煤礦掘進(jìn)機(jī)鏟板自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線規(guī)劃與應(yīng)用

朱曉歡，張 磊，李 明

（三一重型裝備有限公司 遼寧 沈陽 110027）

1 引言

掘進(jìn)機(jī)是煤礦生產(chǎn)設(shè)備，鏟板部是在掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)其最主要的支撐機(jī)構(gòu)，同時(shí)又是其物料收集運(yùn)輸部分的源頭（鏟板部結(jié)構(gòu)如圖1），所以對(duì)鏟板結(jié)構(gòu)件的整體性能要求很高。

圖1 鏟板部結(jié)構(gòu)示意圖

鏟板部由于其形狀特殊、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般的自動(dòng)化焊接設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)100%焊接，故此一般企業(yè)均采用具有較強(qiáng)靈活性的手工氣保焊進(jìn)行焊接作業(yè)，但手工焊受操作者技能、狀態(tài)等人為因素影響較大，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、效率較低，而且近年來人工成本持續(xù)增加。隨著工業(yè)4.0在機(jī)械行業(yè)的逐步推廣，機(jī)器人由于具有高精度、高效率、高靈活性等優(yōu)點(diǎn)，采用機(jī)器人焊接代替人工焊接已成為焊接生產(chǎn)的發(fā)展方向。本文規(guī)劃設(shè)計(jì)一條鏟板自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，以提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

鏟板部主要由左右側(cè)鏟板、主鏟板、驅(qū)動(dòng)回收裝置組成，側(cè)鏟板采用一次焊接完成，主鏟板焊接分為一次分體焊接、二次主體焊接、三次總成焊接。

3 生產(chǎn)工藝流程分析及規(guī)劃

3.1 工藝流程分析

原鏟板焊接中心所有組對(duì)工位均采用人工劃線進(jìn)行組對(duì)，焊接工位均采用多名操作者同時(shí)作業(yè)，所有工位共同使用車間內(nèi)3臺(tái)龍門吊或叉車進(jìn)行物流周轉(zhuǎn)。人工焊接生產(chǎn)線節(jié)拍最長(zhǎng)工位為主鏟板二次焊接工位，節(jié)拍390min，整條焊接生產(chǎn)線操作者共計(jì)12人。

3.2 工藝流程規(guī)劃

鏟板自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線按照各工位節(jié)拍平衡的思路進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)為一個(gè)流9工位的布局，通過合理分配各個(gè)工位間作業(yè)內(nèi)容，平衡各個(gè)工位生產(chǎn)節(jié)拍，提高產(chǎn)能。為保證產(chǎn)品一致性，所有組對(duì)工位均采用半自動(dòng)專用液壓組對(duì)工裝進(jìn)行組對(duì)。側(cè)鏟板焊接工位采用2臺(tái)焊接機(jī)器人，主鏟板一次、二次、三次焊接工位分別采用2臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)焊接機(jī)器人，所有工位均配備KBK柔性軌道吊，工序間配自動(dòng)板式輸送鏈和RGV轉(zhuǎn)運(yùn)車用于半成品自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，通過自動(dòng)化控制，減少人力投入及等待造成的浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線規(guī)劃方案如圖2所示。

采用自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線之后，整線節(jié)拍由390min壓縮至300min，整線生產(chǎn)線產(chǎn)能提高30%，焊接中心單班操作者由12人壓縮至10人。

3.3 生產(chǎn)線主要設(shè)備

該自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線主要由7套半自動(dòng)液壓組對(duì)工裝、7個(gè)焊接機(jī)器人工作站、9套KBK柔性軌道吊、2條板式輸送鏈、2臺(tái)RGV物流車組成。

（1）液壓組對(duì)工裝

圖2

7套液壓組對(duì)工裝分別為：左右側(cè)鏟板液壓組對(duì)工裝、主鏟板鏟尖液壓組對(duì)工裝、主鏟板中間箱液壓組對(duì)工裝、主鏟板耳板箱液壓組對(duì)工裝、主鏟板主體液壓組對(duì)工裝、主鏟板總成液壓組對(duì)工裝。液壓工裝由PLC、液壓缸、線性導(dǎo)軌、壓爪、電磁吸盤、伸縮定位銷等組成，人工上件后，液壓缸頂推到位，壓爪及電磁吸盤吸附定位后，人工進(jìn)行定位焊固定。

（2）焊接機(jī)器人

7個(gè)焊接機(jī)器人工作站分別為：左右側(cè)鏟板焊接機(jī)器人工作站、主鏟板鏟尖焊接機(jī)器人工作站、主鏟板中間箱/耳板箱焊接機(jī)器人工作站、主鏟板主體焊接機(jī)器人工作站、主鏟板總成焊接機(jī)器人工作站。焊接機(jī)器人工作站均采用6軸工業(yè)機(jī)器人+2個(gè)外部軸的倒掛結(jié)構(gòu)，機(jī)器人型號(hào)為Fanuc M20iA，配弧焊軟件包（有尋點(diǎn)、電弧跟蹤、多層多道焊接等功能）。焊機(jī)型號(hào)為Fronius Tps5000CMT數(shù)字焊機(jī)，具有一元化設(shè)置功能，采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP，通過微處理的精確運(yùn)算來控制焊機(jī)的各項(xiàng)性能及工作過程，焊接性能極好，具有送絲監(jiān)控、冷卻水監(jiān)控、防高溫過燒監(jiān)控等功能。焊槍使用TBI RM81W 45°水冷焊槍，焊槍具備防碰撞功能。變位機(jī)均采用雙回轉(zhuǎn)變位機(jī)，工作站內(nèi)布局最終通過robot guide仿真軟件仿真模擬確定，確保焊接可達(dá)性。

（3）物流設(shè)備

各個(gè)工位均配有獨(dú)立的KBK柔性軌道吊，以保證各工位作業(yè)生產(chǎn)需求，減少等待時(shí)間。工位間配備2條板式輸送鏈、1臺(tái)RGV物流車用于工位間物流輸送。

共建在組對(duì)工位組對(duì)完成后通過板式輸送鏈或RGV物流車將待焊件轉(zhuǎn)運(yùn)至焊接工位，焊接完成后通過板式輸送鏈及RGV物流車轉(zhuǎn)運(yùn)至清理工位。

板式輸送鏈和機(jī)器人通過PLC進(jìn)行通訊，機(jī)器人焊接完成后板式輸送鏈定時(shí)啟動(dòng)。RGV物流車通過PLC進(jìn)行控制，根據(jù)主鏟板各工位的物流需求按鈕進(jìn)行啟動(dòng)。

4 結(jié)語

通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)鏟板部焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)各個(gè)工位作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行重新分配及優(yōu)化，重新規(guī)劃了鏟板焊接生產(chǎn)線工藝流程和布局，通過引入焊接機(jī)器人、半自動(dòng)液壓組對(duì)工裝、KBK柔性軌道吊、板式輸送鏈等先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，成功將鏟板焊接生產(chǎn)線改造成了一條自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，整線生產(chǎn)線產(chǎn)能提高30%，焊接自動(dòng)化率達(dá)到90%以上。

[1] 王元良.論焊接科學(xué)與工程[J].電焊機(jī)，2003，33（7）：1-5.

[2] 黃水兒，焊接機(jī)器人在車身生產(chǎn)線中的規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2004（01）：68-72.

[3] 王文其，焊接新技術(shù)新工藝實(shí)用指導(dǎo)手冊(cè)[M].哈爾濱：黑龍江文化音像出版社，2007.