Климов А.С., Смирнов И.В. Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки

Подождите немного. Документ загружается.

231

Шаговая подача каретки 5, обеспечиваемая рейкой 2 с пазами и клином 3

с приводным цилиндром 4, представлена на рис. 7.12 и. Достоинством схемы

является ее простота реализации в машине и возможность использования при

необходимости выполнения разных по величине шагов каретки. Возврат карет-

ки осуществляется цилиндром 1.

На рис. 7.12 к показана схема подающего устройства

, обеспечивающего

поступательное шаговое перемещение изделия в сочетании с его поворотом

(при расположении сварных швов на разных плоскостях изделия). Шаговое пе-

ремещение каретки с изделиями осуществляется трехкамерным цилиндром 1 с

внешними упорами, а поворот – цилиндром 2.

Схема многоэлектродной машины с подъемным столом (нижней оснаст-

кой) показана на рис. 7.12 л. Привод стола

6 может быть выполнен электроме-

ханическим либо с использованием приводного цилиндра. Подъем стола осу-

ществляется тягами 5 и 7, связанными с эксцентриками 4 и 8, расположенными

на одной оси с соответствующими зубчатыми колесами 3 и 9, находящимися в

зацеплении с зубчатыми рейками 2 и 10, которые являются продолжением што-

ков поршня

приводного цилиндра 1. Перекос стола при подъеме устраняется

либо уравновешивающими цилиндрами, расположенными в колоннах четырех-

колонного пресса, либо роликами (шестернями), опирающимися на направля-

ющие планки (рейки) внутри колонн пресса. Сварочные усилия воспринимают-

ся столом в момент нахождения эксцентриков в «мертвой точке». Подъем стола

может осуществляться также механизмом, расположенным на нижнем

поясе

пресса (рис. 7.12 м).

В табл. 7.8 и 7.9 приведены основные данные С- и П-образных прессов

консольного типа с радиальным и вертикальным ходом стола, а также сдвоен-

ных прессов с вертикальным ходом. Кроме многоэлектродных машин с пред-

ставленными схемами электросварочных частей и подающих устройств, нахо-

дят применение многоэлектродные точечные машины, оснащенные сварочны

ми модулями, совершающими необходимые перемещения относительно свари-

ваемого изделия. Сварочный модуль представляет собой тележку (имеющую

свой привод), перемещающуюся на роликовых направляющих с установленны-

ми на ней одним сварочным трансформатором и необходимым числом либо

пневмоприводов усилия сжатия, либо сварочных клещей. Нередко в машинах

этого типа свариваемое изделие устанавливается на каретке, совершающей

ша-

говые поступательные перемещения, либо на поворотном кондукторе.

Подобные технические решения позволяют расширить технические воз-

можности машин, а также сваривать сложные изделия точечными швами, рас-

положенными как на разных уровнях изделия, так и под разными углами в про-

странстве.

Подающие устройства многоэлектродных машин должны обеспечивать

плавную, безударную работу в сочетании с достаточной точностью остановки

при требуемой производительности.

232

Таблица 7.8

Данные С-образных прессов, применяемых в многоточечных машинах

Тип пресса

Одинарный

С радиаль-

ным ходом

стола

С вертикальным

ходом стола

Сдвоенный с верти-

кальным ходом

Параметр

СР С-18 С-20 2С-18 2С-20

Высота стола от пола в исходном

положении, мм

750

Размеры рабочего пространства,

мм:

ширина

глубина

2240

630

1800

1000

2000

1000

1800

1000

2000

1000

Ход стола, мм - 300 360 300 360

Угол поворота стола, град 45 -

Просвет между стойками, мм - 1700 1900 1700 1900

Быстроходность, ход/мин 40

Усилие, кН:

при подъёме

при сварке

Таблица 7.9

Основные данные многоточечных четырёхстоечных прессов (Япония)

