книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

ки, 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

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

Отклонение электродной проволоки от проектного положе­ ния рассчитывается как:

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

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

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