机器人自动焊在液压支架结构件制造中的应用.pdf

第 5期 总第 1 9 2 期 2 0 1 5年 1 O月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL E NGI NE ERI NG AUTOM ATI ON No． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 5 0 2 0 5 0 2 机器人 自动焊在液压支架结构件制造 中的应用 范剑 英 ，赵 光 明 山西晋城煤业集 团 金鼎公 司，山西 晋城0 4 8 0 0 6 摘 要 主要介绍 了机器人 焊接在 液压支架制造过程 中的应用 ，总结 了机器人焊接的优点和存在 的不足 ，为板 材框架结构件采 用机 器人焊接提供 了实践经验 。 关键词 液压 支架；机器 人 ；焊接 中图分类号 T G4 5 7 ． 2 1 T P 2 4 2 ． 2 文献标 识码 B O 引言 随着全国高产高效矿井建设 的加快 ， 液压 支架 的 需求量也迅速攀升 。目前大型液压支架专业厂家的支 架结构件主要 由焊工手工焊接完成 。而高端支架采用 的高强板焊接时需加热到 2 0 0℃， 施焊温度不能低于 8 O℃， 焊工需持续在高温下焊接 ， 劳动强度特别 大； 同 时手工焊接受人为因素影响很大 ， 焊接质量不易保证 ， 直接影响支架性能 。而且 由于高端支架 结构件 尺寸 大 ， 板材厚， 焊接工艺复杂 ， 导致焊接效率低 ， 生产周期 长 。研究高端支架 自动焊接技术及装备 ， 不仅能大大 降低劳动强度， 提高焊接效率 ， 更重要的是能够保证焊 接过程的稳定性和焊接件质量 的可靠性。国外发达国 家在液压支架制造方面的 自动化水平 明显高于我国。 德国 D B T公司和美 国 J O Y公司已广泛使用焊接机器 人代替部分人工焊接 。 1 目前 国 内机 器人 焊接 存在 的 问题 在 国内， 手工焊接一直是液压支架主要 的生产方 式 。为 了提高焊接质量和效率 ， 少数企业也 引进 了国 外的机器人 自动焊接 系统， 但效果并不明显 ， 仍存在以 下 问题 1 一套变位 装置只能配套 一台焊接机器人 ， 而 高端支架高强板结构件必须在高温下焊接 ， 一 台机器 人的焊接速度跟不上工件的降温速度 ， 必然会 出现反 复加热 ， 反而降低焊接效率 。 2 价格昂贵， 购买一套进 口变位装置需要几百 万 元 。 3 变位装置及机器人配套系统太过庞大 ， 受场 地约束 ， 不能批量应用于生产。 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 2 8 ；修订 日期 2 0 1 5 0 4 2 3 作者简介 范剑英 1 9 8 1 一 ，男 ，山西晋城人 ，工程师 ，本科 。 4 液压支架结构件结构多变 ， 焊接工位多 ， 零件 拼装数量多 ， 给焊接编程 、 焊接定位 、 焊接过渡成型带 来诸多困难。 以上原因大大 限制 了焊接机器人的应用。 2 改进 措 施及技 术 特点 为解决高端液压支架机器人焊接过程 中存在的问 题 ， 对该 焊 接系 统进行 了系列设 计创 新 ， 其 关键 技术 包 括 1 自动焊接变位装置中夹紧机构的设计。 2 自动焊接变位装置中翻转定位机构 的设计。 3 焊接机器人 自动寻找焊缝起始点、 自动跟踪 焊缝的技术。 4 焊接机器人进行多层多道焊接 的技术。 5 工件的焊接编程和焊接工艺的结合 。 为开发设计高端液压支架 自动化焊接流水线 ， 根 据高端液压支架大型结构件的焊接工艺 、 结构特点 ， 结 合高强板焊接工艺要求 ， 设计 了经济合理、 功能强大的 变位夹紧装置 ， 以适应 自动化焊接流水线 的要求 。该 变位夹紧装置是根据液压支架顶梁、 掩护梁结构特点 设计 开发 的 ， 具有装 卡方 便 、 定 位 准 确 的优 点 ， 能 满足 机器人焊接时 的定位要求 ； 工作 台可绕轴 3 6 0 。 翻转 ， 结实可靠 ， 承载能力 2 0 t以上 ； 旋转定位装 置可以准 确地将工作台定位在水平或垂直工位 ； 推紧装置配合 夹紧装置可实现工件的纵向推紧。 该装置与 自动焊接工艺配合 ， 实现高端液压支架 主要 结构 件 焊接 的 自动化 。该 自动化 焊接 流水 线 主要 参 数如 下 1 每台变位装置配套 4台 8轴机器人， 焊接效 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 6 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 5 年 第 5期 率 为人 工 的 2倍 。 2 高 端 支 架 结 构 件 生 产 中 ， 机 器 人 焊 接 量 ≥ 7 O 。 3 可焊 接 工 件 外 形 范 围 为 4 3 0 0 mm 1 6 1 0 m m 6 0 0 mm 。 4 机 器人 焊接速 度 为 4 5 0 mm／ mi n ， 并 可 与变位 装 置实 现联 动 。 5 焊接机器人具有 良好的 自纠偏功能 ， 可 自动 寻找焊缝起始点 、 自动跟踪焊缝 ， 可解决工件铆接偏差 问题 ， 实 现多 层多 道焊 接 。 6 变 位装 置 全 液压 驱 动 ， 泵 站压 力 1 6 MP a ， 油 泵 电机 7 ． 5 k W ； 变 位装 置定 位误 差≤O ． 5 。 。 图 1为机器人焊接变位装置 。变位夹紧装置与机 器人的布置如下 工作台两侧各装卡一个工件 ， 使用 4 台机器 人 同时施焊 ， 通过 工作 台 的 回转 ， 实现 工件 各方 向焊缝 的焊 接 。