Показатели

HP-3672-12

HP-3672-18

HP-6080-12

HP-6080-18

HP-8080-12

HP-8080-18

Размеры стола, мм 1830х915 2058х1524 2058х2032

Закрытая высота а, мм 1472 1320 1472 1320 1472 1320

Ход стола b, мм 305 457 305 457 305 457

Максимальное усилие

при сварке, кН

200 270 270

Максимальное усилие

подъёма стола, Н

3640 2950 3860 3180 3860 3180

Число ходов в минуту 33 33 33

Расстояние между стой-

ками, мм

1918х1004 2147х1613 2147х2121

Габаритные размеры, мм 2780х2413х1499 2780х2642х2108 2780х2642х2616

233

В многоэлектродных машинах используются известные способы регулиро-

вания скорости перемещения механизмов, управляемых приводными пневмо- и

гидроцилиндрами: дросселирование сечения масло- или воздухопроводов, тор-

можение движения поршней в конце хода внутренними тормозными устройствами,

применение внешних резиновых и пружинных гидравлических амортизаторов, а

также жестких внешних упоров, управляемых пневмо- или гидроцилиндрами.

Обязательным условием применения управляемых жестких внешних упоров яв-

ляется снятие давления в цилиндре привода каретки (кондуктора) до момента

выдачи команды на выключение привода упора с целью предотвращения закли-

нивания и сбоя цикла.

Системы управления подобных машин построены на использовании

микроЭВМ, содержат перепрограммируемые шкафы управления, современ-

ную пневмо- и гидроаппаратуру. Шаговые перемещения кареток со свари-

ваемыми изделиями, сварочных модулей, поворотных кондукторов в много-

электродных машинах могут осуществляться следующими механизмами:

- пневмо- и гидроцилиндрами в сочетании с внешними жесткими упора-

ми;

- трехкамерными пневмо- или гидроцилиндрами;

- специальными шаговыми механизмами с пневмо- или гидроприводами;

- шаговыми электродвигателями и гидравлическими усилителями крутя-

щих моментов;

- электродвигательным приводом с электрическим торможением асин-

хронного электродвигателя в сочетании с внешними жесткими упорами;

- двигателями постоянного тока с тиристорным управлением;

- механизмами шагового возвратно-поступательного перемещения конвей-

ерных линий;

- поворотными многопозиционными столами.

7.8. Структурная схема электрооборудования многоэлектродных машин

На рис. 7.13 представлена структурная схема электрооборудования мно-

гоэлектродной машины для контактной сварки. Включение и выключение на-

пряжения питающей сети осуществляется автоматическим выключателем, ус-

танавливаемым, как правило, в силовом электрическом шкафу. Автоматиче-

ский выключатель (входной автомат) отключается сигналом, формируемым

схемой релейной защиты (кроме случаев короткого замыкания) при нажатии

кнопки аварийного отключения,

установленной на пульте управления или не-

посредственно на машине, при открывании дверей шкафов управления, а также

при появлении на вторичных обмотках сварочного трансформатора переменно-

го напряжения, превышающего 36 В относительно заземленного корпуса ма-

шины.

Напряжение питающей сети через автоматический выключатель подается

на тиристорные (игнитронные) контакторы, на схему питания исполнительных

устройств и на

шкаф управления. Через тиристорные контакторы и электроме-

234

ханические контакторы включения очередей сварки напряжение сети подается

на сварочные трансформаторы, чем обеспечивается включение сварочного то-

ка. Управление тиристорными контакторами производится схемой управления.

Регулирование значения сварочного тока – фазовым управлением. Сигналы на

включение электромеханических контакторов и управление тиристорными

контакторами формируются в шкафу управления.

Рис. 7.13. Структурная схема электрооборудования многоэлектродной

машины

Составной частью электрооборудования машины являются различные

исполнительные устройства: электропневмоклапаны, золотники, реле и т.п. Эти

устройства рассчитаны на напряжение 24, 36, 48 или 110 В постоянного либо

переменного тока. Для питания цепей исполнительных устройств в электриче-

скую схему машины вводятся понижающие трансформаторы, выпрямители и

средства защиты от коротких

замыканий и возможных обрывов в цепях. Выбор

режима работы, запуск и остановка машины осуществляются кнопками и вы-

ключателями, устанавливаемыми либо на выносном пульте управления, либо

непосредственно на машине или в шкафу управления.

