Сварматик — внедрение сварочных роботов для серийного производства

Notice: Undefined index: HTTP_ACCEPT in /home/n/newavtjc/radiocopter.ru/public_html/wp-content/plugins/realbig-media/textEditing.php on line 823

Роботизация процессов сварки в вагоностроении – сцбист – железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть

Роботизация процессов сварки в вагоностроении

Резкий спад потребности в продукции вагоностроения в странах СНГ в конце прошлого столетия привел к необходимости пересмотра заводами своих программ, объемов производства, а также освоения в сжатые сроки новых типов вагонов с учетом требований заказчика. Это, в свою очередь, потребовало дорогостоящего переоснащения, а в некоторых случаях – и демонтажа специального механизированного и автоматизированного оборудования. Существовавший до начала 90-х годов в вагоностроении в основном массовый тип производства (чему способствовала специализация заводов на выпуск определенных типов вагонов) изменился на серийный. Если учесть при этом, что количество вагонов в партиях или сериях незначительно, то в соответствии с классификационной категорией (ГОСТ 14.004-83), выделяемой по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска заводы теперь относятся к типам производств со среднесерийным или даже мелкосерийным выпуском.

Необходимо отметить, что если широко использовавшийся в 70-80 годы на заводах вагоностроения принцип дифференциации технологических операций в условиях поточного крупносерийного или массового производства был оправдан, то в настоящее время он стал заменяться принципом экономически оправданной концентрации операций, выполняемых на одном рабочем месте.

В противовес жестким механизированным и автоматизированным линиям в настоящее время заводские инженерно-технические службы большое внимание уделяют возможностям внедрения в производство гибких производственных систем.

В соответствии с ГОСТ 26228-90 гибкая производственная система (ГПС) -управляемая средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящая из разных сочетаний гибких производственных модулей и(или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматической переналадки при изменении программы производства изделий, разновидности которых ограничены технологическими возможностями оборудования.

Смотрите про коптеры:  В России ужесточили требования к регистрации беспилотников — РБК

Термин “гибкая производственная система” не следует понимать как обозначение системы, предоставляющей возможность быстрого освоения и перехода на выпуск совершенно новой продукции, например, вместо вагонов – автомобилей или вместо ракетной техники – товаров народного потребления.

Под “гибкостью” подразумевается возможность изготовлять изделия в соответствии с организацией производства по типовым или групповым технологиям при относительной стабильности производственного процесса.

Типовой технологический процесс (ГОСТ 3. 1109-82) – это технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

Групповой технологический процесс (ГОСТ 3. 1109-82) – технологический процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

В условиях жесткой конкурентной борьбы и погони за прибылью стало понятным, что экономическая эффективность любого производства находится в прямой зависимости не только от уровня механизации и автоматизации, позволяющих снизить себестоимость и повысить качество, но и от возможности быстроты переналадки производства на выпуск новых или модернизированных изделий, независимо от их типа.

Создание ГПС стало возможным благодаря научно-техническому прогрессу, сделавшему огромный скачок в своем развитии за счет использования микропроцессоров, ЭВМ и роботов.

Промышленный робот (ПР) является самым типичным представителем средств гибкой автоматизации, в основе которых лежит возможность как программирования, так и перепрограммирования “мыслящей” машины.

В соответствии с ГОСТ 23686-85 промышленный робот – это автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

К перепрограммированию относится изменение последовательности и значений перемещений по степеням подвижности и управляющих функций с помощью средств управления, смонтированных на пульте устройства.

В последние десятилетия робототехника заняла ведущее место в автоматизации современного промышленного производства

При автоматизации сварочных операций ПР могут использоваться как в качестве основного, так и вспомогательного технологического оборудования роботизированных комплексов. В первом случае ПР непосредственно выполняет сварку, для чего он оснащается рабочим инструментом, сварочными клещами или горелкой для подачи сварочной проволоки. Во втором случае ПР обслуживает стационарные сварочные машины, обеспечивая сборку и установку в рабочую зону машины свариваемых деталей, а также снятие готовых изделий.

Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:

Необходимость внедрения роботов в сборочно-сварочное производство диктуется следующими немаловажными обстоятельствами, наблюдающимися в промышленности: оттоком рабочих, не желающих заниматься вредным для здоровья и тяжелым физическим трудом, необходимостью уменьшения себестоимости выпускаемой продукции, улучшения ее качества, увеличением типажа вагонов.

Но автоматизация технологических процессов с помощью роботов требует совершенно нового подхода к качеству изготавливаемых деталей, подлежащих последующей сборке в сварные узлы, в части их точности по геометрической форме, размерам, взаимному расположению, подготовке к сварке. Поэтому внедрению в производство дорогостоящих автоматических машин должна предшествовать широкая и тщательная проработка конструкций изделий на технологичность, с обоснованными расчетами экономической целесообразности их использования.

В настоящее время практически все вагоностроительные заводы приобрели роботы или роботизированные технологические комплексы (РТК).

В соответствии с ГОСТ 26228-85 роботизированный технологический комплекс- это совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

Внедрение одиночных роботов или РТК не столько соответствует желанию получить существенный экономический эффект, сколько рассматривается в качестве первых шагов в автоматизации сборочно-сварочного производства, повышении его гибкости, в психологической подготовке рабочих к переходу на новые формы организации труда, связанные с использованием более совершенного оборудования.

Широкое распространение в вагоностроении получили промышленные роботы производства Финляндии, Германии, Японии.

В качестве примера успешного применения робототехники в вагоностроении ниже приведен опыт АО “КрВЗ”, который на базе робота РМ-01, модернизированного ИЭС им. Е. О. Патона для выполнения сварочных работ, внедрил в производство РТК для дуговой сварки в среде С02 трудоемкого и ответственного узла хребтовой балки грузового вагона – надпятника (рис. 2-315). Общая протяженность сварных швов – более 3000 мм, катет шва – 4… 10 мм.

