張向冬　李金寶

【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)剪刀式高空作業(yè)車叉架結(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】剪刀式高空作業(yè)車叉架;焊接機(jī)器人;自動(dòng)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)車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剪刀式高空作業(yè)車叉架結(jié)構(gòu)及工藝分析

1.1結(jié)構(gòu)分析

高機(jī)叉架由矩管、圓管、貼板、加強(qiáng)板、走線圓鋼、軸套、軸套坐、耳叉等組成，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

叉架作為高空作業(yè)車的關(guān)鍵支撐承重結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工作中，叉架不僅要承受叉架、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)叉架有著較高的強(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)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(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。

目前需納入機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)的叉架焊接工序有叉架貼板點(diǎn)焊、貼板焊接、內(nèi)外臂總成焊接，焊接部位示意圖如圖2所示。其中貼板點(diǎn)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(jī)器人自動(dòng)點(diǎn)焊—矩管單梁自動(dòng)下線;貼板焊接工藝流程為：矩管自動(dòng)上料—矩管定位夾緊—機(jī)器人自動(dòng)焊接—矩管自動(dòng)下線;叉架內(nèi)外臂總成焊接又可分為內(nèi)臂圓周焊接、內(nèi)臂油缸焊接、外臂總成焊接，其中內(nèi)臂圓周焊接工藝流程為：總成自動(dòng)流轉(zhuǎn)—自動(dòng)定位、頂升、夾緊—自動(dòng)焊接—自動(dòng)下線流轉(zhuǎn);內(nèi)臂油缸焊接工藝流程為：總成自動(dòng)流轉(zhuǎn)—自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品結(jié)構(gòu)—自動(dòng)定位、頂升、夾緊—自動(dòng)焊接—自動(dòng)下線流轉(zhuǎn);外臂總成焊接工藝流程為：總成自動(dòng)流轉(zhuǎn)—自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品結(jié)構(gòu)—自動(dòng)定位、頂升、夾緊—自動(dòng)焊接—自動(dòng)下線流轉(zhuǎn)。

2叉架總成機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)

貼板點(diǎn)焊工作站共2組點(diǎn)焊定位工裝，1組機(jī)器人進(jìn)行貼板定位點(diǎn)焊，針對(duì)矩管合件，3個(gè)貼板和2個(gè)貼板的結(jié)構(gòu)，可分別控制貼板料倉(cāng)的舉升;貼板抓取機(jī)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(jī)器人焊接，每套焊接工作站滿足同時(shí)焊接兩件貼板總成。內(nèi)外臂焊接工作站，其中內(nèi)臂焊接工位共用一組焊接單元，該套工作站使用2組機(jī)器人焊接，外臂焊接使用1組機(jī)器人，油缸座焊接使用1組機(jī)器人。

叉架總成機(jī)器人焊接系統(tǒng)工作站設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)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(diǎn)焊工位，通過(guò)信號(hào)感應(yīng)，定位裝置輸出動(dòng)作，將矩管前端、側(cè)面進(jìn)行預(yù)定位，然后底部頂升機(jī)構(gòu)通過(guò)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(jī)械手通過(guò)三爪氣缸抓取物料，借助矩管圓孔，實(shí)現(xiàn)貼板精確定位，保證同心。

點(diǎn)焊完成的貼板總成從滾筒線輸送至焊接工位，頂升機(jī)構(gòu)升起，將貼板總成進(jìn)行定位夾緊，焊接完成后夾緊裝置松開工件降落到輸送機(jī)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(shè)置導(dǎo)向裝置，保證叉架總成順利流轉(zhuǎn)。進(jìn)入焊接工位后，首先完成工件阻擋定位，然后左右強(qiáng)力夾緊缸（共4處）進(jìn)行居中定位，為避免左右抱死，左右側(cè)各預(yù)留2mm間隙，再將總成頂升至變位機(jī)焊接夾緊處進(jìn)行夾緊，機(jī)器人進(jìn)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(shè)計(jì)圖如圖3所示。

4結(jié)束語(yǔ)：

本文通過(guò)對(duì)剪刀式高空作業(yè)車叉架結(jié)構(gòu)和焊接工藝進(jìn)行分析，確定叉架機(jī)器人焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)與之匹配的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了叉架生產(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.

作者簡(jiǎn)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(chǎn)管理。

李金寶（1983.03--），男，漢族，山東菏澤人，本科，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造。

（作者單位：臨工集團(tuán)濟(jì)南重機(jī)有限公司）