軌道車輛機器人及專機自動焊接生產(chǎn)線介紹

1、軌道車輛機器人及專機自動焊接生產(chǎn)線介紹(圖)2011-01-20 13:16來源“中國軌道交通焊接技術(shù)論壇” 張善保 演講稿1、概述軌道車輛分客運和貨運兩大類。在客運方面：為滿足快速增長的旅客運輸需求，我國目前加快了全國高速鐵路客運網(wǎng)的建設(shè)，特別是高速鐵路的建設(shè)，到2020年客運專線將達到12500km，形成“四縱四橫”客運專線骨架。在貨運方面：56%的煤炭、84%的石油、24%的鋼鐵、22%的糧食58%的棉花都是通過鐵路運輸，貨物發(fā)送量已位居世界第一，達到20億噸以上，將重點發(fā)展重載貨車（80T 以上）的研發(fā)。客貨運輸能力滿足社會發(fā)展的需要，主要技術(shù)裝備達到或接近國際先進水平。軌道運輸與交通

2、建設(shè)的快速發(fā)展，將需要大量的客貨用車輛。高性能的車輛需要高效的自動化設(shè)備進行生產(chǎn)，自動化程度越高越能保證車輛的質(zhì)量穩(wěn)定性。哈爾濱焊接研究所利用三十多年研發(fā)、制造焊接專用設(shè)備的經(jīng)驗，以及在焊接材料、工藝方法的成果，針對鐵路貨車車輛生產(chǎn)的需要，2002年起先后研制了多條鐵路敞車端墻機器人專機生產(chǎn)線。針對高速動車和城市軌道就通鋁合金車體需求量的增加，2009年研制出了用于鋁合金車體大部件焊接的龍門專用焊機及機器人焊接生產(chǎn)線，已有6條線在生產(chǎn)中應(yīng)用。在高速鐵路、城市地鐵、輕軌等鋁合金車輛制造中發(fā)揮著應(yīng)有的作用。2、敞車端墻自動焊接生產(chǎn)線現(xiàn)代車輛生產(chǎn)需要先進的制造技術(shù)，焊接技術(shù)在車輛生產(chǎn)中具有十分重要的

3、作用。敞車端墻為一種框架式結(jié)構(gòu)，焊縫長度變化較大，而且焊縫的方向也有較大的差異，焊接所開發(fā)的端墻自動焊接生產(chǎn)線很好的解決了這些問題，生產(chǎn)線分為機器人和焊接專機以及混合方式等三類。2.1機器人焊接生產(chǎn)線焊接機器人具有很好的工作柔性，特別適于焊縫位置多樣的工件的大批量焊接生產(chǎn)。焊接機器人生產(chǎn)線的組成，采用引進機器人，加上配套的國產(chǎn)外圍機械系統(tǒng)與電控系統(tǒng)，是符合國情的機器人成套自動焊裝備低成本自動化的最佳途徑。研制的敞車端墻機器人焊接生產(chǎn)線如下圖1、2。該生產(chǎn)線實現(xiàn)了端墻正反面全自動傳輸，機器人自動焊接。機器人焊接過程采用協(xié)調(diào)控制，一維滑軌可以增大機器人有效的工作區(qū)域,工件傳輸正面采用輥道式輸送系統(tǒng)

4、，背面采用傳輸車方式，在焊接工位的工件裝夾定位簡單、適用而可靠。使用機器人可以焊接工作域內(nèi)的對接、搭接、角接等多種焊縫類型。機器人系統(tǒng)具有焊縫初始位置的激光尋位功能，可適應(yīng)工件一定范圍內(nèi)的形位偏差。采用電弧傳感系統(tǒng)進行焊縫軌跡的實時傳感。在工作中機器人首先需要進行激光焊縫起始點的尋找，確定實際焊縫起點位置，然后進行焊接，同時在焊接過程中采用電弧焊縫實時傳感技術(shù)，實時糾正焊縫偏差。機器人焊接工位四周設(shè)有弧光防護罩，并工作中的安全警示裝置。機器人外圍設(shè)備采用PLC（可編程序控制器）控制，能與機器人通信，在操作平臺上，能對整個工作站的工作過程進行控制，同時具有手動、自動、示教、測試、預(yù)留外接總線等功

