一款拖拉機(jī)機(jī)罩的焊接自動(dòng)化方案

展軍偉+周瑞昌+韓冰慶+玉琦+魏建斌

摘要： 介紹了一種拖拉機(jī)機(jī)罩焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工藝方案，即提高焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)效率，又減少了操作工的數(shù)量，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還減少生產(chǎn)過(guò)程種零件磕碰傷。

關(guān)鍵詞：機(jī)罩；焊接；自動(dòng)化；工藝方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.14.115

1引言

目前，我國(guó)拖拉機(jī)前機(jī)罩焊接均是人工焊接，隨著新一代大中馬力拖拉機(jī)換型，新一代機(jī)罩推出，策劃?rùn)C(jī)罩焊接方案時(shí)考慮實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的好處是，即可以減輕公司招工難的壓力，又可以減輕操作工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還可以減少零件轉(zhuǎn)工序間的磕碰傷，提高零件焊接及外觀質(zhì)量。

2焊接零件分析

機(jī)罩總成外形尺寸為1800mm×800mm×1000mm，新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，機(jī)罩總拼工位如果是人工焊接，焊槍姿態(tài)多，焊槍大，操作非常困難。機(jī)罩總成及分總成樹(shù)狀圖如圖1所示，該機(jī)罩共有四個(gè)焊接分總成組成，主要分為上蓋板總成、左側(cè)板總成、右側(cè)板總成和左右側(cè)板連接板總成，其中上蓋板總成又有加強(qiáng)筋總成和上蓋板焊接組成，共有121個(gè)焊點(diǎn)；左右側(cè)板總成和上蓋板總成加強(qiáng)筋之間用CO2焊焊接，共4段焊縫，焊縫總成為200mm。機(jī)罩總成及分總成焊點(diǎn)分布情況如表1所示，分級(jí)關(guān)系如圖1所示。

圖1零件分級(jí)關(guān)系圖表1機(jī)罩總成及分總成的焊點(diǎn)分布表

序號(hào)零件名稱(chēng)示意圖焊點(diǎn)

數(shù)量序號(hào)零件名稱(chēng)示意圖焊點(diǎn)

數(shù)量1機(jī)罩總成404右側(cè)板總成142上蓋板總成85左側(cè)板總成143加強(qiáng)筋總成306左右側(cè)板

連接板總成153工藝方案的設(shè)計(jì)

（1）首先確定焊接節(jié)拍，該款機(jī)罩為70110馬力拖拉機(jī)上使用的機(jī)罩，焊接生產(chǎn)策劃節(jié)拍同客戶(hù)裝車(chē)生產(chǎn)節(jié)拍一致，為180s。

（2）其次根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求、零件分總成數(shù)量及零件分總成的焊點(diǎn)數(shù)量，來(lái)策劃焊接工位。把機(jī)器人焊點(diǎn)間轉(zhuǎn)移等合在焊點(diǎn)數(shù)量上進(jìn)行估算按照每個(gè)焊點(diǎn)使用時(shí)間為3分鐘，CO2焊焊縫每1秒焊接8mm，CO2焊每次起收弧時(shí)間為2s，再考慮每個(gè)分總成使用一個(gè)工位，每個(gè)分總成的焊接節(jié)拍及工位大約為表2所示。

表2機(jī)罩總成及分總成的焊接時(shí)間及預(yù)估工位數(shù)表

序號(hào)零件名稱(chēng)焊點(diǎn)數(shù)量預(yù)估時(shí)間（s）預(yù)估工位數(shù)1機(jī)罩總成4012012上蓋板總成82413加強(qiáng)筋總成309014右側(cè)板總成144215左側(cè)板總成144216左右側(cè)板連接板總成154517機(jī)罩總成CO2焊200mm331如果按照表2所述，焊接該機(jī)罩共需要6臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人和1臺(tái)弧焊機(jī)器人，而分總成工位到總成工位，總成點(diǎn)焊工位到總成弧焊工位都需要人工轉(zhuǎn)序，該方案因機(jī)器人使用效率不高，用工較多且零件轉(zhuǎn)運(yùn)困難，方案工藝性和經(jīng)濟(jì)性均很差。

（3）同時(shí)考慮到機(jī)罩前面安裝的前臉也是點(diǎn)焊焊接，機(jī)罩與前臉是1比1配合安裝，而各工位占用時(shí)間并不高所以在做機(jī)罩焊接自動(dòng)線體策劃時(shí)也把前臉也放在線體中進(jìn)行焊接。線體布局圖如圖2所示，布局圖中各機(jī)器人每個(gè)循環(huán)所需時(shí)間如表3所示。

表3各機(jī)器人每個(gè)循環(huán)時(shí)間表上

機(jī)器人焊接零件焊接所有

工時(shí)（s）換槍所用

工時(shí)（s）合計(jì)時(shí)間（s）R_1加強(qiáng)筋總成機(jī)罩上蓋板總成11440154R_2機(jī)罩上蓋板總成前臉總成150150R_3左/右側(cè)板總成8460144R_4左右側(cè)板連接板總成機(jī)罩上蓋板總成105105R_5機(jī)罩上蓋板總成（弧焊）前加強(qiáng)筋總成（弧焊）110110線體動(dòng)作分別是：

