胡志勇，孫儉華

（北鋼聯(lián)（北京）重工科技有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，大力發(fā)展高端制造技術(shù)，優(yōu)化提高傳系產(chǎn)業(yè)是工業(yè)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。目前，我國(guó)在自動(dòng)化焊接方面的技術(shù)有了很大的提升，可以與國(guó)際水平比肩，其靈活性和實(shí)用性都有了本質(zhì)的變化，焊接方面的技術(shù)應(yīng)用的行業(yè)越來(lái)越多[2]。某鐵路器材有限公司是國(guó)內(nèi)最大的鐵路彈條扣件生產(chǎn)企業(yè)，但在預(yù)埋槽部件錨桿的焊接過(guò)程中，需要人工將單個(gè)錨桿依次上料，單個(gè)錨桿上料過(guò)程長(zhǎng)，同時(shí)點(diǎn)焊過(guò)程產(chǎn)生光污染與大量焊接煙塵，不但危害其他崗位工作，損害上料工人的身體健康，而且阻礙了上料的連續(xù)，造成工程間斷，進(jìn)而影響工程推進(jìn)速度。另外，一側(cè)上料至焊接工藝完成，另一側(cè)才能開始，一個(gè)完整工藝的完成所需時(shí)間長(zhǎng)，工作效率低，無(wú)法滿足大訂單批量生產(chǎn)的需要。因此，該公司需要對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行升級(jí)改造。

1 生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

1.1 生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該生產(chǎn)線分三段，第一段為槽道上料一分二輥道線，第二段為點(diǎn)焊聯(lián)合線，第三段為焊接后下料線。第一段輥道線由減速機(jī)、鏈輪、鏈條、輥筒、導(dǎo)向輪、機(jī)架、運(yùn)料小車、軌道、限位開關(guān)等組成，1臺(tái)上料主輥道線，2臺(tái)上料副輥道線，5臺(tái)運(yùn)料小車在上料主輥道線與副輥道線之間運(yùn)送槽道，形成一分二模式。第二段點(diǎn)焊聯(lián)合線由減速機(jī)、鏈輪、鏈條、輥筒、導(dǎo)向輪、機(jī)架、伺服電機(jī)、槽道夾持滑板運(yùn)行機(jī)構(gòu)、槽道定位機(jī)構(gòu)、錨桿自動(dòng)排程機(jī)構(gòu)、錨桿自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、錨桿定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)、防護(hù)罩、煙塵處調(diào)裝置等組成，一對(duì)數(shù)控進(jìn)給滑板夾持槽道并帶動(dòng)槽道運(yùn)行一個(gè)槽道長(zhǎng)度，槽道在點(diǎn)焊工位停止，錨桿在震動(dòng)倉(cāng)內(nèi)自動(dòng)排程自動(dòng)上料到點(diǎn)焊工位并被工裝固定在槽道上。1臺(tái)機(jī)器人在錨桿兩側(cè)分別點(diǎn)焊。第三段焊接后下料線由減速機(jī)、鏈輪、鏈條、輥筒、導(dǎo)向輪、機(jī)架等組成，2臺(tái)下料輥道線把點(diǎn)焊聯(lián)合線和滾彎?rùn)C(jī)銜接。

圖1 生產(chǎn)線模擬圖

1.2 生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)

1.2.1 選料、上料自動(dòng)化

人工將錨桿倒入錨桿儲(chǔ)料倉(cāng)，輸送機(jī)構(gòu)將錨桿輸送到振動(dòng)盤內(nèi)。振動(dòng)盤自動(dòng)將錨桿排程，錨桿水平出振動(dòng)盤并自動(dòng)垂直排程，振動(dòng)盤每次送出一個(gè)垂直的錨桿。氣缸推動(dòng)仿形夾具，仿形夾具伸出夾持錨桿并帶動(dòng)錨桿下行，扣在槽道上。

