劉天寶，傅朝斌，辜曉飛，鄧崳曦，吳樟洪，劉 祥

（重慶機電智能制造有限公司，重慶 401123）

0 引言

垃圾焚燒爐是垃圾發(fā)電廠重要設備，其設計制造技術水平對垃圾焚燒發(fā)電的效率及安全性有重大影響。隨著我國城市化發(fā)展程度逐漸提高，近年來城市規(guī)模迅速擴大，人們的消費水平不斷提高，垃圾產(chǎn)生量日益增加[1]，垃圾焚燒爐設備需求量高速增長。垃圾焚燒爐巨大的市場需求對焚燒爐裝備的生產(chǎn)效率和質量提出了更高要求，迫切需要提升焚燒爐的制造裝備水平，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化制造[2]。

滑動平臺是垃圾焚燒爐的關鍵部件，由于滑動平臺結構復雜，品種多，生產(chǎn)工序多，滑動平臺的生產(chǎn)制造智能化實施難度較大，因此滑動平臺的生產(chǎn)仍以人工為主，該種方式存在生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品一致性差、勞動強度大等問題?；诖?，本文對滑動平臺生產(chǎn)工藝及自動化生產(chǎn)線進行研究，設計了一條包括多個作業(yè)模塊的滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線，該產(chǎn)線對于提高滑動平臺生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量具有重大的現(xiàn)實意義。

1 滑動平臺結構

如圖1所示，滑動平臺主要由前部框架、方鋼、鑄件、鋼軌、限位塊、后部框架組成。其中，前部框架與后部框架通過螺栓進行連接，并在前后接觸面上部進行焊接加固。方鋼焊接于前部框架的底面；鑄件裝配于前部框架上，并通過方鋼進行限位，鑄件分為前部鑄件與后部鑄件，且有多種寬度規(guī)格，鑄件在裝配前需對鑄件底面進行打磨或點焊磨平處理以彌補前部框架組焊件的焊接翹曲變形。鋼軌裝配于后部框架上，并用螺栓緊固，螺栓緊固后在鋼軌四周焊接限位塊進行二次限位。整個滑動平臺裝配完成后要求各鑄件上平面具有一定的平面度；另要求鑄件上平面與鋼軌上平面具有一定的高度差。

圖1 滑動平臺外形圖

2 生產(chǎn)線整體布局及工藝流程

滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線根據(jù)裝配焊接工藝及最優(yōu)生產(chǎn)節(jié)拍進行整體布局[3-4]。如圖2所示，主要包括7個生產(chǎn)模塊：伺服滑臺；焊裝夾具；焊接機器人及搬運機器人；鋼軌抓手及置臺；鑄件打磨臺；檢測組件與鑄件抓手；鑄件合攏裝置。

滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線的工作過程如下。

（1）伺服滑臺帶動焊裝夾具滑到人工操作區(qū)，站內(nèi)行車分別將滑動平臺前部框架、后部框架搬運至焊裝夾具上。

圖2 生產(chǎn)線布局圖

（2）焊裝夾具對前部框架及后部框架進行定位夾緊；人工裝配并緊固前部框架與后部框架的連接螺栓；人工裝配方鋼，夾具對方鋼進行定位夾緊。

（3）伺服滑臺滑到機器人操作區(qū)，搬運機器人搬運鋼軌至后部框架相應位置，夾具分別對兩側鋼軌進行定位夾緊。

（4）伺服滑臺滑到人工操作區(qū)，人工緊固鋼軌；人工裝配鋼軌限位塊，并對限位塊進行點焊處理。

（5）伺服滑臺滑到機器人焊接工位，焊接機器人焊接前部框架與后部框架接觸面的上部，焊接方鋼和限位塊。

（6）伺服滑臺滑到機器人檢測工位，搬運機器人檢測前部框架平面度。

（7）人工操作助力臂將中間帶凸臺鑄件搬運至打磨臺，打磨臺對鑄件進行定位夾緊，搬運機器人到打磨臺檢測鑄件的底面，人工對鑄件底面進行打磨或點焊磨平處理。

（8）機器人搬運并裝配中間帶凸臺鑄件，機器人檢測該鑄件上平面的平面度，若平面度不合格，機器人將鑄件抓回至打磨臺，人工對其打磨點焊后，機器人再次搬運并裝配該鑄件，直至鑄件上平面滿足平面度要求。

（9）伺服滑臺滑到人工操作區(qū)，人工在中間帶凸臺鑄件的兩側裝配圓棒，并對圓棒進行焊接以定位鑄件。

（10）伺服滑臺滑到機器人操作區(qū)，搬運機器人檢測前部框架及其余鑄件底面的平面度；人工打磨點焊其余鑄件底面；機器人搬運并裝配其余鑄件；機器人檢測其余鑄件上平面的平面度，直至滿足要求。

