一種大型構(gòu)架的自動(dòng)化焊接產(chǎn)線設(shè)備研究

陳希巖 朱琳 李明

沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110169

近年來(lái)，隨著智能制造的快速發(fā)展，各種自動(dòng)化生產(chǎn)線越來(lái)越受到大家的歡迎，它不僅能夠提高工廠的生產(chǎn)效率，而且對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量也是一個(gè)保證，還可以改善工人的工作環(huán)境，本文針對(duì)一個(gè)地鐵構(gòu)架的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線項(xiàng)目，通過(guò)它的工藝流程來(lái)分析在整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，此項(xiàng)目焊接構(gòu)件外形尺寸5000mm＊2000mm＊1500mm，重量5000Kg，屬于大載重的重型設(shè)備。本項(xiàng)目的地鐵構(gòu)架焊接生產(chǎn)線工藝主要包括：原材料存儲(chǔ)庫(kù)區(qū)、自動(dòng)焊接區(qū)，成品存儲(chǔ)區(qū)等。

1 原材料存儲(chǔ)區(qū)

此區(qū)域用來(lái)存儲(chǔ)焊接構(gòu)架所需原材料，根據(jù)每日的生產(chǎn)計(jì)劃，前一天晚上要對(duì)原材料進(jìn)行備貨，人工對(duì)零件數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行檢查，裝入專用的托盤，人工錄入零件信息，管理系統(tǒng)生成二維碼，然后通過(guò)AGV自動(dòng)運(yùn)輸?shù)皆牧仙县泤^(qū)，人工在管理終端上用條碼掃描槍進(jìn)行組盤操作，下達(dá)入庫(kù)任務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)分配入庫(kù)貨位或人工指定入庫(kù)貨位，檢尺工位進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)檢測(cè)正常則堆垛機(jī)取貨放到指定貨位。此區(qū)域主要包括2個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，重載貨架和重載堆垛機(jī)[1]。

1.1 貨架

貨架采用焊接式牛腿貨架，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足抗震等級(jí)8級(jí)要求。貨架立柱采用H型鋼，環(huán)氧樹(shù)脂粉末靜電噴涂處理，保證優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)加工精度和良好的防銹和防腐功能。

為了滿足堆垛機(jī)往焊接區(qū)域的變位機(jī)上輸送托盤的定位精度，在貨架牛腿上安裝了定位銷，用來(lái)和托盤底部的銷孔配合，保證不同托盤對(duì)應(yīng)同一個(gè)貨位時(shí)的位置一致性。

1.2 堆垛機(jī)

堆垛機(jī)是自動(dòng)焊接線的核心設(shè)備，它負(fù)責(zé)將原料運(yùn)輸給焊接區(qū)的變位機(jī)及將變位機(jī)上的成品放到貨架上。由于托盤尺寸和重量都很大，堆垛機(jī)行走采用雙軌道形式，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，提升通過(guò)鏈條牽引載貨臺(tái)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)配合貨叉進(jìn)行叉取動(dòng)作，通過(guò)上述運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)托盤的自動(dòng)取放。

堆垛機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要由立柱、上、下橫梁、載貨臺(tái)組成。

上、下橫梁是由鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)，截面性能好。下橫梁上兩側(cè)的運(yùn)行輪軸孔在落地銑鏜床一次裝夾加工完成，確保了主、被動(dòng)輪軸線的平行，從而提高了整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性。

上橫梁、立柱、下橫梁通過(guò)法蘭定位，用高強(qiáng)度螺栓連接，整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗扭、抗彎性能好、剛度大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。

載貨臺(tái)是一個(gè)通過(guò)動(dòng)力牽引作上下垂直運(yùn)動(dòng)的部件，是由垂直框架和水平框架焊接而成。垂直框架用于安裝起升導(dǎo)輪和一些安全保護(hù)裝置，孔位精度要求高，因此垂直框架鋼板采用數(shù)控切割，一次定位加工而成。水平框架采用無(wú)縫鋼管制成，外形美觀，完全能夠滿足載貨的要求。

