專利名稱：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，屬于軌道車輛車體制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，焊接機器人逐步進入國內(nèi)機車車輛制造領(lǐng)域，并在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接生產(chǎn)過程中被使用。但是，目前在構(gòu)架焊接生產(chǎn)過程中所使用的機器人都是以單機的形式存在的，每臺設(shè)備均需要配備1-2個操作工人操作，上下料采用天車吊運，夾具的夾緊、松開均采用手工操作，輔助時間長，降低了生產(chǎn)效率。另外，構(gòu)架焊接的程序完全采用手工調(diào)用，當多品種同時作業(yè)時，存在由于人為失誤而用錯程序的可能，不但降低了生產(chǎn)效率，也提高了廢品率，增加了制造成本。對于生產(chǎn)組織者，有工件就進行焊接作業(yè)，沒有工件時就停止工作處于等待狀態(tài)，本工序與上、下工序沒有節(jié)拍的概念。上述這種目前普遍采用的生產(chǎn)方式，存在以下幾點不足(1)生產(chǎn)效率低編程方法單一、陳舊，焊接軌道準確率低，焊接效率低下。(2)勞動力資源浪費對于自動化作業(yè)設(shè)備，一般以達到無人化作業(yè)為最終目標， 但上述這種生產(chǎn)方式，每臺機器人需要配備1-2名操作人員，資源浪費明顯。(3)輔助時間多工件吊裝、工件的夾緊和松開，均需要人為手動作業(yè)，需要大量的輔助時間，而且工件吊裝使用天車，不可避免的會存在等待天車的無效等待時間。(4)生產(chǎn)無節(jié)拍的概念，工件流轉(zhuǎn)速度慢，中間庫存多。
發(fā)明內(nèi)容本7792-227主要目的在于解決上述問題，提供了一種生產(chǎn)效率高，合理利用人力資源，實現(xiàn)節(jié)拍式生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本7792-227的技術(shù)方案是一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于待焊接工件預(yù)準備的人工存料臺、用于將所述工件在各設(shè)備之間轉(zhuǎn)運的自動運輸小車、所述自動運輸小車運行用的軌道、 用于將所述工件從所述自動運輸小車上取下并轉(zhuǎn)移至焊接位置的夾持裝置、焊接機器人、 用于焊接后對所述工件進行焊修的緩沖臺及PLC主控系統(tǒng)；所述人工存料臺和所述夾持裝置分設(shè)于所述軌道的兩側(cè)，所述PLC主控系統(tǒng)與所述自動運輸小車、焊接機器人、夾持裝置及緩沖臺之間通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接并控制。進一步，所述自動運輸小車包括有可以在垂直方向上伸縮的垂直伸縮臂、可以在水平方向向所述軌道兩側(cè)伸縮的水平伸壁臂、在軌道上行走的行走機構(gòu)、控制器及顯示器， 所述控制器與所述PLC主控系統(tǒng)連接，所述垂直伸縮臂、水平伸縮臂及行走機構(gòu)均由伺服電機控制。進一步，所述控制器包括異常急停監(jiān)控模塊、信號收集反饋通信模塊及伺服控制模塊。[0013]進一步，所述夾持裝置包括兩個相對設(shè)置的C型夾具及底座，兩個所述C型夾具通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)與所述底座連接。進一步，所述夾持裝置上設(shè)置有接近檢測開關(guān)。進一步，所述PLC主控系統(tǒng)中包括顯示觸摸屏。綜上內(nèi)容，本實用新型所述的一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(1)將焊接系統(tǒng)中各設(shè)備通過PLC主控系統(tǒng)統(tǒng)一控制，實現(xiàn)在設(shè)定的時間自動上下料，自動焊接，同時通過自動運輸小車及夾持裝置的運用，在杜絕等待時間的同時實現(xiàn)節(jié)拍式生產(chǎn)，合理利用人力資源，大幅度提高生產(chǎn)效率。(2)該焊接系統(tǒng)實現(xiàn)焊接機器人及工件運輸?shù)娜詣踊鳂I(yè)，根據(jù)工作站的類別、 工件的種類，控制程序自動調(diào)用，避免人為因素出現(xiàn)程序調(diào)用的錯誤，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，自動焊接效率可以提高一倍。(3)自動運輸小車通過控制器自動控制，將中間的工件轉(zhuǎn)運區(qū)域形成虛擬的圍欄， 實現(xiàn)無人作業(yè)的安全邏輯設(shè)計，結(jié)合其它安全監(jiān)控系統(tǒng)的使用，確保整條生產(chǎn)線運行的安全。