5、能模式?？刂葡到y(tǒng)還設(shè)有無焊絲和保護氣體壓力檢測報警，以確保焊接過程的正常進行。沈陽車輛廠的敞車端墻機器人焊接生產(chǎn)線具有以下特點。 整條生產(chǎn)線共有4臺焊接機器人（正面2臺IGM；背面2臺OTC） 整條生產(chǎn)線包含組裝、焊接、傳輸、翻轉(zhuǎn)、補焊等13個工位。 端墻機器人使用激光焊縫始端尋位電弧焊縫實時傳感 生產(chǎn)線由中心向兩側(cè)分布，兩側(cè)的工位布置完全相同且控制系統(tǒng)也完全相同。 端墻正反面實現(xiàn)全自動傳輸，機器人自動焊接。 生產(chǎn)線兩側(cè)完全相同，保證設(shè)備維修期間不需要停止生產(chǎn)，每一側(cè)的機器人都能完成整個工件的焊接，確保生產(chǎn)的連續(xù)進行。重慶長征廠敞車端墻機器人焊接生產(chǎn)線具有以下特點。 正面為2臺OTC弧焊機器人

6、2臺OTC焊接電源 背面為1臺OTC弧焊機器人 1臺OTC焊接電源 3套機器人一維移動滑軌（滑軌有效行程可指定） 端墻生產(chǎn)線分為上料、組裝、正面機器人1焊接、正面機器人2焊接、工件傳輸、補焊、工件翻轉(zhuǎn)、背面機器人焊接、背面補焊共9個工位 端墻生產(chǎn)線共有2套獨立控制系統(tǒng)；分別用于控制正面和背面。 端墻機器人使用激光焊縫始端尋位電弧焊縫實時傳感 端墻正反面實現(xiàn)全自動傳輸，機器人自動焊接。 生產(chǎn)線由一側(cè)向另一側(cè)呈流水布置，正面每一臺機器人負責(zé)全部焊縫的一部分；背面機器人焊接全部焊縫，該方式可以有效減少設(shè)備的占地面積。工序安排流暢、清晰。2.2 龍門自動焊接生產(chǎn)線龍門自動焊接生產(chǎn)線是采用根據(jù)產(chǎn)品類型專

7、門設(shè)計的龍門焊接專機焊接端墻焊縫，見圖3。焊接過程中采用人工調(diào)節(jié)焊槍和使用接觸傳感方式實現(xiàn)焊縫的自動焊接。工件的傳輸方式采用升降式傳輸小車來完成，龍門分為用于橫帶焊接的雙槍龍門，角柱焊接的單槍龍門，背面焊縫的雙槍龍門。使用龍門焊接機可以有效降低對于使用者的操作難度（相對于機器人），更容易為工廠工人接受。龍門可以使用更多的焊槍焊接橫帶，可以有效提高焊接效率，升降式傳輸車的使用可以傳輸更多種類型的端墻（相對于輥子傳輸）。龍門為專用設(shè)計，工廠的維護人員可以更加容易的掌握其中的原理，現(xiàn)場維修可以更快捷，維護成本與制造成本相對較低。（相對于機器人焊接生產(chǎn)線）2.3龍門機器人自動焊接生產(chǎn)線（見圖4）該條生

8、產(chǎn)線建于北車濟南車輛廠，是一條龍門專機于機器人混合的端墻焊接生產(chǎn)線，整條生產(chǎn)線分為上料、組裝、正面機器人焊接、正面龍門1焊接、正面龍門2焊接、補焊、工件翻轉(zhuǎn)、背面機器人焊接、背面龍門焊接、背面補焊共10個工位。在其中可以安裝2臺機器人和3臺龍門焊接機。（正面雙槍、單槍，背面雙機頭龍門）端墻的傳輸采用升降式傳輸小車，可以不受工件表面形狀的限制。整條生產(chǎn)線共有2套獨立控制系統(tǒng)，分別用于控制正面和背面。龍門的焊縫傳感使用接觸和激光兩種傳感形式完成。生產(chǎn)線由一側(cè)向另一側(cè)呈流水布置，工序安排流暢、清晰。龍門與機器人的聯(lián)合使用可以減少勞動強度，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時各自可以協(xié)同或獨立完成工件的