В состав РТК (рис. 2-316), кроме манипулятора инструмента 19, который смонтирован на консоли 12, перемещающейся по колонне 13, и стойки 3 программного управления входит универсальный вращатель изделия 7 со шкафом управления 4 и устройством адаптации 16, инверторный источник 10 питания сварочным током “Kemppi PS-3500”, механизм 8 подачи сварочной проволоки диаметром 0,8…1,6 мм, смонтированный на подставке 17. Управление РТК осуществляется через общую систему 1 с пульта 2.

В качестве защитного газа используется сварочная углекислота, поступающая из баллона 15 через редуктор 14, последовательно соединенный с подогревателем газа. Сварочная проволока по держателю 18, упруго подвешенному на рулетке 11, поступает в горелку, закрепленную посредством кронштейна 20 к фланцу кисти манипулятора. Сварка надпятника выполняется проволокой диаметром 1,6 мм на токах 250…300А. В целях уменьшения нагрева сопла и сварочного кабеля при значительной продолжительности непрерывной работы сварочный держатель охлаждается проточной водой, поступающей в горелку из бака 9.

Очистку сопла горелки от брызг производит после сварки каждого изделия механическим способом устройство 6 с помощью перемещающейся внутри нее очищающей втулки с приводом от пневмоцилиндра. На очищенную внутреннюю поверхность сопла путем впрыскивания наносится силиконовая смазка. Для облегчения возбуждения сварочной дуги процесс сварки изделия начинают после обрезки зашлакованного конца проволоки устройством 5.

Робот РМ-01 (рис. 2-317) представляет собой универсальный электромеханический жестко программируемый промышленный робот первого поколения с управлением от ЭВМ. Робот состоит из двух основных частей: манипулятора (“руки”) модели “Puma-560” и устройства управления модели “Сфера-36” с соединительными кабелями.

Технические данные установки:

Число степеней подвижности робота 6

Грузоподъемность, кг 2,5

Погрешность воспроизведения роботом программы перемещения, мм ±0,1

Максимальная контурная скорость робота, мм/с 500

Объем памяти устройства управления, кбайт 24

Хранение информации ОЗУ, ГМД

Число дискретных входов/выходов УУ 32/32

Диаметр стальной сплошной сварочной проволоки, мм 1,6

Число степеней подвижности манипулятора изделия 2

Грузоподъемность манипулятора изделия, кг 80

Погрешность позиционирования манипулятора изделия, мм ±0,2

Габаритные размеры РТК, мм 4500×4 000×3000

Манипулятор “Puma-560” – антропоморфный манипулятор с шестью степенями подвижности, способный выполнять самые разнообразные движения. Звенья манипулятора соединяются друг с другом в суставах и вращаются вокруг осей систем координат, проходящих через их центры.

Звенья манипулятора и его степени подвижности показаны на рис. 2-318. В их состав входят следящие приводы и зубчатые передачи. Каждое звено имеет свой следящий привод постоянного тока с постоянным магнитом. Трансмиссия осуществляется через зубчатые редукторы.

Рабочее положение манипулятора определяется относительно известного исходного (абсолютного) положения. Абсолютное положение устанавливается с помощью потенциометров.

Управление движением манипулятора требует постоянного контроля положения и скорости движения звеньев. Для этого на валу каждого серводвигателя установлены в одном комплекте потенциометр и импульсный фотоэлектрический датчик. Вращение датчика обеспечивается от вала двигателя через скользящую муфту. Сигналы от датчиков индицируют положения звеньев. На основе этих сигналов рассчитывается скорость их движения.

Для выполнения технологической операции требуется сначала запрограммировать робот, то есть задать последовательность выполняемых операций, перемещений, скорость перемещений, время включения и выключения подачи защитного газа, охлаждающей воды, включение и выключение сварочного тока, работу позиционера и т.д. Корректно составленная программа обеспечивает качественное изготовление конструкции.

Для упрощения процесса программирования манипулятор имеет две системы координат, относительно которых он движется: основную и систему для инструмента.

Основная система координат состоит из трех перпендикулярных друг к другу осей (X, Y и Z), пересекающихся в плече манипулятора (рис. 2-318). При перемещении звеньев манипулятора она неподвижна. Система используется, например, при обучении робота новым точкам.

Система координат инструмента состоит из трех осей, пересекающихся во фланце кисти, и изменяет свое положение в соответствии с перемещениями манипулятора.

Управляет манипулятором ЭВМ модели “Сфера-36”. Упрощенная функциональная схема управления роботом приведена на рис. 2-319.

После поступления информации в объемное запоминающее устройство (ОЗУ) центральный процессор начинает вычислять предусмотренную программой траекторию движения манипулятора. Значения координат, вычисленные по текущему положению манипулятора, передаются в модули управления приводом (МУП). Новые значения вычисляются со скоростью порядка десятков раз в секунду. Таким образом, принцип управления движением манипулятора состоит в том, что при движении манипулятора из одной запрограммированной точки в другую ему дают несколько “промежуточных целей”. Такой способ управления необходим, например, для выполнения прямолинейных движений.

Для каждой степени подвижности предусмотрены индивидуальный модуль управления приводом и усилитель мощности, которые обеспечивают управление соответствующим звеном манипулятора в соответствии с полученной от центрального процессора информацией. Необходимая для управления обратная связь обеспечивается установленными на двигателях фотоэлектрическими импульсными датчиками. Таким образом, между модулями управления приводом и двигателями манипулятора создаются замкнутые петли управления.

Расчет новых промежуточных значений на модулях управления приводом производится намного быстрее, чем в центральном процессоре, – примерно тысяча раз в секунду. Применяемый способ (линейная интерполяция) обеспечивает максимальную плавность движения звеньев манипулятора.

Система управления робота включает программу ARPS (Advansed Robot Programming System). Она записана в постоянное запоминающее устройство центральной ЭВМ. При включении питания системы управления программа ARPS включается автоматически, и робот готов воспринимать команды оператора с клавиатуры.

Обучение робота может производиться двумя различными способами. При первом способе манипулятор с пульта ручного управления управляется “от точки к точке”. Одновременно заданные точки фиксируются в ОЗУ системы управления. После запуска программы робот выполняет ее, повторяя точки в той последовательности, в которой они были записаны при обучении.

