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

При сварке швов с плавно изменяющейся кривизной рассогласование между средней линией стыка и расчетной траекторией сварочного движения изменяется, как правило, чрезвычайно медленно. Статическая нагрузка на привод корректора обычно весьма невелика и определяется, глав­ ным образом, силами трения в направляющих корректора. Приведенный момент инерции нагрузки в рассматриваемых случаях весьма мал и поэтому суммарный приведенный момент инерции на роторе приводного электродвигателя корректора можно приближенно принять равным не более 1,1—1,2 момента инерции ротора электродвигателя.

Таким образом, методику определения оптимальной величины передаточного отношения ір редуктора исполни­ тельного механизма следящей системы в данном случае мож­ но свести к расчету по формуле

где швых — угловая скорость выходного вала редуктора, при которой скорость корректировочного движения равна Klmaxi швх — угловая скорость входного вала редуктора (обычно это скорость вращения ротора электродвигателя); кзап — коэффициент запаса, обычно принимаемый равным 0,8—0,9.

Ориентировочное задание величины |ик]тах, обычно при­ нятое в практике и не основанное на объективном анализе параметров рассогласования между средней линией стыка и расчетной траекторией сварочного движения, как правило, приводит к завышению значения передаточного отношения /р редуктора привода корректора, т. е. к увеличению, по сравнению с оптимальным, значения передаточного коэффи­ циента в механической части системы отработки корректиро­ вочного движения. Это ухудшает характеристики системы при прочих равных условиях либо требует ее усложнения для получения заданных характеристик, что нецелесообразно.

Во многих случаях привод корректора служит одновре­

статочно большой (не менее 2 мм/сек) с тем, чтобы время на первоначальное совмещение электрода со стыком перед на­

ки. Действительно, даже при скорости сварки 180 м/ч, или 50 мм/сек система, в которой |цк|тах — 2 мм/сек, позволяет отработать «уход» линии стыка от расчетной траектории сварочного движения, достигающий 4 мм на 100 мм линии шва. Такая неточная подготовка линии стыка практически не встречается в изделиях, свариваемых автоматической сваркой. Поэтому при необходимости сохранения большой скорости ручной корректировки в качестве одного из воз­ можных решений можно рекомендовать применение коррек­ тора с разделенными независимыми приводами: один - для ручного управления корректором (с помощью махович­ ка или кнопок управления), а другой —для автоматическо­ го направления электрода по стыку. При этом оптимальное

Одним из наиболее перспективных типов систем с про­ межуточным носителем корректирующей программы явля­ ются системы дискретного (импульсного) типа. В полностью дискретных системах отработка корректирующей програм­ мы производится шаговым приводом, что позволяет упрос­ тить систему в целом благодаря отсутствию в таком приводе обратной связи и возможности построения схемы управле­ ния целиком на серийно выпускаемых функциональных блоках дискретной техники.

Для расчета корректирующих систем дискретного типа необходимы следующие исходные данные: наибольшее общее числоУѴтах импульсов в корректирующей программе; наиболь­ шая плотность Хтах потока импульсов корректирующей про­ граммы, отнесенная к единице длины расчетной траектории, или наименьшее расчетное расстояние L0.m)n между двумя соседними импульсами вдоль расчетной траектории движе­ ния; наибольшая частота fK.max считывания и отработки импульсов корректирующей программы при сварке.

Значения пг, п2,.. , п{..... ппслучайной величины УѴмож­

известен, а величина выборки может быть достаточно боль­ шой, то приближенная оценка величины N max может быть

212

принята равной щ тах. Если закон распределения известен или может быть определен, то оценка величины N mm мо­ жет быть получена с большей точностью. Например, при нор­ мальном практически неусеченном законе распределения величины Д У, а следовательно Л/\ величину NmZnможно оп­ ределить (с вероятностью 0,997) по формуле

где М* (N) — среднее значение N, a* (N) — стандартное

отклонение величины N\

П

2 я* М* (N) = ;

П

Наибольшая плотность Хтах потока импульсов коррек­ тирующей программы, отнесенная к единице длины расчет­ ной траектории сварочного движения, может быть опреде­ лена по следующим формулам:

