В сварочном производстве используются разные приспособления для понижения трудоемкости, качества производительности и повышения процесса сварных швов.
К ним относятся: сварочные столы, кантователи, вращатели, манипуляторы, сварочные роботы, роликовые стенды, кондукторы для сварки и сборки тавровых балок, стенды для сварки и сборки листовых полотнищ, сварочные колонны, сварочные тележки и др.
В Республике Беларусь на промышленных фирмах самый распространены сварочные кантователи, служащие для поворота (кантовки) и установки свариваемого изделия в удобную для сварки либо сборки позицию без помощи цеховых кранов. Для этого они снабжены механизмами вращения (поворота либо наклона), имеющими в большинстве случаев одну установочную, нерегулируемую скорость.
конструкции и Типы кантователей в значительной степени определяются конструкциями свариваемых изделий и исходя из этого практически кроме этого разнообразны, как и сами изделия.
Но неспециализированным для них есть наличие трех необходимых элементов:
1) несущая фундаментная конструкция в виде одной либо двух опорных стоек;
2) механизм вращения изделия около горизонтальной либо наклонной оси;
3) узел крепления свариваемого изделия (планшайба либо центровые захваты, крепежные захваты, опорные ботинки, особый стеллаж либо крепежная плита и пр.).
Кое-какие кантователи дополнительно снабжаются механизмом подъема для расширения их удобства обслуживания и эксплуатационных возможностей.
На производстве самый распространены двухстоечные кантователи с шарнирными крепежными приспособлениями и самоустанавливающимися центрами (рис. 1), и двухстоечные кантователи с подъемными центрами (рис. 2).
Рисунок 1 – Конструктивная схема двухстоечного кантователя:
1 – станина;
2 – червячный редуктор;
3 – электродвигатель; 4 – корпус шпинделя; 5 – зубчатое колесо;
6 – защитный кожух; 7 – крепежная планшайба; 8 – свариваемая конструкция; 9 – крепежный центр;
10 – задняя бабка; 11 – стопор;
12 – направляющие задней бабки
Рисунок 2 – Двухстоечный кантователь с подъемными центрами:
1 – передняя приводная стойка; 2 – привод вращения; 3 – синхронизированные приводы подъема центров;
4 – свариваемое изделие; 5 – передний приводной центр; 6 – задний центр; 7 – задняя мобильная стойка; 8 – тележка задней стойки; 9 – привод тележки; 10 – стопор тележки
Кроме этого используются одностоечные кантователи с горизонтальной и наклонной осями вращения (рис. 3 и 4), двухстоечные кантователи с крепежными рамами (рис. 5).
Рисунок 3 – Одностоечный кантователь с горизонтальной осью вращения:
1 – станина; 2 – червячный редуктор;
3 – электродвигатель; 4 – корпус шпинделя;
5 – зубчатый венец; 6 – защитный кожух;
7 – крепежная планшайба; 8 – свариваемое изделие
Рисунок 4 – Одностоечный кантователь с наклонной осью вращения:
1 – станина; 2 – червячный редуктор;
3 – электродвигатель; 4 – корпус шпинделя;
5 – зубчатый венец; 6 – защитный кожух;
7 – крепежная планшайба; 8 – свариваемое изделие
Рисунок 5 – Двухстоечный кантователь с крепежной рамой:
1 – передняя приводная бабка; 2 – изделие; 3 – поворотная рама; 4 – задняя бабка
Для сварки и сборки громоздких конструкций типа станин, объемных пространственных рам, дизельных блоков, круглых цистерн используют кольцевые кантователи, каковые в один момент являются и сборочными кондукторами. Такие кантователи–кондукторы в большинстве случаев специализируются для какого именно–или одного изделия в серийном производстве (рис. 6). Кантователь складывается из двух опорных колец 3, соединенных сежду собой станиной сборочного кондуктора 1. Кольца опираются на роликоопоры 4 и снабжены зубчатыми венцами 2, с которыми сцепляются ведущие шестерни 5, насаженные на приводной вал 6. Последний приводится во вращение электроприводом кранового типа 7. Время от времени кольца делают разъемными для возможности укладки свариваемого изделия либо его подробностей в раскрытый кантователь.
Рисунок 6 – Кольцевой кантователь для сварки и сборки блоков
тепловозных двигателей:1 – станина сборочного кондуктора;
2 – зубчатые венцы; 3 – опорные кольца; 4 – роликоопоры; 5 – ведущие шестерни;
6 – приводной вал; 7 – электропривод кранового типа
Так как подобные кольцевые кантователи–кондукторы как правило являются специальным оборудованием, то они не унифицированы и не выпускаются серийно в централизованном порядке. Исходя из этого их приходится проектировать и изготавливать в личном порядке, применяя только нормализованные узлы привода и отдельные унифицированные сборочные устройства.
Для кантовки долгих балочных конструкций, профиль которых по своим внешним габаритам близок к квадрату либо окружности, очень эргономичны бесцентровые цепные кантователи. Они разрешают поворачивать свариваемую балку около ее оси на 360°, т.е. являются полноповоротными. Неспециализированный вид стационарного цепного кантователя для балок длиной до 14 м с поперечным габаритом до 500?500 мм представлен на рис. 7.
