平衡重叉車貨叉架焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

馬闖，葛暉，王仲恒，滕紀(jì)云，石靜，康凱

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 命題來源及輸入條件

1.1 命題來源

本文主要源自中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司承攬的某叉車公司新建生產(chǎn)廠房的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，其中筆者負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)件車間的工藝設(shè)計(jì)。

1.2 生產(chǎn)任務(wù)

車間主要負(fù)責(zé)叉車結(jié)構(gòu)件的焊接生產(chǎn)，本文所涉及的生產(chǎn)線主要負(fù)責(zé)平衡重式叉車的貨叉架的拼點(diǎn)及焊接生產(chǎn)。年產(chǎn)量為36 000 件，生產(chǎn)性質(zhì)屬于大批量生產(chǎn)。

本項(xiàng)目焊接所有各種板材及型材零件均為外購，到場后可直接用于拼點(diǎn)焊接，無須進(jìn)行切割及加工工作。

1.3 工作班次

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)及綱領(lǐng)，本焊接生產(chǎn)線為三班制生產(chǎn)，工藝設(shè)備設(shè)計(jì)年時(shí)基數(shù)為5 010h，工人設(shè)計(jì)年時(shí)基數(shù)為第一、二班1 780h，第三班1 445h【1】。相應(yīng)設(shè)備及生產(chǎn)人員也按照三班計(jì)算。

2 主要設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目設(shè)定的生產(chǎn)規(guī)模較大，相應(yīng)的固定資產(chǎn)投資也會比較高，但項(xiàng)目產(chǎn)品市場的成長是逐步的，所以，為了節(jié)約投資、降低風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)注意分步投資的可行性，同時(shí)，需要考慮達(dá)綱年以前生產(chǎn)組織的便利性，整個(gè)項(xiàng)目做到一次規(guī)劃、分步實(shí)施。

本項(xiàng)目生產(chǎn)批量大，質(zhì)量要求高，所以盡量選用智能化焊接生產(chǎn)線，并要求焊接機(jī)械手完成焊率為100%，即機(jī)械手完成焊后沒有人工補(bǔ)焊，僅對部分問題焊縫進(jìn)行修補(bǔ)焊接。

焊接生產(chǎn)線內(nèi)工序間的運(yùn)輸及上下件盡量選用自動輸送線和搬運(yùn)機(jī)械手來完成。大量自動化設(shè)備的選用，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量及一致性、減少用工風(fēng)險(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性以便更好地組織生產(chǎn)。

焊接工作站設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用雙焊接機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，控制焊接變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

另外，各焊接生產(chǎn)線均配備小型MES 系統(tǒng)，并預(yù)留出與全廠MES 系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)智能化，便于智能排產(chǎn)、生產(chǎn)管理，提高產(chǎn)品的可追蹤性和可追溯性。

3 選用的生產(chǎn)工藝說明

貨叉架焊接生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1 貨叉架焊接生產(chǎn)流程圖

由于貨叉架具有結(jié)構(gòu)相對簡單、生產(chǎn)工序少、所用零件種類少等特點(diǎn)，故本項(xiàng)目采用全自動生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。

貨叉架中的立板與總成拼在一起后將沒有足夠的空間進(jìn)行滾輪軸焊接，故需要先將立板與滾輪軸焊到一起。本項(xiàng)目選用1 臺焊接工作站配備1 臺抓取機(jī)械手來完成立板與滾輪軸的焊接。首先，機(jī)械手將立板抓取至焊接工裝上并夾緊，再將滾輪軸逐個(gè)抓取到裝焊胎上定位并有焊接機(jī)械手進(jìn)行拼點(diǎn)焊接，拼點(diǎn)完成后由焊接機(jī)械手進(jìn)行完成焊，全部焊接完成后由抓取機(jī)械手抓取立板并放置到貨叉架總成來料臺上備用。

