Особенности роботизации сварочного производства и состав робототехнических комплексов

1. Применение сварочных роботов позволяет обеспечить стабильно высокое качество сварных соединений, увеличить производительность сварки, улучшить условия труда, обеспечить гибкий переход на вы­пуск другой продукции.

2. Среди сварных конструкций, изготавливаемых с применением дуговой сварки, преобладают каркасно-решетчатые, рамные и корпусные, а также различные детали машин. Это объясняется тем, что ука­занные сварные конструкции имеют большое количество коротких швов, а также швов сложной формы. различным образом расположенных в пространстве, что затрудняет механизацию и автоматизацию сварки традиционными методами. При изготовлении сварных конструкций с помощью контактной точечной свар­ки оптимальными объектами роботизации являются тонколистовые и каркасно-решетчатые конструкции: двери, кузова (в сборе) легковых и кабины грузовых автомобилей, панели кузовов пассажирских вагонов. кабины, щитки, панели транспортных и сельскохозяйственных машин, каркасы и корпуса холодильников. стиральных машин и другой бытовой техники и т. п. Большинство этих сварных конструкций имеют сред­ние габаритные размеры и требуют применения роботов с соответствующей рабочей зоной.

3. Манипуляционные системы РТК для дуговой сварки должны ориентировать свариваемую конст­рукцию и сварочный инструмент периодически или непрерывно во время сварки таким образом, чтобы обеспечивалось выполнение швов в оптимальном положении (нижнем). В общем случае сварки швов сложной формы - при двух ориентирующих степенях подвижности манипулятора свариваемого изделия -манипулятор сварочного инструмента должен иметь не менее пяти степеней подвижности при осесимметричном сварочном инструменте и не менее шести - при неосесимметричном. Контактная точечная сварка швов сложной формы в общем случае требует применения манипуляторов клещей с 6 степенями подвиж­ности, так как сварочные клещи - инструмент неосесимметричный. Точечная контактная сварка может вы­полняться в любом пространственном положении. Поэтому в РТК КТС манипуляторы изделия применяют­ся реже и в основном для того, чтобы сделать все точки сварки доступными для сварочного инструмента.

4. Одной из наиболее специфических особенностей объектов сварочного производства являются не­высокая точность изготовления свариваемых элементов и их сборки под сварку, а также сварочные дефор­мации. Совместное воздействие этих факторов вызывает существенные случайные отклонения линии со­пряжения свариваемых элементов и геометрических параметров соединения, подготовленного под сварку, от расчетных (программных). В тех случаях, когда указанными отклонениями нельзя пренебречь, необ­ходимо применение методов и средств автоматической корректировки траектории движения сварочного инструмента относительно изделия ( т. е. геометрической адаптации) и параметров режима сварки (т е технологической адаптации) индивидуально для каждого изделия данного типоисполнения. В первом при­ближении принимают, что при дуговой сварке допустимое отклонение электрода от линии соединения сва­риваемых элементов не должно превышать O,5d3 при сварке без колебаний и 1,0 d3 - при сварке с колеба­ниями электрода. Современные роботы для дуговой сварки обеспечивают повторяемость траектории с по­грешностью не более 0,1—0,25 мм. При контактной точечной сварке к совмещению электродов и линии соединения предъявляются менее жесткие требования. Современные роботы для ТКС обеспечивают повто­ряемость запрограммированных положений электродов сварочных клещей с погрешностью 0,5— 1,25 мм.

5. Условия, в которых работают средства роботизации сварки, характеризуются высокой температу­рой вблизи зоны сварки, мощным нестационарным электромагнитным и световым излучением, разбрызги­ванием расплавленного металла и защитных материалов, интенсивным выделением аэрозолей, пыли, агрес­сивных газов (при дуговой сварке). Поверхности изделия, положение которых требуется измерять для кор­ректировки траектории и режима сварки, могут быть покрыты окалиной, из них могут быть заусенцы, за­диры и прилипшие брызги, а также протеки металла. Все это существенно усложняет функционирование манипуляционных систем, средств измерения и управления, ограничивает их выбор как по принципу дей­ствия, так и по конструктивному исполнению и вызывает необходимость принятия специальных схемных и конструктивных мер для обеспечения надежной работы оборудования.

