楊永波

（哈爾濱焊接研究所，黑龍江 哈爾濱 150080）

前言

鋼質(zhì)建筑模板又稱(chēng)（免拆模板網(wǎng)）一般均做成定型建筑模板，用連接構(gòu)件拼裝成各種形狀和尺寸，適用于多種結(jié)構(gòu)形式。鋼質(zhì)建筑模板一次投資最大，但周轉(zhuǎn)率高使用壽命長(zhǎng)。隨著建筑產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，采用現(xiàn)澆混凝土施工工藝的結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)占據(jù)主流地位。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中，模板和支撐工程對(duì)工程成本、施工進(jìn)度以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量都起到重要影響。目前模板主要依賴于手工焊接生產(chǎn)，這種方式不能有效保證產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。哈爾濱焊接研究所針對(duì)這種情況研制了建筑模板機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線。這套生產(chǎn)線的研制成功改變了傳統(tǒng)建筑鋼模板完全依靠手工方式進(jìn)行焊接制作的方式。從而克服手工制作建筑鋼模板產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等不足，保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的提高。

1 建筑模板的結(jié)構(gòu)

建筑模板是由板材與型材組焊而成的板梁結(jié)構(gòu)。主要部件有端板、縱肋、邊框、橫邊框等，端板為冷軋鋼板經(jīng)過(guò)剪切而成，端板中間不得進(jìn)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(xù)焊完成連接，焊接位置和焊接長(zhǎng)度隨型號(hào)的變化而變化，橫邊框與縱肋和邊框之間要求進(jìn)行滿焊，由機(jī)器人完成焊接工作。邊框與端板之間采用斷續(xù)焊接。

圖1 建筑模板機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線

2 建筑模板機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線描述

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

生產(chǎn)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(mén)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(jī)器人焊接工位。工件經(jīng)過(guò)工件傳輸工位到縱肋點(diǎn)裝區(qū)對(duì)工件的縱肋及縱肋邊框的端頭進(jìn)行點(diǎn)固焊接，通過(guò)鏈條傳輸進(jìn)入縱肋龍門(mén)焊接工位對(duì)縱肋及縱肋邊框進(jìn)行焊接，完成焊接工作的工件進(jìn)入后段傳輸及緩存區(qū)在此處安裝模板的橫邊框同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)固焊接，完成的工件進(jìn)入機(jī)器人焊接區(qū)對(duì)橫邊框進(jìn)行焊接，完成的成品工件進(jìn)入卸件區(qū)在該區(qū)對(duì)工件進(jìn)行檢查，補(bǔ)焊同時(shí)吊走合格品。整條生產(chǎn)線電控系統(tǒng)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(guò)程。過(guò)程控制穩(wěn)定可靠。配有人機(jī)界面，可以方便地設(shè)置和修改工藝參數(shù)，并可顯示運(yùn)行過(guò)程參數(shù)（如斷續(xù)焊縫的間距和長(zhǎng)度等）。人機(jī)界面與可編程序控制器聯(lián)機(jī)，即可監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，修改參數(shù)。人機(jī)界面可提供調(diào)整維修用手動(dòng)控制面板，共六種類(lèi)型的畫(huà)面。即：主菜單畫(huà)面、手動(dòng)操作畫(huà)面、自動(dòng)流程畫(huà)面、參數(shù)修改畫(huà)面、輸入狀態(tài)畫(huà)面、符號(hào)表畫(huà)面等。

