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【摘 要】随着人力成本的提高以及国家制造业转型升级，在工程机械制造过程中，企业为提高生产效率，保障产品质量，对制造过程不断优化升级。本文通过对剪刀式高空作业车叉架结构及焊接工艺分析，设计了多机多轴协同的焊接机器人系统，在兼顾焊接精度、效率的同时，实现系统设计经济最优化。
【关键词】剪刀式高空作业车叉架;焊接机器人;自动焊接工作站设计
引言：
焊接机器人的出现标志着焊接作业进入智能化，其被认为是改变人类生产的四大技术之一[1]。在新一轮科技革命和产业变革中，智能制造已成为世界各国抢占发展机遇的制高点和主攻方向。焊接作业对人员技术水平、操作技能有较高要求，人力成本的逐年攀升、企业生产效率亟待提升成为焊接机器人发展的内在推动力。焊接机器人系统通过编程实现焊接过程自动操控，指挥机器人完成相关的工作，彻底改变高空作业车以人为主的制造方式，极大提高了焊接效率和质量，减轻了工人和企业的负担。
1剪刀式高空作业车叉架结构及工艺分析
1.1结构分析
高机叉架由矩管、圆管、贴板、加强板、走线圆钢、轴套、轴套坐、耳叉等组成，外形结构如图1所示。
叉架作为高空作业车的关键支撑承重结构，在实际工作中，叉架不仅要承受叉架、平台、操作人员的重量及其引起的动载荷，还要传递各总成的力和力矩，因此对叉架有着较高的强度、可靠性、稳定性要求，同时对焊缝的焊接质量和由焊接引起的变形有着严格的要求。
1.2焊接工艺分析
高机叉架所用的主要材料是Q235B的板材、Q345D的管材，主要厚度为8、4.5mm，接头形式多为连续及断续角焊，对接、搭接，焊接方式采用φ1.2mm实芯焊丝、（Ar+CO2）混合气体保护焊。
目前需纳入机器人焊接系统设计的叉架焊接工序有叉架贴板点焊、贴板焊接、内外臂总成焊接，焊接部位示意图如图2所示。其中贴板点焊工艺流程为：矩管输送上料—矩管定位夹紧—贴板抓取定位—机器人自动点焊—矩管单梁自动下线;贴板焊接工艺流程为：矩管自动上料—矩管定位夹紧—机器人自动焊接—矩管自动下线;叉架内外臂总成焊接又可分为内臂圆周焊接、内臂油缸焊接、外臂总成焊接，其中内臂圆周焊接工艺流程为：总成自动流转—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转;内臂油缸焊接工艺流程为：总成自动流转—自动识别产品结构—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转;外臂总成焊接工艺流程为：总成自动流转—自动识别产品结构—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转。
2叉架总成机器人焊接系统设计
贴板点焊工作站共2组点焊定位工装，1组机器人进行贴板定位点焊，针对矩管合件，3个贴板和2个贴板的结构，可分别控制贴板料仓的举升;贴板抓取机械手满足φ45和φ47两种孔径的物料抓取。贴板焊接工作站共2组焊接单元，使用4组机器人焊接，每套焊接工作站满足同时焊接两件贴板总成。内外臂焊接工作站，其中内臂焊接工位共用一组焊接单元，该套工作站使用2组机器人焊接，外臂焊接使用1组机器人，油缸座焊接使用1组机器人。
叉架总成机器人焊接系统工作站设计图如图2所示。
3机械系统设计
此机械系统设计主要实现零部件滚轮输送及定位夹紧功能，具体原理如下：
矩管从滚筒线输送至点焊工位，通过信号感应，定位装置输出动作，将矩管前端、侧面进行预定位，然后底部顶升机构通过定位销穿孔，将矩管顶起，完成精确定位。矩管定位完成后，取料机械手通过三爪气缸抓取物料，借助矩管圆孔，实现贴板精确定位，保证同心。
点焊完成的贴板总成从滚筒线输送至焊接工位，顶升机构升起，将贴板总成进行定位夹紧，焊接完成后夹紧装置松开工件降落到输送机上，将焊接完成后的贴板总成输送至下一工位。
叉架总成从前端滚筒线输送至焊接工位。工装前端设置导向装置，保证叉架总成顺利流转。进入焊接工位后，首先完成工件阻挡定位，然后左右強力夹紧缸（共4处）进行居中定位，为避免左右抱死，左右侧各预留2mm间隙，再将总成顶升至变位机焊接夹紧处进行夹紧，机器人进行焊接，焊接完成后顶升装置升起，焊接夹紧气缸松开，顶升装置下降后，将焊接完成后的叉架总成输送至下一工位，完成焊接。
滚轮输送线设计图如图3所示。
4结束语：
本文通过对剪刀式高空作业车叉架结构和焊接工艺进行分析，确定叉架机器人焊接系统的设计方案，并对与之匹配的机械系统进行选型和设计，实现了叉架生产的自动化，提高了生产效率，保证了产品质量，降低了生产成本，对企业利用机器人进行技术改造的具有启示意义。
参考文献：
[1]王天然.机器人助力中国智能制造[J].科协论坛，2015（12）：9-10.