6. Экономические особенности внедрения средств роботизации дуговой и точечной контактной свар­ки определяются следующим обстоятельством. Подавляющее большинство разновидностей дуговой сварки может выполняться вручную или с применением сварочных полуавтоматов, представляющих собой, по существу, механизированный сварочный инструмент. Точечная контактная сварка выполняется сва­рочными клещами, также представляющими собой механизированный сварочный инструмент, или с по­мощью одно- либо многоточечной стационарной машины. Стоимость такого сварочного оборудования, за исключением многоточечных машин для КТС, весьма низкая, в то время как для роботизации сварочной операции требуется комплекс оборудования, стоимость которого вместе со средствами его автоматизации во много раз больше, чем механизированного сварочного инструмента или одноточечной стационарной машины для точечной контактной сварки. Указанное обстоятельство обусловливает необходимость поиска и применения простых, недорогих и в то же время типовых технических решений по роботизации сварочных операций. Одним из таких решений является применение агрегатно-модульного принципа создания РТК и их составных частей.

7. Важным фактором повышения эффективности РТК для сварки является также скорость выполне­ния вспомогательных действий и приемов. Действительно, такие действия, как перемещение сварочного инструмента (горелки, сварочных клещей) от одного места или точки сварки к другому выполняются ква­лифицированным рабочим за очень малое время, прежде всего за счет интуитивного выбора оптимального закона движения рук и тела в целом. Поэтому в РТК должны предусматриваться высокие скорости пере­мещений сварочного инструмента и изделия, малое время разгона и торможения и оптимальные законы движения, обеспечивающие минимальные рывки и удары при движении. Это особенно важно для точечной контактной сварки, при которой время сварки одной точки составляет обычно менее одной секунды и ос­новная часть времени операции состоит из времени перемещения клещей между точками. Максимальная скорость установившегося движения горелки в современных РТК составляет примерно 1,5 м/с, клещей - 3 м/с, изделия при его переориентации - 90 °/с.

8. Целесообразно применение универсально-сборочной оснастки, содержащей установочные эле­менты и прижимные устройства с пневматическим или электромеханическим приводом.

9. Для уменьшения простоев РТК при программировании и снижения риска травмирования персона­ла целесообразно применение внешнего программирования с применением САПР. Хорошо зарекомендова­ли себя программные продукты РОБОМАКС и RobCad, на выходе которых формируется готовая програм­ма сварки изделия.

Состав РТК:

1. Промышленный робот (манипулятор+система управления). Фирмы: Motoman, Panasonic (Япония). Reis (США), Cloos, Kuka (Германия) и др. Выбор осуществляется исходя из: грузоподъёмности (для дуговой сварки до 6 кг.), размеров рабочей зоны, числа степеней подвижности, точности позиционирования, стоимости (дешевле Cloos, Kuka).

2. Технологическое оборудование (источник питания с проволокоподающим устройством, горелка. устройство очистки горелки, устройство защиты горелки от столкновений - для дуговой сварки, клеши с трансформатором - для контактной сварки). Источник питания для дуговой сварки должен быть импульсным (для обеспечения струйного переноса при сварке в смеси газов), программируемым (для задания ре­жимов сварки с системы управления РТК). Продолжительность включения источника (ПВ) близка к 100° о. поэтому при выборе ток берётся при ПВ 100%. Хорошо зарекомендовали себя фирмы: Ketnppi. Merkle. Froaius, Esab, Cloos и др. Сварочные горелки отличаются удлинённой передней частью корпуса, вытянутым соплом, гибкими и гладкими спиралями для подвода проволоки. Пневматическая очистка горелки при то­ках до 200 А. Свыше применяется пневматическая и механическая очистка на специальной станции, нахо­дящейся в рабочей зоне робота. Клещи для контактной точечной сварки с прямолинейным и радиальным ходом электродов в основном выполняются с встроенным инверторным источником питания. Их вес опре­деляет грузоподъёмность робота.

3. Сенсоры (для слежения за стыком шва и параметрами режима сварки). Контактные, индуктивные, оптические, лазерные, сенсоры изображения (видео), дуговые.

4. Периферийное оборудование. Поворотные столы (с двумя степенями подвижности), кантователи. вращатели. Когда время сварки и сборки приблизительно равны целесообразно использовать двухпозиционные и многопозиционные столы). При автоматической загрузке деталей используются направляющие устройства, робот манипулятор, конвейеры. Детали извлекаются из магазинов заготовок, для распознавания объектов применяются сенсоры.

5. Системы вентиляции. Преимущественно используются местные вытяжные устройства, распола­гаемые рядом с манипулятором.

6. Устройства для обеспечения безопасности работы: ограждения, кнопки аварийного останова, све­товые или ультразвуковые барьеры, непрозрачные перегородки, отключающие маты и т.д.