книги из ГПНТБ / Чвертко А.И. Установки и станки для электродуговой сварки и наплавки

ющую программу, и отсутствует дополнительная система (ус­ тройство) отработки расчетной программы с опережением т.

При т = 0 и т ^ гсв ;системы АУТСД (рис. 121) инва­ риантны относительно погрешностей изготовления сварива­ емых элементов и их сборки, погрешности фиксации изделия

Таблица 7

Классификация систем автоматического управления траекторией сварочного движения в зависимости от вида применяемых средств задания программы движения (вида программоносителя)

св И Т /св

темы не обладают инвариантностью относительно сварочных деформаций, за исключением тех случаев, когда корректи­ рующая программа жестко «привязана» к изделию, например нанесена на поверхности изделия в виде геометрического аналога линии стыка.

Классификация систем АУТСД по виду средств, исполь­ зуемых для задания программ, представлена в виде табл. 7, в которой отдельные клетки соответствуют возможным ком­ бинациям средств задания расчетной и корректирующей программы, т. е. различным видам рассматриваемых систем.

201

В таблицу включены и некомбинированные системы типа 10, а также системы 20 и 30. В данном разделе рассмотрены наиболее сложные типы систем (24, 31 и др.).

Расчет и конструирование систем АУТСД с расчетной и корректирующей программами имеют ряд особенностей, определяемых содержанием этих программ с учетом специ­ фики электродугового сварочного процесса.

Расчетная программа содержит информацию о номи­ нальных значениях координат линии стыка и составляется по данным, имеющимся в чертежах изделия. Требований к системе задания и отработки расчетной программы опре­ деляются формой расчетной линии стыка, наибольшей ско­ ростью сварочного движения, допускаемой неравномернос­ тью скорости и заданной точностью отработки, а также тех­ нологией и техникой сварки.

Расчетная линия стыка, произвольно расположенная в пространстве, может быть задана системой уравнений, на­ пример

(30)

или в табличном виде. На основании этих данных и требова­ ний технологии и техники сварки расчетная программа дви­ жений рабочих органов сварочной установки при сварке одной головкой может быть представлена в общем случае в параметрической форме в виде соответствующего набора из ряда следующих функций: X — X (t); Y = У (/); Z = Z (/);

наты изделия; t — независимый параметр, обычно время. Часть из этих девяти функций (обычно две или три, а в

сварочных станках с системами ЦПУ и более) принимаются в качестве основных координат и определяют положение сты­ ка в рабочем пространстве сварочной установки (станка). Остальные функции используются в необходимом количе­ стве как вспомогательные координаты для определения положения сварочного рабочего органа и изделия относи­ тельно точки сварки в соответствии с требованиями техно­ логии и техники сварки. Системы подготовки и отработки расчетной программы наиболее просты в тех случаях, когда основные координаты не зависят от вспомогательных. На­ пример, основные координаты X, Y, Z не зависят от вспомо-

202

гательных угловых координат, если оси, вокруг которых происходит поворот сварочного рабочего органа или изде­ лия, проходят через точку сварки.

Расчетная программа должна учитывать, что модуль скорости движения dL центра зоны нагрева по изделию, рав­

ный скорости сварки ѵсв, определяется как модуль вектор­ ной суммы скоростей движения по основным координатам (L — длина пути центра зоны нагрева по изделию). В част­ ности, для декартовой прямоугольной системы координат

а для цилиндрической —

Величина ѵсв и ее зависимости от L определяются требо-

= ѵсв = const. Параметр t наиболее удобно задавать с по­ мощью отдельного привода со скоростью вращения отсчетного вала со, или с помощью источника импульсов с частотой ft. Обычно расчетная программа содержит только геометри­ ческую информацию о заданной траектории движения, и ве­ личина усв может быть задана путем изменения величины со* или ft, которые, в свою очередь, устанавливаются постоян­ ными для данной операции, либо изменяются в ходе опера­ ции (пропорционально требуемой величине ѵсв) предпочти­ тельно в функции L или одной из основных координат.

