工程机械大型结构件焊接自动化柔性生产技术研究

摘要

随着世界经济的快速发展，各种大型矿山和水利工程不断规划和建设，中小型推土机已不能满足要求，大马力推土机的需求量每年呈50％的增长率增长。在我公司开发大马力推土机之前，国内市场上320马力及以上的大马力推土机基本上被卡特彼勒、小松等国际知名品牌所主导。大马力推土机整机及配件主要依赖进口，不仅维修困难，而且价格昂贵，每年都要花费我国大量外汇。根据市场调查，用户对性能稳定，质量可靠的国产大马力推土机的期望越来越高。
　　山推股份作为国内推土机制造行业的领军企业，一直在不断提高和完善核心制造技术，制造出了SD32、SD42-3、SD52-5、SD90-5等大型的履带式推土机产品，实现了大型推土机国产化。SD42以上大马力推土机功率的增加对大型结构件制造技术提出了很大的挑战。推土机大型结构件主机架、台车架等体积庞大、自身重量大、长直对称焊缝多、焊缝复杂，焊接变形大并且难以控制。而这些关键结构件的焊接质量对整机的性能及可靠性影响很大。如何提高大型结构件的焊接质量和生产效率是必须攻克的难题。根据企业长期发展规划和现实发展需要，选择了直接影响焊接加工的质量和效率的大型结构件关键问题进行了重点研究:中厚板超低飞溅焊接工艺研究及应用，后桥箱机器人焊接工装夹具设计研究，大型结构件柔性化生产技术研究等。本文主要研究内容如下:
　　对大型结构件进行富氩混合气体保护焊工艺性试验，采取一种先进的HD-Pulse脉冲无飞溅技术对工程机械用中厚板件进行高速焊接工艺试验，采取80％Ar+20％CO2混合保护气体，通过一系列工艺试验及对试验数据分析发现焊缝金属综合性能得到提高，焊缝成型较好，技术比较先进。解决目前采取CO2气体保护焊焊缝成形质量差，熔敷率低（约80％），焊接飞溅大（约13～15％），修磨工作量大等问题。
　　通过分析焊接夹具设计的基本方法和相关技术，特别是组合夹具、柔性夹具等相关技术;根据焊接夹具的使用和设计特点，对大型结构件的焊接夹具进行分析，结合柔性、通用性理念提出了三维柔性组合焊接工装，并通过具体实例进行验证。三维柔性组合焊接工装尤其适合于新产品的开发，大幅度缩短了新产品开发周期，降低了新产品结构件的试制成本。
　　通过对常见的焊接变位机种类及其适用特点行分析，设计出了针对推土机后桥箱结构特点的L型双回转式焊接变位机及与其配套的焊接工装夹具。该焊接变位机敞开性好，焊接范围广，同时焊接工装夹具通用性好，能够适用不同机型后桥箱的焊接，安装方便、快捷，生产效率得到提高，大幅度降低了劳动强度，提升了焊接质量。
　　通过对精益生产管理工具中的山积表、标准作业等组成要素进行分析研究，绘制出了后桥箱工艺流程和工序时间表及工序时间柱状图，通过图表找出了目前SD16后桥箱焊接样板线建立过程中的瓶颈工序，并对瓶颈工序进行改善分析，设计出了推土机后桥箱双丝机器人焊接方案，并对双丝机器人焊接的主要特点进行说明。通过把瓶颈工序中的部分焊缝焊接调增到双丝机器人进行焊接，消除了瓶颈工序，最终实现了日产36台SD16后桥箱的目标，完成了推土机后桥箱大型结构件机器人焊接柔性生产线的设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 大型结构件生产技术现状及存在问题

1．2．1 大型结构件生产技术现状

1．2．2 存在的主要问题

1．3 本课题研究目的及研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第2章 中厚板超低飞溅焊接工艺试验及数据分析研究

2．1 试验材料和设备

2．2 试验方法

2．3 试验结论

2．4 本章小结

第3章 推土机后桥箱机器人焊接工装夹具设计

3．1 焊接工装夹具的分类与组成

3．1．1 焊接工装夹具分类

3．1．2 焊接工装夹具组成

3．1．3 焊接工装夹具特点及设计要求

3．2 三维柔性组合焊接工装设计

3．2．1 三维柔性组合焊接工装结构

3．2．2 三维柔性组合焊接工装使用特点

3．3 推土机后桥箱机器人焊接工装夹具设计实例

3．3．1 推土机后桥箱机器人焊接工装夹具设计结构

3．3．2 推土机后桥箱机器人焊接工装夹具特点

3．4 本章小结

第4章 大型结构件柔性化生产技术研究

4．1 精益生产管理工具介绍

4．1．1 山积表的定义与作用

4．1．2 标准作业及其三要素

4．1．3 山积表编制具体方法

4．2 双丝机器人焊接技术研究

4．2．1 推土机后桥箱双丝机器人焊接方案设计

4．2．2 推土机后桥箱双丝机器人焊接主要技术要求

4．2．3 推土机后桥箱双丝机器人焊接特点

4．3 推土机后桥箱机器人焊接柔性生产线设计

4．3．1 推土机后桥箱机器人焊接柔性生产线总体设计

4．3．2 推土机后桥箱工艺流程、各工序现状分析及改善

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 研究取得成果

5．1．2 主要创新点

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