Во втором случае оператор записывает программу в ОЗУ с клавиатуры, используя команды языка ARPS.

Самый эффективный способ обучения робота РМ-01 – смешанный. Он с высокой точностью обеспечивает траекторию движения сварочной горелки и сварочный цикл, заложенные в программу в ходе обучения. Поэтому в процессе сварки соединений, имеющих погрешности изготовления, сборки и фиксации свариваемых деталей, могут образоваться дефекты, которые приходится устранять вручную, т.е. робот не в состоянии обеспечить стабильное качество сварных соединений без дополнительных мероприятий, устраняющих различные отклонения точности изготовления свариваемых деталей, их базирования и фиксации на манипуляторе изделия.

Размещение оборудования на участке РТК показано на рис. 2-320.

Технологический процесс изготовления надпятников начинается со сборки изделия на отдельно стоящем рабочем месте 9 в механизированном приспособлении путем соединения деталей между собой электроприхватками, выполняемые полуавтоматом 8. Собранный узел консольным краном 10 передается на один из универсальных вращателей 6 или 7, где последовательно выполняется, в соответствии с командой, поступившей с пульта 2, сварка металлоконструкции роботом 3.

Готовый узел консольным краном перемещается на складское место, откуда электромостовым краном 11 доставляется на позицию сборки с хребтовой балкой.

Опыт эксплуатации РТК показал, что если производительность труда при изготовлении узла по сравнению с ручной сваркой возросла не более, чем на 15-20%, то качество накладываемых швов при соответствующей подготовке деталей намного выше и стабильнее, нежели у сварщиков; кроме того, уменьшается набрызгивание и разбрызгивание электродного металла.

Таким образом, накопленный опыт показывает, что одним из методов обеспечения качества при роботизированной дуговой сварке является четкое соблюдение технологического процесса при изготовлении заготовок, при повышении общей культуры производства.

В условиях, когда повышенные требования к качеству заготовок экономически не оправдываются, очевидно, целесообразно использовать адаптивные системы управления, обеспечивающие соблюдение траектории движения электрода по реальной линии положений свариваемого стыка, с выбором оптимальных параметров режима при выполнении шва.

Правильность высказанного предположения подтверждается опытом ММЗ, на котором при изготовлении вагона-метро использована роботизированнная сварка четырех сварных узлов, один из которых представлен на рис. 2-321. Дуговая сварка производится в автоматическом режиме на РТК фирмы “Gloos” на базе робота семейства “Romat” с системой управления Ротрон. Роботы указанного семейства относятся ко второму поколению, т.е. оснащены средствами адаптации (комплекс технических и программных средств), позволяющими корректировать траекторию перемещения сварочного инструмента относительно изделия, имеющего случайные отклонения линий сопряжения свариваемых элементов от их расчетных (геометрических) положений, и автоматически, для данного свариваемого соединения, установить оптимальный режим сварки.

Промышленный робот “Romat” – это плоскошарнирный, или так называемый робот с продольным изгибом хобота. Плоскошарнирная конструкция обеспечивает полусферическую зону его действия.

Робот имеет шесть осей, которые делятся на три категории: основные, внешние и руки. Сварочный технологический комплекс состоит из следующих основных узлов: промышленного робота; сварочной горелки; системы управления роботом; позиционера; сенсорных датчиков поиска шва и слежения.

Поскольку к различным сварным швам предъявляются различные требования, связанные с допусками на заготовку, с наличием изменяющегося зазора и т.д., то зачастую невозможно обойтись только наложением швов простыми ниточными слоями.

Чтобы обеспечить требуемое качество сварных соединений, вместо выполнения обычного ниточного шва можно производить сварку с колебаниями электрода, изменяя при этом частоту и амплитуду, т.е. робот отрабатывает траекторию движения электрода, выполняя колебательные движения, представляющие собой синусоидальную кривую, под углом 90° к направлению траектории и направлению подачи проволоки.

Синусоидальное колебание можно изменять самопостроенной фигурой колебательного движения, например, треугольной фигурой при сварке вертикальных швов.

Сварка соединений производится проволокой диаметром 1,6 мм в смеси защитных газов на основе аргона (82% Аг и 18% С02).

Программирование осуществляется на языке “Karola”.

Из всех вагоностроительных заводов СНГ наиболее значительный опыт эксплуатации робототехнологических комплексов накоплен в концерне “Азовмаш” (г. Мариуполь). Здесь РТК модели А30А находится в эксплуатации с 1983 года. Он состоит из робота IRb-б с системой управления, двух манипуляторов для перемещения свариваемых изделий, комплекта оборудования автоматической сварки в защитных газах и устройства для вентиляции.

Робот IRb-б -антропоморфный с пятью степенями подвижности. Точность воспроизведения запрограммированной траектории составляет ±0,2 мм, максимальный вылет руки 760 мм, нагрузка на захват-до 60 Н. Все звенья подвижности электроприводные и выполнены по единой схеме, содержащей электродвигатель постоянного тока, волновой редуктор, шаровинтовую пару. Чтобы поддерживать постоянную частоту вращения, на двигателе установлен тахогенератор.

Для обеспечения обратной связи с системой управления на каждом двигателе установлен вращающийся трансформатор, показания которого об угле поворота двигателя преобразовываются в цапфовый двоичный код и сравниваются с записанной в оперативной памяти программой.

Система управления робота представляет собой микроЭВМ с восьмиразрядным микропроцессором и емкостью оперативной памяти 8 Кбайт. На практике такой емкости достаточно для последовательной сварки по одной программе двух изделий с 20 швами на каждом, для многократного включения и выключения манипуляторов и оборудования при общей продолжительности сварочных циклов до 30 мин.

Каждая ось подвижности робота управляется отдельной типовой платой, которая функционирует согласно программе, записанной в регистрах плат.

Для долговременного хранения сварочных программ в системе управления имеется внешняя память (используется магнитофонное кассетное устройство), а для управления сварочным оборудованием и манипуляторами – по 16 выходов и входов, при включении которых в различных сочетаниях вырабатываются команды.

