摘 要：以国家科技支撑方案—“面向工程机械大型结构件的机器人焊接出产线要害技能研讨与使用演示”为研讨方针，针对起重机主梁智能制作的杰出技能难点，以特别工艺配备改动构件所固有的特性“柔”为手断，使主梁的组成构件由“柔”变“刚”，然后进步起重机主梁构件拼装的精度与可靠性，进一步经过整合工序、工艺及产品结构的改动，打通了传统的单件、小批量大型结构件流程制作的许多瓶颈，使单件、小批量大型结构件完结智能制作成为可能。中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）06-0074-05

　　0 导言国家科技支撑方案—“面向工程机械大型结构件的机器人焊接出产线要害技能研讨与使用演示”的研讨方针为：面向大中型、超大型和特大型工程机械大型结构件的焊接作业需求，打破机器人智能焊接工艺与操控、焊接质量在线查验与智能化毛病诊断、焊接出产线信息化办理与智能调度等要害技能，研制以焊接机器人、操控系统、软件为主配套的工程机械大型结构件机器人焊接出产线智能操控、检测与调度归纳使用渠道，以起重机主梁的焊接为方针，完结集成 30 台以上焊接机器人的起重机大型结构件焊接出产线的工程演示使用，建成世界上第一条起重机大型结构件机器人主动化焊接出产线，首要技能性能指标到达国际先进水平。起重机大型结构件机器人主动化焊接出产线）选用机器人自主规划、视觉伺服、图像识别、柔性单元多机和谐操控等技能，研讨习惯于主梁的机器人智能焊接工艺与操控办法，处理主梁焊接区域焊缝长、焊接办法多样等问题；

　　2）选用视觉传感和智能操控等技能，研讨习惯于工程机械大型结构件的焊缝质量在线检测和焊接参数优化调整办法，处理主梁焊接质量难以操控等难点，完结焊缝质量从成果检测到进程操控的改动；

　　3）提出根据智能计算办法的主梁焊接出产线高效调度优化办法和多工位物料精准配送操控办法，以进步主梁焊接出产功率；

　　4）以焊接工艺信息实时监控为根底，提出主梁机器人焊接出产线的焊接质量全程追溯办法，开发具有多传感操控功用的机器人焊接出产线监控软件渠道，到达焊接出产进程主动化、焊接质量监控可视化、出产信息办理智能化的方针。

　　如图1 所示，主梁腹板上均有避免变形和增大刚性的纵向角钢，筋板根据结构需求有大筋板和小筋板两种。其间，主梁腹板厚度为6 ～ 8 主梁盖板厚度为6 ～ 24 主梁腹板高度≤ 1 600 主梁跨度≤ 28 500 （主梁外形长度比主梁跨度长；差值不超越1 000 ）；主梁筋板宽度≥ 340 （筋板宽度为340 、390 的主梁腹板无角钢，筋板宽度440及以上的主梁腹板有角钢，角钢尺度为75×50×5）。

　　现有主梁制作首要依托人工操作、手艺焊接与半主动焊接来完结。制作流程：盖板的组对焊接、角钢与腹板组对焊接、筋板与上盖板组对焊接、腹板与盖板及筋板组对、π 形梁内缝焊接、π 形梁与下板组对、抽头制作、主梁四条外缝焊接、查验，桥架拼装工序。这种人工出产办法是最传统的出产办法。工人劳动强度大（每天需求作业14 h），出产功率偏低（出产周期为45 d），无法充沛确保焊接质量（焊接不合格率到达30%）；并且焊接车间的实时操控能力较弱，易受设备毛病、物流不同步等要素的影响，导致在制品库存积压偏高（库存积压资金4.2 亿元）、率偏低（仅为3）、办理本钱过高（到达400 万/a）、停工待料时刻过长（均匀到达3 h/d）、收购提早期需求大幅提早（一般为4 d）。

　　主梁由盖板、巨细筋板、腹板、角钢等构件组成，各构件的下料工艺要求有所不同。盖板选用半主动火焰切开下料，盖板宽度差错≤ 2 mm，每10 000 mm 长的盖板下料发生的水平旁弯≤ 5 mm。巨细筋板选用等离子数控全体下料，尺度差错≤ 1 mm，笔直差错≤H /1000(H 为大筋板高度)，平面度≤ 2 mm（平面度超差可选用矫平机进行纠正），筋板办法如图2 所示。腹板使用卷板开卷校平后选用等离子数控全体下料，无接长焊缝，确保同一根主梁两块腹板拱度的一致性，腹板下料后带有拱度，如图3 所示。角钢（纵向筋）为外购件制品，无需下料工艺要求。

