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铁路货车焊接机器人专用工艺装备的模块化和标准化设计
发布日期:2016-06-24 09:46:04 浏览次数: 字体大小:
1、概述中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司是中国铁路货车、铁路起重机设计制造领军企业和出口基地,具有年新造货车15000辆、修理货车10000辆、造修起重机30台、生产关键核心配件25000辆份的生产能力。为...
1、概述
中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司是中国铁路货车、铁路起重机设计制造领军企业和出口基地,具有年新造货车15 000辆、修理货车10 000辆、造修起重机30台、生产关键核心配件25 000辆份的生产能力。为满足日益提高的产品质量要求和显著提高生产效率,以及节能减排,绿色制造的为主流的生产要求,作为亚洲铁路货车制造的龙头企业,公司需要大规模的现代化焊接装备作为保障手段,为此近几年先后从美国、德国、日本、丹麦及奥地利等国家引进了数量可观的铁路货车部件制造用焊接机器人,用于铁路货车的生产制造,如图1为柔性生产线一角。
与焊接机器人相配套的工艺装备的研发也随之成为公司技改升级工作的重点,铁路货车制造业有别于其他行业的一个显著特点就是工艺装备的大规模应用,而当前公司的生产经营特点是产品种类众多,转产频繁,当一种车型生产完成后,往往造成大量的工装下场甚至废弃,而新车型投产,又需要重新准备工装,这样势必造成大量的浪费。近几年公司结合焊接机器人的应用,开发了以模块化和标准化单元为重要实现手段的产品重要部件如侧墙、棚顶、转向架的通用型、组合式专用工艺装备,投入生产应用,大大缩短了生产准备周期,极大地提高了生产效率,同时节约了数量可观的成本,实现了行业内的技术领先。
2. 焊接机器人专用工艺装备的模块化和标准化设计要点
与焊接机器人相配套的工艺装备需要满足两个方面的要求,即首先能够使工件准确定位和可靠夹紧,同时具有满足焊接机器人的焊接作业的空间位置。为实现铁路货车焊接机器人专用工艺装备的模块化、标准化设计,主要在定位机构和夹紧机构以及及夹具体方面做足文章,即将定位机构和夹紧机构进行模块化、标准化设计,在不同车型生产中将上述单元进行调整和组合,从而实现通用化。下面以侧墙、转向架等铁路货车典型部件生产为例,详述焊接机器人的模块化、标准化专用工艺装备的研发要点。
图片1 侧墙组对焊接生产线
(1)提速转向架支撑座焊接机器人专用夹具的柔性化设计以提速转向架支撑座焊接机器人专用工艺装备的设计为例(图1为该工艺装备主体夹具部分),通过定位机构及夹紧机构模块化、标准化设计实现装备柔性化设计。
图1 转K6等转向架支撑座机器人焊接夹具
该装备的工作原理和动作顺序如下:上料机构上料→侧架粗定位→侧架夹紧并精定位→侧架可靠夹紧后随变位器旋转→变位器旋转配合焊接机器人焊接作业→焊接后工件和焊接机器人同时移开→侧架夹紧松开→下料机构下料。
变位器通过变频器控制转速,可按照不同的焊接参数无级调整,在确认侧架可靠定位并夹紧后,由变位器带动夹具连同工件按焊接机器人作业要求的转速旋转,配合焊接机器人进行焊接作业。
该装备首先必须具有的准确工件定位可靠的夹紧功能,并且可按照工艺参数要求整体旋转,以适应焊接机器人焊接作业。
为实现上述功能,专用夹具设置可调X轴定位单元、Y定位单元和Z轴定位单元,以及可调整高度的定位基准、可调整的夹紧杠杆等机构。
