Роботы для контактной точечной сварки


Контактная точечная сварка является той областью, где промышленные роботы начали использоваться практически сразу после своего появления. Одной из первых фирм .использовавших промышленные роботы для контактной точечной сварки кузова автомобиля, была фирма FORD, на одном из заводов которой робот Versatran с 1961 по 1971 г. проработал 25 тыс. часов. Широкое применение роботов для контактной точечной сварки началось в 70-х гг. и широко применяется в настоящее время в автомобильной промышленности. Выбор того или иного способа использования роботов для целей контактной точечной сварки зависит от конкретных условий производства. При использовании стационарных многоточечных машин для контактной сварки промышленные роботы могут загружать отдельные детали, снимать и перемещать сварные узлы на конвейер или в накопитель и подавать следующие изделия в сварочную машину. В этом случае возможно использование простых роботов-манипуляторов с цикловым управлением. В тех случаях, когда собранный сварной узел имеет чёткие базы для закрепления с помощью захвата робота, а также размеры и масса узла позволяют производить его кантовку, можно использовать ПР, для перемещения изделия между электродами стационарной сварочной машины с остановками там, где необходимо произвести сварку. Этот способ сварки уже требует использования ПР с позиционным числовым программным управлением. В тех случаях, когда масса или размеры изделия затрудняют его кантовку, становится целесообразно снабдить ПР сварочными клещами для КТС, которые он перемещает вдоль изделия, останавливаясь в местах постановки точек, и выполняет процесс сварки. В настоящее время большинство роботов для контактной точечной сварки используются в автомобилестроении, т.е. для сварки крупногабаритных конструкций. Поэтому более 95% всех ПР работают с перемещением сварочных клещей. Для транспортировки клещей к местам сварки и установки их в положение, необходимое для сварки, чаще всего требуются роботы с пятью-шестью степенями подвижности и грузоподъёмностью более массы сварочных клещей, обычно более 60 кг.
На роботах, специально предназначенных для точечной сварки, трансформатор и токоведущие элементы вторичного контура размещают в руке робота. Это приводит к значительному уменьшению активных и особенно реактивных потерь мощности во вторичном контуре. Благодаря этому вес трансформатора значительно уменьшается, что даёт возможность увеличить работоспособность робота. Использование клещей со встроенным трансформатором позволяет применить ПР без ограничения манипуляционными возможностями робота, так как при этом тяжёлые и жёсткие кабели вторичного контура заменяются лёгкими и гибкими кабелями малого сечения первичного контура. Клещи со встроенным трансформатором для сварки тонколистовых конструкций весят не более 50 кг. При контактной сварке клещи необходимо поворачивать в различных плоскостях с тем, чтобы обеспечить их ориентацию в пространстве относительно места сварки. Это обусловливает определённые трудности подвода к сварочным клещам электроэнергии, сжатого воздуха и жидкости для охлаждения электродов. Чтобы исключить наворачивание на руку робота подводов и шлангов, используют скользящий токоподвод и подвод жидкости через муфту. Поворотное устройство, выполняющее эти функции, размещается между рукой робота и сварочной головкой, включающей сварочный трансформатор, электроды и их привод. В процессе точечной сварки форма концевой части электродов претерпевает изменения. Вследствие постепенного нарастания остаточной пластической деформации диаметр контактной поверхности увеличивается, что приводит к изменению параметров режима сварки и снижению качества сварного соединения. Для восстановления исходной формы электрода необходимо определённого количества сварных соединений управляющая программа подводит поочерёдно электроды к устройству для зачистки электродов, которое представляет собой фрезу с конусным внутренним отверстием.
Стремление увеличить производительность роботизированной контактной сварки до уровня, сравнимого с производительностью рабочего, оперирующего подвесными сварочными клещами, привело к созданию клещей, содержащих несколько пар электродов. Возможны варианты с раздельными приводами каждой пары электродов. До последнего времени сварочный инструмент определённого типа превращал ПР из универсальной машины в специализированную и резко ограничивал функциональную гибкость. Новым направлением в развитии роботов для контактной сварки является создание возможности смены инструмента в автоматическом режиме, что значительно расширяет гибкость РТК. В момент отделения клещей от руки робота происходит отключение воздуха и вакуумирование в системе подачи воды. Таким образом, когда клещи отделяются от руки промышленного робота, вода испаряется и не попадает в зону сварки. Когда же робот берёт из магазина другие клещи, все коммуникации подключаются автоматически. Сварочные клещи, предназначенные для роботизированной сварки, должны быть снабжены устройством защиты от поломок при случайных столкновениях с другими частями РТК. Устройство для управления режимом контактной точечной сварки является многопрограммным (режим выбирается при наладке и по программе возможен переход на любой из заранее настроенных режимов) и интегрированным с системой управления роботом, когда в общей программе задаются как перемещения, так и параметры режима сварки. Следует отметить, что в области контактной точечной сварки достигнуто самое высокое насыщение промышленными роботами – около 75% максимальной мировой потребности.
В автомобильной промышленности ПР для контактной точечной сварки используют в составе отдельных роботизированных комплексов (для изготовления сборочных узлов) и в сварочных линиях. На сварочных линиях используется подавляющее большинство промышленных роботов, а сами линии подразделяются на следующие типы:
• Линии сварки кузовов, где роботы расположены по обеим сторонам конвейера и над ним;
• Линии сварки пола, где используют либо горизонтально установленные ПР, способные нести тяжёлые клещи с вылетом до 1000 мм, либо ПР для односторонней сварки, способные развивать большие усилия;
• Линии, в которых роботы для КТС и/или изделия перемещают относительно друг друга.
Производительность ПР для контактной сварки зависит главным образом от длительности перемещения рабочего инструмента от точки к точке. Это перемещение стремятся осуществлять с максимально большой скоростью. Однако предотвращения возникновения дополнительных нагрузок, связанных с силами инерции, вынуждены ограничивать ускорения руки робота. Это приводит к тому, что в некоторых случаях производительность роботизированной КТС становится ниже производительности рабочего-оператора, имеющего сварочные клещи. Для повышения производительности стараются совместить во времени работу на одном изделии нескольких сварочных роботов.
Последнее время находит применение концепция модульного построения ПР, которая позволяет в зависимости от требуемого количества степеней подвижности рабочего инструмента собирать из типовых блоков (модулей) роботы для конкретных условий производства. Например, модульный принцип построения ПР, как правило, используют для сварки плоских листовых конструкций. Это даёт возможность использовать менее сложные и, следовательно, менее дорогие роботы.
При внедрении РТК помимо капитальных вложений, связанных с приобретением и монтажом необходимого оборудования, значительных затрат требует проектирование РТК, разработка и корректировка управляющих программ, проверка доступности мест сварки и определение оптимальной траектории движения рабочего инструмента.