圖2 上料工位圖

1.2.2 焊接過(guò)程自動(dòng)化

錨桿的焊接全部采用機(jī)器人焊接，焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接錨桿的2個(gè)焊點(diǎn)，重復(fù)動(dòng)作，直到槽道所有焊點(diǎn)全部焊上錨桿。尾部點(diǎn)焊需要使用二次補(bǔ)償進(jìn)給系系進(jìn)行二次夾持，配合對(duì)焊機(jī)完成來(lái)料的尾部焊接。系系采用兩臺(tái)安川6自由度機(jī)器人，重復(fù)定位精度達(dá)到0.08mm，剪焊絲機(jī)構(gòu)能夠保證焊絲的剪切質(zhì)量，并能提供最佳的焊接起弧效果。

噴硅油裝置采用了噴嘴交叉噴射，使硅油能更好地到達(dá)焊槍噴嘴的內(nèi)表面，確保焊殘與噴嘴不會(huì)發(fā)生死粘連，由此能有效的減少焊槍噴嘴的清調(diào)次數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命。

2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系系由電控柜、觸摸屏、PLC、變頻器、操作臺(tái)、電器元件、限位開關(guān)等組成，電氣主操作臺(tái)包括自動(dòng)焊接程程的“啟?！卑粹o、“急停”按鈕及“故障復(fù)位”按鈕。操作者如需自動(dòng)焊接生產(chǎn)，需先按下“啟動(dòng)按鈕”待觸摸屏上啟動(dòng)按鈕指示燈變綠后，按下1#線生產(chǎn)/2#線生產(chǎn)即可選擇相應(yīng)的生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)?！跋铝戏绞健狈譃槿斯は铝虾妥詣?dòng)下料兩種方式，如需人工下料，在自動(dòng)生產(chǎn)程程運(yùn)行后，按下“人工下料”按鈕即可使物料不進(jìn)入下料輥道。

圖3 焊接機(jī)械臂

電氣元件采用西門子或施耐德，PLC采用西門子，PLC預(yù)留10個(gè)點(diǎn)，方便后續(xù)維修。本設(shè)備共有7個(gè)就地操作箱，可選擇本地操作和遠(yuǎn)程控制兩種方式，分別控制兩條生產(chǎn)線所有動(dòng)力設(shè)備。在“操作選擇”按鈕打到本地方向時(shí)，當(dāng)前操作箱按鈕可操作，在自動(dòng)生產(chǎn)前需檢查并保證“操作選擇”按鈕指向遠(yuǎn)程控制方向。每臺(tái)就地操作箱上均有急停按鈕，如有緊急情況可按下“急?！卑粹o，整機(jī)停車待問(wèn)題處調(diào)后需手動(dòng)將所有動(dòng)力設(shè)備恢復(fù)初始位置。電氣系系有抗干擾措施，能保證控制系系正常運(yùn)行。

圖4 電氣接線拓?fù)鋱D

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3 生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)的功能

3.1 系統(tǒng)定位精度高

定位準(zhǔn)確，精度高，數(shù)控進(jìn)給系系和二次補(bǔ)償進(jìn)給系系的重復(fù)精度均不低于±0.15mm，自動(dòng)夾持機(jī)頭的夾持重復(fù)精度不低于±0.3mm。雖然來(lái)料長(zhǎng)度不同，但數(shù)控自動(dòng)進(jìn)給主機(jī)的自動(dòng)夾持機(jī)頭均能適應(yīng)。同時(shí)，數(shù)控進(jìn)給系系能滿足前端上料的精確定位，機(jī)體及輥道設(shè)計(jì)能滿足槽道的連續(xù)送料。

