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摘要：客车制造是一个手工密集度较大的行业。随着产量的增加和用工的缺乏，特别是技工的缺乏，加之部分制造工作环境的影响，给客车制造带来一定的压力。例如，客车骨架总成和部件的焊接，工作环境较差，而且对人员技能要求较高，焊接质量直接影响客车整体的强度。因此，利用机械代替人，客车制造自动化、机械化就显得很重要。
关键词：铁路客车制造；焊接机械手；应用
作为一种自动焊接技术，焊接机械手在欧美工业发达国家中的应用十分广泛，与手工焊和其他焊机相比可以获得更为稳定的焊接质量和更快的工作效率。我国铁路客车制造中引入焊接机械手是在九五期间，提升了客车制造的质量和效率，获得了较大的经济效益。焊接机械手的应用是一个复杂的系统性工业工程，与其他相关工业的技术水平的关系比较密切，因此焊接机械手的应用也经历了一个较长时期的发展过程。本文就铁路客车制造中焊接机械手的应用情况、存在的问题和对策进行探讨。
1方案研究及整体结构设计
首先在简单的、批量较大的客车部件焊接中应用，如客车地板骨架分片焊接、侧围骨架分片焊接、车架分片焊接等。当应用技术成熟和积累了一定的专用夹具设计经验后，再在客车整车骨架焊接和车架总成焊接中推广和应用。
焊接机械手的应用是个系统工程，单个采用焊接机械手不能达到事半功倍的要求，必须从整体结构、操作流程、专业焊接夹具的设计（模块化）和物流等方面来考虑。
在起初的运用中可以挑选比较有代表性的车型和部件来设计方案。
根据选定的产品结构形式和焊接方式来选择一定品牌的焊接机械手，目前国内常选择的是松下和OTC等品牌。
举例说明如下：根据KLQ6119、KLQ6129Q等5种车型的地板骨架焊接，设计系统采用一台固定的焊接机器人作业，配置有左右两个工位，在一个工位焊接的同时，另一工位用于装载和卸载工件。工件的定位块安装在横梁与纵梁上，横、纵梁紧固在外围的活动框架上，再通过定位销与工装的固定框架相连。定位块、横梁、纵梁以及活动框架组成一个相对固定的定位模组，通过整体吊装切换定位模组，便可以快速更换不同的焊接工件。设计的3组卸料联动凸轮机构，用于方便实现工件的卸载。工装框架的翻转变位由电机完成，在工装框架翻转过程中，为防止操作工人的手臂误伸入其中，专门设计有防夹伤传感装置，以确保工作的安全性。整套焊接系统的操作，包括工件的装载和卸载，只需一个工人完成，从而最大限度地降低劳动力成本。
2操作流程及专用夹具设计
根据焊接机械手使用的特点，结合客车部件焊接的操作规程来设计焊接机械手操作的流程。专用夹具应保证工件精确定位、电动灵活翻转、快速模组切换、方便的卸料机构、人力成本降至最低、安全保護装置。
其中工装活动框架设计模块化结构，采用100X50X5及50X40X3空心矩型钢管为框架主体结构，保证框架与翻转机构连接后自身强度，所有焊接后的工装活动框架模块可以叠加存放节约生产空间。
专用夹具的制作精度要满足使用要求。焊接变位机械的工作台，多是作回转和倾斜运动，焊件随工作台运动时，其焊缝上产生的弧线误差，不仅与回转运动和倾斜运动的转角误差有关，而且与焊缝微段的回转半径和倾斜半径成正比。焊缝距回转、倾斜中心越远，在同一转角误差情况下产生的弧线误差就越大。通常，焊接机器人的定位精度多在0.1～1mm之间，与此相匹配，焊件变位机械的定位精度也应在此范围内。
3铁路客车制造中焊接机械手的应用
铁路客车制造中常用的焊接机械手有下面两种类型，一是无外围装置的焊接机械手，二是添加变位机和传感器设备的焊接机械手，下面进行具体探讨。
3.1无外围装置的焊接机械手的应用