Контроль за положением и перемещением подвижных частей машины

осуществляется датчиками положения механизмов, основными из которых яв-

235

ляются бесконтактные конечные выключатели. Состояние пневматической и

гидравлической систем машины контролируется датчиками давления. Прохож-

дение сварочного тока и измерение его обеспечиваются магнитоуправляемыми

контактами и индукционными датчиками, устанавливаемыми на элементах

вторичных контуров машины. При работе многоэлектродных машин в составе

поточно-механизированных линий и для согласования включения сварочного

тока на различных машинах, подсоединенных

к общей сети питания, на схему

машины поступают сигналы от внешних устройств, не входящих в состав ее

электрического устройства. Для осуществления централизованного контроля и

управления машиной или группой машин в шкафу управления при необхо-

димости формируются сигналы на вход внешних устройств. Сигналы от орга-

нов управления, датчиков и внешних устройств

поступают в шкаф управления,

где в соответствии с заданным режимом сварки и циклом работы машины фор-

мируются управляющие сигналы от исполнительных устройств.

Контрольные вопросы к главе 7

1. Опишите схему работы МТМ типа гидроматик. Какие у неё преимущества и

недостатки?

2. Опишите схему работы МТМ типа электроматик. Какие у неё преимущества

и недостатки?

3. Опишите схему работы многотрансформаторной МТМ. Какие у неё преиму-

щества и недостатки?

4. Какие изделия целесообразно сваривать на МТМ?

5. Какие существуют способы токоподвода на МТМ? Изобразите эскизы. Какие

преимущества и недостатки, область применения каждой схемы?

6. Какие технологические особенности имеет сварка на МТМ оцинкованных

деталей?

7. Как происходит подготовка

поверхностей деталей перед сваркой на МТМ?

8. Как осуществляется контроль качества сварки деталей на МТМ?

9. Опишите основные принципы компоновки МТМ на базе С-образных и

П-образных сварочных прессов.

10. Из каких элементов состоит вторичный контур МТМ? Какие существуют

разновидности каждого его элемента?

11. Какие основные отличия сварочных трансформаторов для МТМ и

универ-

сальных КМ?

12. Опишите способ управления сварочным током и вторичным напряжением

холостого хода переключением вторичных витков сварочного трансформатора

МТМ.

13. Опишите принцип построения пневматического привода сжатия МТМ.

14. Опишите принцип построения гидравлического привода сжатия МТМ.

15. Для чего служат подающие устройства МТМ и какие существуют их разно-

видности?

236

ГЛАВА 8. РОБОТЫ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Одной из динамично развивающихся областей применения промышленных

роботов является контактная точечная сварка в автомобилестроении.

Необходимость применения роботов для контактной точечной сварки обу-

словлена следующими объективными причинами:

1. Переход мирового производителя на использование оцинкованного листового

материала, что требует:

а) периодической зачистки электродов после простановки определённого

количест-

ва сварных точек;

б) осуществления двухстороннего токоподвода к свариваемым деталям;

в) проведения 100% активного контроля качества контактной точечной сварки.

2. Расширение модельного ряда кузовов автомобилей.

3. Повышение точности сборки и сварки деталей кузова.

4. Снижение доли ручного труда на производстве.

По области применения роботы для контактной точечной сварки занимают

место после универсальных

подвесных сварочных машин и перед узкоспециализи-

рованными многоэлектродными сварочными агрегатами, экономически выгодными

только для массового производства одной модели изделия в течение многих лет. В

автомобилестроении раньше, чем в других областях машиностроения начали при-

меняться роботизированные линии и гибкие (автоматически переналаживаемые)

производственные системы на основе роботов для контактной точечной сварки. Та-

кие системы позволяют автоматизировать не только сварочные, но и сборочные,

транспортные, складские и другие операции, что обеспечивает комплексную авто-

матизацию и роботизацию производства и его автоматический переход на сварку

различных моделей изделия в зависимости от порядка поступления заказов.

8.1. История внедрения роботов на ОАО «АВТОВАЗ»

Отечественным предприятием автомобилестроения, на котором использова-

ние роботов получило наибольшее развитие, является ОАО «АВТОВАЗ».

