книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

кассете. При этом трубки располагаются вертикально, а доски — горизонтально. Трубки привариваются к верхней доске поочеред­ но. Процесс сварки осуществляется при вращении стола вместе с изделием вокруг оси привариваемой трубки. Таким образом, во время сварки трубка вращается относительно неподвижной элект­ ронной пушки 4. При переходе на сварку следующей трубки стол перемещается на один шаг — до совпадения оси этой трубки с осью вращения стола. Это дозированное перемещение осуществляется при помощи специальных суппортов — центросместителей, снабженных электроприводом 7. Все манипуляции производятся оператором

сцентрального пульта управления 6.

■Шаг перемещения стола і можно регулировать с помощью смен­ ных шестерен привода в зависимости от диаметра трубок: t — 1,1 d, где d — диаметр трубки.

После вварки трубок в первую доску вся кассета переворачи­ вается на 180°, после чего трубные доски меняются местами и труб­ ки ввариваются во вторую доску. Дополнительно к установке при­ лагается механизм для сварки изделий методом строчной развертки.

Максимальная площадь сварки: 80 х 80 мм. Размеры трубок: диаметр 5— 10 мм; длина 1000 мм; толщина стенки 0,2— 1,0 мм; толщина трубной доски 7 мм.

Скорость сварки 0,5—2,5 м/мин. Вакуум 5 • ІО-5 доЮ-5 мм pm. cm.

Многие из рассмотренных специализированных установок и ма­ шин IV'Класса, хотя и не принадлежат к категории машин-автома­ тов, но в них заложено настолько много элементов автоматики, что их можно было бы назвать автоматизированными. Однако от­ сутствие автоматического управления машиной в целом не позво­ ляет отнести их к VI классу машин-автоматов, так как главным признаком оборудования VI класса является автоматическая си­ стема управления.

§ 16. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ И МАШИНАМИ V, VII И IX КЛАССОВ

Комплексная автоматизация сварочного производства реализу­ ется с помощью оборудования V, VII и IX классов.

Автоматическое управление машинами и агрегатами V, VII и IX классов (в том числе программное) может быть осуществлено по одной из следующих систем: кулачковой системе управления; системе с командоаппаратом; рефлекторной системе последователь­ ного управления; копировальной системе управления; системе управления с быстросменными программоносителями (перфокартами

277

и перфолентами, магнитными лентами и барабанами); смешанным системам управления. Рассмотрим каждую из них в отдель­ ности.

1.Кулачковая система управления. Под термином «кулачковая» подразумевается жесткая система управления профилированными кулачками, насаженными на управляющий приводной вал. Каж­ дый из кулачков через толкатели и другие передаточные механизмы сообщает движение управляемому звену автомата. Вследствие сов­ мещения функций управления и исполнительного привода, эта си­ стема относительно проста и дает возможность легко осуществить заданный закон движения. Кулачковая система привода и управ­ ления широко применяется в машинах для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом или с непрерывным оплавле­ нием по заданной программе, а также во многих других механиз­ мах сборочно-сварочного оборудования V, VII и IX классов.

2.Система управления с командоаппаратом является развитием кулачковой системы. На управляющем распределительном валу посажены регулируемые кулачки-диски с выступающими сухаря­ ми, которые воздействуют на выключатели электрической цепи управления. Количество и положение сухарей, которые при регу­ лировке могут перемещаться по окружности диска, должно соот­ ветствовать заданной программе автомата, обусловленной техноло­ гическими требованиями. Управляющий вал с профилированными дисками или с регулируемыми кулачками на дисках, смонти­ рованный вместе с переключателями в одном блоке, называется командоаппаратом. Подобная система управления применена в автоматизированном станке для наплавки валков пильгерстана (рис. 76), в автоматическом станке для сборки и сварки пустотелых стальных шаров (см. рис. 99) и др.

3.Рефлекторная система последовательного управления. В этой

системе команды на начало работы управляемому приводу автомата подаются датчиками, например микровыключателями, фиксирую­ щими момент окончания предыдущего действия. Включенный ме­ ханизм в конце работы воздействует на датчик, который дает ко­ манду на начало работы следующего механизма. Команды могут подаваться как от датчиков, реагирующих на положение пере­ мещаемых частей, например от путевых или концевых выключате­ лей, так и от датчиков, реагирующих на изменение физических вели­ чин (тока, напряжения, давления, усилия, температуры, времени и т . п.). Каждый перемещаемый элемент при этой системе управле­ ния имеет индивидуальный привод и действует самостоятельно, время его работы регулируется отдельно, в противоположность си­ стеме централизованного управления командоаппаратом. Связь между работой отдельных элементов автомата осуществляется лишь

278

в начале и в конце их работы. В циклограммах для рефлекторной системы последовательного действия отражают лишь начало и ко­ нец работы каждого элемента автомата.