无外围装置的焊接机械手就是标准的焊接机械手本体，其不包含任何变位机和传感器系统，通常有6轴机械手，该系统适合焊接长度在1.2m以下的需要较大焊接量的机车部件，铁路客车转向架的横梁具有方形的几何结构，有4道焊缝，板材厚度在16mm，每个焊缝的长度大约1.1m，具有V字形状的坡口，需要焊接3层，因此所需要的焊接量非常大，在其焊接中配合使用焊接变位机，可以实现与机械手的协同工作，这样可以以最小的投资实现对构架衡量的自动焊接工作。
3.2添加变位机和传感器设备的焊接机械手的应用
3.2.1龙门配头尾架变位器的焊接机械手的应用
该机械手的结构为龙门架上悬挂标准的焊接机械手，龙门支持机械手可以在其上移动6m左右，龙门下面是一个可以调节行程的头尾架变位器，同时配置有电弧传感器、接触传感器、自动清理焊枪的外围配置等，该机械手多用于客车构架直侧梁的焊接，直侧梁厚度为16mm，长度约4m左右，每道焊缝的长度为4m，焊接层为3层，这种较大的焊接量为机械手的使用提供了空间，也显示了机械手使用的优越性。
3.2.2龙门配框架式双轴变位机的焊接机械手的应用
客车准高速构架侧梁焊缝是曲线与直线的组合，而要保证机械手焊接的质量，所有的焊缝应该在水平位置进行焊接，如果使用单轴变位器进行焊接，就必须在曲线位置实施立焊，否则不能保证焊接的质量。因此对于这样的客车准高速构架侧梁，应该采取框架式变位机和龙门机构相配合，使焊接机械手和焊接工件实现协同移动，从而保证焊缝在水平位置进行焊接，为了确保焊接作业以一定的速度效率进行，使用效率比单丝焊高一倍的双丝焊进行焊接。
3.2.3配置L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手的应用
动车侧梁、客车构架的摇枕等工件的焊缝是一个闭环式的焊缝，如果使用头尾架或框架式的焊接变位机，就会在卡具夹持部分形成一个焊接盲区，这种情况下使用L型双轴变位器，以工件中心空位进行夹紧固定，就可以实现水平焊接，由于焊接工件的长度在3米左右，因此使用L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手对工件进行焊接时，必须将工件两端锁死。
3.2.4配置悬臂式行走机构焊接机械手的应用
铁路客车的车顶需要2条25m长纵横焊缝和28条3m长的环焊缝，因此需要的焊接量很大，使用手工方式对车顶腰横缝进行焊接时，其质量很难保证，为此需要使用在一个悬臂式行走机构上悬挂2个焊接机械手，悬臂可以在地面上前后移动30m的距离，悬臂上的2个焊接机械手就可以自动地完成车顶所有的纵横焊缝的焊接，使用激光传感器对焊缝进行跟踪，这样可以很好的保证焊接质量。
3.2.5铝合金客车部件焊接机械手的应用
铝合金客车的牵引梁、枕梁等工件中引入了焊接机械手进行焊接，设备的基本组成为一个悬臂式焊接机械手固定在长度为10米的轨道上并且可以移动行走，在轨道和焊接机械手的下方搭建焊接平台，铝合金工件使用气动卡具固定在平台上，配备激光传感器的机械手负责对铝合金工件进行焊接，这样可以获得稳定的焊接质量和可观的焊接速度。
结论
焊接机械手是国外发达国家应用最为普遍的一种自动焊技术，其焊接质量和效率大大优于手工焊和其它焊接专机。我公司今年引进和推广焊接机械手技术，是在客车制造行业制造工艺的一种突破，是由密集的手工制作向自动化生产发展进程的开始。焊接机械手的广泛应用对企业产能的迅速提升和产品品质的保证奠定了基础，一定程度上消除人员变化对企业发展的影响，对客车制造技术有很大的提升。
参考文献
[1]方军.焊接机械手在客车制造中的应用[J].客车技术与研究，2017，（5）.
[2]张兰青.振动轮自动焊接机械手的开发应用[J].建设机械技术与管理，2017，（5）.
[3]张兰青.压路机振动轮自动焊接机械手的开发应用[J].机电技术，2017，（2）.