焊接 机器 手 经 过 模 拟 和试 验 ， 选 用 了 德国 C L O OS的 8轴机器人 ， 可以实现 自动寻找焊缝 起始 点 、 自动跟 踪 焊缝 的功能 。 图 1 机 器 人 焊 接 变 位 装 置 3实际 应用效 果 经过试验， 通过对其编程、 找点、 夹紧和工艺等进 行反复的摸索试验和操作者的强化培训， 机器人 自动焊 在支架结构件焊接方面取得了很大的成果 ， 具体如下 3 ． 1 工 艺 方 面 根据现有焊接条件和机器人程序 的运行特点 ， 经 过反复试验 ， 设计 了一套 与手工焊接顺 序不 同的焊接 工 艺 ， 以适 应机 器人 焊接 。与手 工焊 接相 比， 该 工艺 减 少 了顶筋 的数量 ， 减 小 了焊接 变形 。 完 成 了大采 高 支架 掩 护 梁 、 顶梁 、 单 双 连 杆 、 推 移 杆 、 柱窝等程序的编程及其调整 ， 目前对机器人焊接支 架结构件框架的编程技术 已经成熟 。 3 ． 2质 量方 面 1 支架顶梁 、 掩护梁、 前后连杆的焊接试验结果 表 明 ， 角 焊缝 焊接 成 型美 观 ， 手工 焊 接 无 法 与 其媲 美 ， 同时 由于机器 人严 格 按 照 指定 的程 序 操 作 ， 与 手 工 焊 接相 比变 形量 较小 。 2 角 焊缝质 量 大大提 高 ， 以往 人 工 焊接 时 ， 限 于 各人操作水平 的不 同以及人的情绪等人为因素， 焊缝 质量不易保障， 使用机器人焊接后 ， 只要参数调定 好， 可以保证所有焊缝都达到一级水平。通过对机器人焊 接样件进行拉力试验， 完全符合焊接标准。 3 受工件空间位置和拉筋 的影 响， 机器人 不能 完成所有部位焊缝的焊 接， 需要人工对其不能焊接的 焊缝和部位进行补焊。 4 目前 对 于坡 口焊缝 ， 由于 下 料 机器 人 切 割 的 坡 口有误 差 ， 导致焊 接机 器人 跟踪 不准 ， 不 能保证 坡 口 焊缝 焊接 质量 。 3 ． 3 效 率方 面 人工焊接时， 为了焊接工件各位置的焊缝 ， 需要来 回翻转工件达 5 、 6次， 每次翻转都需要 1名天车工和 2 名焊工辅助 ， 每次耗时最少 1 5 mi n 。该装备的使用 ， 减少了焊接过程中工件 翻转 的时间， 现在工件在变位 装 置 上翻转 一 次 的时间不 到 0 ． 5 mi n 。 目前工件主要是靠变位机上的固定装置来定位 ， 工件重复定位很不精确 ， 然而机器人默认 的坐标系只 与首件一致 要求定 位误 差和 变形 的累计误 差小 于 5 ram ， 这样就存在焊接误差 ， 导致批量焊接过程 中出 现偏焊、 撞枪等问题 ， 这些都影响焊接效率 。 该装备的使用 ， 降低了工人 的劳动强度 ， 减少 了用 工数量， 以往一件工件 的焊接需要两个人， 现在只要一 人看守机器人 ， 就能完成两个工件的焊接 ， 从而节省了 成 本 。 该装备的使用还大大改善 了工人的作业环境 ， 焊 工不再需要紧贴工件作业 ， 减轻 了工人受到 的焊接烟 尘 和高 温作 业危 害 。 4 结束语 目前 ， 该 液 压支 架 自动 焊 接工 艺 及 装 备 在 金 鼎 公 司 已经 稳定 运行 了 3年 ， 取得 了良好 的效果 ， 机 器人 自 动焊接的应用 ， 不但减轻了工人的劳动强度 ， 提高了生 产效率 ， 而且保证了焊接过程的稳定性 和焊接质量的 可 靠性 ， 受 到 车间工 人 的一致 好评 ， 充 分展 现 了该 自动 焊接工艺及装备的优越性 。 App l i c a t i o n o f Ro b o t Au t o ma t i c W e l d i ng i n M a nu f a c t u r i n g o f Hy d r a u l i c S u p po r t Pa r t s F AN J i a n - y i n g ，Z HAO Gu a n g - mi n g Sh a nx i J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p Ki n g di n g Mi n i n g a nd Ma c hi n e r y Co ．，Lt d．，J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6，Ch i na Abs t r a c tThi s a r t i c l e ma i n l y i nt r odu c e d t he a ppl i c a t i on of r o bo t we l di n g i n hyd r a u l i c s u pp or t ma nu f a c t u r i ng pr o c e s s ．The a dva n t a ge s a n d t h e d e f i c i e n c i e s o f r o b o t we l d i n g we r e s u mma r i z e d ，t o p r o v i d e s o me r e f e r e n c e f o r p l a t e f r a me s t r u c t u r e ma n u f a c t u r i n g b y r o b o t we l di ng ． Ke y wo r d shyd r au l i c s up p or t ；r ob ot ；we l di ng 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m