“Обучение” и запись программы производят путем перемещения горелки, установленной на захвате робота, по траектории сварного шва с ручным включением двигателя каждой оси, а также записью опорных точек через каждые 40…60 мм и управляющих команд, подаваемых на манипуляторы и оборудование.

Манипуляторы изделия (грузоподъемностью 500 кг) имеют две степени подвижности: наклон изделия на 45 и 90 с помощью гидропривода; вращение изделия вокруг оси с помощью электропривода. Вращение может осуществляться с транспортной скоростью (с программируемыми остановками через каждые 45°) и сварочной скоростью, которую задают с помощью специального устройства.

Сварочное оборудование включает следующие компоненты: источник питания дуги, обеспечивающий ток до 630 А при ПВ=60% и 500 А при ПВ=100%; механизм подачи проволоки диаметром 1,2…2,4 мм с двумя электронно-управ-ляемыми электродвигателями (обеспечивают плавное регулирование скорости подачи) и блоком программирования параметров (позволяет задавать пять различных сочетаний тока и напряжения и поддерживать их оптимальные значения в процессе сварки); водоохлаждаемую горелку (рассчитанную на ток до 630 А) с автономными устройствами охлаждения и продувки сопла (последнее включается по команде системы управления робота); газоотсасывающее устройство производительностью 106 мЗ/ч (включено параллельно со сварочным оборудованием)- его сопло закреплено на захвате робота.

Для сварки были выбраны узлы массой до 100 кг с габаритными размерами бООхбООх 1200 мм (число входящих деталей – от 2 до 7) и годовой программой выпуска 300…8000 шт.

Работа организована по следующей схеме (рис. 2-322): оператор собирает изделие в сборочном кондукторе, с помощью консольно-поворотного крана 13 транспортирует его к манипулятору 6, закрепляет в сварочном кондукторе и включает установку. Во время сварки изделия роботом 4 оператор собирает следующее, осматривает и складирует готовое. В течение одной смены бывает обычно не более двух переналадок. Эта операция заключается в установке (в течение 12… 17 мин) сварочного кондуктора под другое изделие на поворотном столе манипулятора и введении программы его сварки в оперативную память робота с помощью магнитофонного кассетного устройства (2…3 мин).

Детали для изделий, свариваемых роботом, изготовляют при помощи машин газовой резки с ЧПУ и кривошипных ножниц. Точность сборки под сварку должна быть в пределах от ±0,5 до ±1,5 мм.

Накопленный опыт эксплуатации РТК позволяет рекомендовать отбирать для сварки изделия с годовой программой выпуска не менее 250 шт. При этом протяженность свариваемых роботом швов должна быть не менее 30000 м в год при номенклатуре свариваемых изделий не более 20-25 типов. В настоящее время на роботизированной установке сваривают 12 типов изделий (общее число – до 12000 шт. в год).

Роботизированная установка работает в две смены, и ее машинное время загружено на 76%.

Внедрение роботизированной установки позволило высвободить трех квалифицированных рабочих и повысить качество сварки изделий. Стабильное горение дуги и точное ведение горелки по стыку позволили в ряде случаев уменьшить катеты сварных швов.

Задачи, связанные с необходимостью повышения эксплуатационной надежности вагонов-цистерн, с уменьшением их себестоимости, отсутствием достаточного количества квалифицированных сварщиков в концерне “Азовмаш” решаются путем применения более совершенного автоматического сварочного оборудования, позволяющего значительно уменьшить влияние случайных погрешностей на качество сварного соединения.

К такому оборудованию относятся созданные НПО ЦНИИТмаш совместно с МГТУ и изготовленные на заводе АО “Красный пролетарий” портальные адаптивные сварочные роботы (ПАРС -ЗМ), внедренные на заводе в 1994 г. при сварке заготовок карт днищ.

При проектировании ПАРС в качестве прототипа было использовано блочно-модульное оборудование фирм ESAB (Швеция), Ansaldo (Италия), а также накопленный НПО ЦНИИТмаш опыт создания систем модульных унифицированных узлов сварочного оборудования.

Портальный адаптивный робот ПАРС-6 (рис. 2-323) предназначен для сварки протяженных угловых и линейных швов и позволяет выполнять сварку без разделки и с разделкой кромок швов, длиной до 12 м с адаптацией по положению шва в пространстве. Адаптация выполняется путем записи координат линии стыка в режиме обучения. Обучение производится по точкам, в которые оператор предварительно выставляет звенья робота. После введения очередной точки меж-точечное пространство заполняется прямыми отрезками, по которым осуществляется воспроизведение траектории.

Одновременно с траекторией в память записываются параметры режима сварки для соответствующего участка, которые затем воспроизводятся по мере отработки траектории движения. Оператор может без проведения сварки проверить правильность введения траектории и произвести ее корректировку. Окончание процесса сварки и заварка кратера выполняются автоматически в последней точке введенной траектории.

Погрешности установки изделия относительно сварочной системы, прихватки на шве, депланация кромок, зазоры в стыке, появление мест, засыпанных флюсом, не оказывают влияния на точность направления электрода по стыку и качество сварного соединения.

Устройство управления обеспечивает слежение за стыком, вылетом электрода, флюсовой либо газовой системой, устойчивое возбуждение дуги и стабилизацию тока или напряжения сварки, заварку кратера и др. Робот ПАРС-6 имеет модульное исполнение и выполнен с использованием узлов модульной системы ПАРС

В качестве привода используются электродвигатели постоянного тока (Мн=3,5 Н. м, Nmax=2000 об/мин), оснащенные тахогенератором и датчиком положения.

Устройство управления осуществляет полное тестирование всех основных модулей робота с сообщением о выявленных неисправностях оператору на пульт управления.

Робот снабжен цифровой системой управления и состоит из следующих основных узлов: сварочной системы; модуля продольного перемещения; электрооборудования.

Модуль продольного перемещения смонтирован на боковых стойках самоходного портала, передвигающегося вдоль стенда сварки. Модуль выполнен в виде сварной несущей балки прямоугольного сечения, на которой закреплены зубчатая рейка и призматические направляющие для перемещения каретки с размещенными на ней сварочной системой, блоками управления, кассетой для сварочной проволоки, системой подачи и отсоса флюса, пультом управления. Блок питания размещен непосредственно на портале.

