Технология и оборудование контактной сварки

деленной технологической последовательности и с определенным рит­ мом все операции, необходимые для изготовления изделия и пере­ мещения его в процессе изготовления по позициям линии. Все опе­ рации на линии выполняются автоматически, а человек выполняет только функции наладки, наблюдения и регулирования оборудова­ ния. В отдельных случаях допускается выполнение человеком на­ чальных загрузочных и конечных разгрузочных операций.

Ниже рассмотрены некоторые примеры механизированных по­ точных и автоматических линий, применяемых в промышленности.

На рис. 7.13 приведена схема поточной линии для точечной сварки пола пассажирского вагона. Передвижная сварочная установка I портального типа может передвигаться вдоль изделия, находящегося на неподвижном приспособлении. Опоры, поддерживающие при­ способление, могут убираться и пропускать раму портала машины. При этом штанги 2 включают пневматические краны 3 и 4 управ­ ления подъема опор. Когда определенная пара опор убирается, изделие в этом месте временно поддерживается роликами, распо­ ложенными на портале сварочной машины. На этом портале нахо­ дятся механизмы, обеспечивающие поперечное перемещение с помо­ щью электродвигателя и механических передач верхних и нижних электродов со скоростью 100 мм/с. Кроме того, имеется механизм продольного перемещения машины вдоль изделия (пола). Производи­ тельность такой машины, обслуживаемой одним человеком, — до 1500 точек в час. Установки аналогичного типа применяют в судо­ строении для сварки секций судовых надстроек.

Сборка и сварка боковых панелей кузова автомобиля «Волга» производится на круговом конвейере карусельного типа, представ­

и откуда они поступают на приспособления 1 (рис. 7.14). При вра­ щении конвейера производится последовательная сборка и сварка на подвесных машинах 2. Окончательные сборочные операции проводят в стационарных приспособлениях 3 и на отдельных рабо­ чих местах 4. После сварки узел проходит промежуточный контроль 5^

24000

Рис. 7.16. Схема трубосварочного стана

ходное положение на повышенной скорости. В конце линии готовые радиаторы обрезаются ножницами 6 от движущейся ленты и направ­ ляются на склад.

При производстве труб широко используют трубосварочные автоматические установки (рис. 7.16). Лента в рулонах подается на конвейер 1 и разматыватель 2, правится в валковой машине 3 и по­ сле обрезки концов ножницами 4 сваривается в непрерывную ленту на стыковой машине 5, а грат удаляется гратоснимателем. Для обе­ спечения непрерывности процесса во время обрезки, сварки концов ленты и снятия грата используют петлеобразователь 6, создающий запас ленты перед формовочным станом. Приводными роликами лента подается к формовочному устройству 7, которое состоит из горизон­ тальных и вертикальных клетей. Сформованная заготовка поступает в сварочную машину 8, где происходит сварка продольного шва то­ ком частотой 440 Гц. Наружный грат удаляется резцовым гратосни­ мателем. Далее трубы охлаждаются до температуры 50—60 °С в хо­ лодильнике 9 водовоздушной смесью. Для окончательной калибровки и правки трубы служит стан 10. Затем труба подается или в редук­ ционный стан 12 после нагрева в индукционной печи 11 и на резку на летучей пиле 13 либо на отрезной станок, а затем на участок отдел­ ки 14, 15.

§7.4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Впоследнее время при производстве сварных конструкций

используют промышленные роботы — автоматические устройства с программным управлением. Механическая часть робота — манипу­ лятор с тремя—шестью степенями свободы, основной частью которого является рабочий орган (рука) робота.

Обычно рассматриваются два варианта использования роботов для контактной сварки: 1) сварка с помощью сварочных клещей или пистолетов, укрепленных на руке робота; 2) транспортирование сва­ риваемых узлов — установка их под электроды стационарной сва­ рочной машины, ориентирование этих узлов, съем и замена их сле-

Рис. 7.17. Кинематические схемы (а) и внешний вид промышленных роботов (б)

дующими узлами. В этом случае рабочий орган робота представляет собой захватывающее устройство.

