電源通信保持相互的聯系，通過機器人，做好對應的焊接速度、電流、電壓等參數的設定，這樣就可以獲取最佳的焊縫尺寸、成型以及熔深;機器人自帶32 MB內存，方便用戶儲存數據文件，應用在設備中，可至少儲存500套程序;焊接時出現斷弧，機器人能自動找到重新引弧的具體位置，具有位置記憶功能;具有粘絲自動解除功能[2]。

5.2 弧焊軟件包（ArcTOOL）

5.2.1 智能尋位功能包

在焊接之前，利用智能尋位系統實現對工件定位點的查詢，ArcTOOL使用焊槍作為感應裝置，而不需要在焊槍上安裝體積龐大的附加傳感器。在比較實際工件位置與程序設定位置之后，系統對路徑進行修正。

FANUC具有獨特的接觸傳感功能，有自動尋找焊縫的跟蹤功能，從而解決工件初始定位偏差和工件本身不一致的問題。

在機械手電弧焊接過程中，機械手通?？偸窃谕卉壽E中按被編程的運動執行，鑒于被焊工件預制件中經常出現某些偏差，如夾緊裝置的定位誤差、焊接變形或者其它偏差，焊接前機械手必須搜索接頭位置。由于工件預制件的形狀和位置可能存在偏差或者在焊接期間變形，在焊接工藝過程進行中，要求機械手跟蹤焊接接頭，正好對著焊接坡口。

5.2.2 電弧跟蹤功能

TAST（Through Arc Seam Tracking）電弧焊縫自動跟蹤功能，主要是利用自動補償的方式進行偏離的處理，利用縱橫向的機器人運行軌跡進行位置補償。由于是在線跟蹤，節拍時間將不受影響。并且結合TouchSensor功能包使用，可以達到最佳的效果。

參照基本的原理要求，就可以確保軌跡中心線一直都處于坡口的位置上，或是說在角焊縫的45°位置線上;同時保證焊槍在高度方向上的一致（如圖4所示）。該功能啟動時，相關數據的反饋和處理頻率是每12μs一次，跟蹤精度為0.1 mm。

5.2.3 多層焊接功能

多層焊接功能應用于需要多層多道焊接的場所（如厚板焊接），使用多層焊接功能，可以實現多層焊接條件的預先設定，然后利用自動跟蹤功能，就可以滿足軌跡的跟蹤，并且做好數據的修正處理。

FAUNC多層多道焊接功能程序可以滿足大焊角焊縫的簡化，也可以實現多層多道焊接工序的示教。如果是選擇普通的變成方式，其工作量較大;但是在使用FAUNC多層多道焊功能程序之后，示教只需要針對第一層，其余的都可以按照焊接工藝來進行對應的產出。另外，其本身還能夠結合電弧跟蹤來加以使用;在第一層焊接的時候，通過電弧跟蹤功能，就可以實現偏差的有效糾正;基于其功能分析，也可以將第一層的偏差記錄下來，然后實現對于后續的補償，并且也可以將多層多道焊接中的焊縫位置偏差的問題解決掉。針對不同的焊接參數，還需要單獨的進行設定，同時也可以基于工藝的實際需求，做好焊槍的擺動頻率、寬度以及波形等對應的設定處理[3]。

6 結語

總而言之，通過對游覽車轉向架自動化焊接系統的分析，希望能夠滿足游覽車轉向架的焊接需求，最終提升工作效率。

參考文獻

[1] 劉洋，莘海萍，郭繼祥.防止轉向架構架漏氣的焊接工藝創新研究與分析[J].焊接技術，2020（7）：42-44.

[2] 莘海萍，劉洋，郭繼祥，等.某種轉向架側梁機械手焊接技術改進[J].焊接技術，2020（5）：141-142.

[3] 梁昊，米彩盈.轉向架構架局部結構優化與輕量化研究[J].機車電傳動，2020（1）：121-125.

[4] 劉道春.彈性元件在汽車懸架上的應用[J].汽車工程師，2009（4）：52-54.

[5] 張旭博.基于混合動力汽車的主要構件與形態關系研究[D].武漢：武漢理工大學，2010.