为适应转8A型、转8AG型、转K2型、转K6等型转向架支撑座的焊接,专用夹具设置以下模块:①可调整的X轴和Z轴定位单元单元,如可调的螺旋推进定位支撑座。②可调整的Y轴度定位基准单元,如成组的垫板组合而成的定位支撑座。③可更换的气动夹紧杠杆等机构单元,如长度系列化的夹紧杠杆等。
当生产不同车型的产品时,通过快捷方便的调整或更换,可以非常容易地满足不同种类侧架支撑座的自动焊接功能。
(2)几种典型车型侧墙机器人焊接专用夹具的柔性化设计 以往,通用的敞车或棚车的侧墙组对或组装,常常是对应一种车型,需要设计制造一种专用夹具,这样势必出现工装的准备周期长和制造成本高的问题,从而对公司的生产经营产生不利影响,在这种情况下,侧墙组对或组装夹具的成组技术和柔性化设就显得十分必要和重要。
对于如L18,C35,C37,C32等型的大包板漏斗车,曾经生产的几种方案的车型的侧墙的基本结构相似,如图2所示,侧墙组对夹具主要包括以下几个方面:隔板定位及夹紧,侧板定位及夹紧,上侧梁定位及夹紧。所不同的是隔板的位置,侧板的拼接方案,上侧梁的位置等。
图2 大包板漏斗车侧墙组对机器人焊接夹具
第一,隔板拼接定位及夹紧;不同车型的隔板数量和位置不同。单独设计制造出隔板定位装置,具体结构为用带有导向的定位块定位,顶丝夹紧,根据不同车型,通过该定位装置与夹具体螺栓连接,定位销定位,将该装置设置于不同的位置,从而实现不同的车型的通用。
第二,侧板拼接定位及夹紧:根据不同车型的侧板,需根据侧板总长尺寸和料源情况制定拼接方案,夹具应在各板接缝处设置定位托板,拖板连同板连座通过与夹具体螺栓连,定位销定位,实现可移动和更换,从而实现适用于侧板弧度相等的不同的车型,如果各车型侧板弧度不同,必要时可更换弧板。
第三,上侧梁定位及夹紧;主要是控制上侧梁的纵向位置,具体采用可移动的纵向定位档实现不同长度的上侧梁的纵向定位,可升降的定位托板实现不同高度的上侧梁的垂直方向的定位。夹紧机构通过留足够行程余量实现通用。
对于通常型的敞车,如C70,C80E型敞车侧墙组对或组装夹具主要包括以下几个方面:上侧梁定位及夹紧,侧板定位及夹紧,侧柱定位及夹紧。相应的柔性化设计主要针对上侧梁定位及夹紧,侧板定位及夹紧,侧柱定位及夹紧做文章,如图3所示。
图3 C70等型敞车侧墙组对机器人焊接夹具
第一,上侧梁定位及夹紧:现有几种车型的上侧梁结构相似,尺寸主要是长度不同,横向定位通过固定定位档实现,可以完全通用。主要是控制上侧梁的纵向定位,采用可移动的纵向定位档实现上侧梁的纵向定位,该定位档的具体结构是与夹具体通过螺栓连接,定位销定位,从而比较方便的进行位置更换。
第二,侧柱定位及夹紧:现有几种车型的侧柱结构相似,间距不同。侧柱定位主要是控制侧柱的间距,具体采用成组的翻转定位挡实现侧柱的纵向定位,即侧柱的每组的定位档均设置在一整条翻转轴上,并且每个定位档相对于该轴的纵向位置均可调,针对几种车型的侧柱间距不同,调整定位档位置,以适应不同间距侧柱的侧墙组装。
第三,侧板定位及夹紧:该部分定位首先进行粗定位,然后通过顶丝调整实现准确定位。
扩展开来,以上方案同样适用于P65,P64GK等型棚车的情况。
3.效果分析
焊接机器人及配套的工艺装备投入生产,极大地提高了货车生产效率,焊接后的部件在性能和外观上达到了很高的标准,同时也让操作人员能够在清洁和安全的环境中舒心工作,在货车制造手段实现现代化提升的同时,充分体现了创建绿色企业和珍爱员工健康安全的理念。
与焊接机器人配套的模块化、标准化专用工艺装备的研发,通过投入生产应用,大大缩短了生产准备周期,极大地提高了生产效率,同时节约了数量可观的制造成本,实现了行业内的技术领先,为实现我国铁路货车提速重载提供有力保障,与焊接机器人配套的模块化、标准化专用工艺装备必将成为今后同领域的一个发展方向。(来源:《金属加工(热加工)焊接版》2016年第4期,作者:刘福贵)