剪刀式高空作業車機器人焊接系統設計

張向冬　李金寶

【摘? 要】隨著人力成本的提高以及國家制造業轉型升級，在工程機械制造過程中，企業為提高生產效率，保障產品質量，對制造過程不斷優化升級。本文通過對剪刀式高空作業車叉架結構及焊接工藝分析，設計了多機多軸協同的焊接機器人系統，在兼顧焊接精度、效率的同時，實現系統設計經濟最優化。

【關鍵詞】剪刀式高空作業車叉架;焊接機器人;自動焊接工作站設計

引言：

焊接機器人的出現標志著焊接作業進入智能化，其被認為是改變人類生產的四大技術之一[1]。在新一輪科技革命和產業變革中，智能制造已成為世界各國搶占發展機遇的制高點和主攻方向。焊接作業對人員技術水平、操作技能有較高要求，人力成本的逐年攀升、企業生產效率亟待提升成為焊接機器人發展的內在推動力。焊接機器人系統通過編程實現焊接過程自動操控，指揮機器人完成相關的工作，徹底改變高空作業車以人為主的制造方式，極大提高了焊接效率和質量，減輕了工人和企業的負擔。

1剪刀式高空作業車叉架結構及工藝分析

1.1結構分析

高機叉架由矩管、圓管、貼板、加強板、走線圓鋼、軸套、軸套坐、耳叉等組成，外形結構如圖1所示。

叉架作為高空作業車的關鍵支撐承重結構，在實際工作中，叉架不僅要承受叉架、平臺、操作人員的重量及其引起的動載荷，還要傳遞各總成的力和力矩，因此對叉架有著較高的強度、可靠性、穩定性要求，同時對焊縫的焊接質量和由焊接引起的變形有著嚴格的要求。

1.2焊接工藝分析

高機叉架所用的主要材料是Q235B的板材、Q345D的管材，主要厚度為8、4.5mm，接頭形式多為連續及斷續角焊，對接、搭接，焊接方式采用φ1.2mm實芯焊絲、（Ar+CO2）混合氣體保護焊。

目前需納入機器人焊接系統設計的叉架焊接工序有叉架貼板點焊、貼板焊接、內外臂總成焊接，焊接部位示意圖如圖2所示。其中貼板點焊工藝流程為：矩管輸送上料—矩管定位夾緊—貼板抓取定位—機器人自動點焊—矩管單梁自動下線;貼板焊接工藝流程為：矩管自動上料—矩管定位夾緊—機器人自動焊接—矩管自動下線;叉架內外臂總成焊接又可分為內臂圓周焊接、內臂油缸焊接、外臂總成焊接，其中內臂圓周焊接工藝流程為：總成自動流轉—自動定位、頂升、夾緊—自動焊接—自動下線流轉;內臂油缸焊接工藝流程為：總成自動流轉—自動識別產品結構—自動定位、頂升、夾緊—自動焊接—自動下線流轉;外臂總成焊接工藝流程為：總成自動流轉—自動識別產品結構—自動定位、頂升、夾緊—自動焊接—自動下線流轉。

2叉架總成機器人焊接系統設計

貼板點焊工作站共2組點焊定位工裝，1組機器人進行貼板定位點焊，針對矩管合件，3個貼板和2個貼板的結構，可分別控制貼板料倉的舉升;貼板抓取機械手滿足φ45和φ47兩種孔徑的物料抓取。貼板焊接工作站共2組焊接單元，使用4組機器人焊接，每套焊接工作站滿足同時焊接兩件貼板總成。內外臂焊接工作站，其中內臂焊接工位共用一組焊接單元，該套工作站使用2組機器人焊接，外臂焊接使用1組機器人，油缸座焊接使用1組機器人。

叉架總成機器人焊接系統工作站設計圖如圖2所示。

3機械系統設計

此機械系統設計主要實現零部件滾輪輸送及定位夾緊功能，具體原理如下：

矩管從滾筒線輸送至點焊工位，通過信號感應，定位裝置輸出動作，將矩管前端、側面進行預定位，然后底部頂升機構通過定位銷穿孔，將矩管頂起，完成精確定位。矩管定位完成后，取料機械手通過三爪氣缸抓取物料，借助矩管圓孔，實現貼板精確定位，保證同心。

點焊完成的貼板總成從滾筒線輸送至焊接工位，頂升機構升起，將貼板總成進行定位夾緊，焊接完成后夾緊裝置松開工件降落到輸送機上，將焊接完成后的貼板總成輸送至下一工位。

叉架總成從前端滾筒線輸送至焊接工位。工裝前端設置導向裝置，保證叉架總成順利流轉。進入焊接工位后，首先完成工件阻擋定位，然后左右強力夾緊缸（共4處）進行居中定位，為避免左右抱死，左右側各預留2mm間隙，再將總成頂升至變位機焊接夾緊處進行夾緊，機器人進行焊接，焊接完成后頂升裝置升起，焊接夾緊氣缸松開，頂升裝置下降后，將焊接完成后的叉架總成輸送至下一工位，完成焊接。

滾輪輸送線設計圖如圖3所示。

4結束語：

本文通過對剪刀式高空作業車叉架結構和焊接工藝進行分析，確定叉架機器人焊接系統的設計方案，并對與之匹配的機械系統進行選型和設計，實現了叉架生產的自動化，提高了生產效率，保證了產品質量，降低了生產成本，對企業利用機器人進行技術改造的具有啟示意義。

參考文獻：

[1]王天然.機器人助力中國智能制造[J].科協論壇，2015（12）：9-10.

作者簡介：

張向冬（1993.01--），男，漢族，江蘇邳州人，本科，主要從事焊接工藝及焊接生產管理。

李金寶（1983.03--），男，漢族，山東菏澤人，本科，主要從事機械設計及制造。

（作者單位：臨工集團濟南重機有限公司）