Рисунок 7 – Типовая стойка цепного кантователя:1, 4, 7 – цепные блоки;
2 – замкнутая цепь; 3 – свариваемая балка; 5 – неспециализированный приводной вал;
6 – опорные стойки;
8 – направляющий желоб
Кроме этого используются универсальные кантователи рычажно–домкратного типа (рис. 8).
Рисунок 8 – Универсальный кантователь с центральным подъемным домкратом
(в горизонтальном и наклонном положениях)
На рис. 8: 1 – двухосный шарнир; 2 – основной цилиндр; 3 – сферический шарнит; 4 – пневмоцилиндр; 5 – рычаг; 6 – твёрдый вал; 7 – накидные захватные крюки; 8 – опорные гнезда–вилки; 9 – оси; 10 – квадратная платформа;
В некоторых случаях используются рычажно–книжечные кантователи (рис. 9).
Рисунок 9 – Рычажно-книжечный кантователь для поворота двутавровых балок рамы вагона:
1 – пневмоцилиндр ; 2 – рычаг; 3 – неподвижный шарнир
Балка тут первоначально лежит плашмя в горизонтальном положении I. По окончании сварки швов с одной стороны балку необходимо развернуть на 180° в положение III для сварки швов с обратной стороны. Поворот осуществляется рычагом 2, приводимым в перемещение поршнем пневмоцилиндра 1. При ходе поршня вверх рычаги поднимаются и, поворачиваясь около неподвижного шарнира 3, захватывают между собой балку и поднимают ее в положение II. Затем сжатый воздушное пространство выпускается из цилиндра и балка под действием собственного веса медлено опускается в положение III. При опускании она поддерживается левым рычагом 2. Плавность опускания регулируется выпускным воздушным краном, при котором нижняя полость цилиндра является воздушным демпфером.
Сварочные манипуляторы.
Под сварочным манипулятором понимается такое механическое устройство, благодаря которому осуществляются повороты, вращение и наклон изделия со сварочной скоростью при автоматической и механизированной сварке круговых швов либо при наплавке цилиндрических и конических поверхностей. Манипулятор делает кроме этого функции кантователя для установки изделия в положение, эргономичное для сварки всех швов в лодочку, либо в горизонтальное положение.
Три главных узла сварочного манипулятора:
– механизм вращения изделия относительно оси шпинделя;
– механизм наклона шпинделя;
– несущие конструкции манипулятора (поворотная и стационарная части).
Универсальные сварочные манипуляторы выстроены по одному принципу и исходя из этого их конструкции сходны между собой. Данный принцип основан на том, что манипулятор, снабженный крепежной планшайбой либо плитой, имеет две взаимоперпендикулярные оси, около которых планшайба с закрепленным на ней изделием может поворачиваться либо наклоняться. Одна из них есть осью вращения планшайбы и является шпинделем манипулятора, а вторая – горизонтальная и ей перпендикулярная – есть осью наклона планшайбы на угол до 90–135°. Привод планшайбы снабжает регулирование числа ее оборотов в нужных для сварки пределах, т.е. снабжает сварочное вращение изделия при сварке круговых швов с заданной скоростью. В приводе кроме этого часто предусматривается переключение на маршевую, установочную скорость вращения.
По собственному назначению сварочные манипуляторы возможно поделить на две главные группы: универсальные манипуляторы неспециализированного назначения, в которых типоразмеры свариваемого изделия ограничены только габаритами и массой, и специальные, предназначенные для сварки однотипных изделий массового либо серийного производства.
Универсальные манипуляторы выпускаются различных типоразмеров, отличающиеся между собой грузоподъемностью, величиной и размерами планшайбы допускаемых моментов – грузового (опрокидывающего) и вращающего, вызываемого дисбалансом изделия.
На рис. 1 представлена схема несложного сварочного манипулятора легкого типа Т–25М, взявшего широкое распространение в индустрии.
Рисунок 1 – Сварочный манипулятор Т – 25М: 1 – станина; 2 – механизм наклона; 3 – поворотная траверса; 4 – планшайба; 5 – механизм вращения планшайбы;
6 – сменные шестерни
Он разрешает вращать изделие со сварочными скоростями от 0,3 до 1 м/мин при диаметре изделия от 0,25 до 0,9 м и массе до 1000 кг. Допускаемый грузовой момент относительно оси наклона – до 900 кгс?м, относительно оси вращения – до 200 кгс?м. Скорость вращения настраивается сменными шестернями приводного механизма 5. Основной узел привода изображен на рис. 2.
Рисунок 2 – Привод манипулятора Т – 25М: 1 – фланец для крепления планшайбы; 2 – шпиндель; 3 – ведущая сменная шестерня редуктора; 4 – ведомая сменная шестерня; 5 – зубчатый сектор механизма наклона планшайбы; 6 – медное кольцо токосъемника; 7 – бронзово – сетчатые щетки токосъемника; 8 – наконечник провода
Изюминкой его конструкции есть геометрическое совмещение оси червяка последней передачи с осью наклона шпинделя, что разрешило установить электропривод вращения стационарно, а не на поворотной траверсе, как это в большинстве случаев делается во многих манипуляторах.
