РОБОТО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И ГИБКИЕ АВТОМОТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВА В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

При относительно частой смене изделий целесообразно создание гибких автоматизированных систем на базе промышленных роботов.

Механизм питания автоматических линий дополняются транспортерами или роботами, передающими обрабатываемые детали от станка к станку.

Сварочное производство относится к одной из наиболее перспективных областей применения промышленных роботов, которые в отличие от сварочных станков автоматов или специальных многоэлектродных сварочных машин, могут работать по гибкой, часто изменяющейся программе, легко и быстро переналаживаться на другую работу.

Основными направлениями использования роботов сварочном производстве является:

1. установка сборочно-сварочных приспособлений на технологическое и другое оборудование, снятие с него;

2. подготовка деталей и изделий к сварке;

3. сборка под сварку деталей и изделий;

4. сварка и наплавка (контактная, дуговая, плазменная и др.);

5. снятие с приспособлений и удаление сваренных изделий;

6. правка заготовок, деталей и сваренных изделий;

7. зачистка деталей и сварных швов;

8. контроль качества деталей и сварных изделий;

8. выполнение различных межоперационных, внутрицеховых транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских операций;

9. работа в комплексе с другими сборочно-сварочным и транспортным оборудованием в поточных линиях и т. п.

Для успешного использования ПР необходимо осуществить комплекс организационно-технических подготовительных работ по отработке сварного изделия на технологичность, модернизации существующего или разработке принципиально нового технологического, транспортного и другого оборудования, сборочно-сварочных приспособлений, разработать проект робото-технологического комплекса (РТК) и т. п.

Промышленный робот является автоматическим манипулятором с программным управлением. Он может быть сравнительно легко и быстро переналажен и обучен на выполнение другого технологического процесса путем перепрограммирования и замены (переналадки) приспособлений.

Любой промышленный робот независимо от класса состоит из механической части и системы управления.

Механическая часть включает:

• Станину устанавливаемую неподвижно или на подвижную тележку;
• Рычажно-захватывающее устройство (рука), представляющее собой разомкнутый многозвенный механизм, на конце которого монтируется устройство для захвата детали или инструмента.

Схема ПР с семью степенями подвижности в виде тележки с колонной.

Робот может иметь одну, две, три и более рук, совершающих позиционирование с деталью или инструментом в различных системах координат: цилиндрической, полярной, прямоугольной, сферической, или комбинированной.

Устройство управления может встраиваться в станину или устанавливаться отдельно.

Большинство ПР обладают тремя-пятью степенями подвижности, причем рука вместе с закрепленной в ней сварочной горелкой или сварочными клещами может поворачиваться в горизонтальной плоскости, перемещаться и наклоняться, выдвигаться и убираться обратно, поворачиваться вокруг собственной оси и перемещаться вместе со станиной.

В качестве приводов захватных устройств применяются механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные, электромеханиче-ские и их комбинации.

Система управления ПР служит для формирования логической последовательности его действия и обеспечения автоматической работы захватных устройств в соответствии с заданной программой, а также для осуществления синхронной работы самого робота и основного технологического оборудования, контроля за рабочей зоной с целью предупреждения несчастных случаев.

Основными параметрами промышленного робота являются:

• мобильность;

• грузоподъемность;

• число степеней подвижности;

• точность позиционирования;

• рабочая зона;

• тип и число основных рабочих органов;

• вид, величина и скорость перемещения;

• тип привода;

• тип системы управления и др.

Роботы могут устанавливаться стационарно (напольные и подвесные) или перемещаться от одного станка к другому (по рельсам).

Принцип агрегатно-модульного построения роботов, а также вспомогательного, сервисного оборудования, приспособлений и сопутствующих устройств, позволяет компенсировать различные типы автоматизированных участков, комплексов, линий, создавать гибкие (легко переналаживаемые) автоматизированные производства.

Наибольшее применение промышленные роботы нашли для автоматизации процессов точечной сварки, особенно в автомобильной промышленности. Широко применяется система, в которой ПР размещены вдоль конвейера, автоматически перемещающего свариваемое изделие. Сварочные клещи, зажатые в руке робота, производят точечную сварку в различных местах (обычно не более 30 точек). Имеются ПР, осуществляющие подачу, съем изделий и автоматический контроль сварки. В такой сварочной линии перспективно использование подвесных роботов, так как это позволяет сократить размеры необходимой производственной площади.

Автоматическая линия на базе сварочных роботов имеет транспортно- загрузочные устройства (средства), перемещающиеся приспособления-спутники, средства автоматического складирования заготовок и приспособлений и распределение их между установками. Для управления всей линии используется принцип группового управления от ЭВМ.

В последнее время расширяется применение ПР для дуговой сварки. Если контактная сварка успешно выполняется ПР с жесткой программой действия (первого поколения), то для дуговой сварки необходимы адаптивные (второго поколения) и интеллектные (третьего поколения) ПР. В настоящее время созданы для дуговой сварки отдельные специальные роботы с адаптивной системой управления, способные использовать информацию о внешней среде, поступающую от соответствующих сенсорных устройств, позволяющих определить положение, конфигурацию, размер и другие данные об изделие и сварочном инструменте. В этом случае упрощаются технологические приспособления, не требуются устройства для предварительного ориентирования деталей и приспособления, сокращается время переналадки робота на другую программу.

В общем виде РТК для дуговой сварки в (MAG) состоит из ряда механизмов и устройств:

• манипулятора сварочного инструмента (горелки), имеющего три-четыре степени подвижности и точность позиционирования 0.5-Имм;
• манипулятора изделия с крепежным приспособлением, имеющего две степени подвижности;
• сварочного оборудования (источник питания дуги, подающий механизм, шланговый держатель с горелкой и т. п.);
• аппаратуры управления РТК;
• сервисного оборудования (накопители, питатели, тара, устройства для обрезки конца проволоки, зачистки сопла от брызг и др.).

Наиболее трудоемки и плохо поддаются автоматизации сборочные процессы.

Анализ сборочных работ показывает, что ПР должны обеспечивать высокую точность позиционирования, автоматическую смену захватов и инструмента, уметь распознавать объекты сборки и самостоятельно принимать решения в зависимости от ситуации.

Сборка любого изделия требует захвата различных по конфигурации, размерам и массе деталей, что в свою очередь требует смены или подналадки ориентирующих устройств и захватов, однонаправленности и строго ритма потока, точной стыковки всего оборудования РТК. Это вызывает дополнительные трудности роботизации операции сборки. Существующие ПР способны пока выполнять лишь сборку простых изделий из двух-трех деталей, а также отдельные операции: захват и перенос строго (или предварительно) ориентированной детали, её установку, снятие прихваченного (сваренного) изделия, контактную точечную сварку и т.п.

На стадии проектирования технологического процесса сборки-сварки выбирает оптимальный вариант компоновки РТК. При этом эффективным часто оказывается компромиссное решение, например сочетание ручного труда сборщиков с работой различных механизмов, в том числе и роботов.

Схема участка

а) до установки

1 - сборочное приспособление;

2, 3 - гидравлические прессы;4 - машина точечной сварки.

б) после установки ПР

Устройство управлением роботом

Присутствие человека в сборочной линии с роботами оказывается целесообразным до тех пор, пока автоматические системы зрения и осязания роботов не станут совершенными, надежными и экономически оправданными. Это обеспечат надежные с большими функциональными возможностями ПР второго и третьего поколений.