книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

На рис. 8.10 показана схема базирования стыкового соедине­ ния по обеим деталям (схема № 2), здесь максимальная величи­ на зазора b и возможное отклонение стыка в пространстве АС рассчитывают по формулам:

b = |AL° - .AL„| + |ДГ - Д1И| + 2АГ, АС =.(ALll + Al„)/2+ATB.

Рис. 8.10. Схема № 2 базирования стыкового соединения

На рис. 8.11 показана схема базирования стыкового соедине­ ния по ножу (схема № 3). В этом случае величина зазора b=const, а возможное отклонение стыка в пространстве опреде­ ляется точностью установки ножа, и, как правило, можно при­ нять АС = 0.

b=const

Рис.8.11. Схема N9 3 базирования стыкового соединения

На рис. 8.12 показана схема базирования трёх деталей с дву­ мя стыковыми соединениями (схема № 4). В этом случае вели­ чина зазора «Ь» стремится к пулю, а величины возможных от­ клонений стыков в пространстве определяют:

для первого стыка АС, = |А L° -.A L„| + |АТ“- АТ„|;

для второго стыка ДС2 = |Д Ln -.A La| + |АТ“- ДТ„| +|Д Г -.А 1„|.

261

-- ►- 4--

< h -

Рис. 8.12. Схема № 4 базирования стыкового соединения

На рис.8.13. показана схема базирования стыкового соедине­ ния со сменой баз (схема № 5). При базировании по этой схеме величина зазора стремится к нулю, а возможное отклонение обоих стыков в пространстве равна:

АС, =ДС2 = |Д V -Л LJ + |ДТВДТИ|.

Каждая из приведенных схем имеет свои достоинства и не­ достатки. С точки зрения роботизации сварки стыковых соеди­ нений наиболее перспективными являются:

- схема №3 (базирование по ножу), так как в этом случае смещение кромок от проектного положения практически равно нулю ДС=0, а величина зазора может равняться толщине ножа;

- схема №5 (схема базирования со сменой баз). Она обеспечивает зазор при сварке практически равный нулю и не­ большое отклонение величины ДС, равное величине погрешно­

сти изготовления только одной крайней детали |Д LB-.Д L„|.

ь

-*-«---

Рис. 8.13. Схема Ns 5 базирования стыкового соединения

При изготовлении тавровых соединений качество выполне­ ния сварных швов еще в большей мере, зависит от выбранной схемы базирования.

На рис.8.14 представлена схема сборки уголка с плоскостью при базировании по ширине полки (схема №6).

2 6 2

Рис. 8.14 Схема №6 базирования таврового соединения

Возможные отклонения шва 1 от проектного положения АС, = |ДТВДТН| + 1/100*Н.

Возможные отклонения шва 2 от проектного положения ДС2 = |Д V -Л LH| + |ДТВДТ„| + 1/100*Н.

На рис.8.15 представлена схема сборки уголка с плоскостью при базировании по перу уголка (схема № 7). Возможные откло­ нения швов 1 и 2 от проектного положения соответственно равны:

ДС, = |Д V -Л L„| + |ДТВДТН|; ДС2 = |ДТВДТН|.

2 6 3

Во всех приведенных схемах базирования (№ 1 - № 7) по­ грешность приспособления |ДТВДТ„| можно не учитывать, если для каждого приспособления составлена своя программа. Это объясняется тем, что программирование сварки ведётся по соб­ ранному изделию в уже готовом приспособлении. Поэтому от­ клонения размеров фиксаторов, поставленных на сборочном чертеже или полученные при изготовлении приспособления, не оказывают влияния на величину возможного смещения прово­ локи относительно стыка соединения. Если в технологическом процессе неизбежна смена сборочно-сварочной оснастки, ис­ пользуемой совместно с роботом, то и в этом случае величину |ДТВДТ„| можно не учитывать, но для каждого из сменных при­ способлений рекомендуется составить индивидуальную про­ грамму, а в алгоритм работы РТК ввести специальный код, рас­ познающий приспособление и выбирающий соответствующую программу.

В большинстве случаев достаточным условием получения качественного соединения, как правило, является обеспечение требуемой геометрии шва. Под этим понимают получение швов, размеры которых соответствуют ГОСТ 14771-76, (катеты швов

отсутствия прожогов и подрезов глубиной более 15 % толщины свариваемых элементов. Если предположить, что такие техниче­ ские параметры, как ток и напряжение дуги, скорость подачи электрода, скорость сварки, состав и расход газа, т.е. те пара­ метры, которые определяются сварочным оборудованием, вы­ браны правильно и поддерживаются в заданных пределах, то на качество сварки конкретного соединения будут оказывать влия­ ние параметры, зависящие от самого изделия, сборочно­ сварочного приспособления и манипуляционной системы.

