一、項目背景
履帶梁在掘進機中起到漲緊履帶和行走作用，是掘進機的主要部件（見圖1），掘進機的履帶梁主要由頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板、底板、主機安裝板（前后各一件）、減速機安裝板等零部件構(gòu)成。總達1.5~2噸左右。
圖1 掘進機主要部件
某公司2018年購入焊接機器人，焊接機器人上自帶有工裝夾具，可在機器人上進行履帶梁的焊接。
按常規(guī)的焊接工藝設(shè)計其焊裝順序是：先將頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板組對成框架結(jié)構(gòu)，人工焊接內(nèi)部焊縫，然后機器人焊接外部焊縫；再組對主機安裝板（前后各一件），人工焊接內(nèi)部焊縫，機器人焊接外部焊縫。
采取這種工藝方法主要優(yōu)點是工件先組對成框架結(jié)構(gòu)，焊接變形??；但由于機器人操作空間受限，大部分內(nèi)部焊縫必須人工焊接，故而機器人的焊接率低，僅為50%，生產(chǎn)效率低。
二、工藝方案
1.研究內(nèi)容
（1）采用剛性固定法原理，設(shè)計制作了簡易防變形工裝，進行了工藝試驗，試驗證明了新工藝的可行性；
（2）設(shè)計了新的工件固定工裝、工件焊接防變形工裝；固定工裝下部與焊接變位機相連，上部與焊接防變形工裝相連，防變形工裝與工件采用螺栓緊固，為了減少工件裝卡時間，采用了銷軸連接固定方式，提高了工作效率；
（3）設(shè)計對個別部件進行了修改，如開坡口焊接改用角焊縫焊接，方便機器人焊接；
（4）編制了新的履帶梁機器人焊接工藝，設(shè)計了合理的焊接順序，采用多層多道焊，嚴格控制焊接熱輸入，將因適應(yīng)機器人焊接而導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的焊接變形降至最低。
2.新工藝方案
（1）先將頂板固定在防變形工裝上，再把履帶梁的頂板、側(cè)板、橫筋板、減速機安裝板等組對成U形箱體，機器人焊接內(nèi)部焊縫；
（2）組對底板，機器人焊接內(nèi)部焊縫；
（3）組對承重輪安裝板，機器人焊接外部焊縫；
（4）最后組對主機安裝板（前后各一件），手工焊接內(nèi)部焊縫，機器人焊接外部焊縫；
（5）拆下防變形工裝，人工焊接、修整。
圖2 工件與工裝合體簡圖
三、具體特點
1.采用剛性固定法原理，制作了防變形工裝，通過工裝控制減少焊接變形，從而改變裝焊順序，分步組對、焊接，給機器人提供可操作空間，提高機器人的可焊率。工裝采用銷軸快換結(jié)構(gòu)，提高工作效率。
2.采用合理的焊接順序，采用多層多道焊，對稱焊接等工藝手段減少工件熱輸入，控制焊接變形。
3.設(shè)計的焊接防變形工裝與固定工裝的聯(lián)接采用了銷軸固定，實現(xiàn)了工裝的快換，提高裝卸效率。
4. 采用等強的角焊縫代替部分筋板、橫筋原來的坡口焊縫，即減少了氣割坡口工作量，降低了成本，提高效率。
四、應(yīng)用效果
通過工裝采用剛性固定方法控制焊接變形，從而改變裝焊順序，提高機器人焊接率，提高生產(chǎn)效率，減少勞動強度，降低生產(chǎn)成本。
采用新的工藝方法后，經(jīng)檢測，工件頂板側(cè)不平度小于4mm，承重輪安裝板側(cè)（即加工側(cè)）不平度小于3mm，工件整體滿足設(shè)計和使用要求。采用新工藝方法可焊率提高了36%，可焊率達86%。同時由于機器人可焊率提高，焊接效率提高了20%。為了減少工件與防變形工裝的裝卸時間，制作了兩套防變形工裝，減少工裝占用時間，提高效率約15%左右，綜合提高生產(chǎn)效率約35%。
五、經(jīng)濟效益
可焊率提高，每臺掘進機降低成本3024元；
每件履帶梁減少坡口切割工時3h，90元；
頂板需要加工工藝孔，產(chǎn)生的工時費用為93元；
每臺共計降低成本：3024+90-93=3021元；
預(yù)計全年掘進機產(chǎn)量約100臺，年可降低成本3021×100=302100元；
該成果適用EBZ掘進機履帶梁及類似工件的機器人焊接。
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