一种大型构架的自动化焊接产线设备研究

陈希岩 朱琳 李明

沈阳新松机器人自动化股份有限公司 辽宁沈阳 110169

近年来，随着智能制造的快速发展，各种自动化生产线越来越受到大家的欢迎，它不仅能够提高工厂的生产效率，而且对产品的质量也是一个保证，还可以改善工人的工作环境，本文针对一个地铁构架的自动化焊接生产线项目，通过它的工艺流程来分析在整个系统中的关键设备，此项目焊接构件外形尺寸5000mm＊2000mm＊1500mm，重量5000Kg，属于大载重的重型设备。本项目的地铁构架焊接生产线工艺主要包括：原材料存储库区、自动焊接区，成品存储区等。

1 原材料存储区

此区域用来存储焊接构架所需原材料，根据每日的生产计划，前一天晚上要对原材料进行备货，人工对零件数量、质量进行检查，装入专用的托盘，人工录入零件信息，管理系统生成二维码，然后通过AGV自动运输到原材料上货区，人工在管理终端上用条码扫描枪进行组盘操作，下达入库任务，系统自动分配入库货位或人工指定入库货位，检尺工位进行检测，系统检测正常则堆垛机取货放到指定货位。此区域主要包括2个关键设备，重载货架和重载堆垛机[1]。

1.1 货架

货架采用焊接式牛腿货架，具有足够的强度、刚度和整体稳定性，结构设计满足抗震等级8级要求。货架立柱采用H型钢，环氧树脂粉末静电喷涂处理，保证优质的生产加工精度和良好的防锈和防腐功能。

为了满足堆垛机往焊接区域的变位机上输送托盘的定位精度，在货架牛腿上安装了定位销，用来和托盘底部的销孔配合，保证不同托盘对应同一个货位时的位置一致性。

1.2 堆垛机

堆垛机是自动焊接线的核心设备，它负责将原料运输给焊接区的变位机及将变位机上的成品放到货架上。由于托盘尺寸和重量都很大，堆垛机行走采用双轨道形式，保证运行的稳定性，提升通过链条牵引载货台做垂直升降运动，同时配合货叉进行叉取动作，通过上述运动实现托盘的自动取放。

堆垛机主体结构主要由立柱、上、下横梁、载货台组成。

上、下横梁是由钢板焊接成箱型结构，截面性能好。下横梁上两侧的运行轮轴孔在落地铣镗床一次装夹加工完成，确保了主、被动轮轴线的平行，从而提高了整机运行平稳性。

上横梁、立柱、下横梁通过法兰定位，用高强度螺栓连接，整个金属结构具有重量轻、抗扭、抗弯性能好、刚度大、强度高等特点。

载货台是一个通过动力牵引作上下垂直运动的部件，是由垂直框架和水平框架焊接而成。垂直框架用于安装起升导轮和一些安全保护装置，孔位精度要求高，因此垂直框架钢板采用数控切割，一次定位加工而成。水平框架采用无缝钢管制成，外形美观，完全能够满足载货的要求。

水平运行机构是由动力驱动和主被动轮组组成，用于堆垛机沿巷道方向的运行。动力驱动为SEW电机驱动行走轮，质量可靠、维护方便、噪音低。被动轮组采用了偏心结构用来调节整台设备的垂直度。保证RGV在取放、转运产品及工装时平稳、无晃动。

2 自动焊接区

自动焊接区主要完成原材料的组对、焊接，首先由堆垛机将原材料托盘放到指定站台上，然后滑台带着机器人抓取原材料，按照事先设定好的组队原则，在特殊工装上进行组队、点焊，点焊完毕后，堆垛机在输送此工装到满焊区域的变位机上，通过变位机，配合焊接机器人完成工件的满焊，完全焊接后堆垛机将工装叉取到探伤工位，探伤合格后由堆垛机运到出货口，完成一个工件的焊接流程，此区域关键设备主要是变位机和焊接机器人[2]。

2.1 变位机

变位机是焊接辅助设备，主要配合焊接机器人使用，它通过回转运动，改变工件的焊接状态来达到理想的焊接位置。此构架载重5000Kg，属于大吨位的焊接结构件，变位机必须采用底座式变位机，工作台可以整体旋转，此项目使用了2台单轴变位机和1台2轴变位机。

变位机的翻转机构主要由一台伺服电机驱动两个齿轮组来完成工作台的翻转，可以实现0-180°的范围内运动，而工作台的旋转通过一组回转支撑轴承组成，电机驱动齿轮和回转轴承的内齿齿合传动，回转轴承的外侧与工作台连接，这样小齿轮就可以带动整个齿轮组完成旋转动作。

2.2 焊接机器人

焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备，具有精确化、智能化和柔性化、重复精度高、焊接质量好等优点，可以大大的提高生产效率。

本项目用焊接机器人主要有机器人本体、控制柜等组成。机器人本体选用6轴关节式，它主要保证机器人末端焊枪到达所需要的轨迹和姿态，控制柜则是机器人的中枢神经，负责处理机器人工作过程中的全部信息机控制全部动作。

3 成品存储区

成品存储区主要用来暂时存储焊接完成的工件，此区主要由1台8吨穿梭车和重载输送机组成。当变位机焊接完成后，通过上位机给穿梭车下指令，穿梭车通过与变位机对接，将工件从变位机上输送到穿梭车上，然后放到指定的输送线上，本区域的核心设备是一台8吨载重的穿梭车[3]。

由于工件重，尺寸大，所以穿梭车机架采用H型钢拼接而成，焊接结构简单，承载大。由于穿梭车需要和变位机对接，且对接精度要求在2mm之内，故驱动结构上采用开放式的齿轮齿条传动结构，驱动电机采用浮动式，这样就可以保证穿梭车的停准精度，且降低了加工精度要求，两端安装有缓冲器，防止直行穿梭车在意外情况下冲出轨道，起到安全保护作用。电气方面由通讯装置、终端急停开关、槽形开关、输送光电开关、接近开关、限位开关、滑触线、声光报警等组成。

4 结语

综上，在设计自动化焊接生产线时，在充分了解生产工艺流程的基础上，对关键环节的设备要选择合理，这样会提高生产节拍和效率。