При заданном режиме сварки допускаемые отклонения элек­ трода от линии соединения [8] и зазор в стыке [Ь] зависят от многих факторов и прежде всего от типа соединения, толщины метериала, величины катетов, приёмов сварки и точности сбор­ ки. На рис. 8.16 приведены экспериментальные данные о допус­ тимых отклонениях положения электрода в зависимости от по­ ложения стыка в пространстве и от числового значения зазора

2 6 4

при сварке таврового соединения угловым швом катетом 8 мм. Сварное соединение получается качественным, если указанные параметры (Ь, 5) не выходят за пределы площади фигуры, по­ строенной в координатах Ь-5 и ограниченной предельными зна­ чениями этих параметров. В дальнейшем будем называть эту фигуру «областью качества». Если зазор или отклонение элек­ трода от стыка выходят за пределы заштрихованной зоны (об­ ласти качества), то появляется вероятность нарушения качества сварных соединений.

На рис.8.17 показаны соответствующие «области качества» для тавровых соединений из пластин толщиной 4 мм, сваренных «в угол».

Рис.8.16. Допускаемые отклонения положения электрода и чис­ ленные значения зазора при сварке угловых швов катетом 8 мм пластин толщиной 6 мм. Режим сварки: проволока Св-О8Г2С-0 1,6 мм; вылет электрода-18 мм; ток-330 А; напряэюение-25 В; скорость сварки-33 м/ч;расход C02-Q = 18...20л/мин.

Использование условий: 5 = (А + Б) < [5] и b < [Ь] позволяет судить, можно ли при дуговой сварке конкретного изделия обес­ печить требуемое качество без использования дорогих адапти­ рованных роботов.

265

Рис 8.17. Области качества для тавровых соединений, выпол­ ненных в нижнем пдлоэ/сении « в угол», катетами: а - К —3 мм; б - К = 4 мм; в - К - 5 мм; г - К = 6мм. Реэ/сим сварки: прово­ лока Св-08Г2С- 0 1 ,2 мм; напряжение на дуге 11=32 В; ток 1=240 А; вылет электрода - 16 мм; расход углекислого газа 0=14...18л/мин; различные величины катетов 3; 4; 5; 6мм по­ лучали за счет изменения скорости сварки соответственно Vce=54; 42; 30 и 21 м/ч.

8 .5 . П р и м е р р а з р а б о т к и р о б о т и з и р о в а н н о г о к о м п л е к с а

д у г о в о й с в а р к и к а р к а с а н о д б а р а б а н ь я к о м б а й н а « Д О Н - 1 5 0 0 »

Одним из наиболее ответственных узлов в зерноуборочном комбайне является молотильный агрегат, схема которого пока­ зана на рис. 8.18. Качество обмолота зависит, главным образом, от дугообразного клинового зазора между барабаном 1 и решет­ чатой цилиндрической панелью 2, называемой подбарабаньем. На выходе зазор между бичами 3 барабана и планкой подбарабанья не должен превышать 1,0 мм, а непараллельность их - 0,5 мм на длине барабана 1500 мм.

Рис. 8.18. Схема молотильного агрегата зерноуборочного комбайна

2 6 6

4 1

Рис. 8.19. Каркас подбарабанья комбайна «Дон-1500»

Каркас подбарабанья (рис. 8.19) представляет собой сварную конструкцию, состоящую из семнадцати продольных планок 1, боковые грани которых должны располагаться по радиусу R=410 мм. По торцам набор замыкают две боковины 3, имею­ щие на концах отверстия, в которые вварены втулки 2 для под­ вески подбарабанья в молотильном агрегате. По длине набор планок скреплен шестью дугообразными ребрами 4, пропущен­ ными в прямоугольные отверстия планок. Короткие угловые швы между элементами 1, 2 и 4 (их более 280) обеспечивают пространственную жёсткость конструкции подбарабанья. Тре­ бования к точности геометрии этого узла весьма высоки:

•межцентровое расстояние отверстий в боковинах L = 910 ± 0,7 мм;

•радиус рабочей поверхности R = 410 ± 0,5 мм;

•отклонение от цилиндричности ± 0,5 мм;

•расстояние между любыми двумя планками - 60

±1мм.

Малая жесткость конструкции и большое количество корот­ ких сварных швов, эксцентрично расположенных на деталях, вызывают настолько значительные сварочные деформации, что при ручной сварке обеспечить точность таких узлов удаётся только рихтовкой, правкой или последующей механической об­ работкой, трудоёмкость которой иногда сопоставима с трудоём­ костью всех остальных этапов изготовления. Возможность обес-

2 6 7

печения требуемой точности маложёстких узлов с помощью ро­ ботизированной дуговой сварки показывает излагаемый ниже пример создания и эксплуатации РТК для сварки каркаса подбарабанья. При создании РТК пришлось решать несколько про­ блем.