（11）伺服滑臺滑到鑄件合攏工位，鑄件合攏裝置抱緊合攏鑄件。

（12）伺服滑臺滑到人工操作區(qū)，人工裝配并焊接擋塊以限位兩側鑄件；站內(nèi)行車將成品滑動平臺搬運下線。

3 生產(chǎn)線關鍵模塊設計

3.1 伺服滑臺

圖3 伺服滑臺

伺服滑臺主要由滑臺本體、導軌滑塊、伺服驅動系統(tǒng)組成，如圖3所示。伺服滑臺用于搭載焊裝夾具，使焊裝夾具根據(jù)生產(chǎn)工藝流程在人工操作區(qū)與機器人操作區(qū)往復運動。滑臺采用兩臺5 kW的伺服電機作為動力，采用行星減速器提高扭矩，采用齒輪齒條驅動滑臺運行，采用直線導軌進行導向。

3.2 焊裝夾具

焊裝夾具由前部框架焊裝夾具、后部框架焊裝夾具及伺服絲杠機構組成，如圖4所示。前部框架焊裝夾具主要用于對前部框架及方鋼的定位夾緊；后部框架焊裝夾具主要用于對后部框架、鋼軌的定位夾緊，以及對限位塊的定位；伺服絲杠機構用于實現(xiàn)10種不同滑動平臺產(chǎn)品的共線生產(chǎn)。

圖4 焊裝夾具

前部焊裝夾具采用圓銷與菱形銷相結合的方式對前部框架水平方向進行定位；采用主支撐塊與輔助支撐塊對前部框架豎直方向進行定位；采用6組強力夾緊氣缸對前部框架進行夾緊。方鋼下表面貼合前部框架使其在豎直方向進行定位；焊裝夾具采用限位塊對方鋼水平方向進行定位；前后方向采用人工裝配到位；采用壓緊塊對方鋼進行夾緊。

后部焊裝夾具采用圓銷與菱形銷相結合的方式對后部框架水平方向進行定位；采用主支撐塊與輔助支撐塊對后部框架豎直方向進行定位；采用4組強力夾緊氣缸對后部框架進行夾緊。導軌下表面貼合后部框架使其在豎直方向進行定位；焊裝夾具采用4組定位機構對導軌進行水平方向定位；導軌長度方向定位采用機器人保證；焊裝夾具采用3組壓緊塊對導軌進行夾緊。

伺服絲杠機構使前部框架及后部框架焊裝夾具有不同的工作位置，進而保證對不同規(guī)格滑動平臺產(chǎn)品進行定位夾緊。伺服絲杠機構在前部框架設置有7個停止位，在后部框架設置有4個停止位，保證10種產(chǎn)品可共線生產(chǎn)。

3.3 焊接機器人及搬運機器人

根據(jù)滑動平臺自動化生產(chǎn)需要，生產(chǎn)線布置1臺焊接機器人及1臺搬運機器人。通過計算工件重量及抓手重量，同時結合工件搬運的可達性，選用搬運機器人型號為發(fā)那科R-2000iC/210F。搬運機器人采用一機兩用的方式，即用于鑄件及鋼軌的搬運。機器人采用快換裝置分別與鑄件抓手、鋼軌抓手進行連接，即機器人六軸末端安裝一個快換裝置主盤，鑄件抓手與鋼軌抓手各安裝一個快換裝置副盤，快換裝置主盤與副盤進行連接。

根據(jù)滑動平臺焊接作業(yè)半徑及待焊工件結構特點選用焊接機器人的型號為發(fā)那科M-20iA/12L。該機器人倒掛安裝于C形架上，滿足焊接可達性要求。機器人具有焊縫尋位、跟蹤功能，焊接過程中傳感器將焊縫偏差輸出到機器人控制柜，然后機器人進行焊接路徑糾偏[5]，進而保證焊接質量。

3.4 鋼軌抓手

如圖5所示，鋼軌抓手采用電永磁鐵作為執(zhí)行末端。電永磁由永磁材料產(chǎn)生吸力，通過電來控制電永磁有磁力或者無磁力的磁力搬運夾持系統(tǒng)[6]，具有吸力強、高效率、高精度、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點[7]。抓手框架采用鋁合金八角管搭接而成以減輕抓手重量，抓手通過快換裝置與機器人進行連接。該裝置工藝流程如下：（1）伺服滑臺滑到機器人操作區(qū)的鋼軌裝配工位，搬運機器人通過快換裝置與鋼軌抓手進行連接；（2）機器人帶動鋼軌抓手到鋼軌精定位置臺，抓手通過電永磁鐵吸盤先后抓取兩根鋼軌至滑動平臺后部框架相應位置；（3）鋼軌裝配完成后，機器人將鋼軌抓手放置于鋼軌抓手置臺上以為后續(xù)抓取鑄件做準備。