Перемещение каретки по направляющим балки обеспечивается электропри-водным механизмом, состоящим из двигателя постоянного тока и червячного редуктора. На выходном валу редуктора установлена шестерня, которая входит в зацепление с зубчатой рейкой, укрепленной на балке параллельно с направляющими.

Ход каретки по балке составляет 4685 мм. Он ограничен конечными выключателями и упорами.

Электропривод обеспечивает высокую точность и плавность линейного горизонтального перемещения каретки в процессе ее движении со скоростью до 1 м/с при установленном на ней оборудовании массой 300 кг.

В состав сварочной системы входят механизм подачи сварочной проволоки; два приводных следящих суппорта для поперечной и вертикальной корректировки положения сварочной головки; механизм правки проволоки в двух взаимно перпендикулярных направлениях; токопровод; система подачи и отсоса флюса; кассета для проволоки, система управления и контроля.

Контроль параметров режима сварки производится по показаниям электроизмерительных приборов.

В процессе сварки с пульта управления можно корректировать значение сварочного тока, скорость сварки и скорость подачи сварочной проволоки.

Электрическая часть представляет собой силовую установку, включающую в себя сварочный выпрямитель ВДУ1002, блок трансформаторов БТ, блок подачи проволоки, блок приводов и блок системы управления.

При включении питания автоматически выполняется операция нулирова-ния записанных в блоках данных по трем координатам. Устанавливается исходное состояние регистров положения для отсчета импульсов всех шаговых двигателей, после чего возможны управление координатами в автоматическом и ручном режимах и запоминание траектории стыка по точкам. Кроме того, в зависимости от качества собранного стыка можно задать расчетные значения параметров режима сварки (1св и Уев).

Запоминание производится путем наведения вручную светового указателя на стык с последующим нажатием на кнопку “Захват точки”. Данные о местоположении точки передаются в микроЭВМ модели МС0510, предназначенную для выполнения управляющей программы, и устанавливается режим сварки. Введенные параметры режима запоминаются и при сварке автоматически устанавливаются от той точки стыка, где они были записаны, и до следующей точки, с новыми значениями параметров режима.

После записи координат точек линии стыка проверяют путем возврата головки к началу траектории правильность наведения головки на стык. При перемещении головки на пульте отображаются записанные режимы сварки. Записанная по точкам траектория стыка сохраняется до того момента, пока оператор не нажмет на кнопку “Сброс траектории”.

Управление сварочной установкой производится с пульта, на котором отображены текущий режим работы, позиция каретки, установленные оператором режимы сварки.

Пульт позволяет управлять движениями сварочной головки по трем координатам, вводить по точкам траекторию стыка и режимы сварки, запускать и останавливать сварочный автомат.

После прекращения процесса сварки происходит автоматическая заварка кратера с последующим отключением механизма подачи проволоки и сварочного выпрямителя.

Отличительной особенностью описанного оборудования является отсутствие жестких требований к точности установки свариваемого стыка параллельно направляющим для перемещения сварочного автомата. Это обстоятельство очень важно при сварке протяженных швов, так как на адаптацию автомата затрачивается значительно меньше времени, чем на точную установку изделия.

Использование роботов ПАРС-6 при сварке заготовок карт днищ позволило благодаря точному направлению электрода по стыку, возможности регулирования параметров режима непосредственно во время ведения процесса, улучшению условий труда операторов и существенному снижению его интенсивности, уменьшить объем ремонта изделий после сварки на 40% при росте производительности труда в 1,4 раза.

Если в вагоностроении стран СНГ роботизация процессов сварки делает только первые шаги, то в таких странах, как Япония, ФРГ, Польша, Словакия, Франция и США, на базе РТК созданы и надежно функционируют участки для сварки узлов тележек, элементов рам, бортов платформ, триангелей, боковых стен вагонов, используемые не только при постройке вагонов, но и при их ремонте.

Ниже приведены примеры использования сварочных роботов в вагоностроении различных стран.

Вагоностроительные фирмы Японии для сварки узлов тележек вагонов применяют два типа роботизированных комплексов дуговой сварки в защитных газах: с двумя универсальными вращателями – для мелких узлов и с двухстоечным горизонтальным вращателем – для крупных узлов.

На участке роботизированной сварки мелких узлов тележки размещены сварочный робот 7, два универсальных вращателя 5, источник питания сварочной дуги 6, устройства управления роботом 9 и вращателями 10, бобина сварочной проволоки (массой 300 кг) и устройство ее подачи 8. Собираемые детали укладывают на место складирования 1. Сборку и прихватку узлов с помощью ручной дуговой сварки производят на площадке 2. Оператор снимает с рольганга 4 и устанавливает по два собранных узла на планшайбу одного из вращателей, после чего выполняется сварка узлов роботом. Во время сварки oпeратор снимает два сваренных узла со второго вращателя, укладывает узлы на рольганг 11, устанавливает и закрепляет на вращателе два очередных узла. По окончании сварки на первом вращателе робот переключается на сварку двух узлов, закрепленных на втором вращателе, и т.д. Сваренные узлы по рольгангу 11 поступают на место складирования готовых узлов 12.

Роботизированный комплекс для сварки крупных узлов тележки (рис. 2-325) состоит из сварочного робота 2, размещенного на передвижной платформе 3, и двухстоечного вращателя 1. Вращатель обеспечивает поворот изделия на 36СГ, а передвижная платформа перемещает робот на расстояние до 3500 мм.

В обоих комплексах используют сварочные роботы антропоморфного типа.

В Словакии на вагоностроительном заводе “Вагонка-Попрад” при изготовлении сварных узлов грузовых тележек-триангелей работают два жесткопрограммируемых робототехнологических комплекса (рис. 2-326), созданных на базе промышленных роботов ПР-32, которые с высокой точностью воспроизводят траекторию движения горелки и обеспечивают выполнение сварочного цикла (траектория и цикл заложены в программу в процессе обучения).