　　主梁出产的首要工序及其次序为：筋板与上盖板组对焊接、腹板与盖板及筋板组对、π 形梁内缝焊接、π 形梁与下盖板组对、主梁四条外缝焊接。主梁出产的辅佐工序为：盖板的组对焊接、角钢与腹板组对焊接；主梁出产的首要工序和辅佐工序算计7 个使命，别离有7 个工位来逐个完结。

　　盖板选用辊道传输至该工位，选用水冷紫铜单面焊双面成形工艺，机器人焊接。盖板接头正式焊接前需添加引弧板与收弧板（见图4）。引、收弧板选用机械压紧的办法与盖板进行组对。盖板拼接完结后转运至缓存区，超声波探伤查验合格后，另一台机器人打磨腹板方位线处的焊缝余高。盖板接头正式焊接前需添加引弧板与收弧板。引、收弧板可选用焊接或机械压紧的办法与盖板进行组对。

　　2）腹板与角钢组焊工位腹板选用辊道运送到该工位；角钢选用智能起重机转移到腹板上，腹板在下料时划出角钢的焊接方位曲线；角钢在腹板上的起点焊缝由人工焊接完结，后续角钢与腹板组对焊接由机械依照腹板拱度仿形主动完结（见图5）。角钢与腹板的焊接选用先组对、后焊接的工艺次序。

　　3）筋板与上盖板组焊工位上盖板经过辊道、RGV 转运至作业台上，智能起重机将筋板料筐吊运至筋板焊接机器人料台上。焊接机器人抓取、调正筋板后定位，焊接机器人焊接（见图6），上盖板与筋板组焊完结后转运至下个工位。

　　由于主梁要求有必定拱度，故已焊好筋板的盖板经过辊道运到该工位后，辊道的升降组织可调整各辊轮的凹凸方位以构成主梁的拱度。

　　已焊接好纵向角钢的腹板经过辊道、RGV 运送到该工位，腹板散布在盖板两边。将盖板两边的翻转设备翻转腹板90°，使腹板与盖板组合成图7 所示办法。扶正机器人与龙门压紧工装、焊接机器协同作业完结大筋板与腹板的点焊作业，焊接机器人单独完结小筋板与腹板的点焊作业。点焊好的π 形梁（由上盖板、筋板和腹板组成的开口梁）对经过辊道转运至下个工位。

　　5）π 形梁内缝焊接工位点焊好的π 形梁经过辊道运至该工位。翻转工装与焊接机器人协同作业焊接各筋板，π 形梁内腔如图8所示。焊接完内缝的π 形梁经过本工位的翻转设备，将π 形梁翻转至开口朝下方位。π 形梁内缝焊接完结后转运至下个工位。

　　经过辊道将π 形梁、下盖板运至该工位。下盖板经过RGV 与π 形梁组对，机器人点焊大筋板与下盖板的最近处。由于π 形梁的腹板在大筋板之间因焊接发生缩短变形，腹板向内洼陷，需进行校对处理，如图9所示。可移动的吸附设备与焊接机器人协同作业点焊被吸附拉伸到正确方位的腹板。主梁抽头选用液压设备与加热设备协同作业，将加热后的下盖板与腹板头部贴合，焊接机器人点焊固定，然后经过辊道运送至下一工位。

　　翻转工装与焊接机器人协同作业，从主梁跨中向两头焊接主梁的四条主焊缝。主梁四条外缝焊接完结后，智能起重机将主梁转运至缓存区域，待主梁冷却后对主梁各项参数检测，检测合格后的主梁吊离出产线 技能难点及需求处理的问题

　　1）主梁尺度大 室内起重机主梁跨度小的在10 m左右，跨度大的在30 m 左右，制作难度较大。

　　2）单件、小批量定单式出产 由于是定单出产，出产周期较短，最大批量为10 台左右，亦即出产线上有多种不同规范的主梁在一起活动，对出产线的智能化程度要求就高。如前所述，一个是起重机主梁固有需求，不行改动；另一个则是职业特色，亦无法改动。但是，跟着知道的不断进步，特别是工业集中度的不断添加，起重机规范化程度大幅进步后，用户在收购起重机只提功用需求时，才可处理批量小、定单出产的问题。

　　3.2 需求处理的问题1）不管是组成主梁的盖板、腹板、纵向角钢，仍是半制品的π 形梁，均为柔性体，这使主梁制作进程的每一个工序都困难重重，吊运困难、定位困难、翻转困难、安装困难、焊接困难等。2）主梁端部制作困难，下盖板需经过2 次折弯与腹板贴合。当下盖板板厚小于14 mm 时，在出产线上经过火焰（或电磁）加热、液压压紧的办法可与腹板贴合。当下盖板的板厚大于14 mm 时，不管选用哪种办法，由于腹板板厚仅有6 mm 稳定性差，故很难贴合，还影响出产线 的上拱度。依照我国的制作规范，不管何种起重机，其主梁在出厂前必需有（0.9 ～ 1.4）S /1 000 的上拱度。为此，腹板在下料时就现已预制了上拱，但在腹板与盖板焊接时，要处理好盖板与腹板严密贴合的技能难题。

