高空作業(yè)平臺底盤機器人焊接系統(tǒng)設(shè)計

王緒鋒

摘? 要：隨著人力成本的提高以及國家制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，在工程機械制造過程中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，對制造過程不斷優(yōu)化升級。本文通過對高空作業(yè)平臺底盤結(jié)構(gòu)及焊接工藝分析，設(shè)計了多機多軸協(xié)同的焊接機器人系統(tǒng)，在兼顧焊接精度、效率的同時，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)平臺底盤;焊接機器人;焊接工作站設(shè)計

引言：

焊接機器人的出現(xiàn)標(biāo)志著焊接作業(yè)進入智能化，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搶占發(fā)展機遇的制高點和主攻方向。焊接作業(yè)對人員技術(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器人發(fā)展的內(nèi)在推動力。焊接機器人系統(tǒng)通過編程實現(xiàn)焊接過程自動操控，指揮機器人完成相關(guān)的工作，徹底改變高空作業(yè)平臺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高空作業(yè)平臺底盤結(jié)構(gòu)及工藝分析

1.1結(jié)構(gòu)分析

目前需納入機器人焊接系統(tǒng)設(shè)計的底盤有兩種規(guī)格型號（1212、1413），長寬高、重量如表1所示。

高機底盤由前擋板、前立板、上板、左右側(cè)板、后立板、折彎板等組成，如圖1所示。底盤作為高空作業(yè)平臺的關(guān)鍵支撐承重結(jié)構(gòu)，整機上所有的零部件都直接或間接安裝在底盤上，在實際工作中，底盤不僅要承受叉架、平臺、操作人員的重量及其引起的動載荷，還要傳遞各總成的力和力矩，因此對底盤有著較高的強度、可靠性、穩(wěn)定性要求，同時對焊縫的焊接質(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

高機底盤所用的主要材料是Q235B、Q355B主要厚度為6、8、10、12mm，接頭形式多為連續(xù)及斷續(xù)角焊，對接、搭接，焊接方式采用φ1.2mm實芯焊絲、（Ar+CO2）混合氣體保護焊。針對底盤零部件多、焊接組對要求精度高的特點，特采用以下產(chǎn)品工藝流程，人工小部件點焊—人工底盤總組對—人工KBK吊裝至機器人焊接變位機—機器人自動化焊接—人工補焊。

2多工位機器人系統(tǒng)設(shè)計

2.1底盤總成機器人焊接方案

結(jié)合產(chǎn)品焊接特性及形體尺寸，本方案采用1套6軸機器人外加行走地軌的方式進行焊接。通過鏈條，實現(xiàn)焊接工件相對于變位機的自動化上、下料過程，上下料效率較高，且工人可遠(yuǎn)離焊接工位。同時，采用1套焊接機械手配置雙變位機布局，省去了產(chǎn)品上、下料等待時間，保證了產(chǎn)品的焊接效率和設(shè)備的利用率。采用固定工作臺小部件點焊及人工組對配合焊接機器人完成拼焊作業(yè)。采用旋轉(zhuǎn)傾翻二軸變位機配合機器人完成底盤復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊縫的焊接。底盤的整體質(zhì)量較重，為了提高物料周轉(zhuǎn)效率，采用KBK吊裝搬運，實現(xiàn)工位之間物料的轉(zhuǎn)移，總體設(shè)計方案3D示意圖，如圖2所示。

2.2零部件的選型

機器人帶有接觸尋位、弧壓跟蹤、焊槍防碰撞、配備清槍剪絲等功能。PLC除正常功能外，控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制，機器人附帶USB接口，程序可導(dǎo)出保存。其中關(guān)鍵零部件的選型如表2所示。

3機械系統(tǒng)設(shè)計

3.1工裝夾具設(shè)計

為提高變位機的通用性，一種產(chǎn)品對應(yīng)設(shè)計有一套專用工裝夾具。當(dāng)更換焊接對象時，只需將兩端的工裝整體更換即可，工裝更換需快速、高效。其中1212的底盤公用一套A型焊接基板，根據(jù)三種焊接底盤只需要更換相應(yīng)的頭端夾緊氣缸固定零件、尾端夾緊氣缸固定零件、墊高塊等，1413底盤則用B型焊接基板。

基板結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

3.2變位機設(shè)計

由于焊接系統(tǒng)需兼容1212底盤總成，1412底盤總成的焊接，設(shè)計的工裝方案需具備一定的兼容性。本機器人焊接系統(tǒng)中采用頭尾式變位機，完成焊接工件的變位工序。工裝夾具設(shè)計在兩端。對不同尺寸的底盤焊接時，調(diào)節(jié)一頭工裝夾具即可。變位機是工裝夾具和車架的承載機構(gòu)，通過變位機的二個外部軸與機器人的協(xié)同運動，實現(xiàn)焊接機器人對車架所有位置焊縫的焊接。采用U型結(jié)構(gòu)增加了變位機的承載能力[2]。變位機結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。

4結(jié)束語：

本文通過對高空作業(yè)平臺底盤結(jié)構(gòu)和焊接工藝進行分析，確定底盤機器人焊接系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對設(shè)備進行選型和設(shè)計，實現(xiàn)了底盤生產(chǎn)的自動化，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，對企業(yè)利用機器人進行技術(shù)改造的具有啟示意義。

參考文獻

[1]? 王天然.機器人助力中國智能制造[J].科協(xié)論壇，2015（12）：9-10.

[2]? 楊立，楊澤宇，曹姜華.叉車車架多工位機器人焊接系統(tǒng)設(shè)計[J].綜合論述，2019（12）：301-302.