При системе последовательного управления отпадает необходи­ мость в распределительном вале и приводе к нему. Последующий механизм автомата начинает работать сразу после окончания пре­ дыдущего, без паузы, которая необходима, например, при системе управления с командоаппаратом. Время работы каждого звена мож­ но регулировать в широких пределах без нарушения условий ра­ боты остальных звеньев. Эта система не требует дополнительных устройств для блокировки на случай неполадок в работе; при не­ поладках команда на работу последующего механизма не подается и автомат останавливается.

Рассматриваемая система управления позволяет исключить ме­ ханические связи между отдельными механизмами автомата или ав­ томатической линии, что существенно упрощает их конструкцию.

При рефлекторной системе последовательного управления име­ ется широкая возможность применения датчиков, реагирующих на изменения физических величин, например, команда на работу сва­ рочной машины после закрепления в ней заготовки может быть подана реле давления, контролирующим величину давления в по­ лости пневмоцилиндра, осуществляющего это закрепление.

Недостатком системы последовательного управления по сравне­ нию с системами жесткого программного управления является не­ которая нестабильность общей продолжительности рабочего цикла машины из-за суммирования неточностей во времени срабатывания или запаздывания последовательно включаемых механизмов. В си­ стемах жесткого управления (кулачковых, с командоаппаратом

идр.) эти погрешности не суммируются и поэтому ритм всей работы

вточности равен заданному (не «плавает»). «Жесткую» циклограм­ му приходится назначать с учетом максимально возможного времени срабатывания управляющих и управляемых элементов системы, иначе нельзя гарантировать безаварийную работу автомата. Прак­ тически это приводит к излишним паузам между операциями, ис­ кусственно удлиняющим цикл работы машины. В системах же по­

следовательного управления такие паузы всегда равны их мини­ мально возможным значениям при данных условиях работы.

Всварочных и сборочно-сварочных станках V и VII классов,

атакже в автоматических линиях IX класса рефлекторная система последовательного управления получила широкое распростране­

ние, например, в станке для сборки и сварки шахтных стоек (см. рис. 100), в автоматических линиях для изготовления сварных радиаторов (см. рис. 117), для сварки автомобильных узлов

(см. рис. 124) и др.

279

4. Копировальная система управления применяется для вос­ произведения с помощью всевозможных копиров заданной траек­ тории движения рабочего органа машины: сварочной головки, ка­ ретки, электрода или движения свариваемого изделия. Траектория определяется формой копира (шаблона), по кривой которого сколь­ зит щуп датчика, управляющего исполнительным приводом.

Разновидностью этой системы управления являются все систе­ мы с копирными устройствами, в которых роль копирного шаблона выполняет само свариваемое изделие. К ним могут быть отнесены все рассмотренные копирные устройства для направления электро­ да по шву при электродуговой автоматической сварке (§ 10). При­ мером наплавочной установки с такой копировально-следящей си­ стемой может служить установка для наплавки лопастей гидротур­ бин (рис. 77). Копировальные системы управления по сути являют­

и непрерывными, например со следящим золотником в стыковых контактных машинах. Релейные системы работают по принципу пре­ рывистого управления и имеют ту особенность, что скорость отра­ ботки рассогласования является постоянной. Непрерывные системы дают возможность обеспечить в зависимости от величины рассогла­ сования требуемую скорость перемещения; при уменьшении вели­ чины рассогласования уменьшается и скорость отработки.

Следящие системы управления машинами-автоматами основаны на том принципе, что перемещение управляемого элемента (свароч­ ной головки поперек шва, тележки, подвижной плиты контактной стыко-сварочной машины и проч.) совершается только при наличии рассогласования. Как только ошибка станет равной нулю, движение должно прекратиться. В действительности вследствие инерции пере­ мещающихся масс прекращение движения несколько запаздывает относительно момента, когда ошибка слежения становится равной нулю, в результате чего появляется ошибка слежения (рассогла­ сование) обратного знака.

Прежде чем произойдет полное прекращение движения, иногда имеет место более или менее длительный колебательный процесс, характеризующийся наличием затухающих колебаний.

