典型部件自动化焊接方案规划研究

冯存义 张江银 武永亮 邱勋

摘 要：十三五期间，我国经济发展将进入新常态，铁路货车企业将面临严峻的挑战。企业发展所需资源和环境约束不断强化，劳动力等生产要素成本不断上升，依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式难以为继，调结构、转型升级、提质增效刻不容缓。铁路货车企业作为传统的劳动密集型制造行业，要想实现“效率、效益、安全、成本、质量”的整体提升，必须面对劳动力成本逐步上升和一线员工年龄结构问题，并寻求解决或替代途径。工业机器人依托计算机技术和电气自动控制技术的发展，取得令人瞩目的进步，整体技术日趋成熟，成为工业生产的标准装备。

关键词：工业机器人;自动焊;枕梁

1 工业机器人特点

工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，现广泛应用于汽车制造、机械加工、化工、电子电气等工业各个领域，成为衡量一个国家和企业制造水平、科技水平的重要标志。进入21世纪，人工成本逐年增加，工业机器人应用成本逐步下降，形成了机器人代人的热潮，促使新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇。

2 铁路货车典型部件

为增强公司盈利能力、全面提升公司“效率、效益、安全、质量”、融入精益理念的智能制造和智能管理、打造数字化精益企业的目标，项目组根据对铁路货车典型产品、典型零部件结构及其生产特点进行了系统分析，在此基础上确认典型零部件研究对象，针对典型零部件制定了详细的实施方案。项目实施可实现枕、横梁等典型部件精益化、节拍化、标准化生产。

3 技术方案

3.1 方案配置

典型部件工作站由四套焊接机器人、4台焊接电源、4套转台、8套变位机构、4套助力机械臂、1套除尘系统等组成。具体见下图：

3.2 工作流程

双腹板结构枕梁主要工作流程

3.2.1利用助力平衡器，组装枕梁下盖板、腹板、隔板等。

3.2.2 安全光栅确认安全，开启三轴变位机，水平旋转180°，自动点焊并焊接相关焊缝。

3.2.3 安全光栅确认安全，开启三轴变位机，水平旋转180°，利用助力平衡器转出枕梁组成。

单腹板结构横梁主要工作流程

3.3.4利用助力平衡器，组装横梁下盖板、腹板、上盖板。

3.3.5安全光柵确认安全，开启三轴变位机，水平旋转180°，双机器人联动，对称定位焊并焊接相关焊缝。

3.3.6安全光栅确认安全，开启三轴变位机，水平旋转180°，利用助力平衡器转出横梁组成。

4 横梁工作站节拍分析

4.1 单腹板横梁翻转、寻位、焊接时间统计如下：

4.1.1变位机翻转：0.2min

4.1.2下盖板与腹板焊缝寻位：0.5min

4.1.3下盖板与腹板点焊、焊接：2.5min

4.1.4 变位机翻转：0.2min

4.1.5下盖板与腹板焊缝寻位：0.5min

4.1.6 上盖板与腹板点焊、焊接：2.5min

4.1.7 变位机翻转：0.2min

4.1.8 变位机旋转：0.2min

单腹板横梁翻转、寻位、焊接时间总计为6.8min。

4.2 单腹板横梁组装、转运时间统计

4.2.1 成品转出：2min

4.2.2 下盖板组装 ：1.5min

4.2.3 腹板组装：3min

4.2.4 上盖板组装：1.5min

单腹板横梁组装、转运时间总计为8min。配置两套横梁组焊系统，其生产节拍为4min，满足4.4min的目标节拍要求。

5 枕梁工作站节拍分析

5.1枕梁组成翻转、寻位、焊接时间分析

5.1.1 变位机翻转：0.2min，

5.1.2下盖板与腹板焊缝寻位：1min

5.1.3下盖板与腹板点焊、焊接：5min

5.1.4 变位机翻转：0.2min

5.1.5 腹板与隔板焊缝寻位：0.2min

5.1.6 腹板与隔板点焊、焊接：1min

5.1.7 变位机翻转：0.2min

5.1.8下盖板与腹板焊缝寻位：1min

5.1.9下盖板与腹板点焊、焊接：0.5min

5.1.10变位机翻转：0.2min

5.1.11腹板与隔板焊缝寻位：0.2min

5.1.12腹板与隔板点焊、焊接：1min

5.1.13 变位机翻转：0.2min

5.2 枕梁组成上下料及焊接时间

5.2.1成品转出：2min

5.2.2 下盖板组装：2min

5.2.3 腹板组装：3min

5.2.4 隔板组装：0.5min

5.2.5 管吊座组装：0.5min

枕梁组成翻转、寻位、焊接时间总计为15.2min。配置两套枕梁组焊系统，其生产节拍为7.6min，满足8.8min的目标节拍要求。

6 效率分析

方案实施后，枕、横梁焊接自动化率达到100%，减少一线人员8人，检查员2人。可以实现典型部件精益化、节拍化生产。降低了现场安全风险，提高安全本质度。引入焊接烟尘处理系统，改善工作环境。

建立、健全工业机器人的使用、保养、维修相关制度，为产品精益化生产提供制度保障。

7 结论

方案实施可实现典型部件精益化、节拍化、标准化生产，提升自动化焊接水平和机器人使用率，提高生产安全本质度，降低操作工劳动强度，显著改善生产环境。

（中车株洲车辆有限公司  湖南  株洲  412003）