圖1是本實用新型焊接系統(tǒng)總布置圖；圖2是本實用新型夾持裝置和焊接機器人結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，人工存料臺1，自動運輸小車2，軌道3，夾持裝置4，焊接機器人5，緩沖臺6，PLC主控系統(tǒng)7，工件8，C型夾具9，顯示觸摸屏10。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述如圖1所示，一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，包括人工存料臺1、自動運輸小車2、 軌道3、夾持裝置4、焊接機器人5、緩沖臺6及PLC主控系統(tǒng)7，PLC是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器。人工存料臺1是用于待焊接工件8預(yù)準備的人工作業(yè)工位，例如可以在該工位上進行工件8的預(yù)組裝或打底焊等，為機器人5焊接做準備，人工存料臺1可以根據(jù)工件8的工序需要設(shè)置一個或多個。自動運輸小車2用于工件8在各工序設(shè)備處的上料和下料及在各設(shè)備間轉(zhuǎn)運，實現(xiàn)自動物流功能，自動運輸小車2在軌道3上行走。一個或多個人工存料臺1均沿軌道3 的一側(cè)設(shè)置。自動運輸小車2包括有可以在垂直方向上伸縮的垂直伸縮臂、可以在水平方向向軌道3兩側(cè)伸縮的水平伸壁臂、在軌道3上行走的行走機構(gòu)、控制器及顯示器，顯示器用于顯示自動運輸小車2的各控制程序及啟動自動運輸小車2運行。其中，垂直伸縮臂、水平伸縮臂及行走機構(gòu)均由伺服電機控制，水平伸縮臂通過皮帶由伺服電機帶動，通過控制伺服電機的旋轉(zhuǎn)方向使水平伸縮臂可以向兩側(cè)伸縮?？刂破髋cPLC主控系統(tǒng)7連接，控制器內(nèi)部使用西門子模塊和PLC程序，預(yù)先定義在送取料時的軌道運行、垂直方向、水平方向的動作特點，并利用內(nèi)部的通信模塊實現(xiàn)與PLC主控系統(tǒng)7的通信，結(jié)合PLC主控系統(tǒng)7的上、 下料的時間設(shè)置，實現(xiàn)自動上、下料，即實現(xiàn)全自動的物流程序?？刂破髦邪ó惓＜蓖１O(jiān)控模塊、信號收集反饋通信模塊及伺服控制模塊。自動運輸小車2通過控制器自動控制，將中間的工件8轉(zhuǎn)運區(qū)域形成虛擬的圍欄，實現(xiàn)無人作業(yè)的安全邏輯設(shè)計，結(jié)合其它安全監(jiān)控系統(tǒng)的使用，確保整條生產(chǎn)線運行的安全。夾持裝置4設(shè)置于軌道3的另一側(cè)，夾持裝置4從自動運輸小車2上將工件8夾緊取下，并轉(zhuǎn)移至焊接機器人5所需的焊接位置，在滿足焊接可達性、場地限制等基本條件下，如圖2所示，夾持裝置4采用雙C型回轉(zhuǎn)交換變位機，即夾持裝置4由兩個相對設(shè)置的 C型夾具9及底座(圖中未示出)組成，兩個C型夾具9通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)與底座連接，回轉(zhuǎn)機構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何一種結(jié)構(gòu)，C型夾具9可以在180度方向內(nèi)轉(zhuǎn)換位置，其中一個C型夾具9用于上、下料，另一個C型夾具9進行焊接，確保機器人5不間斷作業(yè)，以提高生產(chǎn)效率。夾持裝置4的數(shù)量與機器人5的數(shù)量一致，每個機器人5的工位處均相應(yīng)設(shè)置一個夾持裝置4。