при неизвестном законе распределения величины ЛК

Наименьшее расстояние вдоль расчетной траектории сва­ рочного движения между двумя соседними импульсами кор­ ректирующей программы определяется по формуле

Формулы (53), (54), (55) не учитывают погрешность Yd измерительной системы, используемой для получения ин­ формации корректирующей программы. Эту погрешность обычно принимают распределенной по нормальному закону, и если известно стандартное отклонение о* (Уа), то расчет­ ная величина параметра L omin определяется соотношением (рис. 123)

213

Так как tg a = Ук, то расчетная величина параметра А,тах может быть определена по следующим формулам:

при неизвестном законе распределения величины ДY

при нормальном практически неусеченном законе

ім ; ( У к)і + за;(кк)]тах

Систематическая составляющая погрешности измери­ тельной системы влияет на точность направления оси сва-

Рис. 123. Графики для определения наи­ меньшего расчетного расстояния между двумя соседними импульсами корректи­ рующей программы:

L - — « в ы п р я м л е н н а я » р а с ч е т н а я т р а е к т о р и я ;

д У — к о о р д и н а т а к о р р е к т о р а ; / - / - г - ф а к т и ­ ч е с к о е п о л о ж е н и е у ч а с т к а л и н и и с т ы к а с н а и ­ б о л ь ш и м у г л о м н а к л о н а а т а х о т н о с и т е л ь н о

« в ы п р я м л е н н о й » р а с ч е т н о й т р а е к т о р и и .

рочного рабочего органа по средней линии стыка и не ока­ зывает влияния на величины Лтах.р и Е0.т |П.р-

Из формул (48) и (50) видно, что при

o*(Yd)>-jLf S0^Q,236S0

величина

т. е. возможно (с вероятностью, не меньшей, чем 0,003) про­ хождение двух и более импульсов от измерительной системы за время перемещения датчика вдоль линии стыка на нич­ тожно малую величину. Если условие (59) может оказать­ ся выполненным, например в системах с ручной записью корректирующей программы на холостом проходе, необхо­ димо предусмотреть фильтр между импульсным преобра­ зователем измерительной системы и промежуточным про­

.214

граммоносителем. Назначение этого фильтра — удлинять чрезмерно короткие интервалы между соседними импуль­ сами до заданной величины, определяемой параметрами дискретной системы записи и отработки программы.

Наибольшая частота следования импульсов корректи­ рующей программы определяется по формуле

тип носителя корректирующей программы, представляемой в унитарном коде, определить число ячеек памяти в этом программоносителе и произвести выбор и расчет привода отработки.

Очевидно, чем меньше величина S&y, YK и, следователь­ но, N mах, Ä-max.p и / к .ш ах, тем проще механизмы и блоки системы задания и отработки корректирующей программы.

ную программу к прямой или окружности, а корректирую­ щую программу усложнить введением в нее части информа­ ции расчетной программы.

Рассмотрим пример, показывающий, что сложность си­ стемы АУТСД в целом зависит не только от формы линии стыка, но и от построения технологического процесса.

Предположим, что в условиях поточного производства требуется сварить стык, линия которого представляет собой ломаную, состоящую из нескольких отрезков прямых, рас­ положенных в плоскости координат X — Y под некоторым небольшим углом друг к другу. Пусть качественная сварка возможна только при наличии корректировочного движе­ ния, но информацию о положении линии стыка в точке свар­ ки получить невозможно вследствие конструктивных осо­ бенностей изделия. Расположение датчика линии стыка впереди зоны сварки позволяет принять т = 0 только на прямолинейных участках шва.

Для рассматриваемого случая, по-видимому, возможны четыре варианта системы АУТСД, в которых расчетная программа задана: в виде копира, соответствующего форме всей линии стыка; в виде прямолинейной направляющей, расположенной вдоль всего стыка; в виде прямолинейной направляющей, поочередно устанавливаемой параллельно

215

прямолинейным участкам линии стыка; в виде прямолиней­ ной направляющей для каждого прямолинейного участка.

