工艺改进型料槽机器人焊接工作站

摘 要：本文通过对原有料槽成型设备进行技改，对冲压成型模具优化设计，开发出了一套料槽自动化焊接工作站，实现了自动化生产，能满足槽式输送机主要规格料槽的自动化焊接，提高了焊接效率，减轻了劳动强度，又改善了作业环境。

关键词：焊接机器人;料槽成型;冲压设备

料槽是熟料输送机的重要组件，是大批量易损件，需定期更换，由三个零件分别成型后组焊而成，用于承载物料。料槽的内、外都有焊缝，焊缝长度长，焊接工作量巨大。目前，料槽的组对、焊接完全依靠工人，工序繁多、效率低下，质量难以保证，对原有设备进行改造十分必要。

1 机器人焊接的限制条件

焊接机器人是应用最广泛的一类工业机器人，使用机器人替代人工焊接，实现自动化生产，可以减少人为因素的干扰，达到稳定焊接质量、提高生产效率、降低生产成本的目的。但机器人焊接料槽存在诸多问题限制，例如：

料槽的侧板缺口尺寸不统一，侧板与底板设计图纸为半搭接，焊接机器人无法准确识别焊缝;

侧板与底板的组对间隙大，焊丝会直接穿过缝隙而无法焊接上，出现焊漏;

各种零件的尺寸存在偏差，用机器人焊接无法准确定位，也容易出现焊偏等情况。

2 工件及设备的改造方法

用机器人进行焊接，要求工件的一致性好，尺寸误差小，采用激光寻位、跟踪可以放宽工件的尺寸偏差要求，但现有料槽的成型误差较大，且焊缝轨迹复杂，无法达到焊接机器人的焊接要求。因此，要实现用机器人进行焊接，必须先提高工件的成型精度。

2.1 工件形式问题及解决方案

根据料槽成型设备使用、产品检验的情况，针对现有工件进行了优化设计，对料槽底板、侧板成型专机进行了以下优化改造：

侧板梯形缺口的尺寸有误差，底板与侧板缺口搭接会出现多种形式，焊接机器人无法识别焊缝的形式及准确位置，针对此问题，修改侧板缺口尺寸，使侧板与底板完全搭接，使之只存在连续角焊缝一种形式。

底板中间缺口尺寸与侧板凸筋不吻合，组对时存在较大缝隙，会出现焊不满、从缝隙渗漏形成焊瘤。针对此问题，通过对侧板凸筋尺寸进行测绘，修改底板缺口尺寸，对切断模具进行重新设计、制作，以此减小组对缝隙;

底板成型时冲的长方孔切断后最终边线为直线，而侧板该处有台阶，底板没有台阶，组对时贴合不上，存在较大间隙。针对此问题，按侧板台阶尺寸重新设计底板，设计、制作冲腰形孔模具，腰形相应地错位形成台阶;

侧板缺口尺寸修改，焊后高出底板，在槽子装配时侧板缺口斜边会与下一件槽子底板干涉。针对此问题，进行底板设计修改，底板两端增加缺口，避开侧板，改造后的底板装配时不会产生干涉。

2.2 冲压成型设备的改造

为了满足工件形式改造的要求，需要进行加工设备的改造。底板增加缺口，成型机需增加冲压工序，为不改变原有设备布局，将新增加的冲缺口工序合并到冲腰形孔工序，无须增加设备，重新设计模具，两个冲头存在高差，在一套冲压模具上连续完成冲压孔及缺口两道工序，减小冲压、切断面的周长，将刃口设计成弯弧形，以此减小冲压及切断所需的压力。

重新设计油缸连接法兰，将整个冲压缺口组件外移，即可减小侧板冲压梯形缺口尺寸，压力不会增加，原有模具无需调整。

对限位挡轮进行测绘、优化，滚珠轴承改为滚柱轴承，并增加了淬火硬化的护套，控制挡轮间距限制板料的偏摆，成型尺寸精度提高，挡轮使用寿命倍增。

经改造，底板的断口与侧板更贴合，解决了料槽底板与侧板组对缝隙大的问题;通过减小侧板缺口尺寸，底板两端增加缺口，使侧板能与底板完全搭接上，不产生干涉，消除焊缝搭接形式多样的问题。以上两点从根本上解决了机器人焊接的可行性问题。

轧机改造工作的實施，降低了机器人焊接的难度，在一定程度上减小了工件的形位、尺寸偏差，达到了用机器人进行焊接的条件。

3 机器人焊接及其优势

改造后，增加机器人焊接站，借助KBK物流系统上件、下件，即可自动焊接，一次焊接结束即为成品。

夹具按照主流料槽规格设计，一套夹具兼容了多种规格，节约了生产准备时间，有利于现场的管理;

焊接夹具安装在滑轨上，宽度方向需要调整时，松开定位销，推动夹具到对应孔位，锁紧定位销即可，高度需要调整时，更换垫块并用内六角螺栓拧紧在底座固定孔位上。轴座位置用长圆孔调节，长圆孔的两端分别对应两种间距，整个调整规格过程中不需要测量，工具仅需要内六角扳手，效率较高;夹具采用外部气动压紧、内部固定块限位的方式，防止位置过压，利用工件原有的孔、槽定位，配合局部强力压紧，保证了焊缝的基本一致，减小了工件组对搭接缝隙，实现了散件在夹具上定位后即可直接焊接;

采用AB双工位设计，双工位布置在水平回转台上，房体内部A工位在焊接的同时，外面的B工位有足够的时间完成下件、上料，见图4。焊接完成后自动切换工位，B工位进入内部焊接，A工位转出下件、上料。工位切换仅需10s，大幅缩减了机器人等待的时间，提高了设备的使用率;

工件上料、下件采用KBK组合起重机配合电磁吸盘来代替人工搬运，工件移动方向靠人力来控制，仅工件升降、吊具加磁、消磁时需要操作按钮，操作简单、省力，下件、上料时间短。

4 结论

机器人焊接工作站运行稳定，能满足槽式输送机主要规格料槽的自动化焊接，实现了自动化生产，实现了以机器人代替专业的铆工、焊工，既减少了用工，提高了焊接效率，又提升了产品质量，减轻了劳动强度，提升了制造工艺技术水平。

参考文献：

[1]张驰励.基于机器人应用的龙门架焊接工作站方案设计[J].专用汽车，2019，11（1）：89-92.

[2]曾氢菲，刘雪梅，邱呈溶.多臂协同焊接机器人运动学逆解及误差分析[J].焊接学报，2019，11（2）：101-105.

[3]余卓烨，胡艳梅，何银水.薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取[J].焊接学报，2019，7：31-33.

作者简介：陈继传（1985-），男，工程师，硕士研究生，从事机械加工及工艺成型研究。