高速動(dòng)車組側(cè)墻焊接工裝改造研究

徐志強(qiáng)，楊建華，郝 利，林 通，徐 斌，王 越，李政彬

（1.中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 063000；2.機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司，北京 100044）

0 引言

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)制造中的應(yīng)用極大的提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要源動(dòng)力。無(wú)論是從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度還是提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，都應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備或進(jìn)行自動(dòng)化改造，充分發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，減少生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人的依賴性，從而降低人工成本和工作勞動(dòng)強(qiáng)度?，F(xiàn)有的焊接工裝自動(dòng)化程度低，對(duì)人的依賴性很強(qiáng)，換型的工作勞動(dòng)強(qiáng)度較高，安全性較低。因此，應(yīng)結(jié)合技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和工程實(shí)際應(yīng)用情況展開(kāi)研究，對(duì)焊接工裝進(jìn)行改造，通過(guò)提高自動(dòng)化的程度來(lái)提高效率和安全性。

1 現(xiàn)有問(wèn)題

改造前的焊接工裝，在換型的時(shí)候，滾筒部分需要逐個(gè)完成滾筒的旋轉(zhuǎn)和定位，逐個(gè)完成撓度的位置調(diào)整，導(dǎo)致轉(zhuǎn)型的效率很低，勞動(dòng)強(qiáng)度也較高，并且現(xiàn)有的定位精度較低，定位后仍有擺動(dòng)，導(dǎo)致調(diào)至位置的難度增加且存在著損傷工件的隱患。預(yù)制撓度工位，目前需要在20mm的小范圍內(nèi)記錄8個(gè)位置，精度不準(zhǔn)確且容易混淆，換型需逐個(gè)調(diào)整，存在著效率低下的問(wèn)題，誤差導(dǎo)致焊接后產(chǎn)品尺寸不達(dá)標(biāo)的隱患。

2 改造方案

2.1 滾筒部分改造方案

如圖1所示，通過(guò)伺服電機(jī)，減速機(jī)，聯(lián)軸器與滾筒驅(qū)動(dòng)軸連接到一起，用伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，通過(guò)伺服電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)的角度，從而實(shí)現(xiàn)換產(chǎn)過(guò)程中的滾筒旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)保證了旋轉(zhuǎn)角度的精準(zhǔn)性和速度角度的可控制性，角度精度可以達(dá)到0.0001°。選用較大減速比減速機(jī)提供滾筒旋轉(zhuǎn)所需要的大扭矩，保證了旋轉(zhuǎn)過(guò)程的穩(wěn)定。這套機(jī)構(gòu)較改造前不但保證了滾筒旋轉(zhuǎn)速度可控，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且保證了旋轉(zhuǎn)角度可控且精準(zhǔn)。

圖1 滾筒驅(qū)動(dòng)軸改造方案Fig.1 Drum drive shaft renovation program

如圖2所示，滾筒共有八個(gè)工位，分別對(duì)應(yīng)定位轉(zhuǎn)盤的八個(gè)定位銷孔，伺服電機(jī)帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)到需要的工作位置后，需要用定位銷定位，采用氣缸控制定位銷的插拔，到位后插入，拔出后按需旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)工作位置。定位銷保證電機(jī)斷電之后，工件壓下對(duì)滾筒產(chǎn)生負(fù)載之后仍能維持精準(zhǔn)的位置不晃動(dòng)，保證支撐面與工件的面接觸，從而規(guī)避損傷工件的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)控制系統(tǒng)中帶有安全保護(hù)，通過(guò)氣缸磁環(huán)開(kāi)關(guān)檢測(cè)定位銷是插入還是拔出狀態(tài)，插入狀態(tài)滾筒不能旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)自鎖保護(hù)。

圖2 滾筒定位方案Fig.2 Roller positioning scheme

2.2 預(yù)制撓度部分改造方案

如圖3所示，定位塊共有八個(gè)位置，不同的車型需移動(dòng)到不同的位置，原有裝置需人工逐個(gè)更改位置，效率低且不精準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)改造，用伺服電機(jī)和梯形絲杠來(lái)控制定位塊的水平位置，并且可以準(zhǔn)確的定位小范圍內(nèi)多個(gè)位置，來(lái)適應(yīng)不同的車型，可以做到八條梁同時(shí)工作，大大提高效率，并且由伺服控制位置，精準(zhǔn)度較以前有很大的提升。

圖3 撓度部分改造方案Fig.3 Deflection partial reconstruction plan

2.3 壓臂改造方案

如圖4所示，帶壓緊裝置的懸臂要經(jīng)常實(shí)現(xiàn)拉伸和縮回，原有壓臂由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原因，滑動(dòng)摩擦力較大，存在伸出不流暢甚至完全卡死不能伸出的情況，經(jīng)過(guò)研究改造，導(dǎo)致伸出困難的原因在于鋁屑的堆積導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦阻力增大，所以在伸出方管的前后各增加一個(gè)滾輪，前面的滾輪放置在下面，后面的滾輪放置在上面，由于將懸臂伸出的滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，大大減少了摩擦力，從而解決了懸臂伸出困難的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，拉伸力很小，大大減少了車間工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖4 壓臂改造方案Fig.4 Pressure arm reconstruction plan

3 結(jié)論

經(jīng)改造的焊接工裝實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，較改造前的原有工裝，實(shí)現(xiàn)了多工位同時(shí)工作，且位置由伺服電機(jī)控制，不但工作效率有了顯著提升，精度也得到了很大的提升。改造結(jié)果論證了提高自動(dòng)化程度是現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展與提高效率的根本途徑之一。