Манипулятор состоит из независимо перемещающихся механиз­ мов — исполнительных органов, каждый из которых снабжен соб­ ственным приводом перемещения рабочего органа, например, шаго­ выми электродвигателями или гидроприводами. Последние из ука­ занных приводов отличаются высоким быстродействием и большими усилиями.

Движение рабочего органа может осуществляться в прямоуголь­ ной, цилиндрической или сферической системах координат (рис. 7.17). Три поступательных движения соответствуют прямо­ угольной системе координат, два поступательных и одно вращатель­ ное — цилиндрической, два вращательных и одно поступательное — сферической системе координат.

У робота с прямоугольной системой координат рабочее простран­ ство, обслуживаемое рукой, представляет собой параллелепипед. Промышленный робот с цилиндрической и сферическими системами координат характерен большим объемом обслуживаемого простран­ ства (радиусом до 2 м) при относительно малой площади основания самого манипулятора. Для создания усилий, необходимых для сварки или захвата деталей, обычно применяют гидравлические или пнев­ матические приводы. При этом развиваемое усилие может достигать 5 кН.

Основные характеристики роботов: быстродействие (скорость перемещения), точность позиционирования (постановки точек) и максимальная перемещаемая масса (клещей или транспортируемого узла). Современные роботы обеспечивают, например, скорость пе­ ремещения рабочего органа в пределах 0,05—5 м/с, точность пози­ ционирования ±0,4 мм, а грузоподъемность руки робота может до­ стигать 200 кг, что дает возможность встраивать сварочные трансфор­

Из этих модулей, обеспечивающих линейные или вращательные дви­

жения, можно собирать специальные роботы с минимальным числом степеней свободы применительно к данным условиям производства. Возможность изменения конструкции робота от простой к сложной позволяет учесть многие противоречивые требования: производствен­

ковых автомобилей позволило достигнуть весьма высокой степени автоматизации — 80 %.

Для перемещения робота по заданной программе используется система управления — «мозг» робота. При автоматической работе системы управления поступают командные сигналы на исполнитель­ ные элементы. Для этого используется информация, хранящаяся в запоминающем устройстве и полученная при «обучении» робота. В режиме обучения оператор с выносного пульта, расположенного около сварочной машины, относительно медленно проводит робота по отдельным точкам. Информация о положении рабочего органа поступает в запоминающее устройство и хранится там на магнитной или перфорированной ленте.

Большинство используемых в настоящее время в промышленности роботов работают по жесткой программе и, как правило, не реаги­ руют на изменение внешних условий. Эти роботы относятся к перворму поколению. Второе поколение роботов, которые имеют более совершенные системы управления, способны производить выбор определенной программы, изменять режим сварки и т. д. Такие само­ настраивающиеся роботы оборудованы датчиками, определяющими, например, положение деталей относительно электродов и значения параметров режима сварки.

При конструировании роботизированных автоматизированных комплексов для централизованного управления роботами использу­ ются ЭВМ. Например, на одном из автомобильных заводов фирмы «Volkswagen» (ФРГ) на нескольких сборочных линиях применяются 165 роботов, из них 135— для точечной сварки и 25 на загрузочно­ разгрузочных операциях. Промышленные роботы целесообразно использовать в крупносерийном и массовом производстве. При этом повышается производительность труда и улучшается качество про­ дукции. В ряде стран объем применения роботов в автомобилестрое­ нии достигает 25 % общего объема оборудования. При этом стои­ мость затрат снижается на 50—60 %, производительность труда воз­ растает в 1,5—2 раза. Кроме того, уменьшается объем тяжлого руч­ ного труда и улучшается качество продукции.

Г Л А В А 8

АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

§ 8.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРА АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ

Основной задачей аппаратуры управления (АУ) при кон­ тактной сварке является воспроизведение в реальном времени задан­ ной программы путем подачи в аналоговой или дискретной форме управляющих сигналов на функциональные узлы аппаратуры, уп­ равляющие соответствующими приводами машины.