①OP10、OP20、OP30L、OP30R、OP40、OP80、OP90共7個(gè)工位同時(shí)在夾具上安裝零件。

②安裝到位后，R_1機(jī)器人分別焊接OP10、OP20工位工件；R_2機(jī)器人分別焊接OP80、工位工件；R_3機(jī)器人分別焊接OP30L、OP30R工位工件；R_4機(jī)器人分別焊接OP40工位工件；R_5機(jī)器人分別焊接OP90；

③R_1機(jī)器人焊接完后，機(jī)器人把焊槍換成抓手，抓起機(jī)罩上蓋板總成放在OP60工位；R_3機(jī)器人焊接完后，機(jī)器人把焊槍換成抓手，分別抓起左右側(cè)板總成后放在OP60工位；R_4機(jī)器人焊接完后，機(jī)器人背著抓手，抓起左右側(cè)板連接板總成放在OP60工位；

④R_1、R_3機(jī)器人放完零件后再換回焊鉗進(jìn)行下一輪循環(huán)；R_4機(jī)器人在OP50工位焊接，焊接部分焊點(diǎn)后，再轉(zhuǎn)到OP40工位焊接，進(jìn)行下一輪循環(huán)；

⑤機(jī)罩焊合總成在傳輸線上由伺服小車(chē)從OP50工位移動(dòng)到OP60工位；

⑥R_2機(jī)器人對(duì)OP60工位機(jī)罩總成的剩余焊點(diǎn)進(jìn)行焊接，焊接完后轉(zhuǎn)到OP80工位焊接，進(jìn)行下一輪循環(huán)；

⑦機(jī)罩焊合總成在傳輸線上由伺服小車(chē)從OP60工位移動(dòng)到OP70工位；

⑧R_5機(jī)器人對(duì)OP70工位機(jī)罩總成的弧焊焊縫進(jìn)行焊接，焊接完后轉(zhuǎn)到OP90工位，進(jìn)行下一輪循環(huán)；

⑨機(jī)罩總成從OP70工位下線。

圖2線體布局圖（4）OP10、OP20、OP30L、OP30R、OP40、OP80、OP90工位夾具下面均有夾具快換結(jié)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)的夾具快速定位和電氣的快速插拔機(jī)構(gòu)，可以切換生產(chǎn)不同的零件。

4經(jīng)濟(jì)可行性分析

該項(xiàng)目焊接的機(jī)罩總成為集團(tuán)內(nèi)部使用，基本不存在市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，故可以從該線體節(jié)省人員來(lái)分析經(jīng)濟(jì)可行性，項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資515萬(wàn)，實(shí)施后生產(chǎn)機(jī)罩使用人員與人工焊接使用人員相比每班可減少人員14名，雙班可減少人員28名。因公司生產(chǎn)存在淡旺季，雙班生產(chǎn)時(shí)間約為6個(gè)月，全年共節(jié)省人員約為21個(gè)人。一年每人成本按照5萬(wàn)元計(jì)算，再加上公司交的稅收等，全年共可節(jié)約人工成本約168.84萬(wàn)元。故預(yù)計(jì)投資回收期為3.05年。項(xiàng)目投入從經(jīng)濟(jì)上分析是可行的。

5創(chuàng)新點(diǎn)

機(jī)罩焊接自動(dòng)線結(jié)構(gòu)緊湊，員工勞動(dòng)強(qiáng)度小。創(chuàng)新點(diǎn)一是，機(jī)器人通過(guò)換槍盤(pán)實(shí)現(xiàn)了焊接和搬運(yùn)兩種功能，取代了傳統(tǒng)上機(jī)器人焊接人工搬運(yùn)零件的模式。創(chuàng)新點(diǎn)二是，5臺(tái)機(jī)器人可以通過(guò)線體協(xié)同使用，還可以通過(guò)夾具快換結(jié)構(gòu)更換夾具焊接不同產(chǎn)品當(dāng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的工作站使用，這樣在生產(chǎn)淡季時(shí)，可以補(bǔ)充其它零件在線體上焊接，提高設(shè)備的利用率。

6總結(jié)

分析該零件焊接工藝自動(dòng)化方案的過(guò)程中，充分考慮、利用零件自身的條件，在滿足焊接工藝的情況下，充分分析每種方案的可行性，選用最佳方案，合理地安排工序。已達(dá)到減少機(jī)器人投入費(fèi)用，簡(jiǎn)化線體結(jié)構(gòu)，降低操作員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少使用成本的目的。該條機(jī)罩焊接自動(dòng)線，為農(nóng)機(jī)中類(lèi)似零件提供了典型線體方案和生產(chǎn)方式。

參考文獻(xiàn)

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