КОМПОНОВКА СВАРОЧНЫХ УСТАНОВОК ИЗ МЕХАНИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Унификация, стандартизация и агрегатирование узлов, механизмов машин и оборудования – как эффективная основа создания сварочных установок.

Сварочные установки в большинстве случаев представляют собой компоновки из типового механического оборудования и серийной сварочной аппаратуры и источников питания. Такой метод построения универсальных, а иногда специализированных установок наиболее эффективен, так как:

1. редко сокращает сроки проектирования и внедрения автоматической сварки;

2. уменьшает стоимость оборудования;

3. обеспечивает высокие точностные и эксплутационные характеристики сварочного оборудования;

4. позволяет быстро переналаживать агрегат на новый вид продукции;

5. придает свойства обратимости благодаря многократному повторному применению элементов в новых компоновках.

Существенным преимуществом метода агрегатирования является резкое сокращение типоразмеров и номенклатуры узлов и механизмов, составляющих комплексные агрегаты. Метод агрегатирования и централизованная поставка готовых узлов позволяют заводам-потребителям своими силами проектировать и собирать достаточно сложные сварочные установки и даже поточные линии.

Достаточно иметь 11 типов унифицированных узлов (несущая колонна, горизонтальная каретка, выдвижная штанга с приводом, механизмы подъема и передвижения, поворотное основание колонны, консоль, балкон, вертикальная гильза и сварочная головка), чтобы из них можно было скомпоновать 13 достаточно сложных сварочных устройств разного назначения. Это характерно для механических устройств, несущих на себе сварочную аппаратуру – колонны (ПК1-ПК4), велотележки (ВТ1-ВТ4), глагольные тележки (ГТ1-ГТ4), портальные тележки ПТ1. Каждое из этих устройств содержит от 6 до 8 унифицированных узлов и механизмов. При отсутствии унификации вместо 11 типов узлов понадобилось бы 87.

Самые разнообразные роликовые стенды могут быть смонтированы из одних и тех же типовых роликоопор, соединительных валов и приводных механизмов.

Существует перечень оборудования, которым можно располагать, проектируя комплексные сварочные установки. Но прежде чем включать в проект то или иное типовое оборудование, следует навести справки у заводов-изготовителей.

Для рационального использования существующего типового оборудования конструкторская и технологическая подготовка должна производиться по перечисленным ниже этапам:

1. Анализ конструкторских чертежей изделия, его узлов или деталей с точки зрения их геометрических форм и расположения сварных швов.

2. Выбор способа сварки и разработка технологической производительности документации.

3. Выбор электротехнического сварочного оборудования.

4. Установление основных функций механического сварочного оборудования и требуемых унифицированных узлов и агрегатов.

5. Приобретение конструкторской документации на выбранное оборудование, унифицированные узлы и агрегаты и на относящиеся к нам контрольно-измерительные приборы и автоматику.

6. Проектирование и изготовление сварных и сборочно-сварочных приспособлений.

7. Изготовление и приобретение унифицированных узлов и агрегатов.

8. Приобретение типового механического и электротехнического оборудования.

9. Сборка, монтаж и отладка сварочной установки.

Требования к сварочным установкам для автоматизированного и робототизированного производства

В сварочных установках, встраиваемых в комплексно-механизированные и автоматизированные линии, должны быть:

§ базирующие элементы, обеспечивающие точную установку деталей;

§ зажимные элементы, обеспечивающие закрепление деталей после их установки;

§ подъёмно-транспортные устройства для подачи деталей и выдачи сборочной единицы на межоперационный транспорт;

§ ориентирующее устройство для деталей;

§ накопители деталей и бункерно-загрузочные устройства;

§ захватные и чалочные устройства

§ устройства и оборудование для поворота и фиксации приспособлений вместе с изделием в заданном положении и его вращения;

§ устройства для уплотнения стыков, подачи защитных газов или флюса и т.д.;

§ устройства размещения и перемещения сварочного инструмента;

§ электротехническое оборудование;

§ устройства управления;

§ устройство контроля качества изделий

В соответствии со сложностью сварной конструкции, серийностью производства и выполняемым операциям и функциям установки может включать все или часть перечисленных устройств и иметь различное конструктивное выполнение.

Условия и ограничения для установок, встраиваемых в линии:

а) в случае совмещения операций сборки и сварки в одном кондукторе необходимо предусмотреть возможность сквозного прохода сварочного автомата над швами, в связи с чем прижимы не должны пересекать линии свариваемых кромок;

б) для возможности автоматической сварки всех швов в нижнем (горизонтальном) положении должны быть предусмотрены соответствующие механизмы наклона и поворота приспособления вместе с изделием;

в) для снижения трудоёмкости сборочных операций следует предусмотреть возможность сборки изделия без электроприхваток(отсутствие прихваток, как правило, повышает качество швов);

г) следует предусматривать возможность изготовления сборочной единицы при последовательном наложении деталей и закрепление их сверху, без каких-либо перемещений снизу вверх, вдоль или под углом к уже установленным деталям;

д) целесообразно часть деталей предварительно объединить в технологические сборочные единицы и заранее собирать и сваривать их на других позициях, приспособлениях или установках;

е) различные требования и ограничения, обусловленные единым автоматическим ритмом линии.

