книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)
..pdfки, трансформатор и токоведущие элементы вторичного контура размещают в руке робота. Это приводит к значительному уменьшению активных и особенно реактивных потерь мощно сти во вторичном контуре. Благодаря этому вес трансформатора значительно уменьшается, что позволяет увеличить работоспо собность робота.
Использование клещей со встроенным трансформатором по зволяет применять ПР без ограничения манипуляционными воз можностями робота, так как при этом тяжёлые и жёсткие кабели вторичного контура заменяются легкими и гибкими кабелями малого сечения первичного контура. Клещи со встроенным трансформатором для сварки тонколистовых конструкций весят не более 50 кг.
По данным фирмы «К1ЖА», при сварке листов 0.8+0,8 мм одинаковое качество сварки было получено при работе с под весными сварочными машинами мощностью 100 кВА при ПВ 50 % и клещами со встроенным трансформатором мощностью 23 кВА. При этом трансформатор подвесной машины имел массу 100 кг, а трансформатор клещей -16 кг. По данным фирмы «Сияки» (Япония) использование клещей со встроенным транс форматором по сравнению с подвесной машиной позволяет уменьшить потребляемую мощность в 5 раз.
Размещение трансформатора в руке робота позволяет умень шить длину вторичного контура и, следовательно, габаритные размеры трансформатора; снимает ограничения на манипуляци онные возможности робота. Важно подчеркнуть, что жёстко встроенные элементы вторичного контура значительно увеличи вают срок службы токоведущих элементов.
При контактной сварке клещи необходимо поворачивать в различных плоскостях с тем, чтобы обеспечить их ориентацию в пространстве по отношению к месту сварки. Это обусловливает определенные трудности подвода к сварочным клещам электро энергии, сжатого воздуха и жидкости для охлаждения электро дов. Чтобы исключить наворачивапие на руку робота проводов и шлангов используют скользящий гокоподвод и подвод жидко сти через муфту, аналогично рис. 3.30. Поворотное устройство, выполняющее эти функции, размещается между рукой робота и сварочной головкой, включающей сварочный трансформатор, электроды и их привод.
251
стоянном токе, что позволяет увеличить вылет электрода и пло щадь вторичного контура практически без изменения мощности источника питания, так как реактивная составляющая сопротив ления сведена к минимуму.
Для уменьшения массы клещей со встроенным трансформа тором их силовые элементы изготавливают из лёгких прочных сплавов.
Использование роботизированной сварки в поточном произ водстве обусловливает необходимость увеличения периода включения сварочного оборудования (ПВ) до 50 %, что требует улучшения теплоотвода посредством разделения контуров ох лаждения для трансформатора и клещей.
Стремление увеличить производительность роботизирован ной контактной сварки до уровня сравнимого с производитель ностью рабочего, оперирующего подвесными сварочными кле щами, привело к созданию клещей, содержащих несколько пар электродов. Возможны варианты с раздельными приводами ка ждой пары электродов.
До последнего времени сварочный инструмент определённо го типа превращал ПР из универсальной машины в специализи рованную и резко ограничивал функциональную гибкость. Но вым направлением в развитии роботов для контактной сварки является создание возможности смены инструмента в автомати ческом режиме, что значительно расширяет гибкость РТК. В момент отделения клещей от руки робота происходит отключе ние воздуха и вакуумирование в системе подачи воды. Таким образом, когда клещи отделяются от руки промышленного ро бота, вода испаряется и не попадает в зону сварки. Когда же ро бот берёт из магазина другие клещи, все коммуникации под ключаются автоматически.
Сварочные клещи, предназначенные для роботизированной сварки, должны быть снабжены устройством защиты от поло мок при случайных столкновениях с другими частями РТК.
Устройство для управления режимом контактной точечной сварки является многопрограммным (режим выбирается при на ладке и по программе возможен переход на любой из заранее настроенных режимов) и интегрированным с системой управле ния роботом, когда в общей программе задаются как перемеще ния, так и параметры режима сварки.