Первые роботы «Джулия» в количестве 10 штук появились в 1978 г. при за-

пуске в производство автомобиля «Нива». Роботы имели гидравлический привод

и шесть степеней свободы. Они использовались для точечной сварки боковин и в

прессовом производстве, для разгрузки штампов от деталей. В середине 90-х гг.

эти роботы были демонтированы из-за медленного перемещения по осям.

При постановке в производство ВАЗ 2105-2107 на линии доварки кузова ис-

пользовалось 25 роботов КАВАСАКИ (Япония) с пятью и шестью степенями под-

вижности.

В 1986 г. при запуске в производство ВАЗ 2108, 2109, 21099 было смонти-

ровано 50 роботов «Юнимейт» (США) и 30 роботов «Бета» (ПТО ВАЗ), исполь-

зуемых для точечной сварки и в металлургическом производстве.

В 1993-95 гг. при запуске модели ВАЗ 2110 было смонтировано 230 роботов

СУР-101 (производство ПТО) с манипуляторами ПР601/60 и ПР161/60 (по лицен-

237

зии фирмы «Кука», ФРГ). Роботы имеют различную комплектацию и используют-

ся при точечной, дуговой сварке, нанесении мастики и клея, на погрузочных рабо-

тах. Робот ПР-601/60 грузоподъемностью 600 Н несет сварочные клещи с прямоли-

нейным ходом электродов или радиальные со встроенным трансформатором, имеет

шесть управляемых осей и обеспечивает позиционирование клещей с точностью

±1,2 мм. «Рука» робота поворачивается вокруг вертикальной оси стойки основания

на 320°. Границы рабочей зоны его 1100…2700 мм от вертикальной оси стойки и до

3000 мм по вертикали от площадки крепления. В пределах рабочей зоны могут

быть запрограммированы до 1000 точек позиционирования клещей. Робот ПР-

161/60 перемещается по порталу, несет одноэлектродный сварочный пистолет,

предназначенный для сварки изделия, расположенного на омедненном кондукторе.

Сварочное усилие, развиваемое пистолетом, составляет 5 кН. Площадь рабочей зо-

ны под порталом 6х2,5 м. Емкость программы – 1000 точек. Точность позициони-

рования ±1 мм. В качестве источника сварочного тока используется выпрямитель,

один полюс которого присоединяется к пистолету, а другой — к кондуктору, на ко-

тором располагается свариваемое изделие. Роботы снабжаются пультом ручного

управления, с помощью которого может быть выполнено программирование обу-

чением.

В 1997 г. в НТЦ было установлено 4 робота СУР 101 с манипуляторами ПР

161/60, на которых крепились лазеры для резки металла.

В 1998 г. 80 роботов СУР 101 были заменены на более современные роботы

KR-1.

В 2002 г. при производстве автомобиля Нива-Шевроле используется 30 ро-

ботов с контроллером KRС-1 для точечной сварки.

При проектировании нового семейства КАЛИНА заложено 320 роботов с

контроллерами KRС-2, роботы будут использованы вместо транспорта для пере-

грузке детали с одной операции на другую, для точечной сварки, электродуговой

сварке и для приклейки потолков на конвейере.

8.2. Классификация промышленных роботов для контактной сварки

В соответствии с ГОСТ 26054-85 «Роботы промышленные для контактной

сварки. Общие технические условия» ПР для контактной точечной сварки класси-

фицируются:

1. По способу установки на рабочем месте: напольные (рис. 8.1 а), подвесные

настенного исполнения (рис. 8.1 б) и подвесные

потолочного исполнения

(рис. 8.1 в).

238

а) б) в)

Рис. 8.1. Классификация ПР для контактной сварки по способу установки на рабо-

чем месте

2. По месту размещения источника сварочного тока:

- со встроенным в исполнительное устройство промышленного робота

источником сварочного тока;

- со встроенным в рабочий орган промышленного робота источником

сварочного тока;

- с отдельным (вне исполнительного устройства и манипулятора про-

мышленного робота) источником сварочного тока.