Кроме циклограмм сварки в программу могут быть включены: элементы вспомогательных операций (перемещения, укладки, штам­ повки деталей, зачистки электродов и др.), обеспечивающих комп­ лексную механизацию одной или группы машин (см. гл. 7), пассив­ ный или активный контроль наиболее значимых параметров процесса сварки (см. гл. 9), анализ и диагностирование состояния качества сварки и сварочного оборудования (см. § 8.3).

В соответствии с перечисленными функциями АУ в структурной схеме управления оборудованием контактной сварки, работающей по жесткой программе, можно выделить следующие блоки (рис. 8.1): блок 1 управления циклом и параметрами режима сварки, который, воздействуя на приводы машины М, обеспечивает заданную после­ довательность и продолжительность всех или части операций сва­ рочного цикла, управление и регулирование по жесткой программе основных механических и электрических параметров режима сварки; блок 2 управления приводами средств механизации и автоматизации СМА вспомогательных и совмещенных операций технологического процесса изготовления сварочного узла; блок 3 контроля по инфор­ мации о процессе сварки, поступающей от установленных на машине

блок 3, который управляет отдельными приводами машины (на схеме показано штриховыми линиями).

При выборе и построении систем АУ учитывают определенную специфику режима контактной сварки, а именно кратковременность цикла сварки, жесткие требования к стабильности его повторения, необходимости соблюдения синхронизации импульсов сварочного тока с частотой электрической сети, выполнение всех операций про­ граммы без участия человека.

Эти особенности требуют от элементов АУ быстродействия, высокой чувствительности, точности работы, эксплуатационной надежности, что стало возможным с ипользованием аппаратуры, оснащенной новейшей элементной базой.

Так, замена ранее выпускаемых прерывателей типа ПИТ, ПИШ и регуляторов РВЭ, базирующихся на использовании электронных ламп, электромеханических реле, аналоговых (монотонно-непреры­ вно действующих) узлов RC для управления интервалами времени операций (с малой степенью точности работы) бесконтактной аппара­ турой типа РЦС, РВД, РВИ с применением транзисторной логики, интегральных микросхем, дискретных компонентов программирова­ ния (оперирующих счетом импульсов, поступающих от тактовых ге­ нераторов стабильной частоты) позволила повысить точность отра­ ботки временных интервалов, параметров режима сварки, расширить технологические возможности цикла сварки, повысить надежность результатов сварки и в связи с большим быстродействием увеличить производительность процесса.

Еще большими возможностями (точностью, быстродействием и оперативностью) обладает аппаратура управления с использованием микроЭВМ и микропроцессорной техники. Такая аппаратура поз­ воляет реализовать сложные алгоритмы управления циклом сварки, вспомогательными сборочно-транспортными, контрольными и ин­ формационными операциями, применять расчетные методы опреде­ ления параметров режима сварки, ускорить процесс перестройки обновления программ и обеспечить автоматическое распознавание свойств зоны сварки для выбора оптимальной программы, храня­ щейся в памяти ЭВМ.

На рис. 8.2 дана обобщенная структурная схема систем управле­ ния машин контактной сварки. Выбранная программа изменения параметров режима сварки за время одного цикла, продолжитель­ ность и последовательность операций цикла и т. п. задаются блоком программирования времени ПРВ: переключателями, клавиатурой, перфокартой или перфорированной лентой, магнитной лентой или ЭВМ.

После замыкания переключателя S1 (переключатель S2 разомк­ нут) заданная блоком ПРВ жесткая программа процесса сварки обеспечивается электрическими, пневматическими или гидравличе­ скими системами сварочной машины: сварочным трансформатором С7>, приводами усилия сжатия деталей ПД, вращения роликов ПВ (шовные машины) или перемещения плиты ПП (стыковые машины). Эти приводы включаются в работу через соответствующую электри-

Рис. 8.2. Структурная схе­ ма систем управления ма­ шин контактной сварки

ческую, пневматическую или гидравлическую, так называемую функциональную аппаратуру Ф1—Ф4. Во всех случаях в качестве Ф1 используют контактор К • Аппаратура Ф2—Ф4 зависит от системы привода П Д , ПВ и /7/7. Управляющие сигналы для включения этой аппаратуры вырабатываются соответствующими блоками: блоком управления током Б У Т , управления усилием сжатия деталей Б У Д , вращения иш роликов ДУВ или перемещения sn подвижной плиты

БУПП.