Наиболее эффективным средством автоматизации являются роботы в составе робото-технологических комплексов (РТК) или роботизированных линии и участков сборки-сварки. Для их слаженной надежной работы необходимо применять новые конструкции оборудования и приспособлений, удобные для РТК, и решать другие технические и организационные задачи. В РТК требуется сначала точно определить положение деталей и изделий относительно системы координат установочных элементов сварочного приспособления, затем совместить координаты приспособления с координатной системой сварочного робота (с помощью Т-образных пазов или отверстий). Требования к точности изготовления деталей, жесткости и надежности сборочно-сварочных приспособлений и установок значительно повышаются.

Для быстрой переналадки робота в процессе сборки различных деталей в изделии, их надежного захвата, удержания и последовательной установки в ориентированном положении необходимо иметь комплект соответствующих быстросменных захватов.

К источникам питания , входящих в состав сварочных установок, работающих в автоматизированном и роботизированном производстве предъявляется ряд специфических требований:

1. универсальность внешних характеристик;

2. возможность плавного регулирования;

3. большой диапазон измерения параметров;

4. дистанционное управление параметрами, внешней характеристикой, включением и выключением;

5. высокое быстродействие;

6. длительное время выключения.

Наиболее пригодны в этом отношении источники сварочного тока с электронным управлением, такие как сварочные тиристорные выпрямители или сварочные инверторные источники.

Программирование сварочного напряжения подводимого к горелке, должно производиться с учетом падения напряжения в сварочных кабелях.

Применение импульсных источников питания при всех технологических процессах дуговой сварки плавящимся электродом дает возможность организовать управляемый каплемассоперенос, управлять процессами кристаллизации и практически исключать образование брызг.

Специализация сварочного производства и использование групповой технологии

Массовое и крупносерийное производство занимает лишь 25% общего объема машиностроения. Изготовление остальных 75% в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства производится с недостаточным уровнем механизации и автоматизации, невыгодным с экономической точки зрения.

Это противоречие может быть разрешено с применением групповой технологии. Суть ее заключается в том, что все изделия подразделяются на группы (семейства) с признаками подобия. Целесообразно оценивать анализируемые изделия с точки зрения их конструктивных и технологических особенностей по следующим критериям:

1. количество изделий, производимых в течение года, и количество изделий в партии;

2. применяемый способ сварки;

3. геометрическая и конструктивная форма:

§ цилиндрическая;

§ балочная;

§ решетчатая;

§ корпусная;

§ рамная;

§ плоская.

4. длина, ширина или диаметр;

5. высота;

6. масса;

7. толщина листа (<2;2;3;4;5;6;8; 10).

8. типы сварных соединений;

9. форма шва:

§ круговая;

§ криволинейная;

§ пересекающиеся швы;

§ прямолинейная;

§ комбинированная;

10. число однотипных швов;

11. общая длина швов (мм):

§ менее 300;

§ от 300 до 500;

§ от 500 до 1000;

§ от 1000 до 2000;

§ более 2000;

12. ориентация швов в направлении главных осей:

§ по оси Х;

§ по осям Х,У;

§ другие комбинации.

13. необходимое вращение относительно оси:

§ Ах;

§ Ву;

§ Сz;

§ без вращения.

После определения групп изделий разрабатывают проекты гибких автоматизированных систем, в том числе роботизированных, с учетом технической и экономической целесообразности.

Роботизированные модули ГАП.

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

1. подготовка деталей и изделий к сварке;

2. сборка под сварку деталей и изделий;

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

4. снятие с приспособлений и удаление сваренных изделий;

5. правка заготовок, деталей и сваренных изделий;

6. зачистка деталей и сварных швов;

7. 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. 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.

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).

Наибольшее применение промышленные роботы нашли для автоматизации процессов точечной сварки, особенно в автомобильной промышленности. Перспективны подвесные роботы, не требующие площади пола.

Разрабатываются и внедряются более сложные адаптивные РТК для дуговой сварки в СО2, которые состоят из:

1) манипулятора сварочного инструмента (горелки), имеющего три-четыре степени подвижности и точность позиционирования 0.5-И мм;

2) манипулятора изделия с крепежным приспособлением, имеющего две степени подвижности;

3) сварочного оборудования (источник питания дуги, подающий механизм, шланговый держатель с горелкой и т. п.);

4) аппаратуры управления РТК;

5) сервисного оборудования (накопители, питатели, тара, устройства для обрезки конца проволоки, зачистки сопла от брызг и др.).

Наиболее трудоемки и плохо поддаются автоматизации сборочные процессы. Кроме последовательности элементарных циклов (опускание руки и захват 1-й детали; перенос и установка ее в приспособление и т.д.) необходимо производить последовательное закрепление устанавливаемых деталей в приспособлении.

Сборочные работы 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, однонаправленность и строгого ритма потока, точной стыковки всего оборудования РТК.

На стадии проектирования технологического процесса сборки 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.

1 - сборочное приспособление;

2, 3 - гидравлические прессы;

4 - машина точечной сварки.