На рис. 8.2 представлен манипулятор промышленного робота КR 125/3

(KUKA)

с закрепленными на кисти сварочными клещами со встроенным транс-

форматором. Такая компоновка (рис. 8.3) состоит из контроллера 1, манипулятора 2

с закрепленными на нем клещами 3 и сварочным трансформатором 4 и имеет сле-

дующие преимущества: снижается индуктивность сварочного контура, установоч-

ная мощность, отсутствуют гибкие токоподводы, усложняющие конструкцию сва-

рочного контура и требующие постоянной замены вследствие разрушения

от элек-

тродинамических рывков. Недостаток: увеличивается масса сварочных клещей, что

приводит к снижению скорости линейных перемещений, увеличивает нагрузку на

оси и снижает точность позиционирования и ресурс работы манипулятора.

При использовании трансформатора, встроенного в сварочные клещи, можно

применять роботы широкого назначения без ограничения их манипуляционных

возможностей со стороны токоподводов вторичного контура,

так как тяжёлые и

жёсткие кабели вторичного контура заменены лёгкими и гибкими кабелями малого

сечения первичного контура. Полное сопротивление вторичного контура сущест-

венно снижается, что позволяет значительно уменьшить габаритные размеры и

массу трансформатора. Клещи со встроенным трансформатором, крепящиеся на

руке робота, имеют следующие конструктивные особенности:

- малый вылет электродов и габариты

вторичного контура (иначе приходится

увеличивать индуктивное сопротивление и масса трансформатора);

- центр тяжести клещей должен по возможности находиться максимально

близко к кисти робота (иначе увеличивается нагрузка на кисть робота);

- улучшенный теплоотвод за счёт разделения контуров охлаждения для

трансформатора и электрода (ПВ клещей для роботизированной сварки может со-

ставлять порядка 50 %);

239

- масса клещей составляет порядка 50 кг для тонколистовых деталей и в от-

дельных случаях 120 кг для деталей средних толщин;

- сварочные клещи имеют значительные габариты и массу при малом вылете

электродов, что делает их маломанёвренными, ими удобно работать только на

фронтальных и хорошо доступных сварных соединениях.

Рис. 8.2. Манипулятор KR125/3 (KUKA) для контактной сварки со встроенным в

исполнительное устройство сварочными клещами

На рис. 8.4 представлен промышленный робот с отдельным (вне исполни-

тельного устройства и манипулятора) источником сварочного тока. На управляе-

мом от контроллера 1 манипуляторе 2 закреплены сварочные клещи 3, которые со-

единены со сварочным трансформатором 4 посредством гибких токоподводов 11.

Такая схема имеет очевидные

преимущества: сварочные клещи такого робота не

содержат трансформатора, вследствие чего снижается их масса, что приводит к

снижению нагрузок на оси, повышению точности позиционирования и скорости

240

линейных перемещений. Недостаток: увеличение габаритов сварочного контура и

установочной мощности силового оборудования.

Рис. 8.3. ПР для контактной сварки со встроенным в исполнительное устройство

источником сварочного тока

Размещения источника сварочного тока вне манипулятора робота характерна

для универсальных роботов, предназначенных для широкого круга технических и

транспортных работ. Чтобы трансформатор не ограничивал рабочую зону робота,

кабели должны быть достаточной длины. Однако с их удлинением повышается со

противление вторичного контура и его нагрев при работе. Для уменьшения сопро-

тивления токоподвода и его нагрева сечение токоподвода увеличивают (иногда до

площади 250 мм

). Такие токоподводы плохо изгибаются и создают дополнитель-

ную нагрузку на механизм ориентирующих перемещений (кисть) робота. Рабочая

зона робота загромождается кабелями, а манипуляционные возможности робота и

доступ к внутренним полостям изделия ограничены. Кроме этого, при сварке воз-

никают значительные электродинамические нагрузки, которые разрушают токо-

подвод, а также передаются на кисть. Возникающие

при этом повторные знакопе-

ременные нагрузки на кисть приводят к ускоренному износу её механизмов и росту

погрешности воспроизведения программы. Возникающие при перемещении мани-

пулятора повторяющиеся изгибы и скручивания токоподводов в сумме с действием

электродинамических сил приводит к их быстрому разрушению. Срок его службы

обычно составляет не более двух недель (реже - двух

месяцев) при двухсменной

работе.