Одной из наиболее простых систем, обеспечивающих Пев = const при сварке швов сложной формы в двух коорди­ натах, является система с приводным копирующим роликом и магнитным или кинематическим зацеплением между роли­ ком и копиром. Ролик радиусом г вращается со скоростью a t, постоянной для данной операции,

При сварке швов, близких к прямолинейным или кру­ говым, форма и расположение линии стыка обычно такие, что при движении вдоль заданной траектории изменяется,

203

главным образом, одна из основных координат (например X или ер), а остальные меняются незначительно. Для этого слу­ чая соотношения (31) и (32) можно представить в виде

Следовательно, для швов, близких к прямолинейным и круговым, в качестве независимого параметра (для задания расчетной программы в параметрической форме) удобно принимать основную координату, что позволяет для этой координаты выполнить привод независимьм, а скорость движения принять равной скорости сварки. Остальные ко­ ординаты задаются и отрабатываются в функции независи­ мой координаты, и система АУТСД существенно упрощается.

Для швов, близких к прямолинейным и круговым, си­ стему координат целесообразно выбирать таким образом, чтобы перемещение по координате X или ф соответство­ вало сварочному движению (вдоль линии стыка), по коорди­ нате Y — движению поперек оси сварочной дуги и линии стыка, по координате Z — движению вдоль оси дуги. Тогда погрешность отработки по координате Y приводит только к смещению средней линии валика переплавленного метал­ ла относительно средней линии стыка, а погрешность отрабо­ тки по координате Z вызывает только отклонение параметров режима сварки от заданных значений и ухудшает формирова­ ние шва.

При значительном отличии линии стыка от прямой или окружности иногда также целесообразно использовать в качестве задающего привод одной из основных координат.

При этом с целью получения ~ = ѵсв = const необходимо

задающий привод выполнить зависимым, т. е. скорость от­ работки соответствующей координаты автоматически изме­ нять в зависимости от наличия движения по остальным основным координатам, например в соответствии с соотно­ шениями (31) или (32). Системы с зависимым задающим дви­ жением по одной из основных координат относительно прос­ то реализуются для двух координат.

204

Существуют системы автоматического управления тра­ екторией с взаимозависимыми приводами по координатам. Так, получили распространение в металлообработке и мо­ гут быть применены в сварке двухкоординатные системы, работающие по копиру и реализующие зависимость

Корректирующая программа содержит информацию о рассогласовании расчетной программѣ с фактическим по­ ложением линии стыка на данном экземпляре изделия. Тре­ бования к системе задания и отработки корректирующей программы определяются наибольшей величиной рассогла­ сования, наибольшей скоростью изменения этого рассогла­ сования и заданной точностью отработки.

Для выбора и расчета узлов и блоков системы АУТСД, участвующих в получении, хранении и преобразованиях информации корректирующей программы, необходимо иметь объективные оценки требуемых значений следующих параметров: рабочей части хода корректора, наибольших величин скорости и ускорения корректировочного движе­ ния вдоль соответствующих координат, а для дискретных систем —также наибольшего объема информации в коррек­ тирующей программе и наибольшей плотности потока импульсов, отнесенной к единице длины расчетной линии сты­ ка. Так как рассогласование между фактическим положе­ нием средней линии стыка и расчетной программой опреде­ ляется случайными факторами, то для получения расчетных значений указанных параметров следует применять методы и аппарат математической статистики. Наиболее просто по­ лучить исходные статистические данные для этого расчета, если система АУТСД разрабатывается для уже существую­ щего сварочного оборудования. При одновременной разра­ ботке системы АУТСД и сварочного оборудования исходные статистические данные можно получить, используя свароч­ ные установки подобных типов или измерительные стенды.

205

Для получения исходных статистических данных может быть рекомендована методика, которая излагается ниже применительно к электродуговой сварке, как наиболее рас­ пространенному виду сварки, однако она легко может быть распространена и на многие другие виды сварки. Рассмот­ рим только такие швы, у которых резкие изгибы и изломы отсутствуют. На корректоре сварочной установки или ма­ кета крепят прибор, позволяющий производить визуальное или автоматическое измерение соответствующей координаты корректора, например ДУ. В сварочную позицию последо-

л у ч е н н ы х з н а ч е н и й к о о р д и н а т ы Д У п р и о п р е д е л е н и и н а и б о л ь ш е й р а с ч е т н о й