253
Следует отметить, что в области контактной точечной сварки достигнуто самое высокое насыщение промышленными робота ми - около 75 % максимальной мировой потребности. Уровень роботизации контактной сварки кузовов у ведущих строитель ных фирм весьма высок. Так, например, на заводах фирмы “Nis san” в настоящее время используется более 1000 роботов для КТС, при этом роботизировано 98 % сварочных работ в кузов ном производстве.
В автомобильной промышленности ПР для контактной то чечной сварки используют в составе отдельных роботизирован ных комплексов (для изготовления сборочных узлов) и в сва рочных линиях. На сварочных линиях используется подавляю щее большинство промышленных роботов, а сами линии под разделяются на следующие типы:
-линии сварки кузовов, где роботы расположены по обеим сторонам конвейера и над ним;
-линии сварки пола, где используют либо горизонтально ус тановленные ПР, способные нести тяжёлые клещи с вылетом до 1000 мм, либо ПР для односторонней сварки, способные разви вать большие усилия;
-линии, в которых роботы для КТС и/или изделия перемеща ют относительно друг друга.
Производительность ПР для контактной сварки зависит глав ным образом от длительности перемещения рабочего инстру мента от точки к точке. Это перемещение стремятся осуществ лять с максимально большой скоростью. Однако для предот вращения возникновения дополнительных нагрузок, связанных с силами инерции, вынуждены ограничивать ускорение руки ро бота. Это приводит к тому, что в некоторых случаях производи тельность роботизированной КТС становится ниже производи тельности рабочего - оператора, имеющего сварочные клещи. Для повышения производительности стараются совместить во времени работу на одном изделии нескольких сварочных робо тов.
Последнее время находит применение концепция модульного построения ПР, которая позволяет в зависимости от требуемого количества степеней подвижности рабочего инструмента соби рать из типовых блоков (модулей) роботы для конкретных усло вий производства. Например, модульный принцип построения
254
ПР, как правило, используют для сварки плоских листовых кон струкций. Это даёт возможность использовать менее сложные и, следовательно, менее дорогие роботы.
При внедрении РТК помимо капитальных вложений, связан ных с приобретением и монтажом необходимого оборудования, значительных затрат требует проектирование РТК, разработка и корректировка управляющих программ, проверка доступности мест сварки и определение оптимальной траектории движения рабочего инструмента.
В настоящее время для автоматизированного проектирования комплексов и технологии КТС с применением промышленных роботов в России предприятием «Буран» г. Москвы разработан и успешно внедряется программный комплекс “ROBOMAX”, который позволяет:
•проверить доступность мест сварки для сварочного ин струмента;
•выбрать в базе данных сварочный инструмент, наиболее подходящий для данной совокупности сварных точек;
•спроектировать клещи, оптимальным образом подходя щие для сварной конструкции;
•обучить робот сварке данной конструкции с оптимиза цией маршрута перемещения клещей и режимов сварки;
•разработать программу сварки на языке программирова ния робота;
•произвести калибровку технологической программы в соответствии с реальным расположением робота и технологиче ского оборудования в РТК;
•переслать технологическую программу в систему управ ления робота по стандартному интерфейсу.
8.4.Роботизация процессов электродуговой сварки
Стремительное развитие роботизации дуговой сварки стало возможным благодаря бурному развитию систем микропроцес сорного управления движением исполнительного органа робота, разработки высокоточных приводов движения и применению сварки в защитных газах.
Автоматизация процессов дуговой сварки с помощью про мышленных роботов даёт технико-экономические преимущест
2 5 5
ва по сравнению с механизированной сваркой. Благодаря увели чению скорости холостых и установочных перемещений рабоче го инструмента уменьшается продолжительность цикла изго товления изделия на 30-50 % при одновременном увеличении доли машинного времени сварки в общем технологическом цик ле с 30 до 80 %.