9、大部分焊接工作。使用機器人可以焊接工作域內(nèi)的對接、搭接、角接等多種焊縫類型，龍門可以高效率焊接工件內(nèi)的長直焊縫。3、鋁合金車體自動焊接生產(chǎn)線（龍門焊接機、機器人工作站）鋁合金車體是軌道交通車輛上的重要部件。一般來說軌道交通車輛車體主要由底架、側(cè)墻、端墻、車頂、車頭五部分組成。車體的生產(chǎn)需要大型沖壓、機加工以及焊接設(shè)備。車體的生產(chǎn)需要大量的人力和物力，是車輛制造的主要部件。鋁合金材料制作的車體具有質(zhì)量輕，耐腐蝕，外觀平整度好、材料可以再生利用、環(huán)保等優(yōu)點而受到世界各城市交通公司和鐵道運輸部門的歡迎。鋁合金車體在高速鐵路車輛制造上具有其他材料不可替代的功能。現(xiàn)階段鋁合金車體幾乎占據(jù)了世界95%以上

10、的市場份額。隨著鋁合金車體需求大量增加，焊接質(zhì)量要求的提高，在車體部件長直焊縫焊接中手工焊已經(jīng)越來越難滿足生產(chǎn)需要。面對此情況哈爾濱焊接研究所于2009年開發(fā)并研制了雙機頭龍門自動焊機與焊接機器人工作站，主要用于完成鋁合金車體部件的焊接工作。3.1系列鋁合金車體部件龍門自動焊機龍門自動焊機上裝有兩個獨立的焊接機頭，可以同時或各自獨立完成焊接工作。主要用于焊接鋁合金車體部件的長直焊縫，焊縫可以是對接或搭接類型，具體工件的類型見圖5，圖中所示為部分焊縫，圖中可以看出這些焊縫都屬于長直焊縫，這樣可以充分利用龍門焊機的優(yōu)勢。龍門自動焊機（見圖6）的組成主要有，一套龍門架系統(tǒng)（立柱、橫梁、底座等）；二套

11、焊接機頭；焊槍左右前后調(diào)節(jié)機構(gòu)；焊接系統(tǒng)及冷卻水循環(huán)裝置；二套接觸傳感系統(tǒng)（可以使用激光傳感系統(tǒng)）；控制系統(tǒng)；軌道供電滑線等幾部分組成。龍門自動焊機工作效率高。高的工作效率來自于雙機頭與工作長度。雙焊接機頭可以在一次焊接過程中同時完成兩條焊縫。龍門焊機目前最大工作長度為120m，在此范圍內(nèi)可以布置不同的工裝，保證龍門焊機最大的使用效率。焊接質(zhì)量穩(wěn)定、勞動強度低。龍門自動焊機縱向運動由雙側(cè)齒輪齒條同步驅(qū)動，運動平穩(wěn)，在龍門機頭上裝有兩套焊槍左右前后調(diào)節(jié)機構(gòu)，可以將焊槍的角度調(diào)節(jié)到適合的位置，從而使焊接參數(shù)穩(wěn)定焊接質(zhì)量穩(wěn)定。龍門自動焊機操作靈活、簡便。龍門自動焊機設(shè)有固定操作箱、懸臂操作箱以及可以

12、選裝遙控操作盒，固定操作箱上裝有人機界面，通過它可以輸入焊接速度、龍門空行程速度、橫移升降的高低檔運動速度等，同時可以觀察當(dāng)前龍門所處的位置、狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，也可以顯示相應(yīng)的報警信息。龍門自動焊機系統(tǒng)組合多樣。雙機頭龍門自動焊機是一個開放的系統(tǒng)，用戶也可以根據(jù)自身的實際情況選擇采用其他廠家的焊接、傳感系統(tǒng)。 3.2鋁合金車體部件機器人工作站 機器人軌道采用一維滑軌，滑軌上安裝有立柱和橫梁機器人倒裝。 采用12公斤ABB機器人（可按用戶要求選擇）。 焊接系統(tǒng)采用Fronius的焊接電源，推-拉絲送絲系統(tǒng)（包括焊槍） 傳感系統(tǒng)采用激光傳感器提高傳感精度。 機器人自身6軸與滑軌外部1軸協(xié)調(diào)運動，共同完成焊接工作。 一維滑軌可以增大機器人有效的工作區(qū)域，機器人焊接可以減少勞動強度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 機器人在工作區(qū)內(nèi)焊接工件的全位置焊縫（平焊、立焊、仰焊）的對接或搭接焊縫。 激光傳感器的使用可以有效的減少工件安裝工差對焊接結(jié)果的影響，減少工件制備加工的難度。4、結(jié)論研制出的敞車端墻焊接生產(chǎn)線、龍門自動焊