自动化技术在装载机后车架焊接生产线上的应用

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《装备制造技术)2017年第05期 

自动化技术在装载机后车架焊接生产线上的应用 

陆其东,李江鲞,张剑 

(广西柳工机械股份有限公司,广西柳州545007) 

摘要:近年来,焊接及物流自动化在汽车行业已得到了快速的发展。中国的工程机械制造行业也迎来了历史的转型期, 自动化焊接及物流设备的引入将提升企业的生产能力及核心竞争力。本文从柔性自动化焊接生产线的角度出发,分析了 后车架的结构特点及焊接可焊性,明确了焊接生产线的设计思路,并介绍了焊接生产线系统配置、系统配置功能以及应 

用过程中在质量和生产效率方面产生的明显效果。 关键词:自动化焊接;焊接生产线;机器人 

中图分类号:TH243 文献标识码:B 文章编号:1672—545X(2017)05—0195-03 

装载机是柳工机械股份有限公司的主导产品,其 

后车架是整车的承重装置,负荷高,工件结构复杂,焊 

接T作量大,对焊接质量要求高,对员工的焊接技能 

要求也较高;手工焊接过程不稳定,容易形成产生焊 

接缺陷,造成质量隐患;此外,后车架车间的焊接工位 

都是离散型的制造模式,其内部的物流运输基本上以 

行车结合叉车进行物流的运输,存在物流效率低下、 

安全隐患较多等风险,且产品磕碰导致产品外观质量 

较差,为此,为了提高后车架的焊接质量和生产效率, 

减轻员工的劳动强度,消除行车吊运带来的安全隐 

患,同时考虑到后车架品种的多样性,采用物流运输 

自动化及焊接自动化是最佳的解决方案。 图1后车架结构形式 

1-2工件主要技术参数 

后车架的机型较多,各机型的外形尺寸和重量 

相差很大,最小机型尺寸为3 675 X 1 210 X 928,最 

大机型尺寸为3 88l X 2 000 X 1 217,重量在1 075 

~1 737 kg间,这就对焊接变位机、夹具及自动物流 

小车的通用性提出了很高的要求。 

1工件描述 

2自动焊接生产线设计 

1.1工件描述及分析 

后车架是典型的中厚板结构,如图l所示,主要 2.1生产线工艺布局 

由铰接部件、左右腹板、中梁架部件及转向支耳部件 为了改进后车架生产效率低下的离散型制造模 

构成的左右对称框式结构,其结构复杂,并且后车架 式,对后车架焊接区的工艺布局设计成流线化的焊 

的焊缝主要分布在腹板的内外两侧,焊缝形式主要 接自动化生产线,其主要由机器人系统、焊接变位机 

是直的角焊缝、开单边的V型坡El焊缝以及少量曲 及夹具、机器人行走机构、焊接系统、烟尘处理系统 

线焊缝,焊接工作量大,需采用多层多道焊接方式; 及自动物流系统组成,见图2. 同时,由于后车架短焊缝较多,机器人焊接完成后必 

须结合人工补焊来完成。 

收稿日期:2017—02—15 作者简介:陆其东(1979一),男,广西南宁人,本科,工程师,主要从事装载机结构件焊接工艺研究及产品工艺一体化工作;李江盔 (1975一),男,广西上林人,本科,工程师,主要从事装载机结构件制造工艺研究及产品质量控制工作;张剑(1977一), 男,广西柳州人,本科,工程师,主要从事装载机结构件制造工艺研究及产品质量控制工作。 

195 Equipment Manufacturing Technology No.05,2017 

, 排式双 位机器人惮接1怍站 物ijii:,卜 . 【j既 研瓶小 乳j丑 图2后车架自动焊接线工艺布局 

2.2系统构成 

2.2.1机器人系统… 

采用国外知名焊接机器人系统,其运行稳定可 

靠,工作半径l 450 am,重复定位精度±0.05 mm,主 要具有以下功能: 

(1)电弧跟踪功能:系统实时对摆动焊接中的电 

流电压信号采样,对因下料时坡口不规则及焊接过 

程中产生的变形分析得出数据修改机器人路径,能 

够自行适应焊接过程中的工件变形。 

(2)智能寻位功能:利用喷嘴或焊丝碰触工件, 

可确定真实焊缝位置,寻位精度±O.25 mm. 