Каждый РТК состоит из сварочного робота ПР-32 (Словакия) с системой управления и двух сборочно-сварочных приспособлений для сборки и кантовки изделия. Загрузка и выгрузка готовой продукции производится шарнирно-ба-лансирными манипуляторами.

Опыт фирмы Waggon Union (г. Зиген, ФРГ) свидетельствует об успешном применении роботов для дуговой сварки в защитных газах элементов рам грузовых вагонов. Эти роботы антропоморфного типа с шестью степенями подвижности фирмы Cloos (Австрия) работают в составе трех роботизированных комплексов, отличающихся видом оборудования для позиционирования свариваемых изделий. Все комплексы двухпозиционные, т.е. имеют по две рабочие позиции для размещения свариваемых изделий. Это позволяет наиболее рационально организовать работу, так как при сварке на одной позиции оператор снимает со второй позиции сваренное изделие, проверяет качество сварки, устанавливает детали и собирает новый узел или устанавливает собранный на другом рабочем месте.

Комплекс первого типа предназначен для сварки малогабаритных изделий. Он состоит из робота и поворотного стола, на котором размещены два вертикальных вращателя свариваемых изделий. По окончании сварки на одном из вращателей стол поворачивается в горизонтальной плоскости на 180° и под сварку подается второй вращатель с новым собранным узлом, а первый со сваренным узлом поступает в позиции разгрузки и установки нового узла. Для увеличения рабочей зоны робот может отдаляться (или приближаться) к вращателю на расстояние до 1,2 м. Максимальная масса свариваемых узлов 150 кг, максимальные размеры – 0,5 х 0,5 х 2 м.

В комплексе второго типа сварочный робот смонтирован на передвижной платформе и приобретает таким образом седьмую степень подвижности. Параллельно направляющим, по которым перемещается платформа со сварочным роботом, размещены два двухстоечных горизонтальных вращателя, обеспечивающих поворот свариваемых изделий диаметром до 1,1 м и длиной до 4 м. Грузоподъемность горизонтальных вращателей 1600 кг.

Комплекс третьего типа состоит из сварочного робота и двух универсальных вращателей грузоподъемностью по 500 кг. Последние обеспечивают вращение свариваемых изделий относительно оси планшайбы, а также наклон изделий под углом до 135°. Универсальные вращатели установлены на направляющих под углом 120° и могут перемещаться на расстояние до 600 мм для расширения рабочей зоны роботизированного комплекса. Максимальные размеры свариваемых изделий 0,5 х 0,8 х 3 м.

Специалисты фирмы Waggon Union считают, что экономическая целесообразность применения сварочных роботов для дуговой сварки должна определяться не только сокращением затрат времени на выполнение собственно сварки. Необходимо также учитывать уменьшение затрат на следующие после сварки отделочные операции (в частности, на правку конструкций после сварки) и на проведение контрольных операций, возможность уменьшения катетов сварных швов, упрощение и облегчение сварных изделий, экономию средств в связи с улучшением условий труда рабочих.

По данным фирмы, экономия затрат времени на сварку при внедрении сварочных роботов достигается в результате увеличения доли времени горения дуги до 80%, в то время, как при ручной дуговой сварке этот показатель составляет

30…40%.

Экономия затрат на завершающие отделочные операции достигается в результате значительного повышения стабильности, качества и точности сварных узлов и швов, что позволяет избежать или существенно уменьшить объем их правки. В ряде случаев представляется возможным исключить эти операции.

Снижение затрат на проведение контрольных операций обусловлено высоким качеством, точностью и стабильностью процесса роботизированной сварки по сравнению с ручной. Этому способствуют автоматический контроль и регулирование параметров режима в процессе сварки. В то же время объем контрольных операций на стадии изготовления заготовок сварных узлов увеличивается. Однако это обусловливает соответствующее сокращение контрольных операций по завершении сварочных работ. Для изделий, требующих 100%-ного контроля сварных швов, его объем и затраты на контрольные операции при роботизированной сварке не уменьшаются, как и при автоматической сварке под флюсом.

По данным фирмы, при роботизированной сварке по сравнению с ручной дуговой можно уменьшить размеры катетов швов и сократить объем наплавленного металла на 15% – благодаря высокому качеству швов, сваренных роботом. В связи с этим в ряде случаев роботизированная сварка позволяет изменить конструкцию сварных узлов и уменьшить их массу. Робот может сваривать швы, расположенные в местах, труднодоступных для ручной сварки.

Сварочные роботы позволяют освободить сварщиков-ручников от тяжелого труда, и это обстоятельство, по мнению специалистов фирмы, также должно найти отражение в расчетах экономической эффективности.

На вагоностроительном заводе “Zastal” (Польша) создан специализированный роботизированный участок сварки кронштейнов цилиндров саморазгружа-ющихся вагонов-думпкар. На участке работают четыре роботизированных комплекса, в которых используют сварочные роботы IRb-б для дуговой сварки в защитных газах. Роботы антропоморфного типа с пятью степенями подвижности и грузоподъемностью 6 кг изготовлены по лицензии шведской фирмы ASEA.

Кронштейн цилиндра саморазгружающего вагона состоит из шести деталей, соединяемых угловыми швами катетом 4,6 и 8 мм. Общая длина сварных швов 2730 мм. Материал кронштейна – углеродистая сталь. Масса кронштейна 80 кг. На один вагон требуются 12 кронштейнов.

Каждый роботизированный комплекс оснащен двухместным позиционером РОМ-5 грузоподъемностью 400 кг. На каждом месте размещены одинаковые приспособления. Оператор, обслуживающий комплекс, собирает кронштейн на одном из приспособлений, после чего включает привод позиционера и поворачивает стол позиционера на 180°. При этом собранный кронштейн перемещается в зону действия робота, и последний выполняет сварку кронштейна в автоматическом режиме. Во время сварки оператор собирает следующий кронштейн на втором приспособлении, и процесс повторяется. При использовании комплекса на заводе “Zastal” выявил ряд недостатков робота IRb-б. По мнению специалистов завода, необходимо увеличить радиус действия робота и емкость его памяти. Он должен иметь возможность работы в подвешенном состоянии и быть оснащенным адаптивными следящими устройствами.