該夾具9對工件8采用的是雙邊夾緊的方式，可以盡可能地避免工件8在轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的扭曲變形，而現(xiàn)有技術(shù)中都是采用單邊夾緊的方式，即夾具只夾緊工件8的一端，這樣轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時工件會產(chǎn)生扭曲變形等缺陷。夾持裝置4上設(shè)置有接近檢測開關(guān)，接近檢測開關(guān)可以是現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波感應(yīng)開關(guān)、紅外線感應(yīng)開關(guān)等，用于感應(yīng)工件8是否到位，當自動運輸小車2將工件8運輸至夾持裝置4位置處，接近檢測開關(guān)會自動感應(yīng)此時夾具9內(nèi)是否已經(jīng)夾持工件8，如果沒有夾持工件8，會將信號傳輸至PLC主控系統(tǒng)7，PLC主控系統(tǒng)7會將信號傳輸至自動運輸小車2的控制器，控制器控制水平伸縮臂向夾具9的方向伸出，此時，夾具9松開到位，接近檢測開關(guān)同樣會感應(yīng)工件8的存在，夾具9再夾緊工件8，將小車2上的工件8夾緊取下，并旋轉(zhuǎn)180度，將工件8轉(zhuǎn)移至焊接機器人5的焊接位置，由焊接機器人5對工件8進行焊接。緩沖臺6是用于焊接后對工件8進行焊修的人工作業(yè)工位，與人工存料臺1 一樣設(shè)置在軌道3的一側(cè)，機器人5焊接后的工件8由小車2轉(zhuǎn)運至緩沖臺6，在緩沖臺6上進行焊修、打磨等其它作業(yè)。在自動焊接系統(tǒng)中，分別樹立鋼結(jié)構(gòu)，作為吊車梁；人工作業(yè)工位根據(jù)布局特點， 以4 6個作業(yè)工位組成一個作業(yè)單元，每個作業(yè)單元內(nèi)配備2T吊車一個，用于作業(yè)單元到自動物流進出料口的運輸。在該焊接系統(tǒng)中，為解決人工作業(yè)工位與全自動作業(yè)工位的連接問題，將人工存料臺1、緩沖臺6等多個人工工位和焊接機器人5工位分設(shè)在用于運輸工件8的軌道3的兩側(cè)，按照工件8的工藝流程以“Z”字形的物流路線逐步推進，直至完成工件8的焊接作業(yè)。 這樣，就可以合理利用人力資源，提高生產(chǎn)效率，也有利于下述節(jié)拍式生產(chǎn)。根據(jù)待焊接工件8的工藝流程確定總的生產(chǎn)節(jié)拍，如設(shè)定生產(chǎn)節(jié)拍為4小時/構(gòu)架，再根據(jù)確定后的總的生產(chǎn)節(jié)拍，對各工序進行作業(yè)分割，確定每個工序的作業(yè)時間及工件8的運輸時間，由此確定各設(shè)備的動作時間，并實現(xiàn)由PLC主控系統(tǒng)7控制的節(jié)拍物流， 由節(jié)拍物流拉動生產(chǎn)。焊接機器人5在焊接過程中，預(yù)先將工件8的結(jié)構(gòu)參數(shù)存貯至焊接機器人5的控制單元內(nèi)，焊接機器人5在接受到焊接指令后會根據(jù)工件8的參數(shù)自動尋找工件8的焊接起點坐標，再根據(jù)預(yù)先存儲的焊縫的距離和長度等參數(shù)，對工件8上的多條焊縫連續(xù)不間斷焊接，解決了現(xiàn)有技術(shù)中多道焊縫需要重復(fù)尋點的問題，縮短了生產(chǎn)周期。因為焊接機器人5是連續(xù)焊接的，所以為了解決連接焊接熱輸入量的問題，采用了滿足成形條件下后續(xù)焊道參數(shù)以一定比例遞減、焊接速度以一定比例遞增的工藝，找出產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)效率間的平衡點，確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)效率。焊接機器人5自動焊接是利用設(shè)備外部激活端口，PLC主控系統(tǒng)7在每次完成上料后通過對該端口傳輸指令，激活預(yù)先設(shè)定的焊接程序。PLC主控系統(tǒng)7與自動運輸小車2、焊接機器人5、夾持裝置4及緩沖臺6之間通過工業(yè)現(xiàn)場總線(profibus)連接并控制，PLC主控系統(tǒng)7內(nèi)部設(shè)置有動作時間、上下料安全邏輯、整線安全監(jiān)控邏輯并實現(xiàn)機器人網(wǎng)格和PLC主控系統(tǒng)7的通信轉(zhuǎn)換。