水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和主被動(dòng)輪組組成，用于堆垛機(jī)沿巷道方向的運(yùn)行。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)為SEW電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪，質(zhì)量可靠、維護(hù)方便、噪音低。被動(dòng)輪組采用了偏心結(jié)構(gòu)用來(lái)調(diào)節(jié)整臺(tái)設(shè)備的垂直度。保證RGV在取放、轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)品及工裝時(shí)平穩(wěn)、無(wú)晃動(dòng)。

2 自動(dòng)焊接區(qū)

自動(dòng)焊接區(qū)主要完成原材料的組對(duì)、焊接，首先由堆垛機(jī)將原材料托盤放到指定站臺(tái)上，然后滑臺(tái)帶著機(jī)器人抓取原材料，按照事先設(shè)定好的組隊(duì)原則，在特殊工裝上進(jìn)行組隊(duì)、點(diǎn)焊，點(diǎn)焊完畢后，堆垛機(jī)在輸送此工裝到滿焊區(qū)域的變位機(jī)上，通過(guò)變位機(jī)，配合焊接機(jī)器人完成工件的滿焊，完全焊接后堆垛機(jī)將工裝叉取到探傷工位，探傷合格后由堆垛機(jī)運(yùn)到出貨口，完成一個(gè)工件的焊接流程，此區(qū)域關(guān)鍵設(shè)備主要是變位機(jī)和焊接機(jī)器人[2]。

2.1 變位機(jī)

變位機(jī)是焊接輔助設(shè)備，主要配合焊接機(jī)器人使用，它通過(guò)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，改變工件的焊接狀態(tài)來(lái)達(dá)到理想的焊接位置。此構(gòu)架載重5000Kg，屬于大噸位的焊接結(jié)構(gòu)件，變位機(jī)必須采用底座式變位機(jī)，工作臺(tái)可以整體旋轉(zhuǎn)，此項(xiàng)目使用了2臺(tái)單軸變位機(jī)和1臺(tái)2軸變位機(jī)。

變位機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)齒輪組來(lái)完成工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)0-180°的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)通過(guò)一組回轉(zhuǎn)支撐軸承組成，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和回轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)齒齒合傳動(dòng)，回轉(zhuǎn)軸承的外側(cè)與工作臺(tái)連接，這樣小齒輪就可以帶動(dòng)整個(gè)齒輪組完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

2.2 焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人是一種高度自動(dòng)化的焊接設(shè)備，具有精確化、智能化和柔性化、重復(fù)精度高、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，可以大大的提高生產(chǎn)效率。

本項(xiàng)目用焊接機(jī)器人主要有機(jī)器人本體、控制柜等組成。機(jī)器人本體選用6軸關(guān)節(jié)式，它主要保證機(jī)器人末端焊槍到達(dá)所需要的軌跡和姿態(tài)，控制柜則是機(jī)器人的中樞神經(jīng)，負(fù)責(zé)處理機(jī)器人工作過(guò)程中的全部信息機(jī)控制全部動(dòng)作。

3 成品存儲(chǔ)區(qū)

成品存儲(chǔ)區(qū)主要用來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)焊接完成的工件，此區(qū)主要由1臺(tái)8噸穿梭車和重載輸送機(jī)組成。當(dāng)變位機(jī)焊接完成后，通過(guò)上位機(jī)給穿梭車下指令，穿梭車通過(guò)與變位機(jī)對(duì)接，將工件從變位機(jī)上輸送到穿梭車上，然后放到指定的輸送線上，本區(qū)域的核心設(shè)備是一臺(tái)8噸載重的穿梭車[3]。

由于工件重，尺寸大，所以穿梭車機(jī)架采用H型鋼拼接而成，焊接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載大。由于穿梭車需要和變位機(jī)對(duì)接，且對(duì)接精度要求在2mm之內(nèi)，故驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上采用開(kāi)放式的齒輪齒條傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用浮動(dòng)式，這樣就可以保證穿梭車的停準(zhǔn)精度，且降低了加工精度要求，兩端安裝有緩沖器，防止直行穿梭車在意外情況下沖出軌道，起到安全保護(hù)作用。電氣方面由通訊裝置、終端急停開(kāi)關(guān)、槽形開(kāi)關(guān)、輸送光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、滑觸線、聲光報(bào)警等組成。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線時(shí)，在充分了解生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)備要選擇合理，這樣會(huì)提高生產(chǎn)節(jié)拍和效率。