貨叉架總成拼點(diǎn)工位同樣由1 臺焊接機(jī)械手加1 臺抓取機(jī)械手組成，抓取機(jī)械手將子件抓取放置到拼點(diǎn)工裝以后由焊接機(jī)械手進(jìn)行拼點(diǎn)。全部拼點(diǎn)完成后由抓取機(jī)械手將貨叉架總成抓取至?xí)捍婀の坏却偝赏瓿珊浮?/p>

完成焊焊接工作站由雙工位變位機(jī)和2 臺焊接機(jī)械手組成，2 臺機(jī)械手同時(shí)對稱焊接，既能提高生產(chǎn)效率又能有效地控制焊接變形。雙工位變位機(jī)的外側(cè)可以在不影響內(nèi)側(cè)工位焊接過程的同時(shí)完成上下件工作，大大提高焊接機(jī)械手的利用率，降低投資及車間使用面積。另外，焊接變位機(jī)配有反變形工裝，以消除焊后校型工序，縮短工藝路線，提高生產(chǎn)效率。

完成焊后的貨叉架由桁架抓手下件并送至下線緩存工位，緩存冷卻后再由人工進(jìn)行檢查、修補(bǔ)、清理、涂裝前屏蔽等工作。

4 主要設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

4.1 自動化拼點(diǎn)

本生產(chǎn)線選用抓取機(jī)械手配合焊接機(jī)械手在拼點(diǎn)工裝上實(shí)現(xiàn)了自動化拼點(diǎn)工作，機(jī)械手自動抓取零件并定位，實(shí)現(xiàn)了無人化的拼點(diǎn)工作。整個(gè)過程無人工參與，故可以解放勞動力、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性。

4.2 自動輸送及上下件系統(tǒng)

本生產(chǎn)線選用了桁架抓手來實(shí)現(xiàn)貨叉架總成由拼點(diǎn)工位到完成焊焊接工作站再到下線緩存工位的運(yùn)輸及完成焊焊接工作站的上下件工作，可以避免對人工的依賴，有效提高線內(nèi)各生產(chǎn)設(shè)備的利用率，從而達(dá)到減少投資、節(jié)省生產(chǎn)面積的效果。

4.3 雙焊接機(jī)械手焊接

由于貨叉架結(jié)構(gòu)簡單且完全對稱，故本項(xiàng)目選用了雙機(jī)械手同時(shí)焊接的形式，且雙機(jī)械手同時(shí)焊接的利用率達(dá)到90%以上，可以有效提高生產(chǎn)效率、提高輔助設(shè)備利用率，同時(shí)，還能很好地控制焊接變形并提高生產(chǎn)效率。

4.4 反變形工裝的選用

貨叉架的結(jié)構(gòu)特征決定其焊接完成后必然會產(chǎn)生焊接變形，且變形形式及變形量比較穩(wěn)定，于是，本項(xiàng)目選用了反變形工裝，通過反變形夾緊來控制工件變形，待焊接完成退掉工裝后，工件在焊接收縮力的作用下自然伸直，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的要求。此技術(shù)的采用減少了焊后校型工序、縮短了工藝流程、減輕了工人的勞動強(qiáng)度、提高了產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性。

4.5 選用雙工位焊接變位機(jī)

生產(chǎn)線選用了雙工位變位機(jī)，內(nèi)部工位進(jìn)行機(jī)械手焊接，外部工位完成工件的上下件工作，避免了因上下件時(shí)間及對上下件設(shè)備的等待而造成的主設(shè)備停機(jī)，可以有效地提高焊接機(jī)械手的利用率，從而降低設(shè)備投資、節(jié)約生產(chǎn)面積。

5 結(jié)語

本文對平衡重叉車貨叉架焊接生產(chǎn)線進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)過程中采用了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝及設(shè)備。通過對生產(chǎn)線各工序進(jìn)行設(shè)備配置調(diào)整，基本上能夠達(dá)到各生產(chǎn)工序間的工時(shí)平衡，提高了各生產(chǎn)設(shè)備的利用率。目前，此項(xiàng)目已進(jìn)入實(shí)施階段，達(dá)產(chǎn)后必將大幅提升實(shí)施企業(yè)的產(chǎn)能及生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)，降低單臺產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。