圖5 鋼軌抓手

3.5 鑄件打磨臺

鑄件打磨臺主要由支撐框架、壓緊組件1、限位組件1、鑄件、限位組件2、壓緊組件2等部件組成，如圖6所示。該裝置能有效地對多種不同寬度規(guī)格鑄件進行自動夾緊定位，并進行規(guī)格識別。

圖6 鑄件打磨臺

打磨臺工藝流程如下。

（1）鑄件通過助力臂搬運至打磨臺上，此時鑄件在打磨臺上有個初步位置。

（2）兩個壓緊組件2同時動作，氣缸推動鑄件至限位組件1的軸承限位面，其中，壓緊組件2的氣缸具有一定行程，因此能確保不同寬度規(guī)格的鑄件在前后方向進行夾緊定位；鑄件經(jīng)過壓緊組件2及限位組件1定位后，壓緊組件1動作，推動鑄件至限位組件2的定位面。

（3）鑄件在前后、左右方向被可靠夾緊定位，鑄件夾緊定位后，打磨臺采用多傳感器組合的方式對鑄件型號進行識別。

3.6 檢測組件與鑄件抓手

如圖7所示，檢測組件搭載于鑄件抓手上。檢測組件及鑄件抓手的工藝流程如下。

（1）機器人帶著檢測組件到達前部框架相應位置，隨后檢測組件采用激光位移傳感器檢測前部框架上與鑄件接觸的4個接觸面，得到檢測數(shù)據(jù)，并通過計算得到鑄件相應位置的打磨量及點焊量。

（2）機器人帶著檢測組件到達鑄件打磨臺位置，人工按照相應的打磨量及點焊量對鑄件底面進行打磨或點焊。打磨或點焊完成后，機器人帶動鑄件抓手利用電永磁鐵將鑄件搬運至前部框架相應位置。

（3）機器人帶著檢測組件對鑄件上平面的平面度進行檢測，若鑄件上平面的平面度超差，抓手將鑄件抓回至打磨臺，人工根據(jù)相應的檢測數(shù)據(jù)對鑄件進行打磨或點焊處理，直至鑄件裝配到前部框架后鑄件上平面的平面度滿足要求。鑄件裝配檢測完成后，機器人將鑄件抓手放置到打磨臺上以為后續(xù)抓取鋼軌做準備。

3.7 鑄件合攏裝置

如圖8所示，鑄件合攏裝置主要由支撐框架、頂推機構、伺服驅動機構、導軌滑塊等組成。該裝置布置于機器人操作區(qū)的鑄件合攏工位，位于滑動平臺的兩側，對稱布置。該裝置工藝流程如下：滑動平臺鑄件裝配檢測完成后，伺服滑臺滑到鑄件合攏工位；鑄件合攏裝置伺服驅動機構動作，絲杠螺母驅動頂推機構向前運動到相應位置；頂推機構動作，氣缸推動鑄件前移，進而完成鑄件合攏。

圖7 檢測組件與鑄件抓手

圖8 鑄件合攏裝置

4 生產(chǎn)線實現(xiàn)

圖9 滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線現(xiàn)場圖

按照生產(chǎn)線的布局規(guī)劃，最終實現(xiàn)的滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線如圖9所示。該裝配焊接生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用西門子S7-1500F PLC型控制器及觸摸屏，用于執(zhí)行指令輸入、手自動控制切換、參數(shù)設置、產(chǎn)量統(tǒng)計以及故障原因顯示等[8]。生產(chǎn)線實地安裝調(diào)試投入運行后，經(jīng)過幾個月試生產(chǎn)表明，生產(chǎn)線各模塊設計合理，運行平穩(wěn)，故障率低；生產(chǎn)線節(jié)拍約為6 h/套，依據(jù)此生產(chǎn)節(jié)拍可完成年產(chǎn)500套滑動平臺的生產(chǎn)任務。

5 結束語

本文研究了滑動平臺的生產(chǎn)工藝流程，在此基礎上設計了一條主要包括7個生產(chǎn)模塊的滑動平臺裝配焊接生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線解決了滑動平臺不規(guī)則工件的自動裝配及自動焊接難題，很大程度上實現(xiàn)了滑動平臺的自動化生產(chǎn)。與人工生產(chǎn)模式相比，滑動平臺生產(chǎn)線具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點。