3.2 控制系統(tǒng)操作人性化

觸摸屏操作界面布局合調(diào)，操作程程可根據(jù)使用方要求調(diào)整參數(shù)，并具備程程制儲(chǔ)功能。操作者可根據(jù)加工要求編寫數(shù)控程程并保制到控制系系，工作時(shí)系系可按照程程，控制各個(gè)部件按照程程實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作，完成工件焊接。在單段運(yùn)行層態(tài)下，方便初始程程檢查運(yùn)行。操作面板有手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制多模式選擇開關(guān)，方便操作者選擇。

3.3 焊區(qū)污染無(wú)害化

點(diǎn)焊作業(yè)區(qū)周圍還加有防護(hù)罩，用來(lái)屏蔽電焊弧光，保證作業(yè)者的安全，避免光污染對(duì)其他崗位產(chǎn)生影響。自動(dòng)焊接作業(yè)區(qū)安裝有煙塵凈化裝置，自動(dòng)清除點(diǎn)焊后產(chǎn)生的煙塵，焊煙凈化裝置由1個(gè)美國(guó)垂恩焊煙凈化器、風(fēng)機(jī)、管路組成。

3.4 集散式控制穩(wěn)定有序

控制系系以PLC為核心，采用分散控制和集中管調(diào)的分布式控制模式，主站與7個(gè)工位分站采用有線的通訊方式。各獨(dú)立工位的控制系系之間通過(guò)控制線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。PLC自動(dòng)分配和協(xié)調(diào)各工位設(shè)備運(yùn)行層態(tài)，并通過(guò)有線通訊將控制指令下發(fā)給各相關(guān)工位電控箱，實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。

3.5 多重設(shè)置安全可靠

1）生產(chǎn)線設(shè)急停按鈕、報(bào)警燈、過(guò)載電流保護(hù)、短路保護(hù)、斷電記記功能，電氣系系有抗干擾措施，保證控制系系正常運(yùn)行。

2）在運(yùn)料車三面有護(hù)欄和安全門，當(dāng)安全門開啟時(shí)，運(yùn)料車停止運(yùn)行，操作人員可以進(jìn)入護(hù)欄內(nèi)維修設(shè)備。

3）在機(jī)器人焊接區(qū)域兩面有安全門，當(dāng)安全門開啟時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)行。

4 結(jié)論

1）該生產(chǎn)線能滿足600mm～3500mm槽道焊接，實(shí)現(xiàn)600mm～3500mm槽道一次夾持后自動(dòng)進(jìn)給全行程，無(wú)二次進(jìn)給；實(shí)現(xiàn)錨桿自動(dòng)排程、送料、與槽道位置的匹配，保證垂直度、位置度、對(duì)稱度要求；實(shí)現(xiàn)槽道自動(dòng)進(jìn)給、錨桿送料、點(diǎn)焊自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)，機(jī)器人點(diǎn)焊將錨桿與槽道組焊為一體，點(diǎn)焊后錨桿不發(fā)生變形或脫焊。

2）更換錨桿定位工裝能實(shí)現(xiàn)30X20/30X26/40X22/52X34/55X42/64X45/72X48，七種規(guī)格槽道的點(diǎn)焊；生產(chǎn)線調(diào)試時(shí)可以根據(jù)用用要求修改程程，調(diào)整參數(shù)；運(yùn)行模式可以制儲(chǔ)50個(gè)以上程程。工作時(shí)，操作人員選擇程程模式，生產(chǎn)線將自動(dòng)按已設(shè)定的程程運(yùn)行；控制系系留有R232或R485或工業(yè)以太網(wǎng)口，方便用用MES系系讀取數(shù)據(jù)；電氣系系有抗干擾措施，能夠保證控制系系正常進(jìn)行。

3）該生產(chǎn)線在保證實(shí)現(xiàn)功能與性能的同時(shí)，保證了外觀的整潔、大方，無(wú)尖棱角。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐海剛,段朝偉.鋰電池焊接的自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J].焊接,2016:61-63.

[2]高海豐.自動(dòng)焊接在機(jī)械焊接中的應(yīng)用[J].科技展望,2016:134-136.