圖2 縱肋/邊框龍門(mén)焊接焊接工位

3 縱肋/邊框龍門(mén)焊接焊接工位：（見(jiàn)圖2）

該工位包括機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和焊接系統(tǒng)等三部分。機(jī)械系統(tǒng)包括工件傳輸系統(tǒng)、夾緊/導(dǎo)向龍門(mén)架、焊接龍門(mén)架和工件壓緊機(jī)構(gòu)等。工件傳輸系統(tǒng)分前后兩段，前段工件傳輸系統(tǒng)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(qū)動(dòng)小車(chē)推動(dòng)而使之移動(dòng)，并通過(guò)焊接位置的導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)和龍門(mén)焊接區(qū)。傳輸系統(tǒng)的后段即為鏈?zhǔn)絺魉洼伒?，可將焊后工件傳送至機(jī)器人焊接工位，并可作為緩沖區(qū)，暫存工件。焊接龍門(mén)架上裝有交錯(cuò)布置的焊接機(jī)頭，其上方裝有相應(yīng)的送絲機(jī)構(gòu)；焊接機(jī)頭與相應(yīng)的跟蹤機(jī)構(gòu)連在一起。整機(jī)共裝有10把焊槍?zhuān)笜尦蛇M(jìn)行左右位置的調(diào)節(jié)之外，尚可手動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍傾角，以適應(yīng)初始位置的焊槍對(duì)中調(diào)節(jié)。

工件的壓緊采用三套壓緊輥來(lái)實(shí)現(xiàn)：前兩套壓緊輥裝在夾緊/導(dǎo)向龍門(mén)架上，分別位于縱肋和縱邊框定位/導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的前后，滿足工件點(diǎn)固焊和焊接時(shí)的定位壓緊要求；第三套壓緊輥安裝在焊接龍門(mén)架的后方，有利于減小焊接過(guò)程中工件變形。

焊接系統(tǒng)采用OTC 500A焊接電源、送絲系統(tǒng)及焊槍?zhuān)宰顚挼墓ぜ?jì)算，四條縱肋和兩個(gè)縱邊框的同時(shí)焊接共需10套焊接系統(tǒng)，焊接中采用工件連續(xù)移動(dòng)而肋板兩側(cè)的焊槍交錯(cuò)布置、同時(shí)起弧焊接的方法，實(shí)現(xiàn)其兩側(cè)交錯(cuò)斷續(xù)角焊縫的焊接。按照要求切換焊機(jī)所控制的焊槍?zhuān)堰_(dá)到斷續(xù)焊縫在工件上交錯(cuò)排列，同時(shí)根據(jù)工件型號(hào)變化可以自由切換工作焊機(jī)的數(shù)量。

圖3 機(jī)器人自動(dòng)焊接工位

4 機(jī)器人自動(dòng)焊接工位：（見(jiàn)圖3）

本工位進(jìn)行橫邊框焊接，包括有2套機(jī)器人系統(tǒng)、工件傳輸系統(tǒng)、定位夾緊系統(tǒng)等部分組成。

工件傳輸系統(tǒng)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?shù)奖竟の?，在工傳輸過(guò)程中工位升起氣動(dòng)定位擋塊，工件到位后側(cè)面有頂緊氣缸將工件準(zhǔn)確固定在工作臺(tái)上，并由壓緊氣缸將工件壓緊以保證焊接工作的進(jìn)行。

工件準(zhǔn)確定位后，系統(tǒng)指令焊接機(jī)器人工作。機(jī)器人倒掛安裝在C型架上，完成前、后兩個(gè)橫邊框以及縱肋端部立角縫的焊接?？紤]到部件制造中的誤差，在機(jī)器人系統(tǒng)上安裝有碰撞尋位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)器人焊絲與工件的接觸，引發(fā)電容放電用來(lái)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(guò)程的修正，機(jī)器人仍可以準(zhǔn)確確定焊縫的空間位置，保證焊接過(guò)程順利完成。

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

5 建筑模板機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線應(yīng)用

5.1 建筑模板機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線可以滿足標(biāo)準(zhǔn)模板的焊接生產(chǎn)。

5.2 該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率高，同時(shí)可以有效減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.3 經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐表明機(jī)器人生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)成熟而穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高，設(shè)備使用良好故障率低。在生產(chǎn)中取得了顯著的效果。