一款拖拉机机罩的焊接自动化方案

展军伟+周瑞昌+韩冰庆+玉琦+魏建斌

摘要： 介绍了一种拖拉机机罩焊接实现自动化的工艺方案，即提高焊接质量和焊接生产效率，又减少了操作工的数量，降低了操作工的劳动强度，同时还减少生产过程种零件磕碰伤。

关键词：机罩；焊接；自动化；工艺方案

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.14.115

1引言

目前，我国拖拉机前机罩焊接均是人工焊接，随着新一代大中马力拖拉机换型，新一代机罩推出，策划机罩焊接方案时考虑实现自动化，实现自动化焊接的好处是，即可以减轻公司招工难的压力，又可以减轻操作工劳动强度，同时还可以减少零件转工序间的磕碰伤，提高零件焊接及外观质量。

2焊接零件分析

机罩总成外形尺寸为1800mm×800mm×1000mm，新设计的结构，机罩总拼工位如果是人工焊接，焊枪姿态多，焊枪大，操作非常困难。机罩总成及分总成树状图如图1所示，该机罩共有四个焊接分总成组成，主要分为上盖板总成、左侧板总成、右侧板总成和左右侧板连接板总成，其中上盖板总成又有加强筋总成和上盖板焊接组成，共有121个焊点；左右侧板总成和上盖板总成加强筋之间用CO2焊焊接，共4段焊缝，焊缝总成为200mm。机罩总成及分总成焊点分布情况如表1所示，分级关系如图1所示。

图1零件分级关系图表1机罩总成及分总成的焊点分布表

序号零件名称示意图焊点

数量序号零件名称示意图焊点

数量1机罩总成404右侧板总成142上盖板总成85左侧板总成143加强筋总成306左右侧板

连接板总成153工艺方案的设计

（1）首先确定焊接节拍，该款机罩为70110马力拖拉机上使用的机罩，焊接生产策划节拍同客户装车生产节拍一致，为180s。

（2）其次根据生产节拍要求、零件分总成数量及零件分总成的焊点数量，来策划焊接工位。把机器人焊点间转移等合在焊点数量上进行估算按照每个焊点使用时间为3分钟，CO2焊焊缝每1秒焊接8mm，CO2焊每次起收弧时间为2s，再考虑每个分总成使用一个工位，每个分总成的焊接节拍及工位大约为表2所示。

表2机罩总成及分总成的焊接时间及预估工位数表

序号零件名称焊点数量预估时间（s）预估工位数1机罩总成4012012上盖板总成82413加强筋总成309014右侧板总成144215左侧板总成144216左右侧板连接板总成154517机罩总成CO2焊200mm331如果按照表2所述，焊接该机罩共需要6台点焊机器人和1台弧焊机器人，而分总成工位到总成工位，总成点焊工位到总成弧焊工位都需要人工转序，该方案因机器人使用效率不高，用工较多且零件转运困难，方案工艺性和经济性均很差。

（3）同时考虑到机罩前面安装的前脸也是点焊焊接，机罩与前脸是1比1配合安装，而各工位占用时间并不高所以在做机罩焊接自动线体策划时也把前脸也放在线体中进行焊接。线体布局图如图2所示，布局图中各机器人每个循环所需时间如表3所示。

表3各机器人每个循环时间表上

机器人焊接零件焊接所有

工时（s）换枪所用

工时（s）合计时间（s）R_1加强筋总成机罩上盖板总成11440154R_2机罩上盖板总成前脸总成150150R_3左/右侧板总成8460144R_4左右侧板连接板总成机罩上盖板总成105105R_5机罩上盖板总成（弧焊）前加强筋总成（弧焊）110110线体动作分别是：

①OP10、OP20、OP30L、OP30R、OP40、OP80、OP90共7个工位同时在夹具上安装零件。

②安装到位后，R_1机器人分别焊接OP10、OP20工位工件；R_2机器人分别焊接OP80、工位工件；R_3机器人分别焊接OP30L、OP30R工位工件；R_4机器人分别焊接OP40工位工件；R_5机器人分别焊接OP90；

③R_1机器人焊接完后，机器人把焊枪换成抓手，抓起机罩上盖板总成放在OP60工位；R_3机器人焊接完后，机器人把焊枪换成抓手，分别抓起左右侧板总成后放在OP60工位；R_4机器人焊接完后，机器人背着抓手，抓起左右侧板连接板总成放在OP60工位；

④R_1、R_3机器人放完零件后再换回焊钳进行下一轮循环；R_4机器人在OP50工位焊接，焊接部分焊点后，再转到OP40工位焊接，进行下一轮循环；

⑤机罩焊合总成在传输线上由伺服小车从OP50工位移动到OP60工位；

⑥R_2机器人对OP60工位机罩总成的剩余焊点进行焊接，焊接完后转到OP80工位焊接，进行下一轮循环；

⑦机罩焊合总成在传输线上由伺服小车从OP60工位移动到OP70工位；

⑧R_5机器人对OP70工位机罩总成的弧焊焊缝进行焊接，焊接完后转到OP90工位，进行下一轮循环；

⑨机罩总成从OP70工位下线。

图2线体布局图（4）OP10、OP20、OP30L、OP30R、OP40、OP80、OP90工位夹具下面均有夹具快换结构，通过机械机构的夹具快速定位和电气的快速插拔机构，可以切换生产不同的零件。

4经济可行性分析

该项目焊接的机罩总成为集团内部使用，基本不存在市场风险，故可以从该线体节省人员来分析经济可行性，项目预计投资515万，实施后生产机罩使用人员与人工焊接使用人员相比每班可减少人员14名，双班可减少人员28名。因公司生产存在淡旺季，双班生产时间约为6个月，全年共节省人员约为21个人。一年每人成本按照5万元计算，再加上公司交的税收等，全年共可节约人工成本约168.84万元。故预计投资回收期为3.05年。项目投入从经济上分析是可行的。

5创新点

机罩焊接自动线结构紧凑，员工劳动强度小。创新点一是，机器人通过换枪盘实现了焊接和搬运两种功能，取代了传统上机器人焊接人工搬运零件的模式。创新点二是，5台机器人可以通过线体协同使用，还可以通过夹具快换结构更换夹具焊接不同产品当作一个简单的工作站使用，这样在生产淡季时，可以补充其它零件在线体上焊接，提高设备的利用率。

6总结

分析该零件焊接工艺自动化方案的过程中，充分考虑、利用零件自身的条件，在满足焊接工艺的情况下，充分分析每种方案的可行性，选用最佳方案，合理地安排工序。已达到减少机器人投入费用，简化线体结构，降低操作员工劳动强度，减少使用成本的目的。该条机罩焊接自动线，为农机中类似零件提供了典型线体方案和生产方式。

参考文献

[1]周利平，韩永刚.我国焊接自动化技术现状及发展趋势[J].科技信息，2011，（19）.

[2]贾强，刘艳.焊接自动化技术[J].科技视界，2013，（18）.