一、項目背景
履帶梁在掘進機中起到漲緊履帶和行走作用,是掘進機的主要部件(見圖1),掘進機的履帶梁主要由頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板、底板、主機安裝板(前后各一件)、減速機安裝板等零部件構(gòu)成??傔_1.5~2噸左右。
圖1 掘進機主要部件
某公司2018年購入焊接機器人,焊接機器人上自帶有工裝夾具,可在機器人上進行履帶梁的焊接。
按常規(guī)的焊接工藝設(shè)計其焊裝順序是:先將頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板組對成框架結(jié)構(gòu),人工焊接內(nèi)部焊縫,然后機器人焊接外部焊縫;再組對主機安裝板(前后各一件),人工焊接內(nèi)部焊縫,機器人焊接外部焊縫。
采取這種工藝方法主要優(yōu)點是工件先組對成框架結(jié)構(gòu),焊接變形小;但由于機器人操作空間受限,大部分內(nèi)部焊縫必須人工焊接,故而機器人的焊接率低,僅為50%,生產(chǎn)效率低。
二、工藝方案
1.研究內(nèi)容
(1)采用剛性固定法原理,設(shè)計制作了簡易防變形工裝,進行了工藝試驗,試驗證明了新工藝的可行性;
(2)設(shè)計了新的工件固定工裝、工件焊接防變形工裝;固定工裝下部與焊接變位機相連,上部與焊接防變形工裝相連,防變形工裝與工件采用螺栓緊固,為了減少工件裝卡時間,采用了銷軸連接固定方式,提高了工作效率;
(3)設(shè)計對個別部件進行了修改,如開坡口焊接改用角焊縫焊接,方便機器人焊接;
(4)編制了新的履帶梁機器人焊接工藝,設(shè)計了合理的焊接順序,采用多層多道焊,嚴格控制焊接熱輸入,將因適應(yīng)機器人焊接而導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的焊接變形降至最低。
2.新工藝方案
(1)先將頂板固定在防變形工裝上,再把履帶梁的頂板、側(cè)板、橫筋板、減速機安裝板等組對成U形箱體,機器人焊接內(nèi)部焊縫;
(2)組對底板,機器人焊接內(nèi)部焊縫;
(3)組對承重輪安裝板,機器人焊接外部焊縫;
(4)最后組對主機安裝板(前后各一件),手工焊接內(nèi)部焊縫,機器人焊接外部焊縫;
(5)拆下防變形工裝,人工焊接、修整。
圖2 工件與工裝合體簡圖
三、具體特點
1.采用剛性固定法原理,制作了防變形工裝,通過工裝控制減少焊接變形,從而改變裝焊順序,分步組對、焊接,給機器人提供可操作空間,提高機器人的可焊率。工裝采用銷軸快換結(jié)構(gòu),提高工作效率。
2.采用合理的焊接順序,采用多層多道焊,對稱焊接等工藝手段減少工件熱輸入,控制焊接變形。
3.設(shè)計的焊接防變形工裝與固定工裝的聯(lián)接采用了銷軸固定,實現(xiàn)了工裝的快換,提高裝卸效率。
4. 采用等強的角焊縫代替部分筋板、橫筋原來的坡口焊縫,即減少了氣割坡口工作量,降低了成本,提高效率。
四、應(yīng)用效果
通過工裝采用剛性固定方法控制焊接變形,從而改變裝焊順序,提高機器人焊接率,提高生產(chǎn)效率,減少勞動強度,降低生產(chǎn)成本。
采用新的工藝方法后,經(jīng)檢測,工件頂板側(cè)不平度小于4mm,承重輪安裝板側(cè)(即加工側(cè))不平度小于3mm,工件整體滿足設(shè)計和使用要求。采用新工藝方法可焊率提高了36%,可焊率達86%。同時由于機器人可焊率提高,焊接效率提高了20%。為了減少工件與防變形工裝的裝卸時間,制作了兩套防變形工裝,減少工裝占用時間,提高效率約15%左右,綜合提高生產(chǎn)效率約35%。
五、經(jīng)濟效益
可焊率提高,每臺掘進機降低成本3024元;
每件履帶梁減少坡口切割工時3h,90元;
頂板需要加工工藝孔,產(chǎn)生的工時費用為93元;
每臺共計降低成本:3024+90-93=3021元;
預(yù)計全年掘進機產(chǎn)量約100臺,年可降低成本3021×100=302100元;
該成果適用EBZ掘進機履帶梁及類似工件的機器人焊接。
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