Для повышения устойчивости следящих систем могут быть при­ менены стабилизирующие устройства, позволяющие уменьшить амплитуду и длительность колебаний. В качестве примера такой следящей системы можно привести специальный гидропривод кон­ тактных стыкосварочных машин, рабочие цилиндры которого управляются следящим золотником. При конструировании этого гидропривода [45] расчетным путем были определены оптимальные

280

значения его параметров, обеспечивающие устойчивость работы всей следящей системы против автоколебаний.

5. Системы управления с быстросменными программоносителями наиболее универсальны по характеру и количеству управляемых объектов. Запись программы производится на программоносителе предварительно, до установки его в автомат. В качестве програм­ моносителя чаще всего используются перфорированные ленты из плотной бумаги или кинопленки (иногда вместо лент применяют перфокарты и диски), магнитные ленты и барабаны.

Схема считывающего уст­ ройства электроконтактного типа показана на рис. 82, а. Перфо­ рированная лента, являющаяся изолятором, периодически пере­ мещается по планке, к которой подведен ток. В момент остановки Н —t—!г

Программа на ленте записывается в виде отверстий, расположенных вдоль нее на нескольких параллельных дорожках. Каждая дорожка соответствует определенной команде и, следовательно, расположенные на ней отверстия замыкают одну и ту же цепь. Считывание информа­ ции происходит одновременно со всех дорожек. В зависимости от наличия и расположения отверстий в строке (поперечном ряду) будут замкнуты цепи и поданы те команды, на дорожках которых будут находиться отверстия.

На рис. 82, б показана схема фотоэлектрического считывающего устройства. Лента в этом случае выполнена из кинопленки с чере­ дованием темных и светлых участков. Под планкой с несколькими отверстиями (по числу возможных команд) размещены фотоэлемен­ ты. Когда над отверстием в планке находится светлый — прозрач­ ный — участок, пучок света от лампы воздействует на фотоэлемент считывающего устройства, который через промежуточное реле за­ мыкает соответствующую электрическую цепь. При затемненном (непрозрачном) участке ленты команды не подаются. Движение ленты в этом считывающем устройстве может быть периодическим и непрерывным. Фотоэлектрический способ считывания не оказы­

281

вает механического воздействия на ленту и обеспечивает ее большую долговечность.

В некоторых случаях программа записывается на магнитную лен­ ту. Считывающее устройство представляет собой магнитную голов­ ку (рис. 82, а). Лента с магнитной записью протягивается с опре­ деленной скоростью мимо головки, в которой возбуждается элект­ родвижущая сила. Полученные сигналы через усилитель подаются исполнительным механизмам. Магнитная лента удобна для записи сложных процессов и быстрого их воспроизведения.

По принципу управления системы с быстросменными програм­ моносителями делятся на две группы: с разомкнутой цепью (без обратной связи) и с замкнутой цепью (с обратной связью).

В системах с разомкнутой цепью движение или иное действие машины в процессе управления не контролируется и не сопостав­ ляется с величиной, которая задана программой. Точность движе­ ния обеспечивается шаговыми двигателями, которые реагируют на количество и частоту подаваемых импульсов. В этих системах отсутствуют сложные устройства для точного измерения отрабаты­ ваемых перемещений, вследствие чего они проще систем с замкну­ той цепью. Все системы с разомкнутой цепью управления являются системами дискретного действия.

В системах с замкнутой цепью движение или иное действие машины в процессе управления непрерывно или дискретно (через некоторые интервалы времени) сопоставляются с величиной, ко­ торая задана программой. Управление движением осуществляется в функции величины рассогласования фактического перемещения от заданного. Цепь, которая передает результат фактического пере­ мещения к органу управления, является обратной связью. Следо­ вательно, системы с замкнутой цепью являются системами с обрат­ ной связью. Эти системы различаются способом измерения откло­ нения фактического положения от заданного. Они могут быть непрерывными и дискретными. Непрерывное измерение отклонения осуществляется чаще всего по рассогласованию фаз датчиков про­ граммы и положения. Дискретное измерение производится счетчи­ ком импульсов, сравнивающим число импульсов программы и дат­ чика, измеряющего перемещение.

Рассмотрим системы управления с быстросменными програм­ моносителями применительно к комплексному автоматическому оборудованию V, VII и IX классов.

Для использования машин-автоматов в условиях серийного сва­ рочного производства с часто меняющейся программой требуется их перенастройка. В ранее рассмотренных системах управления перенастройка могла осуществляться путем замены профильных кулачков или шаблонов, перестановки кулачков на дисках коман-

2 8 2

доаппарата и регулирования концевых упоров, ограничивающих положение перемещаемых элементов машины. Вследствие этого настройка таких систем дорога и продолжительна. Поэтому для бы­ строй перенастройки машин-автоматов (если она необходима) при­ меняют системы управления с легкосменными программоносителя­ ми, на которых записывают программу работы машины.