為了使用操作者使用方便，在PLC主控系統(tǒng)7中包括顯示觸摸屏10，操作人員只需要根據(jù)工件8的種類和工藝要求，觸摸觸摸屏上的按鍵即可。在該焊接系統(tǒng)中，PLC主控系統(tǒng)7中設(shè)置有時間管理單元，其中包括有系統(tǒng)計數(shù)器，當人為啟動后，系統(tǒng)計數(shù)器從零開始計數(shù)；再利用觸摸屏界面人為設(shè)定小車2的觸發(fā)時間，當觸發(fā)時間與系統(tǒng)計數(shù)器時間相同時，觸發(fā)小車2運行；當小車2觸發(fā)運動后，因無工件 8等原因造成流程無法繼續(xù)時，系統(tǒng)計數(shù)器時間至觸發(fā)時間即為等待時間，累加在總作業(yè)周期內(nèi)。通過時間的管理，把握整個作業(yè)周期內(nèi)的生產(chǎn)情況；對各工序觸發(fā)時間的設(shè)定，實現(xiàn)在規(guī)定的時間將特定的工件8送到指定的位置。在整個系統(tǒng)中，多個機器人5的主機之間通過普通的網(wǎng)絡(luò)線形成一個單獨的網(wǎng)絡(luò)，用于收集機器人5的狀態(tài)信號，該網(wǎng)絡(luò)的通信模式與工業(yè)現(xiàn)場總線連接的通信模式存在差異，因此需要使用轉(zhuǎn)換模塊，確保相互通信的通暢。信號包括兩種狀態(tài)信號在每次PLC進行巡回掃描時，將機器人5工作站、運輸小車的限位信號、 急停裝置信號返回PLC主控系統(tǒng)7，PLC主控系統(tǒng)7通過對這些信號的邏輯組合，實現(xiàn)順序控制。PLC主控系統(tǒng)7發(fā)出的觸發(fā)信號觸發(fā)信號包括工件8運輸動作信號和機器人5的信號。機器人5信號主要是工作站鎖定、夾具9自動夾緊或松開信號以及自動調(diào)用對應(yīng)焊接程序信號；工件8運輸信號主要是接通飼服控制系統(tǒng)，使驅(qū)動馬達按照預(yù)先設(shè)計的邏輯運動。在該焊接系統(tǒng)中，PLC主控系統(tǒng)7中設(shè)置有安全控制單元，安全邏輯設(shè)計包括工件運輸小車2的安全邏輯設(shè)計、控制系統(tǒng)安全邏輯設(shè)計、整體無人作業(yè)區(qū)安全設(shè)計三部分。確保上下料胎位狀態(tài)符合要求(上料時胎位為空、下料時胎位不能為空)再執(zhí)行上下料動作； 確保機器人5在上下料時處于安全狀態(tài)，功能是鎖定上下料工作站、確認工作站的狀態(tài)滿足要求；在運輸小車2的運動區(qū)域兩側(cè)裝有護欄和電子鎖，當各電子鎖全部鎖定時，認為該區(qū)域內(nèi)無人，電子鎖被打開時，工件運輸裝置將停止運行。該焊接系統(tǒng)實現(xiàn)焊接機器人及工件運輸?shù)娜詣踊鳂I(yè)，根據(jù)工作站的類別、工件的種類，控制程序自動調(diào)用，避免人為因素出現(xiàn)程序調(diào)用的錯誤，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，自動焊接效率可以提高一倍。該焊接系統(tǒng)和方法實現(xiàn)了全自動化，通過自動化物流的設(shè)計，做到一個流，并實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的節(jié)拍式生產(chǎn)并有效的減少了吊運等待時間；物流上實現(xiàn)一個流的作業(yè)模式后，工件8流轉(zhuǎn)速度增加，以新一代動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為例，整體制造周期縮短7天。下面以橫梁焊接工藝流程為例詳細說明該焊接方法現(xiàn)有技術(shù)中橫梁焊接工藝流程為橫梁的組裝一人工焊接橫梁一焊接后焊縫的打磨一探傷。采用本發(fā)明所述的焊接系統(tǒng)和方法后的工藝流程為(1)橫梁的組裝，此工序在人工存料臺1處完成。(2)對工件8焊縫處不均勻的地方首先進行人工的打底焊，此工序也在人工存料臺1處完成。(3)操作人員操作PLC主控系統(tǒng)7，啟動相關(guān)程序，自動運輸小車2將工件8運輸至焊接機器人5對應(yīng)的夾持裝置4處，夾持裝置4中的接近檢測開關(guān)確認夾具9上無工件 8時，松開夾具9，將小車2上的工件8夾緊取下，旋轉(zhuǎn)180度后，將工件8轉(zhuǎn)移至焊接機器人5的焊接位置，機器人8按PLC主控系統(tǒng)7中所設(shè)定的焊接程序進行焊接。