[4]何广忠，韩凤武，刘志泰，等.转向架焊接机械手离线编程系统的选择与应用讨论[J].机车车辆工艺，2017，（1）.
（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）
关键词：铁路客车制造；焊接机械手；应用
作为一种自动焊接技术，焊接机械手在欧美工业发达国家中的应用十分广泛，与手工焊和其他焊机相比可以获得更为稳定的焊接质量和更快的工作效率。我国铁路客车制造中引入焊接机械手是在九五期间，提升了客车制造的质量和效率，获得了较大的经济效益。焊接机械手的应用是一个复杂的系统性工业工程，与其他相关工业的技术水平的关系比较密切，因此焊接机械手的应用也经历了一个较长时期的发展过程。本文就铁路客车制造中焊接机械手的应用情况、存在的问题和对策进行探讨。
1方案研究及整体结构设计
首先在简单的、批量较大的客车部件焊接中应用，如客车地板骨架分片焊接、侧围骨架分片焊接、车架分片焊接等。当应用技术成熟和积累了一定的专用夹具设计经验后，再在客车整车骨架焊接和车架总成焊接中推广和应用。
焊接机械手的应用是个系统工程，单个采用焊接机械手不能达到事半功倍的要求，必须从整体结构、操作流程、专业焊接夹具的设计（模块化）和物流等方面来考虑。
在起初的运用中可以挑选比较有代表性的车型和部件来设计方案。
根据选定的产品结构形式和焊接方式来选择一定品牌的焊接机械手，目前国内常选择的是松下和OTC等品牌。
举例说明如下：根据KLQ6119、KLQ6129Q等5种车型的地板骨架焊接，设计系统采用一台固定的焊接机器人作业，配置有左右两个工位，在一个工位焊接的同时，另一工位用于装载和卸载工件。工件的定位块安装在横梁与纵梁上，横、纵梁紧固在外围的活动框架上，再通过定位销与工装的固定框架相连。定位块、横梁、纵梁以及活动框架组成一个相对固定的定位模组，通过整体吊装切换定位模组，便可以快速更换不同的焊接工件。设计的3组卸料联动凸轮机构，用于方便实现工件的卸载。工装框架的翻转变位由电机完成，在工装框架翻转过程中，为防止操作工人的手臂误伸入其中，专门设计有防夹伤传感装置，以确保工作的安全性。整套焊接系统的操作，包括工件的装载和卸载，只需一个工人完成，从而最大限度地降低劳动力成本。
2操作流程及专用夹具设计
根据焊接机械手使用的特点，结合客车部件焊接的操作规程来设计焊接机械手操作的流程。专用夹具应保证工件精确定位、电动灵活翻转、快速模组切换、方便的卸料机构、人力成本降至最低、安全保護装置。
其中工装活动框架设计模块化结构，采用100X50X5及50X40X3空心矩型钢管为框架主体结构，保证框架与翻转机构连接后自身强度，所有焊接后的工装活动框架模块可以叠加存放节约生产空间。
专用夹具的制作精度要满足使用要求。焊接变位机械的工作台，多是作回转和倾斜运动，焊件随工作台运动时，其焊缝上产生的弧线误差，不仅与回转运动和倾斜运动的转角误差有关，而且与焊缝微段的回转半径和倾斜半径成正比。焊缝距回转、倾斜中心越远，在同一转角误差情况下产生的弧线误差就越大。通常，焊接机器人的定位精度多在0.1～1mm之间，与此相匹配，焊件变位机械的定位精度也应在此范围内。
3铁路客车制造中焊接机械手的应用
铁路客车制造中常用的焊接机械手有下面两种类型，一是无外围装置的焊接机械手，二是添加变位机和传感器设备的焊接机械手，下面进行具体探讨。
3.1无外围装置的焊接机械手的应用
无外围装置的焊接机械手就是标准的焊接机械手本体，其不包含任何变位机和传感器系统，通常有6轴机械手，该系统适合焊接长度在1.2m以下的需要较大焊接量的机车部件，铁路客车转向架的横梁具有方形的几何结构，有4道焊缝，板材厚度在16mm，每个焊缝的长度大约1.1m，具有V字形状的坡口，需要焊接3层，因此所需要的焊接量非常大，在其焊接中配合使用焊接变位机，可以实现与机械手的协同工作，这样可以以最小的投资实现对构架衡量的自动焊接工作。