При первом варианте величины S&y и N mzx имеют наи­ меньшее значение. Величина Y K и, следовательно, А.тах р и /к max имеют тот же порядок, что и для расчетной програм­ мы, так как линия стыка с изломами. Система отработки расчетной программы достаточно громоздка. В целом си­ стема АУТСД весьма сложна.

При втором варианте величины 5 дк, Nmax, Ук А,тахР, / к ш а х имеют тот же порядок, что и для расчетной программы. Механизмы отработки корректирующей программы более сложные и громоздкие, а система отработки расчетной про­ граммы более простая, чем при первом варианте.

При первых двух вариантах система АУТСД значи­ тельно усложнена из-за необходимости запоминания коррек­

наименьшие значения, и система отработки корректиру­ ющей программы оказывается наиболее простой. Система задания и отработки расчетной программы весьма проста. Запоминание информации корректирующей программы не

Перемещение направляющей (расчетной программы) в ряд последовательных положений, соответствующих свар­ ке отдельных участков ломаного шва, может быть легко ав­ томатизировано с помощью простой системы позиционного программного управления.

Четвертый вариант отличается от предыдущего тем, что для каждого прямолинейного участка шва имеется стацио­ нарная направляющая. Это позволяет значительно увели­ чить производительность благодаря одновременной сварке несколькими сварочными головками.

При окончательном выборе варианта системы АУТСД для рассматриваемого примера необходимо принять во внимание возможность и целесообразность ручной заварки участков шва на стыке прямых отрезков этого шва (штучными элект­ родами или шланговым полуавтоматом) либо перекрытия этих участков при автоматической сварке прямых отрезков.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют конструк­ тивные решения и технологические возможности известных комбинированных инвариантных систем.

216

Одной из типичных систем с корректировкой расчетной программы по данным о положении линии стыка, получае­ мым в зоне сварки (по табл. 7 — система типа 31), является система, разработанная [34] для приварки бобышек к листо­ вым конструкциям. Система отрабатывалась на сварке узла

«бугель — вертикальный лист», являющегося частью

Рис. 124. Рабочий орган комбинированной системы: а — сварной увел «бугель-вертикальный лист» (упрощенно); б — копировально-следящий механизм прямого действия для корректировки программы по изделию:

/ — о с ь к а ч а н и я м у н д ш т у к а ; 2 — к о п н р н ы й р о л и к ; 3 — п р и в а р и в а е м ы й э л е ­ м ен т; 4 — л и с т ; 5 — э л е к т р о д ; 6 — к а ч а ю щ а я с я ч а с т ь м у н д ш т у к а ; 7 — п р у ­ ж и н а .

корпуса дизеля Д100 (рис. 124, а). Расчетная программа составляется исходя из чертежа изделия и отрабатывается импульсно-шаговой системой по координатам X и Y. Цена импульса программы линейных перемещений — 1,0 мм. Кроме этого, программируется угол а, определяемый поло­ жением нормали в плоскости X —Y к контуру приваривае­ мой бобышки в точке сварки. Цена импульса программы по координате а составляет 10°. Угол а отрабатывается шаго­ вым приводом поворота мундштука вокруг вертикальной оси, проходящей через воспроизводящую точку (точку сварки).

217

Корректировка программы по изделию осуществляется благодаря тому, что рабочая часть мундштука (рис. 124, б) крепится шарнирно к остальной его части таким образом, что под действием пружины копирный ролик, электрически изолированный от мундштука постоянно прижат к контуру привариваемого элемента и копирует его фактическое по­ ложение. В результате этого электрод всегда направлен на линию стыка листа и привариваемого к нему элемента.

Ось качания рабочей части мундштука перпендикулярна плоскости изгиба его и оси поворота (по координате а ) . Ось поворота мундштука проходит через воспроизводящую точку, траектория которой — расчетный контур приваривае­ мого элемента. При сварке привод координаты а поворачи­ вает мундштук в соответствии с программой, которая со­ ставляется так, чтобы вертикальная плоскость изгиба рабо­ чей части мундштука оставалась приблизительно перпенди­ кулярной к линии шва в точке сварки. Благодаря этому •система корректировки программы выполнена в виде про­ стейшего однокоординатного копировально-следящего меха­ низма прямого действия, дополняющего функциональную {непрерывную) систему ЦПУ импульсно-шагового типа.

