Роботизированная сварка: особенности применения

 Роботизированная сварка – это полностью автоматизированный сварочный процесс, реализованный с помощью роботов-манипуляторов и специального сварочного оборудования.

Основными характеристиками, позволяющими определить успешность применения роботизированной сварки, являются качество сваренных изделий и производительность  построенной системы.

Ниже мы рассмотрим ключевые факторы, влияющие на эффективность  роботизированной сварки в производственном процессе.

 

1.       Качество заготовки и технологическая оснастка.

Технические характеристики современных роботов позволяют позиционировать сварочную горелку с точностью порядка 0.03-0.05 мм – данная точность достаточна для большинства задач.

Погрешность позиционирования, сборки и геометрии заготовки в общем случае  не должна превышать 0.5 мм – в противном случае необходимо применять методы, позволяющие корректировать траектории сварки. В вопросе стандартов относящихся к точности заготовки и зазоров в местах сварки можно ориентироваться на ГОСТ 14771-76.

Корректировка траекторий позволит сохранить качество  изделия, но может снизить производительность решения на величину до 30% от исходного значения. Подробно о методах и средствах коррекции сварочных траекторий можно прочитать здесь.

Также стоит отметить то, что в общем случае оснастка должна фиксировать заготовку на устройстве позиционирования и обеспечивать свободный доступ для робота к местам сварки. Следует избегать использования оснастки, как инструмента правки геометрии заготовки и решать данные проблемы до попадания заготовки на операцию автоматизированной сварки. Исключения могут составлять случаи, например, с использованием  гидравлических зажимных приспособлений, смысл применения которых включает в себя и фиксацию, и выдерживание определенной геометрии заготовки в момент сварки.

Роботизированная сварка реализуется на современном точном и высокотехнологичном оборудовании и заготовка, поступающая на автоматизированный сварочный пост,  должна удовлетворять высоким требованиям. Для выполнения этих требований необходимо использовать соответствующее оборудование на всех этапах производства заготовки до сварки. Например, хорошим решением для раскроя листового металла являются современные станки лазерной резки с ЧПУ.

 

2.       Процесс сварки и его параметры.

Метод сварки и соответствующее оборудование выбирается исходя из условий, которые диктует задача. Выделим основные методы, которые могут быть реализованы с применением промышленных роботов:

- Электронно-дуговая сварка в среде защитных газов с плавящимся/неплавящимся электродом

- Электронно-дуговая сварка под флюсом

- Плазменная сварка

- Лазерная сварка

- Гибридная сварка

- Контактная сварка

Каждый из этих методов обладает своими характеристиками и особенностями применения, которые в итоге оказывают влияние на качество сварного соединения и производительность решения. Все перечисленные методы чувствительны к качеству применяемых расходных материалов и предполагают обязательное проведение регулярного технического обслуживания.

В качестве примера, рассмотрим  электронно-дуговую сварку в среде защитных газов.

Данный способ чувствителен к следующим компонентам:

 - состав сварочной проволоки

 - состав защитного газа

 - равномерность подачи сварочной проволоки

 - подвод массы сварочного источника к заготовке

 - перепады температур в производственном помещении

Большое значение имеет  то, какой металл сваривается и его качество (соответствие химического состава, отсутствие разнотолщинности).  

Во всех случаях, параметры сварочного процесса должны быть рассчитаны и подобраны технологами по сварке.

 

3.       Калибровка сварочного роботизированного комплекса.

Калибровка комплекса проходит в три этапа:

1. Калибровка осей робота, в т.ч. внешних.

2. Настройка координат инструмента

3. Настройка координат окружения

Первые два пункта являются обязательными для работы манипулятора. Калибровка осей производится, как правило, единожды при первом запуске системы и    проверяется во время планового технического обслуживания. Калибровка инструмента позволяет установить связь между базовой и инструментальной системами координат манипулятора. Эта связь необходима для корректного движения сварочной горелки по заданным траекториям и для точной работы систем коррекции траекторий сварки.  Координаты окружения необходимы для создания виртуальной модели комплекса в  CAM-системе, позволяющей  создавать сварочные программы для робота.

 

4.       Размещение комплекса.

Размещение и планировка сварочного комплекса требует повышенного внимания. Располагая информацией о перемещении изделий, необходимо обозначить буферные зоны для заготовок и изделий после сварки. При выборе места для сварочного комплекса нужно учитывать, что стандартным требованием для монтажа является качественный бетонный пол толщиной от 300 мм  с перепадом не более 5мм на 1000 мм.

Часто необходима подводка осушенного воздуха, а электропитание должно быть осуществлено с применением стабилизаторов.

    

5.       Циклограмма.

Важно представлять себе набор операций, выполняющихся на сварочном комплексе, и знать их продолжительность – иными словами, нужно составить циклограмму работы комплекса. Такая циклограмма позволит  понять, какие узкие места имеются в комплексе и насколько удачно он вписывается в производственный процесс. В общем случае можно выделить следующие временные интервалы для анализа:

- доставка заготовок до буферного склада

- извлечение из буфера

- закладка в оснастку

- позиционирование и перемещение

- сварка

- извлечение из оснастки

- помещение в буфер

- удаление изделий из буфера

- сервисные операции

На этапе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему работы комплекса, сводящую к минимуму простой роботов и согласующуюся с количеством заготовок, приходящих с предыдущих производственных узлов.

Рассмотрим упрощенный пример:

Пусть, время сварки изделия «стальной ящик» вместе с накладными задержками составляет две минуты, а время закладки заготовок в оснастку также равно двум минутам.

Например, можно использовать поворотный позиционер с двумя симметричными рабочими зонами – во время сварки изделия в одном кондукторе, будет производиться  закладка заготовок в другой кондуктор.  Простой робота в данном случае равен времени, которое необходимо на поворот позиционера плюс время на извлечение готового изделия. Если время простоя робота близко к двум минутам, то логично рассмотреть схему с использованием поворотного трехзонного позиционера с зоной сварки, зоной загрузки и зоной разгрузки.

Более подробно про выбор позиционера можно прочитать в статье «Как выбрать сварочный позиционер».

Итак, мы рассмотрели основные «узкие» моменты, связанные с применением роботов в сварке. Очевидно, что существует масса ньюансов, которые необходимо учесть при внедрении, но  при вдумчивом и внимательном подходе большинство проблем решается на этапе проектирования.  Эффект  же от грамотного применения роботизированной сварки оправдывает все ожидания, позволяя осуществить выпуск высококачественной продукции с большой производительностью.