项目背景

 

　　履带梁在掘进机中起到涨紧履带和行走作用，是掘进机的主要部件（见图1），掘进机的履带梁主要由顶板、侧板、底板、横筋板、承重轮安装板、底板、主机安装板（前后各一件）、减速机安装板等零部件构成。总达1.5~2吨左右

 

　　某公司2018年购入焊接机器人，焊接机器人上自带有工装夹具，可在机器人上进行履带梁的焊接。

 

　　按常规的焊接工艺设计其焊装顺序是：先将顶板、侧板、底板、横筋板、承重轮安装板组对成框架结构，人工焊接内部焊缝，然后机器人焊接外部焊缝；再组对主机安装板（前后各一件），人工焊接内部焊缝，机器人焊接外部焊缝。

 

　　采取这种工艺方法主要优点是工件先组对成框架结构，焊接变形小；但由于机器人操作空间受限，大部分内部焊缝必须人工焊接，故而机器人的焊接率低，仅为50%，生产效率低。

 

　　二

 

　　工艺方案

 

　　1.研究内容

 

　　（1）采用刚性固定法原理，设计制作了简易防变形工装，进行了工艺试验，试验证明了新工艺的可行性；

 

　　（2）设计了新的工件固定工装、工件焊接防变形工装；固定工装下部与焊接变位机相连，上部与焊接防变形工装相连，防变形工装与工件采用螺栓紧固，为了减少工件装卡时间，采用了销轴连接固定方式，提高了工作效率；

 

　　（3）设计对个别部件进行了修改，如开坡口焊接改用角焊缝焊接，方便机器人焊接；

 

　　（4）编制了新的履带梁机器人焊接工艺，设计了合理的焊接顺序，采用多层多道焊，严格控制焊接热输入，将因适应机器人焊接而导致生产过程中的焊接变形降至低。

 

　　2.新工艺方案

 

　　（1）先将顶板固定在防变形工装上，再把履带梁的顶板、侧板、横筋板、减速机安装板等组对成U形箱体，机器人焊接内部焊缝；

 

　　（2）组对底板，机器人焊接内部焊缝；

 

　　（3）组对承重轮安装板，机器人焊接外部焊缝；

 

　　（4）后组对主机安装板（前后各一件），手工焊接内部焊缝，机器人焊接外部焊缝；

 

　　（5）拆下防变形工装，人工焊接、修整

 

　　三

 

　　具体特点

 

　　1.采用刚性固定法原理，制作了防变形工装，通过工装控制减少焊接变形，从而改变装焊顺序，分步组对、焊接，给机器人提供可操作空间，提高机器人的可焊率。工装采用销轴快换结构，提高工作效率。

 

　　2.采用合理的焊接顺序，采用多层多道焊，对称焊接等工艺手段减少工件热输入，控制焊接变形。

 

　　3.设计的焊接防变形工装与固定工装的联接采用了销轴固定，实现了工装的快换，提高装卸效率。

 

　　4. 采用等强的角焊缝代替部分筋板、横筋原来的坡口焊缝，即减少了气割坡口工作量，降低了成本，提高效率。

 

　　四

 

　　应用效果

 

　　通过工装采用刚性固定方法控制焊接变形，从而改变装焊顺序，提高机器人焊接率，提高生产效率，减少劳动强度，降低生产成本。

 

　　采用新的工艺方法后，经检测，工件顶板侧不平度小于4mm，承重轮安装板侧（即加工侧）不平度小于3mm，工件整体满足设计和使用要求。采用新工艺方法可焊率提高了36%，可焊率达86%。同时由于机器人可焊率提高，焊接效率提高了20%。为了减少工件与防变形工装的装卸时间，制作了两套防变形工装，减少工装占用时间，提高效率约15%左右，综合提高生产效率约35%。

 

　　五

 

　　经济效益

 

　　可焊率提高，每台掘进机降低成本3024元；

 

　　每件履带梁减少坡口切割工时3h，90元；

 

　　顶板需要加工工艺孔，产生的工时费用为93元；

 

　　每台共计降低成本：3024+90-93=3021元；

 

　　预计全年掘进机产量约100台，年可降低成本3021×100=302100元；

 

　　该成果适用EBZ掘进机履带梁及类似工件的机器人焊接。