В системах программного управления сборочно-сварочными станками и агрегатами может быть запрограммировано изменение следующих параметров: последовательности действия; величины перемещений; скорости перемещений; времени действия; давлений воздуха или жидкости; усилий и др.

Последовательность действия. Это достигается сравнительно

могут подаваться в функции времени или по сигналам рефлектор­ ных датчиков, контролирующих конец предыдущего действия. В последнем случае имеется обратная связь в конце действия. Этими командами может осуществляться включение и выключение приводов сварочных тележек, подающих и транспортных механиз­ мов, электромагнитных клапанов пневматических приводов для вспомогательных операций и т. п. Наиболее часто программирова­ ние последовательности действий применяют одновременно с про­ граммированием других параметров технологического процесса, что, однако, не исключает возможности его использования и как автономной системы управления.

Такую систему управления целесообразно применять вместо рефлекторной системы управления в тех случаях, когда один и тот же механизм включается в работу в течение одного цикла не­ сколько раз, а также при изменении последовательности в работе отдельных механизмов. При этом возможно применение и смешан­ ной системы: отдельные группы механизмов могут иметь свой част­ ный цикл и управляться по рефлекторной системе последовательно­ го управления, а связь между группами механизмов и отдельными механизмами осуществляется системой управления, программирую­ щей последовательность действий этих групп.

Программирование последовательности действий может являть­ ся составной частью системы, программирующей путь или скорость перемещения.

Величина пути перемещения. За величиной перемещения сва­ рочной головки, плиты стыкосварочной машины или какой-либо транспортной тележки может следить специальное устройство, ко­ торое сравнивает действительную величину перемещения с величи­ ной, записанной на программоносителе. Когда величина перемещения достигает заданной, подается команда на прекращение движения.

283

В качестве сравнивающих устройств могут быть использованы счет­ чик пройденного пути, счетчик поданных импульсов (каждый им­ пульс в этом случае соответствует определенной величине переме­ щения) и др. Системы управления, в которых программируется путь перемещения, называются координатными или позиционными. Точность их действия обеспечивается шаговыми электродвигателя­ ми, которые в зависимости от поданного количества импульсов поворачивают вал двигателя на строго определенный угол.

Скорость перемещения. Заданные изменения скорости записы­ вают на программоносителе. Скорость перемещения может изме­ няться в соответствии с частотой подаваемых импульсов (путем из­ менения скорости продвижения перфоленты или густоты отверстий на ней и др.). При одновременном изменении скоростей переме­ щения в двух или в трех взаимно перпендикулярных направлени­ ях можно получить результирующее движение по любой заданной траектории и с любой скоростью (постоянной или переменной). Следовательно, эту систему программного управления можно ис­ пользовать в станках-автоматах для сварки или наплавки сложных контуров или поверхностей, имеющих пространственную кривизну, например фасонных штампов, лопастей гребных винтов и др.

Такие системы дают возможность получить сложную траек­ торию движения без применения специальных кинематических звеньев. Запись на программоносителе в этом случае преобразуется в пространственное геометрическое движение. Такая система про­ граммного управления применена в многокоординатном свароч­ нонаплавочном станке У-61 (см. рис. 85). Этот станок-автомат дей­ ствует по жесткой программе с разомкнутой цепью, без обратных связей. Однако в сварочном производстве типичны случаи, когда невозможно заранее задать жесткую программу перемещения элект­ рода и его траекторию, так как слишком велики неточности подго­ товленного к сварке изделия или (в случае наплавки) слишком ин­ дивидуальны величина и характер износа наплавляемой фасонной детали, например вагонной автосцепки, штампа и пр. В то же время весьма трудно или невозможно осуществить непрерывную обратную связь со свариваемым (или наплавляемым) изделием в процессе сварки (или наплавки). В этих случаях .целесообразно применять метод предварительной записи траектории на програм­ моносителе по фактической кривизне изделий (со всеми его инди­ видуальными неточностями и отступлениями от номинала) и последую­ щего считывания этой программы при действии сварочного автомата.

Такая система управления с запоминающим устройством, хотя и не может быть отнесена к классическим следящим системам с об­ ратной связью, однако она вполне эквивалентна им по достигае­ мому эффекту слежения и совпадения с натурой. Подобная система

284

применяется иногда в устройствах для автоматического направле­ ния сварочной дуги по шву (см. § 10). Ее недостатком является не­ обходимость двойной проходки по свариваемому изделию: первая проходка — для запоминания траектории, вторая — для ее отра­ ботки. Это естественно снижает производительность сварочной установки и затрудняет ее автоматизацию.