Для стабилизации или изменения параметров режима и процесса сварки применяют замкнутые автоматические системы регулирования (САР) (включены оба переключател S1 и S2). Современные регу­ ляторы состоят из сложных электронных узлов по устройству и по выполняемым функциям (см. гл. 9). Для работы САР на машине устанавливают датчики Д (рис. .8.2), сигналы Uoc с которых после преобразования в блоке обработки информации БОИ сравниваются в схеме сравнения СС с сигналами Uz блока уставок, и в случае рас­ согласования ± А U процесс автоматически корректируется путем воздействия на соответствующие блоки (на рис. 8.2 показаны штри­ ховыми линиями) до получения заданных уровней параметров режима или показателей качества сварки. Результаты измерений параметров режима сварки или других обобщающих параметров качества сварки могут быть записаны или отражены в блоке индикации БИ

Первоначальное включение и выключение машин контактной сварки и подача энергопитания (электрической энергии, сжатого воздуха или жидкости под давлением, охлаждающей воды) осущест­ вляется включающими устройствами (на рис. 8.2 не показаны).

Машины снабжены также системами сигнализации контроля работы, блокирующими и защитными устройствами, предотвращаю­ щими поломку узлов машины или прожог свариваемых деталей при несоблюдении заданной последовательности в их работе. Например, исключается возможность включения сварочного трансформатора без зажатия деталей и работа привода перемещения плиты без вклю­ чения трансформатора (стыковые машины) и др.

Рис. 8.4. Структурная схема ctffcreмы управления стыковых мащин

ное с сетью включение венти­ лей контактора (узел синхро­ низации Сх, см. рис. 8.3), фазовое регулирование дейст­ вующего значения сварочного тока (узел фазового регули­

рования ФР), заданную последовательность включения блоков (БУТ, БУД и др.) и продолжительность их работы. В зависи­ мости от технологических требований в отдельных типах регулято­ ров встраивают узлы: автоматической стабилизации Н сварочного тока при колебаниях напряжения питающей сети и модуляции М переднего и заднего фронта импульса сварочного тока; предусмат­ ривают возможность чередования импульса и паузы-между импуль­ сами, возможность получения нескольких импульсов сварочного тока с различным действующим значением тока и регулируемой пау­ зой между импульсами.

В блоке управления усилием сжатия деталей БУД и БУВ также можно выделить узлы стабилизации усилия СТ и программирования вращения роликов ПР.

Аппаратура управления машин стыковой сварки состоит из блоков управления сварочным током Б У Т , приводом давления БУД и приводом перемещения подвижной плиты БУПП. В большинстве случаев в машинах стыковой сварки в качестве функциональной аппаратуры включения сварочного тока использован электромагнит­ ный контактор К (рис. 8.4), что связано с широким применением однофазных машин переменного тока и с относительно большой продолжительностью /св. Однако в ряде случаев, там, где необходимо фазовое регулирование тока в процессе сварки, электромагнитный контактор заменяют тиристорным.

Циклограммы процесса сварки реализуются программным регу­ лятором времени ПРВ, который может быть выполнен в виде кулачкового механизма — командоаппарата или в виде электронных регуляторов типа РЦС, РВИ и др.

При стыковой сварке сопротивлением перемещение подвижной плиты носит преимущественно вспомогательный характер (не входит в циклограмму сварки) и осуществляется посредством ручного кнопочного управления РУП — Ф4 — ПП, минуя ПРВ. Таким же способом (через РУЗ) происходит зажатие деталей в губках машины.

Нагрев деталей (включение и выключение К), подача усилия Fcn и Foc и перемещение плиты при обжатии деталей выполняются по заданной программе ПРВ, соответственно через БУТ — К — СТр

и БУД — Ф2 — ПД.

При стыковой сварке непрерывным оплавлением последнее свя­ зано с программным перемещением деталей и последующей осадкой Foc. Циклограмма этой сварки реализуется ПРВ, через БУТ —К — СТр, БУД — Ф2 — ПД и БУПП — Ф4 — ПП .