На вагоностроительном заводе “Swidnica” (Польша) используют роботы для дуговой сварки в защитных газах Romat 76 (фирмы Cloos, Австрия). Робот антропоморфного типа имеет шесть степеней подвижности и обеспечивает точность позиционирования ±0,2 мм. Грузоподъемность робота 10 кг, диаметр рабочей зоны 3600 мм, высота 3200 мм. Робот может быть использован в напольном и подвесном положениях. Сварочные роботы Romat оснащены системой адаптивного управления, которая осуществляет поиск начала шва и направление дуги по линии шва в процессе сварки. Для направления дуги по линии шва в качестве датчика используется сама сварочная дуга.

Впервые робот Romat 76 был использован на механизированной линии сборки-сварки бортов вагонов-платформ для приварки стоек и петель к продольным поясам бортов в подвесном положении. Затем он был применен при сварке крупногабаритных узлов платформ боковых балок рамы длиной 19 м и шкворневого узла рамы размером 3000 х 3000 х 300 мм. Сварку боковых балок выполняют на двухместном роботизированном комплексе, который оснащен двумя стендами, где производят сборку боковин со скобами, проушинами, кронштейнами и упорами, располагаемыми по всей длине балки. Эти детали прижимаются к балке различными пневматическими и механическими прижимами. Сварка производится двумя роботами “Romat 76”, установленными на передвижных платформах, перемещающихся по направляющим, которые размещены между сборочными стендами.

Шкворневой узел рамы сваривают роботом, подвешенным на мощной поворотной консоли. Свариваемый узел устанавливают на универсальный вращатель грузоподъемностью 2500 кг, имеющий две степени подвижности (вращение планшайбы и ее наклон).

Роботы “Romat 76” используют на заводе также для сварки большегрузных контейнеров, в том числе для приварки обшивы боковых стен. Планируется применять их для сварки рам вагонов-цистерн, а также для выполнения окрасочных работ при изготовлении большегрузных контейнеров. Опыт использования роботов фирмы Cloos показал их высокую стабильность и надежность.

Французская вагоностроительная фирма “Carel Fouche Industries” выполняет контактную точечную сварку боковых стен пассажирских вагонов с помощью передвижного роботизированного сварочного портала, разработанного французской фирмой “Sciaky”. При сварке каждой стены (размером до 24 х 2,5 м) свариваются примерно 6000 точек.

Производство на фирме “Carel Fouche Industries” характеризуется многономенклатурным выпуском пассажирских вагонов. Обычно в изготовлении одновременно находятся до трех типов вагонов, что значительно затрудняет автоматизацию процессов сварки. Использование роботизированного сварочного портала позволило решить эту проблему.

Сварочный портал работает в составе линии изготовления боковых стен вагонов, состоящей из пяти рабочих мест. Первые три специализированы по типу изготовляемых вагонов, и на каждом из них собирают и сваривают только один тип боковой стены. При сборке стены используют ручные переносные клещи, а сварку выполняют с помощью портала. Четвертое рабочее место – универсальное, и на нем завершается роботизированная сварка порталом всех типов боковых стен. На пятом рабочем месте выполняется доварка стены в труднодоступных местах с помощью ручных клещей, а также контроль и ремонт сваренной стены.

Таким образом, с помощью портала выполняют сварку на четырех рабочих местах линии. При этом роботами на каждой боковой стене автоматически сваривается более 5000 точек. Остальные 1500, расположенные в труднодоступных местах, сваривают вручную клещами.

На фирме “Carel Fouche Industries” работают две линии изготовления боковых стен (правых и левых). Каждая из них оснащена одним сварочным порталом, который перемещается по рельсам вдоль всей линии на расстоянии 150 м.

Сварочный портал (рис. 2-327, а) представляет собой жесткую металлоконструкцию, перемещающуюся по двум рельсам 1, уложенным по обе стороны рабочих мест линии. Вверху портала по всей его длине перемещается мост 6, на котором установлены два сварочных робота. Каждый робот состоит из каретки 4 (перемещающейся по направляющим моста поперек свариваемой боковой стены вагона) и штанги 5 (перемещающейся в каретке по вертикали вверх-вниз). В кисти 3 робота закреплены сварочные клещи 2. Длина направляющих моста 5000 мм. Каждый робот имеет пять степеней подвижности: два перемещающих прямолинейных (перемещение каретки и штанги) и три ориентирующих вращательных. Наибольшая скорость вертикального перемещения штанги 500 мм/с, диапазон вертикального перемещения 900 мм. Ориентирующими движениями являются (рис. 2-327, б) I – вращение кисти на 360 , II – наклон кисти на 180″ и

III – вращение захвата на 360°. Роботы обеспечивают точность позиционирования до ±0,33 мм.

Два робота портала в общей сложности имеют 10 степеней подвижности. Диапазон перемещения моста по порталу 4000 мм, точность позиционирования ±1 мм, наибольшая скорость перемещения 600 мм/с; масса перемещаемых частей 5000 кг.

Таким образом, сварочный портал имеет 11 степеней подвижности. С одного установа портала выполняется сварка в пределах всей его длины. Для сварки боковой стены длиной 24 м портал выставляется в 9-10 позициях по длине боковой стены. Перемещение портала от позиции к позиции выполняет оператор, включающий и отключающий его привод. После того, как портал установлен в нужную позицию, все операции выполняются автоматически по предварительно подготовленной программе, заложенной в память системы управления. Для управления порталом используется контроллер 500, управляющий 64 различными сварочными параметрами. Сварочные работы могут программироваться независимо друг от друга либо способом обучения, либо путем внешнего программирования и записи программы на диске. Преимущественно используется внешнее программирование.

Сварку производят сварочными клещами с гидравлическим приводом. На портале установлены одни клещи с вылетом 600 мм и одни клещи с вылетом 800 мм. Первыми выполняют сварку в верхней части стены, включая сварку по периметру оконных проемов, а вторыми – в нижней части. Усилие на электродах 800 даН, рабочий и установочный ход электродов 40 и 160 мм соответственно. Клещи питаются от трансформатора мощностью 169 кВоА; вторичное напряжение 22,3 В.