Системы управления, в которых программируется скорость пе­ ремещения, являются более сложными по сравнению с системами, в которых программируется только путь перемещения, но они обладают более широкими технологическими возможностями, так как с их помощью можно программировать не только скорость, но и путь перемещения.

Так как в рассматриваемых системах скорость перемещения регулируется частотой подачи импульсов, то результирующее пере­ мещение происходит в сущности по ломаной линии, заменяющей кривую. При малых элементарных перемещениях, которые прини­ маются равными (0,3—0,5) б, где б — допуск на отклонения при сварке, ломаная линия с достаточной точностью совпадает с кривой.

Разработанная в последние годы система числового програм­ много управления [41] применительно к сварочным процессам поз­ волила существенно упростить подготовку программы. Метод под­ готовки этих программ для импульсно-шаговых систем числового программного управления сварочными и наплавочными станками описан в § 10.

Типичным примером станка-автомата V класса с импульсно-ша­ говой системой числового программного управления может служить универсальный сварочно-наплавочный станок У-61 (рис. 85).

6. Смешанные системы автоматического управления представ­ ляют собой комплекс различных по своей структуре локальных систем управления, связанных общей системой централизованного управления. Они применяются главным образом в сложных маши­ нах и агрегатах, в частности в автоматических линиях, где каждый механизм или станок имеет свою оптимальную для него систему управления, например с помощью жестких программных устройств в виде кулачков или командоаппаратов, и все они связаны единой си­ стемой управления, по своему принципу отличной от локальных си­ стем, например рефлекторной системой последовательного действия.

§17. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СВАРОЧНЫЕ СТАНКИ

ИМАШИНЫ V КЛАССА

Вэтих машинах автоматизированы не только сварочные и вспо­ могательные операции, но также операции управления и регули­ рования. Таким образом, автоматические машины V класса в

285

принципе могут осуществлять производственный процесс без непо­ средственного участия человека. Человек в этом случае выполняет лишь функции наладки и общего наблюдения за процессом.

Все элементы автоматики, которые содержатся в оборудовании IV класса, могут также входить в состав оборудования V класса, но с обязательным добавлением органов автоматического управ­ ления, так как именно это является классификационным призна­ ком автоматических машин, отличающим их от механизированных и автоматизированных с частичной автоматизацией отдельных тех­ нологических приемов и операций. При комплексной автоматиза­ ции сварочного процесса ручной труд может быть допущен только на тех операциях, автоматизация которых по тем или иным сообра­ жениям невозможна или нецелесообразна, например периодиче­ ской зарядки сварочного станка электродной проволокой и флюсом, укладки и съема кассет с изделиями и т. д. Выполнение этих опера­ ций вручную еще не дает оснований для исключения данной маши­ ны из категории автоматов, если все остальные операции, в том числе и операции управления, производятся автоматически.

Многие сварочные станки и машины-автоматы, установленные вне поточной линии, не имеют и не могут иметь автоматических устройств для подачи и выдачи сварных изделий, так как для этого необходима автоматизация ориентированного соответствующим обра­ зом транспорта изделий до и после машины. Этот транспорт, в свою очередь, должен быть связан с предшествующими и последующими операциями производственного процесса. Как известно, механиза­ ция и автоматизация межоперациониого транспорта и его синхрон­ ная связь со всеми технологическими операциями является харак­ терной особенностью комплексных поточных линий, т. е. оборудо­ вания более высокого класса (VIII и IX).

Подача изделий в сварочную машину может быть, однако, авто­ матизирована и без межоперационного транспорта, например с по­ мощью магазина-питателя или зарядных кассет периодического действия. В этих случаях машина может работать автономно, вне по­ точной линии. Такие машины применяются, главным образом, для сварки мелких, негромоздких изделий, выпускаемых в массовом количестве, например клапанов автомобильных двигателей, дета­ лей радиоаппаратуры и др. Подобные изделия нетрудно накопить в достаточно большом количестве при сравнительно малом объеме накопителя. Более громоздкие изделия (шахтные стойки или кар­ теры автомобильных задних мостов) не могут быть накоплены в ма­ газине-питателе достаточной емкости и требуют непрерывного или пульсирующего (периодического) транспорта, в том числе межопе­ рационного, являющегося признаком поточных линий.

Станки-автоматы V класса в отличие от станков VI и VII клас­

286