提升機(jī)頭尾殼體自動(dòng)焊接變位機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊軍 紀(jì)勇飛

摘 要：變位機(jī)作為焊接輔助設(shè)備，其在自動(dòng)焊接系統(tǒng)中的作用不可或缺。變位機(jī)和焊接機(jī)器人對于自動(dòng)焊接系統(tǒng)來說，如同人的左右手一樣重要。正確選擇或者設(shè)計(jì)合適的變位機(jī)，對提高焊接效率、改善工人作業(yè)條件、保證焊接質(zhì)量等方面至關(guān)重要。本文針對提升機(jī)頭尾殼體種類多、批量小、大型薄板箱體結(jié)構(gòu)、不同型號尺寸差距加大等特點(diǎn)，在常見結(jié)構(gòu)形式的變位機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使其兼顧多種型號的頭尾殼體焊接變位，工作人員只需上下料，其余工作完全由設(shè)備自行完成，大大降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：變位機(jī);自動(dòng)焊接系統(tǒng);輔助焊接;優(yōu)化改進(jìn);提升機(jī)頭尾殼體

前言

變位機(jī)的作用主要是使工件的焊縫在焊接時(shí)處于最佳的焊接位置。市場上現(xiàn)有較為成熟的變位機(jī)主要有三種形式：伸臂式、座式、雙座式，這幾種形式的變位機(jī)能夠滿足常見形式焊接件的焊接變位的要求。對于一些非常規(guī)或有特殊要求的結(jié)構(gòu)件焊接，往往上述變位機(jī)無法滿足使用要求，需要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接拼裝工藝而特殊設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的焊接效果。

1 工件結(jié)構(gòu)簡述

本文變位機(jī)主要針對鋼絲膠帶提升機(jī)頭尾殼體配合自動(dòng)化焊接進(jìn)行變位，涉及機(jī)頭殼體8種，機(jī)尾殼體8種。機(jī)頭最小尺寸2126x1200x1000mm，最大尺寸3410x2480x1760mm;機(jī)尾最小尺寸1660x760x2250mm，最大尺寸2600x1760x3250mm。殼體主要由槽鋼、角鋼、折彎板（厚度6-8mm）、筋板（厚度10-16mm）等組成，重量在2～5噸之間，焊縫較多且焊縫主要集中在前后兩個(gè)面上，以長直焊縫為主，焊縫形式主要為角焊縫、搭接焊縫。殼體的上下法蘭面拼裝精度較高，其余殼體部分拼裝誤差相對較大，故以法蘭面裝夾定位為宜。殼體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 變位機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 選擇思路及存在問題

由于工件重量較重，且外形尺寸相對較大，伸臂式及座式變位機(jī)無法滿足要求，只有雙座式變位機(jī)可以滿足此類殼體的變位。殼體焊縫主要在前后兩個(gè)面上，變位機(jī)只需要進(jìn)行±90°翻轉(zhuǎn)即可，同時(shí)由于機(jī)器人配備了XYZ三個(gè)外部軸，行程完全滿足焊接需要，變位機(jī)無需升降功能，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮，可選擇雙座單回轉(zhuǎn)變位機(jī)。雙座單回轉(zhuǎn)變位機(jī)基本形式有兩種。

雙座單回轉(zhuǎn)變位機(jī)通常一側(cè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一側(cè)從動(dòng)。針對頭尾殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，上述兩種變位機(jī)形式各有利弊，左側(cè)結(jié)構(gòu)整體呈U型，兩端回轉(zhuǎn)支撐剛性連接，工件通過連接底座進(jìn)行裝夾固定，整體受力較好，此種形式不適合RGV小車自動(dòng)上下料，需人工在變位機(jī)上對工件進(jìn)行裝夾，自動(dòng)化程度不高，安全性大大降低;右側(cè)結(jié)構(gòu)雙座兩端相互獨(dú)立，工件主要通過兩端回轉(zhuǎn)支撐上的工裝分別裝夾，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)一端運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)適合RGV小車自動(dòng)上下料，且一端可以做成可調(diào)式，尺寸上能夠兼顧不同型號的工件，但是由于工件尺寸較大，型號較多，多型號共用一套設(shè)備，工件偏心距差別較大，通過工件帶動(dòng)另一端轉(zhuǎn)動(dòng)，工件所受扭力較大，導(dǎo)致殼體變形量加大。