Производительность одной линии – 48 боковых стен в месяц при двухсменной работе, такт работы 5 ч/шт. Если принять, что роботизированный портал сваривает 5000 точек, то производительность портала составляет 1000 точек в 1 ч, или 15-16 точек в 1 мин.

Эффективно используется роботизированная сварка в вагоноремонтном производстве США, где впервые применили сварочный робот с системой технического зрения.

Такой робот применен фирмой “Norfolk and Westeren Railway Co” (NW) в вагоноремонтном цехе при ремонте тележек грузовых вагонов-хопперов, используемых для перевозки угля. Робот вместе с системой технического зрения “Robovision with Partracking” поставлен фирмой “Automatic Robotic Systems” (США).

Роботизированный комплекс (рис. 2-328) состоит из сварочного робота AID800 антропоморфного типа 3 с двумя телевизионными камерами 4, управляющего устройства 2 модели А132 и управляющего устройства 1 системы технического зрения “Autovision”. Робот размещен между двумя кольцевыми вращателями 1.

При ремонте тележек 7 грузовых вагонов 6 срезают изношенные фрикционные планки 8 и приваривают новые. К каждой литой боковине 9 тележки приваривают по две планки размером 190,5 х 229 мм. Материал планок -среднеуглеродистая термообработанная сталь. Планки приваривают к боковине угловым швом с катетом 9,5 мм. Длина шва, соединяющего планку с боковиной, равна 915 мм.

Сложность автоматизации процесса приварки состоит в том, что планки поступают от разных поставщиков, и их геометрическая форма и размеры имеют отклонения. Решить проблему автоматизации приварки планок удалось с помощью робота, оснащенного системой технического зрения.

Оператор укладывает боковину в один из вращателей, устанавливает две планки и закрепляет их в приспособлении. Затем робот выполняет приварку одной из планок. После сварки вращателем боковина поворачивается на 180°, и робот приваривает вторую планку. Во время сварки на одном из вращателей рабочий снимает сваренный узел со второго вращателя и укладывает в него новую боковину. Скорость сварки 15 м/ч, скорость подачи проволоки 274 м/ч, напряжение на дуге 28 В. Цикл сварки одной боковины (приварка двух планок), включая повороты изделия, сварку, получение снимков и обработку информации, составляет 8 мин.

Видеосистема определяет местоположение детали один раз перед началом сварки. В систему входят две телевизионные камеры, смонтированные на расстоянии 760 мм друг от друга на верхнем звене руки сварочного робота (рис. 2-329). При подаче сигнала на сварку робот выдвигает камеры и размещает их над привариваемой планкой. Каждая камера делает по одному снимку и передает его в компьютер системы технического зрения “Autovision”, определяющий местоположение и ориентацию центрального выреза планки, а также положение ее в пространстве. Эта информация передается системе управления А132 робота посредством кабеля.

Поскольку робот обучен на сварку типовой (средней) детали, по получении информации о фактическом положении и размерах данной конкретной детали система управления роботом корректирует его действия в соответствии с новым фактическим положением и размерами планки. Операция получения и обработки информации с помощью системы технического зрения, начиная с подачи камер в позицию съемки и до начала сварки, занимает до 6 с. Программирование робота производится с помощью дистанционного ручного пульта обучения. Фирма ремонтирует три типа боковин, для которых разработаны и заложены в память компьютера отдельные программы. Во время работы робот способен в зоне своего действия контролировать присутствие человека, при обнаружении которого он отключается, чтобы не нанести травму в результате своих перемещений.

В настоящее время при автоматизации технологических процессов предпочтение отдается использованию универсальных роботов, так как расширяется их технологическая функциональность. Так, например, универсальный промышленный робот InCom позволяет производить дуговую сварку металлических конструкций больших толщин в среде защитных газов методами MIG/MAG; цилиндрических конструкций больших толщин в среде защитных газов либо под флюсом. Его можно использовать также для зачистки, сборки, пайки и манипулирования мелкими деталями.

Для упрощения процесса программирования манипулятор имеет две системы координат, относительно которых он перемещается: основную систему координат и систему координат инструмента. В ручном режиме управление манипулятором может осуществляться при помощи ручного пульта путем перемещения либо отдельных сочленений, либо средней точки фланца кисти по координатным системам робота.

РТК сварки на базе промышленного робота InCom (рис2-330) имеет следующие возможности:

слежение за геометрией шва в реальном масштабе времени (по току сварки, с помощью лазерных оптических дальномеров, видеооптики и т.д.); определение геометрии шва до сварки с помощью бесконтактных (индуктивных, пневмоструй-ных и др.) датчиков, контактных микропереключателей, а также методом ощупывания сварочной проволокой;

контроль сварочных режимов в реальном масштабе времени и изменения режимов по заданной программе применительно к электродуговой сварке в среде защитных газов, сварке под флюсом;

автоматическая очистка и смазка сварочной горелки, обрезка сварочной проволоки.

С целью расширения функциональных возможностей манипулятора, выполнения требований к технологическим процессам сварки, механообработки, резки, сборки изделий и других операций роботы работают совместно с технологическое вспомогательным оборудованием. Использование его позволяет в автоматическом режиме согласованно с движениями манипулятора изменять положение деталей в процессе обработки, что обеспечивает максимально возможный доступ в оптимальных положениях инструмента относительно обрабатываемых деталей.
К технологическому вспомогательному оборудованию (рис. 2-331) относятся: порталы; позиционеры; транспортные системы; устройства загрузки/выгрузки и многое другое.

Переход к европейским стандартам ужесточает требования к качеству сварных соединений и их внешнему виду. Применение ПР и РТК обеспечивает стабильно высокое качество продукции, предоставляет возможности мобильной перестройки производства. Поэтому спрос на автоматизацию сварочных технологий будет все время повышаться

Роботизация промышленного производства, в частности, вагоностроительного, – это, безусловно, наиболее прогрессивный и экономически эффективный путь его развития.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий