煤矿掘进机铲板自动化焊接生产线规划研究
发布时间：2018-06-20
下面文章主要对原有铲板焊接人工生产线进行分析，通过合理的工位拆分及节拍优化，制定了符合自动化生产要求的生产工艺流程，选择合理的焊接设备及机器人，成功的建立了一条铲板自动化焊接生产线，在提高产能、提高产品质量稳定性的同时实现了少人化、智能化焊接生产。
【关键词】掘进机,铲板,自动化焊接,机器人,节拍平衡
1引言
掘进机是煤矿生产设备，铲板部是在掘进机作业时其最主要的支撑机构，同时又是其物料收集运输部分的源头，所以对铲板结构件的整体性能要求很高。铲板部由于其形状特殊、结构较为复杂，一般的自动化焊接设备难以实现 100%焊接，故此一般企业均采用具有较强灵活性的手工气保焊进行焊接作业，但手工焊受操作者技能、状态等人为因素影响较大，焊接质量不稳定、效率较低，而且近年来人工成本持续增加。
随着工业 4.0在机械行业的逐步推广，机器人由于具有高精度、高效率、高灵活性等优点，采用机器人焊接代替人工焊接己成为焊接生产的发展方向。本文规划设计一条铲板自动化焊接生产线，以提高产品的焊接质量稳定性和生产效率。
2产品结构分析
铲板部主要由左右侧铲板、主铲板、驱动回收装置组成，侧铲板采用一次焊接完成，主铲板焊接分为一次分体焊接、二次主体焊接、三次总成焊接。
3生产工艺流程分析及规划
3.1工艺流程分析
原铲板焊接中心所有组对工位均采用人工划线进行组对，焊接工位均采用多名操作者同时作业，所有工位共同使用车间内 3台龙门吊或叉车进行物流周转。人工焊接生产线节拍最长工位为主铲板二次焊接工位，节拍 390min，整条焊接生产线操作者共计12人。
3.2工艺流程规划
铲板自动化焊接生产线按照各工位节拍平衡的思路进行规划，设计为一个流 9工位的布局，通过合理分配各个工位间作业内容，平衡各个工位生产节拍，提高产能。为保证产品一致性，所有组对工位均采用半自动专用液压组对工装进行组对。侧铲板焊接工位采用 2台焊接机器人，主铲板一次、二次、三次焊接工位分别采用 2台、2台、1台焊接机器人，所有工位均配备 KBK柔性轨道吊，工序问配自动板式输送链和 RGV转运车用于半成品自动转运，通过自动化控制，减少人力投入及等待造成的浪费，提高生产效率。生产线规划方案如图 2所示。采用自动化焊接生产线之后，整线节拍由390min压缩至 300min，整线生产线产能提高 30% ，焊接中心单班操作者由 l2人压缩至 10人。
3.3生产线主要设备
该自动化焊接生产线主要由7套半自动液压组对工装、7个焊接机器人工作站、9套 KBK柔性轨道吊、2条板式输送链、2台 RGV物流车组成 。
(1)液压组对工装
7套液压组对工装分别 左右侧铲板液压组对工装、主铲板铲尖液压组对工装、主铲板中问箱液压组对工装、主铲板耳板箱液压组对工装、主铲板主体液压组对工装、主铲板总成液压组对工装。液压工装由 PLC、液压缸 、线性导轨、压爪、电磁吸盘、伸缩定位销等组成，人工上件后，液压缸顶推到位，压爪及电磁吸盘吸附定位后，人工进行定位焊固定。
(2)焊接机器人
7个焊接机器人工作站分别为：左右侧铲板焊接机器人工作站、主铲板铲尖焊接机器人工作站、主铲板中间箱/耳板箱焊接机器人工作站、主铲板主体焊接机器人工作站、主铲板总成焊接机器人工作站。焊接机器人工作站均采用 6轴工业机器人 +2个外部轴的倒挂结构，机器人型号为 Fanuc M2OiA，配弧焊软件包 (有寻点、电弧跟踪、多层多道焊接等功能)。
焊机型号为 Fronius Tps5OOOCMT 数字焊机，具有一元化设置功能，采用数字信号处理器DSP，通过微处理的精确运算来控制焊机的各项性能及工作过程，焊接性能极好，具有送丝监控、冷却水监控、防高温过烧监控等功能。焊枪使用 TBIRM81W 45。水冷焊枪，焊枪具备防碰撞功能。变位机均采用双回转变位机，工作站内布局最终通过 robot guide仿真软件仿真模拟确定，确保焊接可达性。
(3)物流设备
各个工位均配有独立的 KBK柔性轨道 吊，以保证各工位作业生产需求，减少等待时间。工位间配备 2条板式输送链、1台 RGV物流车用于工位间物流输送 。
共建在组对工位组对完成后通过板式输送链或 RGV物流车将待焊件转运至焊接工位，焊接完成后通过板式输送链及 RGV物流车转运至清理工位。板式输送链和机器人通过 PLC进行通讯，机器人焊接完成后板式输送链定时启动。RGV物流车通过 PLC进行控制，根据主铲板各工位的物流需求按钮进行启动。
4结语
通过对掘进机铲板部焊接结构进行分析，对各个工位作业内容进行重新分配及优化，重新规划了铲板焊接生产线工艺流程和布局，通过引入焊接机器人、半自动液压组对工装、KBK柔性轨道吊、板式输送链等先进生产设备，成功将铲板焊接生产线改造成了一条自动化焊接生产线，整线生产线产能提高 30%，焊接 自动化率达到 90%以上。
【参考文献】
【1】王元良.论焊接科学与工程 [J】.电焊机，2003，33(7)：1-5.
【2】黄水儿，焊接机器人在车身生产线中的规划设计 [J].机电技术，2004(O1)：68—72.
推荐期刊：《煤矿现代化》(双月刊)创刊于1992年，是由兖矿集团有限公司主办。 本刊为综合性技术期刊，主要栏目有战略研究、生产建设等，于2003年创建编委会，欢迎投稿。