вательно устанавливают изделия, подлежащие сварке. Элект­ род или имитатор электрода совмещают с линией стыка и измерения производят в точках отсчета, которые располага­ ют вдоль траектории сварочного движения таким образом, чтобы отрезки средней линии стыка длиной /0 между двумя соседними точками можно было считать прямолинейными с погрешностью, не превышающей примерно 0,2 допуска б на смещение оси электрода со средней линии стыка, т. е. та­ кой величины, которой для данного вида и режима сварки можно пренебречь. Опыт показал, что, например, для элект­ родуговой сварки стальных изделий можно приближенно

206

где / принимает значение 1, 2..... т — 1, причем соответ­ ствующее значение yKtj относится к середине отрезка линии стыка длиной /0 между точками /' и / -J- 1. Величина Ук без­ размерная и представляет собой приближенное значение пер­ вой производной от функции АY — f (Lp), гдѳЕр — длина

расчетной траектории сварочного движения, YK — относи­ тельная скорость корректировочного движения.

Совокупность значений YK, определенных путем обра­ ботки матрицы (38) по формуле (40), записываем в следую­ щем виде:

Совокупность значений Ук, определенных путем обра­ ботки ряда (39) по формуле (40), записываем в виде простого статистического ряда

Получив таким образом исходные статистические дан­ ные в виде матриц (38) и (41) для изделий с ограниченной длиной шва и в виде рядов (39) и (42) для изделий с неогра­ ниченной длиной шва, перейдем к определению рабочей части хода корректора S AY и наибольшей (по абсолютной величи­ не) скорости корректировочного движения | пк |тах.

Если закон распределения случайных величин АY и YK неизвестен, а величина выборки может быть достаточно боль­ шой, то для получения приближенных оценок величин S AY и I ѵк |max можно воспользоваться следующими простыми соотношениями:

208

ются условия Аг//т |П< Ау, < Дг//тах и 0 < I г/к/1< | ук/|тах соответственно, определяется по формуле [17].

р = 0,995 при следующих сочетаниях значений q и п:

Как видно из приведенных числовых данных, оценки, полученные из соотношений (43) и (44), вполне могут слу­ жить исходными данными для расчета с учетом того, что пол­ ный ход корректора обычно принимается равным 1,2—1,5 рабочей части хода, а привод отработки корректировочного движения, как и большинство следящих приводов, рассчи­ тывается с запасом по скорости, составляющим 10—20%.

Если закон распределения случайных величин АУ и Уи известен или может быть получен, то величины 5ду и І^кіта* могут быть определены с большей точностью. На­ пример, при нормальном практически неусеченном законе

распределения величин АУ и Ук параметры 5ду и |пк|тах можно определить (с вероятностью 0,997) по следующим формулам:

для изделий с ограниченной длиной шва (рис. 121, б, в) —

5Ду = [УИ; (АУ) + За) (АУ)]тах - [М/‘ (ДУ) - За;* (АУ)]тіп,

(46)

где M) (АУ) — среднее значение АУ в точках У; о". (АУ)

— стандартное отклонение величины АУ в точках /; М* (Ук)

— среднее значение Ук на отрезках линии стыка между точми / и У+ 1; о, (Ук) — стандартное отклонение величины Ук на отрезках линии стыка между точками j и /+ 1 ;

Ѣ А %

Л4*;(АУ) = -=>-— ;

A4*(ДК) =

Предпосылки для применения в ряде случаев формул, вытекающих из нормального закона распределения величи­

ны AY и, следовательно, YK, при определении величин S AY и І^кітах следующие. Во-первых, рассогласование ДY между фактическим положением линии стыка и расчетной траек­ торией сварочного движения есть результат совместного действия ряда случайных факторов, а, согласно центральной предельной теореме теории вероятностей, закон распреде­ ления суммы случайных величин стремится к нормальному. Во-вторых, числовые характеристики ряда указанных фак­ торов (погрешности изготовления, сборки и фиксации) рас­ пределены, как правило, по нормальному закону. Проверка соответствия характера распределения величины ÄF нор­ мальному закону может быть выполнена при необходимос­ ти с помощью одного из известных методов [17].

210