高空作業(yè)平臺(tái)底盤(pán)機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王緒鋒

摘? 要：隨著人力成本的提高以及國(guó)家制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，在工程機(jī)械制造過(guò)程中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)制造過(guò)程不斷優(yōu)化升級(jí)。本文通過(guò)對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)底盤(pán)結(jié)構(gòu)及焊接工藝分析，設(shè)計(jì)了多機(jī)多軸協(xié)同的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，在兼顧焊接精度、效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)平臺(tái)底盤(pán);焊接機(jī)器人;焊接工作站設(shè)計(jì)

引言：

焊接機(jī)器人的出現(xiàn)標(biāo)志著焊接作業(yè)進(jìn)入智能化，其被認(rèn)為是改變?nèi)祟惿a(chǎn)的四大技術(shù)之一[1]。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，智能制造已成為世界各國(guó)搶占發(fā)展機(jī)遇的制高點(diǎn)和主攻方向。焊接作業(yè)對(duì)人員技術(shù)水平、操作技能有較高要求，人力成本的逐年攀升、企業(yè)生產(chǎn)效率亟待提升成為焊接機(jī)器人發(fā)展的內(nèi)在推動(dòng)力。焊接機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程自動(dòng)操控，指揮機(jī)器人完成相關(guān)的工作，徹底改變高空作業(yè)平臺(tái)以人為主的制造方式，極大提高了焊接效率和質(zhì)量，減輕了工人和企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

1高空作業(yè)平臺(tái)底盤(pán)結(jié)構(gòu)及工藝分析

1.1結(jié)構(gòu)分析

目前需納入機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)的底盤(pán)有兩種規(guī)格型號(hào)（1212、1413），長(zhǎng)寬高、重量如表1所示。

高機(jī)底盤(pán)由前擋板、前立板、上板、左右側(cè)板、后立板、折彎板等組成，如圖1所示。底盤(pán)作為高空作業(yè)平臺(tái)的關(guān)鍵支撐承重結(jié)構(gòu)，整機(jī)上所有的零部件都直接或間接安裝在底盤(pán)上，在實(shí)際工作中，底盤(pán)不僅要承受叉架、平臺(tái)、操作人員的重量及其引起的動(dòng)載荷，還要傳遞各總成的力和力矩，因此對(duì)底盤(pán)有著較高的強(qiáng)度、可靠性、穩(wěn)定性要求，同時(shí)對(duì)焊縫的焊接質(zhì)量和由焊接引起的變形有著嚴(yán)格的要求。

1.2焊接工藝分析

高機(jī)底盤(pán)所用的主要材料是Q235B、Q355B主要厚度為6、8、10、12mm，接頭形式多為連續(xù)及斷續(xù)角焊，對(duì)接、搭接，焊接方式采用φ1.2mm實(shí)芯焊絲、（Ar+CO2）混合氣體保護(hù)焊。針對(duì)底盤(pán)零部件多、焊接組對(duì)要求精度高的特點(diǎn)，特采用以下產(chǎn)品工藝流程，人工小部件點(diǎn)焊—人工底盤(pán)總組對(duì)—人工KBK吊裝至機(jī)器人焊接變位機(jī)—機(jī)器人自動(dòng)化焊接—人工補(bǔ)焊。

2多工位機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1底盤(pán)總成機(jī)器人焊接方案

結(jié)合產(chǎn)品焊接特性及形體尺寸，本方案采用1套6軸機(jī)器人外加行走地軌的方式進(jìn)行焊接。通過(guò)鏈條，實(shí)現(xiàn)焊接工件相對(duì)于變位機(jī)的自動(dòng)化上、下料過(guò)程，上下料效率較高，且工人可遠(yuǎn)離焊接工位。同時(shí)，采用1套焊接機(jī)械手配置雙變位機(jī)布局，省去了產(chǎn)品上、下料等待時(shí)間，保證了產(chǎn)品的焊接效率和設(shè)備的利用率。采用固定工作臺(tái)小部件點(diǎn)焊及人工組對(duì)配合焊接機(jī)器人完成拼焊作業(yè)。采用旋轉(zhuǎn)傾翻二軸變位機(jī)配合機(jī)器人完成底盤(pán)復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊縫的焊接。底盤(pán)的整體質(zhì)量較重，為了提高物料周轉(zhuǎn)效率，采用KBK吊裝搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)工位之間物料的轉(zhuǎn)移，總體設(shè)計(jì)方案3D示意圖，如圖2所示。

2.2零部件的選型

機(jī)器人帶有接觸尋位、弧壓跟蹤、焊槍防碰撞、配備清槍剪絲等功能。PLC除正常功能外，控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制，機(jī)器人附帶USB接口，程序可導(dǎo)出保存。其中關(guān)鍵零部件的選型如表2所示。

3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1工裝夾具設(shè)計(jì)

為提高變位機(jī)的通用性，一種產(chǎn)品對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)有一套專用工裝夾具。當(dāng)更換焊接對(duì)象時(shí)，只需將兩端的工裝整體更換即可，工裝更換需快速、高效。其中1212的底盤(pán)公用一套A型焊接基板，根據(jù)三種焊接底盤(pán)只需要更換相應(yīng)的頭端夾緊氣缸固定零件、尾端夾緊氣缸固定零件、墊高塊等，1413底盤(pán)則用B型焊接基板。

基板結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

3.2變位機(jī)設(shè)計(jì)

由于焊接系統(tǒng)需兼容1212底盤(pán)總成，1412底盤(pán)總成的焊接，設(shè)計(jì)的工裝方案需具備一定的兼容性。本機(jī)器人焊接系統(tǒng)中采用頭尾式變位機(jī)，完成焊接工件的變位工序。工裝夾具設(shè)計(jì)在兩端。對(duì)不同尺寸的底盤(pán)焊接時(shí)，調(diào)節(jié)一頭工裝夾具即可。變位機(jī)是工裝夾具和車架的承載機(jī)構(gòu)，通過(guò)變位機(jī)的二個(gè)外部軸與機(jī)器人的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人對(duì)車架所有位置焊縫的焊接。采用U型結(jié)構(gòu)增加了變位機(jī)的承載能力[2]。變位機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。

4結(jié)束語(yǔ)：

本文通過(guò)對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和焊接工藝進(jìn)行分析，確定底盤(pán)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了底盤(pán)生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)企業(yè)利用機(jī)器人進(jìn)行技術(shù)改造的具有啟示意義。

參考文獻(xiàn)

[1]? 王天然.機(jī)器人助力中國(guó)智能制造[J].科協(xié)論壇，2015（12）：9-10.

[2]? 楊立，楊澤宇，曹姜華.叉車車架多工位機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].綜合論述，2019（12）：301-302.