В отличие от традиционных методов автоматической сварки (жесткая автоматизация), применение роботов позволяет выпол нять сварные швы с любой конфигурацией линии соединения, в различных пространственных положениях и изменять парамет ры режима в процессе сварки, что способствует применению наиболее экономичных производительных режимов сварки при оптимальном формировании швов. Именно поэтому роботиза ция дуговой сварки представляется как одно из перспективных направлений развития сварочного производства. Вместе с тем одной из серьёзных проблем, с которыми приходится сталки ваться при роботизации дуговой сварки, является проблема на правления конца электрода по стыку. Опыт ведущих фирм в об ласти роботизации дуговой сварки показывает, что из-за трудно сти решения этой проблемы только 60% разработанных РТК до водятся до промышленного внедрения.
Все факторы, влияющие на качество сварного соединения, выполняемого роботом, можно разделить на две группы:
-факторы, связанные с технологическими параметрами про«- цесса сварки;
-факторы, обусловленные точностью взаимного позициони рования электрода и стыка.
При освоении роботизированной сварки первая группа фак торов, как правило, не создаёт особых проблем, поскольку в промышленных сварочных роботах предусмотрен контроль и поддержание в заданном диапазоне основных технологических параметров. Система управления контролирует параметры ре жимов сварки до 30 раз в минуту, что позволяет поддерживать их с точностью ±5%.
Таким образом, задача оценки возможности сварки роботом может рассматриваться как задача обеспечения заданного каче ства сварного соединения, сформулированного в терминах до пустимых отклонений электрода от линии свариваемого стыка в
256
системе «изделие - оснастка для сборки и сварки - манипуляци онная система изделия - робот - оператор».
Точность взаимного позиционирования электрода и стыка является функцией геометрических отклонений вышеназванной системы. Все отклонения можно разделить на две группы:
-к первой группе относятся отклонения, связанные с работой робота, снабжённого сварочной горелкой, и приводящие к сме щению электрода от проектного положения (обозначим «А»);
-ко второй группе относятся отклонения, вызывающие сме щение линии сопряжения свариваемых кромок от проектного положения (обозначим «Б»).
Качество сварных соединений, выполняемых роботизирован ной сваркой, зависит от величины отклонения конца электрода от реального положения стыка 5 = А + Б и величины зазора «Ь» в стыке (рис. 8.8), где показаны два наиболее неблагоприятных случая, когда величина 5 = А + Б.
а) б)
Рис. 8.8. Схема двух наиболее неблагоприятных случаев смеще ния электродной проволоки от реального положения стыка (штрих-пунктирная линия указывает проектное положение стенки): а) - стенка смещена от проектного положения вправо - «Б», а электродная проволока влево -«А»; б) - стенка смещена от проектного положения влево - «Б», а проволока вправо -«А»
Качество соединения обеспечивается при условии, что отклоне ние 5 = А + Б и зазор «Ь» не будут превышать некоторых пре дельных значений [5] и [Ь].
Эти условия можно выразить следующими неравенствами:
251
5 = (А + Б) < [5] |
(8. 1) |
b<[b] |
(8.2) |
Отклонение электродной проволоки от проектного положе ния рассчитывается как:
А = Аэ + Ап + Ар, |
(8.3) |
где А э - отклонение оси электродной проволоки от оси го релки, вызванное некачественной рихтовкой проволоки;
Ап - отклонение проволоки от проектного положения, вы званное неточностью при программировании робота;
Ар - отклонение, связанное с точностью позиционирования робота.
Опыт показал, что при тщательной наладке подающих меха низмов сварочной оснастки возможно добиться отклонения кон
ца электрода Аэ от оси горелки 0,2...0,3 мм при вылете электрода 15...20 мм.
При оценке погрешности программирования робота на изде лии существенными оказываются не только квалификация, дос тупность и освещенность зоны программирования, опыт и доб росовестность оператора, но и типы швов, расположение их на изделии. Специальные эксперименты показали, что ошибки про граммирования меньше на тавровых и нахлесточных сварных соединениях, чем на стыковых, причем ошибки возрастают с увеличением зазоров в соединениях. Установлено, что в цехо вых условиях, при хорошей освещенности и умеренной ком фортности работы оператора ошибка при программировании сварки соединений с угловыми швами не превышает 0,4 мм с доверительной вероятностью 95%.