Подобные механизмы корректировки (однокоординатные прямого действия), но установленные на неповорачивающем­ ся сварочном рабочем органе, применяются, например, при •сварке корпусов прямоугольных конденсаторов на установ­ ке типа А450 (см. рис. 92) и на установке фирмы Elin при сварке круговых швов бочек (см. рис. 32).

Широкие технологические возможности открывает воз­ можность использования в качестве датчика одной из ко­ ординат (перемещение вдоль оси электрода) измерителя рас­ согласования между заданным и фактическим напряжением сварочной дуги. Это наиболее просто выполнить при свар­ ке неплавящимся электродом. При изменении расстояния между концом электрода и поверхностью изделия в точке сварки, возникающем вследствие отклонения положения поверхности изделия от расчетного, а также износа (обгорания) неплавящегося электрода, появляется сигнал рас­ согласования в виде изменения падения напряжения на дуге, который используется для управления положением подвижной части корректора, смещающего сварочную го­ релку вдоль оси электрода.

Система управления аналогового типа, в которой в ка­ честве датчика применен измеритель рассогласования между

218

заданным и фактическим напряжением сварочной дуги, была использована в США при сварке ответственных изделий [49].

Сварочная головка перемещается по направляющему криволинейному рельсу (рис. 125) на роликах,закреплен­ ных шарнирно. Это перемещение (координата ^осущ еств­ ляется с помощью привода со звездочкой, расположенного на сварочной головке, и двухзвенной цепи, натянутой в па­ зу рельса. Скорости сварки: неплавящимся вольфрамовым

Рис. 125. Сварочная головка с аналоговым вычислительным устройством:

/ — г о р е л к а ; 2 — н а п р а в л я ю щ а я ; 3 — и з д е л и е .

На сварочной головке смонтирован механизм стабилизации дугового промежутка по напряжению дуги. Регулирование осуществляется двигателем, перемещающим штангу сва­ рочной горелки поперек направления движения сварочной головки на изделие и от изделия (координата Y). Штанга несет механизм поворота сварочной горелки вокруг точки сварки на ±40° (координата ср).

Система управления обеспечивает стабилизацию на­ пряжения дуги, сварочного тока и скорости сварки, а также поддержание положения оси электрода по перпендикуляру к поверхности изделия в точке сварки.

Расчетная программа перемещения вдоль линии шва за­ дана в виде направляющих, приблизительно эквидистант­ ных линии шва. Направляющие могут быть сменными. Кор­ ректировка программы осуществляется аналоговой системой.

219

Для стабилизации скорости сварки криволинейного шва, лежащего в плоскости X —Y или в любой плоскости, парал­ лельной X —Y . необходимо обеспечить выполнение следую­ щего условия (рис. 126, а):

перпендикулярно линии шва угол наклона оси электрода к оси Y также равен ф. Это условие используется в данной системе для ввода углаф в схему управления (рис. 126, б). Напряжение ± U y. вырабатываемое тахогенератором, уста­ новленным на двигателе привода штанги, пропорциональ­ но мгновенному значению скорости ѵу. Напряжение UCB, устанавливаемое движком потенциометра R CBпри настройке системы, пропорционально заданной скорости сварки. На­ пряжение, равное разности UCBsin ф — Uy, подается на уси­ литель, управляющий исполнительным двигателем привода координаты ф сварочной головки.

Движок синусного потенциометра R si„ поворачивается синхронно со сварочной горелкой. Поэтому вращение го­ релки продолжается до тех пор, пока разность UCBsin ф —

— Uу не станет равной нулю, т. е. ось электрода не окажет­ ся повернутой под углом ф к направлению поперечного пере­ мещения и, следовательно, перпендикулярной к плоскости изделия в точке сварки.

Для компенсации ошибки, вызванной кривизной направ­

D J.L

Величина —Щ— представляет собой поправочный коэф-

н

фициент, учитывающий кривизну рельса и расстояние между рельсом и свариваемым изделием; знак (± ) зависит от того,

220