Первая проблема при разработке компоновки РТК возникла в силу того, что выполнить все сварные швы каркаса одним робо­ том IR 161/15 невозможно из-за недостаточного объёма его па­ мяти. В то же время одновременная работа двух роботов на од­ ном изделии осложняется тем, что его габариты и расположение швов могут вызвать столкновение кистей роботов, а разводка их во времени увеличивает простои. В связи с этим была принята схема роботизированной сварки на двухместном позиционере, когда два робота одновременно сваривают по половине швов, находящихся на каждом из двух каркасов, после чего они с по­ мощью позиционера обмениваются изделиями и сваривают вто­ рую половину швов. Такая схема исключала переустановку из­ делий в приспособлениях, синхронизацию работы роботов, уп­ ростила их рабочие программы (уменьшается требуемый объём памяти робота, так как каждый из них сваривает только полови­ ну швов, находящихся на каркасе подбарабанья). В то же время, такая схема предполагает создание манипулятора с высокой точностью позиционирования, снабженного специальной осна­ сткой, обеспечивающей требуемую точность узла после сварки и фиксирование в пространстве свариваемых кромок при сварке каждого углового шва.

Вторая сложность при создании РТК заключалась в том, что практически все швы на каркасе расположены в узком про­ странстве между двумя соседними планками, расстояние между которыми не превышает 60 мм, в результате чего доступ горел­ ки к швам ограничен. Анализ доступности швов для горелки показал, что она может располагаться между планками только под острым углом «32° к оси шва, но при режиме сварки: 1=200 A, U=28 В, V=30 м/ч, обеспечивается удовлетворительное фор­ мирование шва, при этом глубина проплавления уменьшается незначительно. Поэтому такую ориентацию горелки сочли до­ пустимой.

Третьей проблемой при создании РТК с использованием не­

2 6 8

адаптивных дуговых роботов стало обеспечение качества свар­ ных соединений, которое в основном определяется случайной величиной отклонения конца электрода от линии сопряжения деталей, а также изменением взаимного положения свариваемых кромок (например, зазоров) и размеров конструктивных элемен­ тов шва.

Напомним, что отклонение электрода от реального положе­ ния оси шва 5 складывается из отклонения конца электрода «А» и отклонения линии сопряжения кромок деталей «Б» от проект­ ного положения стыка, т.е. 5=А+ Б.

Как было показано в разд. 8.4, значение величины «А», с ис­ пользованием консервативной оценки, можно принимать рав­ ным 0,7 мм.

Значение величины Б = ДМ + ДД + АС определяется несколь­ кими факторами. Точность позиционирования изделия ДМ в ос­ новном зависит от выбранного манипулятора. Обычно серийно выпускаемые программируемые манипуляторы изделий обеспе­ чивают точность позиционирования, не уступающую точности используемых роботов. Поэтому, исходя из выбранной струк­ турной схемы РТК, был спроектирован манипулятор с горизон­ тальной осью вращения, который должен был обеспечивать ДМ в пределах ± 0,2 мм. Проверка показала, что изготовленный ма­ нипулятор обладает указанной точностью.

Наиболее сложным и в то же время существенным для каче­ ства сварных соединений является влияние сварочных деформа­ ций ДД на положение стыков в пространстве. При разработке позиционера удалось найти конструктивное решение, позво­ лившее практически исключить влияние временных и остаточ­ ных сварочных деформаций. Этот результат достигнут за счёт использования приёма «смены баз».

Для оценки величины ДС в соединениях боковины с планка­ ми необходимо рассмотреть схему базирования этих деталей, показанную на рис. 8.20 и реализованную в сборочном стенде. Точность сборочно-сварочной оснастки, как правило, на не­ сколько квалитетов выше, чем сварной конструкции, которую на ней собирают, т.е. в абсолютных значениях допуски на изготов­ ление и установку базовых элементов в 5-10 раз меньше допус­ ков свариваемых деталей. Реально при производстве оснастки

2 6 9

можно рассчитывать на точность размеров порядка 0,2...0,3 мм. Однако в тех случаях, когда обучающее программирование вы­ полняется непосредственно на сварочной оснастке, входящей в РТК, и эта оснастка не является сменной, отклонения оснастки молено не учитывать. В качестве базовой плоскости приняли внешнюю поверхность А одной из боковин. Каждую боковину с заранее приваренными втулками 2 устанавливают в стенде на две цилиндрические оправки. В упор к базовой боковине уста­ навливают торцами семнадцать планок 3. На рисунке для про­ стоты показана только одна из них.

Рис. 8.20. Схема базирования деталей каркаса в сборочном стенде: 1 - боковина, 2 - втулка, 3 - планка, 4 - опоры регули­ руемые, 5 - опоры постоянные

Следует отметить, что планки получают путем контурной вырубки. За одни ход пресса отрезают планку в заданный раз­ мер и одновременно пробивают шесть прямоугольных окон по размерам, отсчитанным от базового торца, который маркируют пробивкой круглого дополнительного технологического отвер­ стия. Этим торцом и базируют планки на боковину. Для задания проектного положения в радиальном и тангенциальном направ­ лениях каждую планку базируют на две регулируемые опоры 4

2 7 0