(3)手动变位功能:机器人变位机系统可以进行 

手动/自动切换,切换到手动功能后,可以人T点动操 

作变位机,以方便人工补焊或打磨作业。 

(4)同步协调控制功能:机器人、外部轴电机驱动 的双座单回转变位机及机器人行走系统三者协调联 

动,可与机器人在360 oC范围内任意定位、协调,确保 

在每条焊缝处焊枪与T件均形成最佳焊接姿势。 

(5)外部启动/停止功能:控制柜带有I/O板,能 

外接启动和停止等扩充功能。 

(6)离线编程软件:可在个人计算机上用_T件的 

三维图形进行机器人工作程序编程、编辑。可在个人 

计算机与机器人控制器之间传输程序,并具有可通 

过LAN(局域网)传输程序的功能。 

2.2.2焊接变位机及夹具 

(1)后车架焊接变位机设计成双座单回转结构 

形式,见图3,可使后车架纵向焊缝处于船形焊位置, 

变位机由机器人外部轴伺服电机驱动旋转,可自由 

编程,可与机器人系统联合进行轨迹插补,用于复杂 轨迹曲面的焊接。 

善 

l96 图3后车架双座单回转焊接变位机 (2)采用双工位纵向布置的布局形式,具有自 

动、手动切换功能,能在不影响系统工作的情况下对 

变位器进行手动操作,实现人工补焊功能。 

(3)变位机主动端配置电动移动装置,可适应不 

同长度工件的装夹。 

(4)变位机从动端增加动力,利用工装本身重心 

偏心让其自由旋转,采用气动装置控制其旋转平稳, 

到位后气动定位,保证工件侧向90。下料后,能够回 

原点位置上料。 

(5)后车架焊接夹具是液压自动装夹结构,采用 

工件下板孑L和外形进行定位,利用自动顶锥夹具和 

液压油缸夹紧]二件,实现后车架的自动装夹以及适 

应不同种类的后车架,保证_T件夹紧的可靠性;实现 

柔线混线生产,降低员工劳动强度,提高生产线的使 

用效率。 

2.2.3机器人行走机构 

根据后车架的工件特点及工艺要求,为提高后 

车架的焊达率,将机器人的行走系统设计成2轴龙 

门式悬挂结构,见图4.行走机构作为机器人的外部 

轴,可自由编程,可与机器人系统联合进行轨迹插 

补;6轴机器人与外部2轴行走机构配合,使得机器 

人工作系统的工作范围更大,柔性更好。 

图4机器人行走机构 

2.3焊接系统[21 

焊接系统主要由以下几部份组成:机器人焊接 

电源及送丝机、加长型水冷焊枪、清枪剪丝器、焊枪 

强制冷却水箱、稳压电源、保护气流量检测开关、冷 

却水流量检测开关及人工补焊用电源及送丝机。 

2.4烟尘处理系统 

每个焊接工作站配置一套烟尘处理系统,吸尘 

罩固定在机器人的 轴行走底座上,把机器人罩在 

下方约9 m 的区域内,随机器人 轴一起行走,确 

保机器人焊接过程中能对烟尘进行统一收集处理, 

焊接烟尘的捕集率达80%以上,除尘器出口粉尘浓 

度≤3 mg/m ,重点保护了操作者,操作方便灵活,见 

图5.

 图5烟尘处理系统 

2.5自动物流系统 

自动物流系统由RGV物流小车、RGV物流主轨 

道、RGV物流支轨道、主支轨道换向机构及上下料架 

组成( I 6、 7),其_I:作原理如下: 

(1)初始状态:变位机主、从动端移动到位,顶锥 

夹具张开,托板在初始位置,油缸收回。 

(2)RGV物流小车自动将工件输送到焊接夹具 

』二,顶锥夹具动作,夹紧丁件;托板上的对中撑紧机 

构动作,撑紧一1 件内梢;油缸动作.压紧T件。 

(3)夹具定位夹紧完成后,RGV物流小乍退¨{, 

机器人f{动开始焊接。 

(4)机器人焊接完成后,进行人T补焊作业,人 

T补焊作业完成后,操作人员按完成按钮。 

(5)顶锥夹具松开退回;托板上的对巾撑紧机构 

松开退¨9・油缸也收回。 

(6)RGV物流小车自动将工件运至下料架 、 

(7)重新开始新一轮的动作。 《装备制造技术)2Ol 7年第05期 

3结论 图7自动物流小车 

日前,后车架自动焊接生产线已投入使用,从使 

用的效果来看,焊T的劳动条件和强度均得到改善, 

员T只需要进行简单的操作,自动物流小车就能实 

现一r件的自动运输,自动上下料、自动装夹以及自动 

焊接;实现了焊接和物流运输的自动化,提高了产品 

质量,降低了员T的劳动强度,消除了行车吊运 带来 

的安全隐患,同时明确了产品的生产估J期.为实现智 

能制造创造了条件,也为公司创造了明显的效益。 

参考文献: 【1]陈裕川.自动化专用焊接没备fM】.北京:机械I_、 f{I版礼, 

2007. 『2l陈祝年.焊接 程师手册IM1.北京:机械 …版 ,2009 

图6自动物流轨道系统 

Application of Automatic Technology in Welding Line of Rear Frames of Loaders 

LU Qi-dong,lJ Jiang—yin,ZHANG jian (Liugong Machine ̄'Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China) 

Abstract:In recent years,welding and logistics automation has been rapid developing in the autt)motive industry . Chi,la s constructi()n machinery manufacturing industry also ushers in the historical transition pm’io(t,an(t the 

introduction of autonmtic welding and logistics equipment will enhance the capacity and core competition of the 

t、orporation.In this paper.structural characteristics and weld ability of the rear frame are analyze,l from the per— 

spective of the flexible autonmtic welding production line.The design idea of the wehting production line is clari— 

fled.The('onfigurati()n and function of the wehling production line is introduced in this paper,and the obvious 

imln・oving effect ot’the quality and production efficiency through application is also inh’oduced. 

Key words:automatic welding;welding production line;welding robot 

l 

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