(4)焊接完成后，夾持裝置4再旋轉(zhuǎn)180度，將工件8轉(zhuǎn)移至小車2可以取料的位置，小車2從夾具9上取下工件8，小車2再將工件8運至相應(yīng)的緩沖臺6處。再對機器人 5焊接不到的位置進行人工局部焊修。(5)最后進行焊接后焊縫的打磨及探傷。采用本發(fā)明的焊接系統(tǒng)和方法后雖然流程更為復(fù)雜，但隨著工序作業(yè)量的分散， 各作業(yè)工位的作業(yè)量更為平衡，橫梁組成實現(xiàn)機構(gòu)手自動焊接，人工作業(yè)量大幅減少，也可以提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。如上所述，結(jié)合附圖所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類似的技術(shù)方案。但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于待焊接工件預(yù)準備的人工存料臺、用于將所述工件在各設(shè)備之間轉(zhuǎn)運的自動運輸小車、所述自動運輸小車運行用的軌道、用于將所述工件從所述自動運輸小車上取下并轉(zhuǎn)移至焊接位置的夾持裝置、焊接機器人、用于焊接后對所述工件進行焊修的緩沖臺及PLC主控系統(tǒng)；所述人工存料臺和所述夾持裝置分設(shè)于所述軌道的兩側(cè)，所述PLC主控系統(tǒng)與所述自動運輸小車、焊接機器人、夾持裝置及緩沖臺之間通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接并控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于所述自動運輸小車包括有可以在垂直方向上伸縮的垂直伸縮臂、可以在水平方向向所述軌道兩側(cè)伸縮的水平伸壁臂、在軌道上行走的行走機構(gòu)、控制器及顯示器，所述控制器與所述PLC主控系統(tǒng)連接，所述垂直伸縮臂、水平伸縮臂及行走機構(gòu)均由伺服電機控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于所述控制器包括異常急停監(jiān)控模塊、信號收集反饋通信模塊及伺服控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于所述夾持裝置包括兩個相對設(shè)置的C型夾具及底座，兩個所述C型夾具通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)與所述底座連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于所述夾持裝置上設(shè)置有接近檢測開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，其特征在于所述PLC主控系統(tǒng)中包括顯示觸摸屏。
專利摘要本實用新型涉及一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架自動焊接系統(tǒng)，包括用于待焊接工件預(yù)準備的人工存料臺、用于將所述工件在各設(shè)備之間轉(zhuǎn)運的自動運輸小車、所述自動運輸小車運行用的軌道、用于將所述工件從所述自動運輸小車上取下并轉(zhuǎn)移至焊接位置的夾持裝置、焊接機器人、用于焊接后對所述工件進行焊修的緩沖臺及PLC主控系統(tǒng)；所述人工存料臺和所述夾持裝置分設(shè)于所述軌道的兩側(cè)，所述PLC主控系統(tǒng)與所述自動運輸小車、焊接機器人、夾持裝置及緩沖臺之間通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接并控制。本實用新型可以大幅度提高生產(chǎn)效率，并合理利用人力資源，實現(xiàn)節(jié)拍式生產(chǎn)。
文檔編號B23K37/04GK202106149SQ201120155208
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者吳向陽, 張志毅, 張振亞, 李文, 王心紅 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司, 鐵道部運輸局