　　4）焊接后的变形。只需有焊接就会有变形，盖板的拼接焊、纵向角钢与腹板焊接等的变形可经过反变形办法来消除，但大隔板与盖板的焊接变形无法消除。当腹板与盖板组对构成π 形梁时，因隔板变形而使腹板上的纵向角钢无法进入到隔板的豁口内，需求人工进行干涉。在π形梁内缝焊接完结后，腹板在2 块大隔板间均向内缩短，当下盖板与腹板焊接时，有必要以外力将腹板内凹部分拉到下盖板适宜的方位，以操控腹板在长度方向的波涛度。

　　5）尺度精度低。组成主梁的各构件的制作精度低，手艺制作主梁时，大隔板选用4 块剪板机剪切下料的薄板拼焊而成，尺度差错为±8 mm，小隔板选用剪板机剪切下料，尺度公役为±5 mm。为习惯出产线的要求，现将巨细隔板改为全体等离子切开下料，其精度为±1 mm。盖板每10 000 mm 盖板下料发生的水平旁弯≤ 5mm，精度不高，但由于选用火焰切开，热变形不免，很难再进步其下料精度。

　　改动现有规划，将主梁的下盖板由整块板（组焊成整块）改为3 块板，主梁两头改为2 块弯板，见图11 所示。

　　将大隔板尺度由本来距下盖板10 mm 改为距下盖板50 mm；将主梁腹板上的纵向角钢放在主梁的外侧；下盖板添加腹板导向工艺角钢，如图12 所示。

　　4.2 改动工位使命保存盖板拼焊工位，在该工位添加下盖板导向工艺角钢焊接工序；保存π 形梁与下盖板组对工位；将筋板与上盖板组焊工位、腹板与上盖板及筋板组对工位、π形梁内缝焊接工位3 个工位，合并成一个π 形梁组焊工位；将腹板与角钢组焊工位、主梁四条外缝焊接工位合并成一个工位，成为主梁外缝焊接工位，成为4 个工位。

　　1）盖板拼焊工位 原要求选用焊接专机或焊接机器人焊接盖板对接焊缝，现要求选用焊接机器人进行焊接，一起在该工位焊接主梁下盖板导向用不等边角钢。

　　2）π 形梁组焊工位 将腹板吸附在变位机上，使腹板由柔性体变为刚性体。变位机移动到上盖板的上方，调整变位机使腹板长度中心线与盖板中心线重合后，变位机下降、下压使腹板与上盖板成90°贴合、成拱，一起确保腹板与盖板边际的间隔满意规划要求，焊接机器人内侧点焊。

　　转移机器人以腹板长度中心为基准向主梁两头安置隔板。转移机器人抓取隔板、运转到隔板焊接方位后，向下运转后隔板与上盖板触摸，再向腹板侧运转，隔板与腹板触碰后中止，机器人点焊隔板与上盖板、腹板触摸处。相同，另一侧的变位机将另一块腹板安装到位，焊接机器人内侧点焊。π 形梁组对后，焊接机器人焊接内焊缝。

　　3）π 形梁与下盖板组对工位 数控起重机吊起π形梁，调整π 形梁使π 形梁长度中心线与下盖板长度中心线重合下落，经过下盖板上不等边角钢的导向，使腹板与下盖板贴合，机器人点焊。以下盖板两头为基准，仿形切开出主梁端部过渡部分，安装端部弯板，机器人点焊。

　　4）主梁外缝焊接工位 用机器人点焊腹板一侧纵向角钢，角钢不再制作拱度。以主梁长度中心线向主梁两边焊接主梁与腹板两条纵向焊缝、角钢与腹板纵向焊缝、弯板与腹板焊缝，选用机器人焊接。翻转，焊接主梁另一侧的上述焊缝。焊接完结后，上盖板、弯板按主梁跨度需求切开定长。检测合格后的主梁吊离出产线 定论本文具体论述了起重机主梁智能化制作的工序、工艺办法，及各工位的定位基准、组对办法（法）及精度、焊接办法（法）、物流办法及要求、翻转办法等内容，为进一步研讨大型结构件的智能制作供给的重要的参阅根据。特别，提出的以改动规划、改动工位使命、改动工艺办法以习惯智能制作的理念与办法，不只打破了在传统制作工艺办法根底上的智能制作的思想定式，并且，使大型结构件选用智能制作的低本钱化成为可能。

　　[1] 许光芒，孙勇娜，叶浪. 桥门式起重机智能化规划现状及研讨[J]. 我国科技纵横，2016(14).[2] 孟文. 根据Solid Edge 起重机主梁快速规划办法的研讨 [J].智能制作，2016.

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