平衡重叉车货叉架焊接生产线设计

马闯，葛晖，王仲恒，滕纪云，石静，康凯

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 命题来源及输入条件

1.1 命题来源

本文主要源自中机第一设计研究院有限公司承揽的某叉车公司新建生产厂房的工程设计任务，其中笔者负责结构件车间的工艺设计。

1.2 生产任务

车间主要负责叉车结构件的焊接生产，本文所涉及的生产线主要负责平衡重式叉车的货叉架的拼点及焊接生产。年产量为36 000 件，生产性质属于大批量生产。

本项目焊接所有各种板材及型材零件均为外购，到场后可直接用于拼点焊接，无须进行切割及加工工作。

1.3 工作班次

根据生产任务及纲领，本焊接生产线为三班制生产，工艺设备设计年时基数为5 010h，工人设计年时基数为第一、二班1 780h，第三班1 445h【1】。相应设备及生产人员也按照三班计算。

2 主要设计原则

本项目设定的生产规模较大，相应的固定资产投资也会比较高，但项目产品市场的成长是逐步的，所以，为了节约投资、降低风险，在设备选型时应注意分步投资的可行性，同时，需要考虑达纲年以前生产组织的便利性，整个项目做到一次规划、分步实施。

本项目生产批量大，质量要求高，所以尽量选用智能化焊接生产线，并要求焊接机械手完成焊率为100%，即机械手完成焊后没有人工补焊，仅对部分问题焊缝进行修补焊接。

焊接生产线内工序间的运输及上下件尽量选用自动输送线和搬运机械手来完成。大量自动化设备的选用，有利于提高产品质量及一致性、减少用工风险，降低生产成本，提高生产计划的准确性以便更好地组织生产。

焊接工作站设计时尽量选用双焊接机械手，以提高生产效率，控制焊接变形，提高产品质量。

另外，各焊接生产线均配备小型MES 系统，并预留出与全厂MES 系统的接口，实现智能化，便于智能排产、生产管理，提高产品的可追踪性和可追溯性。

3 选用的生产工艺说明

货叉架焊接生产工艺流程如图1 所示。

图1 货叉架焊接生产流程图

由于货叉架具有结构相对简单、生产工序少、所用零件种类少等特点，故本项目采用全自动生产线进行生产。

货叉架中的立板与总成拼在一起后将没有足够的空间进行滚轮轴焊接，故需要先将立板与滚轮轴焊到一起。本项目选用1 台焊接工作站配备1 台抓取机械手来完成立板与滚轮轴的焊接。首先，机械手将立板抓取至焊接工装上并夹紧，再将滚轮轴逐个抓取到装焊胎上定位并有焊接机械手进行拼点焊接，拼点完成后由焊接机械手进行完成焊，全部焊接完成后由抓取机械手抓取立板并放置到货叉架总成来料台上备用。

货叉架总成拼点工位同样由1 台焊接机械手加1 台抓取机械手组成，抓取机械手将子件抓取放置到拼点工装以后由焊接机械手进行拼点。全部拼点完成后由抓取机械手将货叉架总成抓取至暂存工位等待总成完成焊。

完成焊焊接工作站由双工位变位机和2 台焊接机械手组成，2 台机械手同时对称焊接，既能提高生产效率又能有效地控制焊接变形。双工位变位机的外侧可以在不影响内侧工位焊接过程的同时完成上下件工作，大大提高焊接机械手的利用率，降低投资及车间使用面积。另外，焊接变位机配有反变形工装，以消除焊后校型工序，缩短工艺路线，提高生产效率。

完成焊后的货叉架由桁架抓手下件并送至下线缓存工位，缓存冷却后再由人工进行检查、修补、清理、涂装前屏蔽等工作。

4 主要设计亮点

4.1 自动化拼点

本生产线选用抓取机械手配合焊接机械手在拼点工装上实现了自动化拼点工作，机械手自动抓取零件并定位，实现了无人化的拼点工作。整个过程无人工参与，故可以解放劳动力、提高生产效率、提高产品质量及其稳定性。

4.2 自动输送及上下件系统

本生产线选用了桁架抓手来实现货叉架总成由拼点工位到完成焊焊接工作站再到下线缓存工位的运输及完成焊焊接工作站的上下件工作，可以避免对人工的依赖，有效提高线内各生产设备的利用率，从而达到减少投资、节省生产面积的效果。

4.3 双焊接机械手焊接

由于货叉架结构简单且完全对称，故本项目选用了双机械手同时焊接的形式，且双机械手同时焊接的利用率达到90%以上，可以有效提高生产效率、提高辅助设备利用率，同时，还能很好地控制焊接变形并提高生产效率。

4.4 反变形工装的选用

货叉架的结构特征决定其焊接完成后必然会产生焊接变形，且变形形式及变形量比较稳定，于是，本项目选用了反变形工装，通过反变形夹紧来控制工件变形，待焊接完成退掉工装后，工件在焊接收缩力的作用下自然伸直，达到产品质量的要求。此技术的采用减少了焊后校型工序、缩短了工艺流程、减轻了工人的劳动强度、提高了产品质量及其稳定性。

4.5 选用双工位焊接变位机

生产线选用了双工位变位机，内部工位进行机械手焊接，外部工位完成工件的上下件工作，避免了因上下件时间及对上下件设备的等待而造成的主设备停机，可以有效地提高焊接机械手的利用率，从而降低设备投资、节约生产面积。

5 结语

本文对平衡重叉车货叉架焊接生产线进行了介绍，设计过程中采用了先进的生产工艺及设备。通过对生产线各工序进行设备配置调整，基本上能够达到各生产工序间的工时平衡，提高了各生产设备的利用率。目前，此项目已进入实施阶段，达产后必将大幅提升实施企业的产能及生产质量，同时，降低单台产品的生产成本。