技术背景
纵梁辊压成型加工工艺具备柔性化程度高，加工精度高、质量好及工序之间通过连线装置实现自动化流水生产等优点，可适应多品种、小批量的生产方式，目前已成为国内各重卡厂家的主流工艺。
纵梁辊压成型加工采用专用自动化加工设备，包括辊型机、三面冲数控冲孔机及机器人等离子切割机等，典型的工艺流程为辊压成型，三面数控冲孔，机器人等离子切割，抛丸处理，前宽后窄折弯。
纵梁辊压成型加工工艺虽然具备上述众多优点，但由于辊型机、三面冲数控冲孔机等对工件长度有限制条件，如辊型机要求纵梁长度≥3 m、三面冲数控冲孔机要求纵梁长度≥4 m（部分设备要求≥5 m），机器人等离子切割机一般要求纵梁长度≥4.5 m，进而限制了较短纵梁的加工生产，尤其是5 m以下短加强梁（加强梁也叫“副梁”）的全自动化流水线生产。常规生产工艺安排中，在满足辊型机、三面冲数控冲孔机对工件长度的要求前提下，在完成上述辊型加工工艺之后，还需将5 m以下的短加强梁移出线体，进行人工切断等相关加工。

短加强梁的结构特征
加强梁顾名思义是起加强作用，可按照使用需求对车架主梁进行局部或整体加强，因此在实际生产中，加强梁规格众多，长度范围一般是2～11 m，而部分牵引车型的加强梁长度约1.5～2.5 m，远超出辊型机、三面冲数控冲孔机等对工件长度的要求。车架典型短加强梁外形如图1所示，车架短加强梁规格参数如表所示。

短加强梁自动切割技术总体工艺设计
根据纵梁辊型加工的总体工艺流程分析，辊型、三面冲数控冲孔是整个工艺的核心，且辊型机、三面冲数控冲孔机属于大型复杂的高精度数控设备，其对纵梁最短长度有较严格要求。而切割等工序的加工设备可以通过进出料系统的结构改善，提高设备通过能力，满足短加强梁的加工要求。
根据上述分析，并结合原有线体外生产的经验，针对短加强梁采用倍尺和切断的加工工艺，即辊型、三面冲数控冲孔采用2～4倍的加强梁长度进行加工，再在切割工序按照产品设计长度和要求进行切断，变成2～4根加强梁。整体工艺流程为：辊型（2～4倍加强梁长度）→三面冲数控冲孔（2～4倍加强梁长度）→机器人等离子切割（切割成2～4根加强梁）→抛丸处理→前宽后窄折弯。

短加强梁切割设备构成及控制系统
短加强梁机器人等离子切割机主要由物料输送系统、机器人切割机系统、PLC数控系统、除尘系统以及视频监控系统等组成。为提高切割效率，采用双通道方式布置，短加强梁机器人等离子切割机平面布置如图2所示。

双通道机器人切割线为一台机器人配两条进出料传输通道，机器人在两条传输通道中间布置，采用一条通道传输时间与另一条通道切割时间重合的方式，机器人不间断地在两条传输通道上交替对工件进行切割，减少单根梁的生产时间，提高生产节拍。
1.短加强梁机器人等离子切割总体工艺流程
在连线总控系统的控制下，前序冲孔设备将信号传递给切割机上料装置，上料装置检测及判断后自动将工件从前序轨道吊运到切割机进料轨道上。进料装置将工件传输到切割房内，到位后前端自动定位、张紧；压紧装置启动，气缸推动压紧梁压紧工件，切割机控制系统自动调用对应的切割程序进行切割加工。机器人先切割纵梁两翼面，切割完毕后压紧装置回位，然后再切割腹面，最后进料装置使纵梁继续前进，检测系统检测纵梁到位后，机器人切割纵梁中间并切断。切割完毕后输送轨道将纵梁传出，下料行吊将工件吊运至下道工序。
生产线有手动和自动两种控制方式，在批量生产、全自动控制时，只需将旋钮旋至“自动”，整条生产线就会按照预先编好的程序运行。总体工艺流程如下：接收来料指令→上料行吊上料→进料辊道送料到初始检测位置→扫描识别→夹钳夹紧精确送料→前端定位、张紧→压紧梁压紧、回位→切割前端斜角→松开、夹钳进料→张紧、多倍尺中间切断→松开、单倍尺出料辊道出料→张紧、切割尾端斜角→松开、出料辊道出料（出料夹钳）→下料行吊下料。
2.工件上下料及输送系统
工件上下料及输送系统含自动上下料行吊装置、进料传输及进料夹钳系统、切割房内定位传输系统、压紧机构、出料传输及出料夹钳系统，其中进出料传输及夹钳系统是整个输送系统的关键，直接决定短梁的通过和输送能力。
（1）进料传输、夹钳系统
进料传输系统的传输机构与张紧机构交错布置，确保长度在3.7～12 m范围内的工件顺利传输。进料夹钳系统长度约15 m，具有X、Y方向二维行走功能，采用交流伺服电动机配合行星减速器驱动，保证移动准确。传输机构采用双直线导轨导向，齿轮、齿条在两直线导轨之间平稳运动。夹紧机构安装在悬臂架上用于夹持U形纵梁尾端翼面进行精确送料，当气液增压缸活塞伸出时，手爪张开；活塞退回时，抓取工件。装在手爪上的可换夹爪的形状与被抓零件的外形相适应，抓力大小的调节是靠改变工作压力实现的。在进料传输系统及夹钳系统的共同作用下，完成1.5～12 m长度工件的输送，输送速度在1～15 m/min范围内无级可调。进料传输及进料夹钳系统如图3所示。