3.2添加变位机和传感器设备的焊接机械手的应用
3.2.1龙门配头尾架变位器的焊接机械手的应用
该机械手的结构为龙门架上悬挂标准的焊接机械手，龙门支持机械手可以在其上移动6m左右，龙门下面是一个可以调节行程的头尾架变位器，同时配置有电弧传感器、接触传感器、自动清理焊枪的外围配置等，该机械手多用于客车构架直侧梁的焊接，直侧梁厚度为16mm，长度约4m左右，每道焊缝的长度为4m，焊接层为3层，这种较大的焊接量为机械手的使用提供了空间，也显示了机械手使用的优越性。
3.2.2龙门配框架式双轴变位机的焊接机械手的应用
客车准高速构架侧梁焊缝是曲线与直线的组合，而要保证机械手焊接的质量，所有的焊缝应该在水平位置进行焊接，如果使用单轴变位器进行焊接，就必须在曲线位置实施立焊，否则不能保证焊接的质量。因此对于这样的客车准高速构架侧梁，应该采取框架式变位机和龙门机构相配合，使焊接机械手和焊接工件实现协同移动，从而保证焊缝在水平位置进行焊接，为了确保焊接作业以一定的速度效率进行，使用效率比单丝焊高一倍的双丝焊进行焊接。
3.2.3配置L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手的应用
动车侧梁、客车构架的摇枕等工件的焊缝是一个闭环式的焊缝，如果使用头尾架或框架式的焊接变位机，就会在卡具夹持部分形成一个焊接盲区，这种情况下使用L型双轴变位器，以工件中心空位进行夹紧固定，就可以实现水平焊接，由于焊接工件的长度在3米左右，因此使用L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手对工件进行焊接时，必须将工件两端锁死。
3.2.4配置悬臂式行走机构焊接机械手的应用
铁路客车的车顶需要2条25m长纵横焊缝和28条3m长的环焊缝，因此需要的焊接量很大，使用手工方式对车顶腰横缝进行焊接时，其质量很难保证，为此需要使用在一个悬臂式行走机构上悬挂2个焊接机械手，悬臂可以在地面上前后移动30m的距离，悬臂上的2个焊接机械手就可以自动地完成车顶所有的纵横焊缝的焊接，使用激光传感器对焊缝进行跟踪，这样可以很好的保证焊接质量。
3.2.5铝合金客车部件焊接机械手的应用
铝合金客车的牵引梁、枕梁等工件中引入了焊接机械手进行焊接，设备的基本组成为一个悬臂式焊接机械手固定在长度为10米的轨道上并且可以移动行走，在轨道和焊接机械手的下方搭建焊接平台，铝合金工件使用气动卡具固定在平台上，配备激光传感器的机械手负责对铝合金工件进行焊接，这样可以获得稳定的焊接质量和可观的焊接速度。
结论
焊接机械手是国外发达国家应用最为普遍的一种自动焊技术，其焊接质量和效率大大优于手工焊和其它焊接专机。我公司今年引进和推广焊接机械手技术，是在客车制造行业制造工艺的一种突破，是由密集的手工制作向自动化生产发展进程的开始。焊接机械手的广泛应用对企业产能的迅速提升和产品品质的保证奠定了基础，一定程度上消除人员变化对企业发展的影响，对客车制造技术有很大的提升。
参考文献
[1]方军.焊接机械手在客车制造中的应用[J].客车技术与研究，2017，（5）.
[2]张兰青.振动轮自动焊接机械手的开发应用[J].建设机械技术与管理，2017，（5）.
[3]张兰青.压路机振动轮自动焊接机械手的开发应用[J].机电技术，2017，（2）.
[4]何广忠，韩凤武，刘志泰，等.转向架焊接机械手离线编程系统的选择与应用讨论[J].机车车辆工艺，2017，（1）.
（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）