作者简介：
张向冬（1993.01--），男，汉族，江苏邳州人，本科，主要从事焊接工艺及焊接生产管理。
李金宝（1983.03--），男，汉族，山东菏泽人，本科，主要从事机械设计及制造。
（作者单位：临工集团济南重机有限公司）
【关键词】剪刀式高空作业车叉架;焊接机器人;自动焊接工作站设计
引言：
焊接机器人的出现标志着焊接作业进入智能化，其被认为是改变人类生产的四大技术之一[1]。在新一轮科技革命和产业变革中，智能制造已成为世界各国抢占发展机遇的制高点和主攻方向。焊接作业对人员技术水平、操作技能有较高要求，人力成本的逐年攀升、企业生产效率亟待提升成为焊接机器人发展的内在推动力。焊接机器人系统通过编程实现焊接过程自动操控，指挥机器人完成相关的工作，彻底改变高空作业车以人为主的制造方式，极大提高了焊接效率和质量，减轻了工人和企业的负担。
1剪刀式高空作业车叉架结构及工艺分析
1.1结构分析
高机叉架由矩管、圆管、贴板、加强板、走线圆钢、轴套、轴套坐、耳叉等组成，外形结构如图1所示。
叉架作为高空作业车的关键支撑承重结构，在实际工作中，叉架不仅要承受叉架、平台、操作人员的重量及其引起的动载荷，还要传递各总成的力和力矩，因此对叉架有着较高的强度、可靠性、稳定性要求，同时对焊缝的焊接质量和由焊接引起的变形有着严格的要求。
1.2焊接工艺分析
高机叉架所用的主要材料是Q235B的板材、Q345D的管材，主要厚度为8、4.5mm，接头形式多为连续及断续角焊，对接、搭接，焊接方式采用φ1.2mm实芯焊丝、（Ar+CO2）混合气体保护焊。
目前需纳入机器人焊接系统设计的叉架焊接工序有叉架贴板点焊、贴板焊接、内外臂总成焊接，焊接部位示意图如图2所示。其中贴板点焊工艺流程为：矩管输送上料—矩管定位夹紧—贴板抓取定位—机器人自动点焊—矩管单梁自动下线;贴板焊接工艺流程为：矩管自动上料—矩管定位夹紧—机器人自动焊接—矩管自动下线;叉架内外臂总成焊接又可分为内臂圆周焊接、内臂油缸焊接、外臂总成焊接，其中内臂圆周焊接工艺流程为：总成自动流转—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转;内臂油缸焊接工艺流程为：总成自动流转—自动识别产品结构—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转;外臂总成焊接工艺流程为：总成自动流转—自动识别产品结构—自动定位、顶升、夹紧—自动焊接—自动下线流转。
2叉架总成机器人焊接系统设计
贴板点焊工作站共2组点焊定位工装，1组机器人进行贴板定位点焊，针对矩管合件，3个贴板和2个贴板的结构，可分别控制贴板料仓的举升;贴板抓取机械手满足φ45和φ47两种孔径的物料抓取。贴板焊接工作站共2组焊接单元，使用4组机器人焊接，每套焊接工作站满足同时焊接两件贴板总成。内外臂焊接工作站，其中内臂焊接工位共用一组焊接单元，该套工作站使用2组机器人焊接，外臂焊接使用1组机器人，油缸座焊接使用1组机器人。
叉架总成机器人焊接系统工作站设计图如图2所示。
3机械系统设计
此机械系统设计主要实现零部件滚轮输送及定位夹紧功能，具体原理如下：
矩管从滚筒线输送至点焊工位，通过信号感应，定位装置输出动作，将矩管前端、侧面进行预定位，然后底部顶升机构通过定位销穿孔，将矩管顶起，完成精确定位。矩管定位完成后，取料机械手通过三爪气缸抓取物料，借助矩管圆孔，实现贴板精确定位，保证同心。
点焊完成的贴板总成从滚筒线输送至焊接工位，顶升机构升起，将贴板总成进行定位夹紧，焊接完成后夹紧装置松开工件降落到输送机上，将焊接完成后的贴板总成输送至下一工位。
叉架总成从前端滚筒线输送至焊接工位。工装前端设置导向装置，保证叉架总成顺利流转。进入焊接工位后，首先完成工件阻挡定位，然后左右強力夹紧缸（共4处）进行居中定位，为避免左右抱死，左右侧各预留2mm间隙，再将总成顶升至变位机焊接夹紧处进行夹紧，机器人进行焊接，焊接完成后顶升装置升起，焊接夹紧气缸松开，顶升装置下降后，将焊接完成后的叉架总成输送至下一工位，完成焊接。
滚轮输送线设计图如图3所示。
4结束语：
本文通过对剪刀式高空作业车叉架结构和焊接工艺进行分析，确定叉架机器人焊接系统的设计方案，并对与之匹配的机械系统进行选型和设计，实现了叉架生产的自动化，提高了生产效率，保证了产品质量，降低了生产成本，对企业利用机器人进行技术改造的具有启示意义。
参考文献：
[1]王天然.机器人助力中国智能制造[J].科协论坛，2015（12）：9-10.
作者简介：
张向冬（1993.01--），男，汉族，江苏邳州人，本科，主要从事焊接工艺及焊接生产管理。
李金宝（1983.03--），男，汉族，山东菏泽人，本科，主要从事机械设计及制造。
（作者单位：临工集团济南重机有限公司）