（2）切割房内定位传输系统
切割房内定位传输系统由支撑横梁、驱动装置、辅助支撑轮、横向张紧机构组成。在进料夹钳的作用下，当工件前端定位完成后，控制系统利用接收到传来的工件号，向机器人发出控制指令，机器人调用对应工件的前端切割程序，切割完前端后，工件继续传输，当控制系统检测到工件末端快进入切割区时，夹钳机构低速行驶到指定位置制动使工件停止，工件张紧，控制系统向机器人发出指令，让机器人调用对应工件的尾端或者倍尺切割程序，切割完成后，由出料机构送出。
（3）出料传输、夹钳系统
出料传输系统由多组传输机构及张紧机构组成，结构同进料传输系统，当工件尾端传输到出料系统尾端检查位置时，出料系统停止传输，控制系统向下道工序发出完工信号，同时发出完工的零件号。出料夹钳系统结构同进料夹钳系统，其长度4.5 m。该机构只用于切割房内切割后长度1.5 m范围内的工件辅助传输，当工件传输至出料传输系统第一组翼面驱动传输机构后约0.4 m时，出料夹钳系统停止传输，控制系统向下道工序发出完工信号，其后传输由出料传输系统完成。在出料传输系统及出料夹钳系统的共同作用下，完成1.5～12 m长度工件的输送，输送速度在1～15 m/min范围内无级可调。出料传输及出料夹钳系统如图4所示。

3.机器人切割机系统
机器人切割系统由机器人、等离子电源及废料输出装置等组成。切割系统安装在切割房内，在切割前端、尾端斜角和长圆孔时，压紧梁移动到无机器人一侧，在切割纵梁的翼面时，压紧梁移动到纵梁上方压紧，压紧梁采用整梁结构，保证纵梁切割区域受力均匀，不会产生波浪，有利于后续工序的加工，工件切割时产生的废料自动掉入废料排出系统中排出。
(1)机器人
机器人是实现柔性化、自动化生产的关键。机器人控制系统可以存储数千套程序，对不同型号的工件可以调用相应的程序进行切割。机器人采用ABB公司的IBR6640工业用机器人，六轴联动控制，有效切割范围0～3.6 m，能够完成纵梁翼面和腹面的复杂曲线切割。机器人采用铸造专家级，防护等级达到IP67，环境适应能力强，适用于等离子切割房内高粉尘环境。机器人腕端配有防碰撞传感器，防止机器人在运动过程中误动作而损坏等离子割枪。
(2)等离子电源
等离子电源的选择需要根据工件类型、切割厚度、切割质量及切割生产节拍等因素来确定。本生产线的等离子电源采用海宝MAXPRO200电源以及配套的割枪、切割数控系统，该等离子电源的电流调整量最小为1 A，即0～200 A之间有200个档位供用户使用，选择范围大，可以根据工件厚度以及切割速度进行最佳匹配。根据实际使用经验，车架纵梁切割的电流一般选择在160～180  A之间，切割速度为2.5～4.5 m/min时，能够达到较佳的切割质量。
4.数据总控系统
采用PLC系统进行数据信息总体控制，人机界面通过集成MPI接口与PLC相连，同时借助Profibus现场总线技术将PLC、机器人以及变频器相连，进行所有控制信号和相关数据传输与交换。在该系统中，PLC是核心，它实现对机器人的起动、停止以及相关状态及动作的控制，还能调用和选择机器人加工程序；PLC也可以通过Profibus对变频器进行控制，完成工件的传输，包括运行起／停、正／反转及速度调节等。同时，PLC采集机器人以及变频器的工作状态，通过通信上传给人机界面，利用人机界面显示出来，从而构成一个先进的可视化的自动化控制系统。

结语
切割在纵梁加工工序中起着承上启下的作用，前与数控冲孔相接，后与表面处理工序相连，因此在切割节拍、加工质量及柔性化等方面有着严格的工艺要求。通过采用机器人等离子切割技术，并匹配合理的进出料输送装置系统、PLC数控系统以及除尘环保系统，有效实现了短加强梁的自动化切割，满足了柔性化生产要求，为商用车重卡车架短加强梁的外形切割加工探索出新的工艺方式。