2.2? 優(yōu)化設(shè)計(jì)

綜上所述，此兩類通用結(jié)構(gòu)形式都無法滿足工件的變位要求，我們需要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，結(jié)合雙座單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)兩種基本形式的利弊，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

首先，需要滿足軌道小車自動(dòng)上下料，變位機(jī)自動(dòng)夾緊的要求，我們考慮選擇兩端獨(dú)立的雙座變位機(jī);

其次，為了減少殼體變位過程中扭曲變形，參考U型結(jié)構(gòu)（圖2中左）。設(shè)計(jì)活動(dòng)工裝板，通過夾具使得工件與工裝板可靠連接，變位機(jī)與工裝板自動(dòng)夾緊，這樣既可以通過更換工裝板來解決殼體型號過多，尺寸差異較大，變位機(jī)無法兼顧的問題，也可以改善工件變位過程中受力狀態(tài)，減少殼體扭曲變形;

最后，由于增加了工裝板重量且工件自重較大，總體重量近7噸，為提高變位機(jī)輸出扭矩，增加變位機(jī)負(fù)載，將單側(cè)驅(qū)動(dòng)改為雙驅(qū)，使得兩端受力更加合理。

在此基礎(chǔ)上，由于工件只需進(jìn)行±90°翻轉(zhuǎn)即可，從安全性方面考慮，設(shè)置機(jī)械鎖緊裝置，分別在變位機(jī)轉(zhuǎn)至±90°位置時(shí)進(jìn)行鎖緊。同時(shí)，由于是雙驅(qū)形式，需要兩端伺服電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，這里通過伺服控制器之間相互反饋，2套控制器接受同一組脈沖來實(shí)現(xiàn)。此外，變位機(jī)的雙驅(qū)軸為機(jī)器人外部軸，可實(shí)現(xiàn)焊接協(xié)同變位。

3 工裝夾具設(shè)計(jì)

通過上述優(yōu)化，變位機(jī)可以很好地適應(yīng)提升機(jī)頭尾殼體的變位焊接，但對于工裝板有較高要求。首先工裝板上需設(shè)置配合RGV小車及變位機(jī)的定位導(dǎo)向裝置，RGV小車伺服控制系統(tǒng)將工裝板連同工件整體精確輸送至變位機(jī)上方，再通過相應(yīng)的定位導(dǎo)向裝置將工裝板及工件放到變位機(jī)上。

其次，由于工件的法蘭面是生產(chǎn)制造基準(zhǔn)面、安裝面，在工裝板上的定位可通過工件下側(cè)法蘭實(shí)現(xiàn)，定位完成后可通過壓緊裝置將工件下法蘭四面壓緊，使得工件與工裝板成為一個(gè)整體，壓緊裝置及定位銷做成可移動(dòng)式，實(shí)現(xiàn)多型號共用一套夾具。

最后，由于工件和變位機(jī)完全通過工裝板進(jìn)行裝夾，工裝板的強(qiáng)度、剛度提出較高的要求，工裝板需要制作成框架式，內(nèi)部布設(shè)龍骨，提高自身強(qiáng)度，焊接完成進(jìn)行退火處理，再進(jìn)行金屬切屑加工。

4 結(jié)語

通過對常見形式變位機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效滿足了現(xiàn)有工件的焊接變位要求，采用工裝板形式，提高了變位機(jī)的通用性，通過更換工裝板，此變位機(jī)可以滿足負(fù)載范圍內(nèi)更多型號工件的變位，通過與RGV小車配合提高了工件裝夾、裝卸自動(dòng)化程度，為后續(xù)焊接產(chǎn)品型號的擴(kuò)展和改進(jìn)，留有較大的設(shè)計(jì)余地，大大提高了變位機(jī)的適用范圍，改善了現(xiàn)有變位機(jī)通用性差的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)：

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[2]茅洪菊，周曉翔，曹恒泰.針對兩工件焊接的變位機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].電焊機(jī)，2018，48（12）：28—33.

作者簡介：

楊軍（1980.03-），男，漢族，安徽宿州市泗縣，本科，中建材（合肥）機(jī)電工程技術(shù)有限公司，研究方向：機(jī)械工程。

紀(jì)勇飛（1992.01.08），男，漢族，籍貫：安徽合肥巢湖，最高學(xué)歷：本科，中建材（合肥）機(jī)電工程技術(shù)有限公司，研究方向：機(jī)械工程。