Экспериментальная проверка реальной повторной точности позиционирования роботов типа ПР 160 / 15 показала, что при скоростях подвода горелки, не превышающих 80% от макси мальной, погрешность позиционирования роботов по всем трем координатам не превышает 0,1 мм., т.е. оказалась выше пас портной (0,2 мм).
Таким образом, при роботизированной дуговой сварке от клонение электродной проволоки «А» по консервативным оцен кам составляет:
А = А э + Ап =0,3 + 0,4 = 0,7 мм.
258
В данной формуле отклонение Ар не учитывалось, поскольку её доля присутствует при экспериментальном определении в А.э, и А.п.
Как видно из схемы, представленной на рис. 8.8, величина возможного отклонения линии сопряжения свариваемых кромок от проектного положения «Б» зависит от отклонений, связанных с конструкцией изделия, технологией его изготовления, конст рукцией сборочно-сварочной оснастки и манипуляционных уст ройств изделия, если они есть в составе РТК. Таким образом, величина «Б» является функцией многих величин и её можно записать как:
Б = VF ( А.М; АД; AL; Af; АТ),
где AM - отклонение, связанное с манипуляционной системой изделия (с точностью позиционирования манипулятора, вращате ля или позиционера, входящего в состав РТК); обычно эта вели чина у программируемых манипуляторов составляет 0,2 мм;
АД - отклонение линии соединения, связанное с деформаци ей конструкции; значение АД получают либо путём расчёта, ли бо измерением на конструкциях в процессе их опытного изго товления или при отладке технологического процесса;
AL - отклонение линейных размеров, а именно тех частей за готовок, которые влияют на положение линии соединения и ве личину зазора в соединении;
Af - отклонение формы детали, влияющее на положение ли нии соединения и величину зазора в соединении;
АТ - отклонение линии соединения изделия в сборочно сварочном приспособлении, определяемое точностью его изго товления, если их в составе РТК несколько, а программа сварки одна.
Величину «Б» с консервативных позиций можно рассчиты
вать следующим образом: |
|
Б = AM + АД + ДС, |
(8.4) |
где АС - отклонение положения стыка в пространстве отно сительно проектного зависит от величин: AL; Af; АТ; степень их влияния определяется схемой базирования деталей в сборочно сварочном приспособлении; именно расчёт размерных цепей, в которые входят размеры (AL, Af, АТ) и будут давать ответы на
2 5 9
вопросы:
-какова величина наибольшего зазора “Ь” в соединении;
-какова величина наибольшего смещения стыка ДС в про странстве при выбранной схеме базирования.
Рассмотрим влияние различных схем базирования на величи
ну возможного смещения стыка в пространстве ДС и величину зазора «Ь» в соединении.
На рис. 8.9. показана схема базирования стыкового соедине ния по короткой детали (схема № 1). В этом случае возможное отклонение стыка в пространстве ДС = |ДЬ° -. ДЬН| + |ДТ“ - .ДТ„|, а величина зазора b стремится к нулю.
ь*о
> |
<3— |
Т±Дт 1к±Д1
Рис. 8.9. Схема N° 1 базирования стыкового соединения:b - за зор при сборке; Т и АТразмер и точность установки фиксато ров, входящих в конструкцию приспособления соответственно; L u AL длина базируемой детали и точность её изготовления
В приведенной формуле ДЬВи ДЬН, ДТВи ДТ„ соответственно верхнее и нижнее отклонения размеров детали и установки фик саторов. С ростом размеров собираемых деталей и сохранением величин квалитетов отклонения растут, поэтому при базирова нии стыковых соединений в качестве базовой детали целесооб разно выбирать более короткую. Если точность изготовления деталей разная, то в качестве базовой лучше выбрать ту, которая будет вызывать меньшее отклонение стыка в пространстве. Если программирование ведётся непосредственно по изделию, соб ранному в приспособлении, то точность изготовления приспо собления |ДТВ-.Д Т„| можно не учитывать и формула примет вид
ДС = Д LB-.Д L„
2 6 0