Механизм вращения планшайбы складывается из двух последовательных червячных передач, связанных между собой парой сменных шестерен.
При конструировании механизмов рабочего сварочного перемещения (среди них и вращения изделия) направляться, в большинстве случаев, последнее кинематическое звено механизма (в частности, передачу на шпиндель манипулятора) делать в виде червячной передачи, поскольку если сравнивать с цилиндрической либо конической зубчатыми передачами она снабжает значительно громадную плавность перемещения. Но нужно учитывать, что чрезмерная плавность перемещения тяжелой веса наблюдаются пульсации перемещения с большой амплитудой колебаний скорости, впредь до периодических полных остановок перемещения, не обращая внимания на постоянную работу двигателя. Такие пульсации сварочного перемещения недопустимы, поскольку приводят к неравномерности поперечного сечения шва.
Расчет манипулятора.
Расчетная схема манипулятора представлена на рисунке 3.
Изгибающий момент в сечении А шпинделя
. (1)
Крутящий момент в сечении А шпинделя
. (2)
А – точка крепления планшайбы к шпинделю; В и С – опоры шпинделя; ? – угол наклона шпинделя; ? – угол поворота планшайбы; ? – отклонение угла наклона шпинделя до критического значения; ?кр – критический угол наклона шпинделя; Ц.Т. – центр тяжести изделия; е – эксцентриситет центра тяжести изделия; G – вес изделия; G1 и G2 – составляющие веса изделия; h – расстояние от самоё опасного сечения до центра тяжести изделия; L – расстояние между опорами шпинделя
Рисунок 3 – Расчетная схема манипулятора
Эквивалентный момент в сечении А шпинделя
(3)
.
Допустимое отклонение критического угла наклона оси вращателя (шпинделя)
, (4)
где е – дисбаланс, см;
h – расстояние от страшного сечения до центра тяжести изделия, см.
Большой критический угол наклона оси вращателя
. (5)
Потом нужно отыскать большой диапазон углов наклона оси вращателя (шпинделя) и на клеточном поле обозначить линии, соответствующие значениям ?КР и ?КР + 2? по оси OY. После этого ось OX (угол поворота планшайбы ?, град) разбить на промежутки по 30°. Соотношение углов ? и ?КР, при котором момент MЭ велик,
. (6)
Для поиска значений ? для построения графика подставить значения ? = 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360° в формулу (6) поочередно, что позволит найти соответствующие значения угла наклона шпинделя. К примеру,
;
.
После этого полученные точки нанести на график ? = f (?).
Потом отыскать углы поворота планшайбы ?КР, каковые будут являться критическими для заданного угла поворота шпинделя (к примеру, в случае, если ? = 80°). На графике совершить прямую линию с координатами (0; 80°) и отыскать точки пересечения линии с графиком.
При нижнем размещении ведущей шестерни и при размещении ведомого зубчатого колеса у планшайбы, т. е. на расстоянии К от нее, большое значение эквивалентного момента
. (7)
Диаметр шпинделя
. (8)
Должно быть соблюдено условие прочности
. (9)
Принимать в расчетах AОС = 
).
Для валов из стали 45Х принимать [?] = 8000 кгс/см2.
Потом при расчете выбранный диаметр шпинделя в большинстве случаев контролируют на выносливость по известной методике Д.Н. Решетова, учитывающей темперамент трансформации напряжений и т.д., и на жесткость (изгибную и крутильную).
Мощность привода N определяется по крутящему максимальной частоте и моменту вращения шпинделя n (об/мин) с учетом утрат на трение в подшипниках и КПД приводного механизма ?0:
, (12)
где момент сил трения в подшипниках шпинделя ; f – коэффициент трения в подшипниках; dA и dB – диаметры шпинделя в сечениях А и В; А0 и В0 – реакции опор.
Подбор подшипников производится по упрочнениям А0 и В0 и частоте вращения простыми способами.
По мощности выбранного электродвигателя и кинематической схеме приводного механизма определяются размеры всех элементов механизма (валов, зубчатых передач, подшипников и т.д.) простыми способами расчета подробностей автомобилей. Пусковой момент двигателя проверяется с учетом динамической нагрузки.
Промышленные роботы
Промышленный робот – это манипулятор автоматического действия, оснащенный совокупностью цифрового программного управления. В нем совмещаются громадная гибкость аккуратных органов, владеющих простой для манипуляторов высокой подвижностью, и легкость переналадки их двигательных функций. Роботы предназначены для разных работ при минимальном участии человека в акте управления. Они являются универсальными автоматами, в состав которых входит три главных функциональных узла:
1. рабочие органы (?руки?);
2. счётная машина для управления рабочими органами;
3. устройство сбора информации о среде, информирующее роботу свойство адаптации к ней.
Промышленный робот владеет памятью, имеет особую совокупность обучения. Управление группой роботов может осуществляться от одной центральной ЭВМ. Первые модели сложных программируемых роботов были созданы еще в начале 60–х годов американскими компаниями ?UNIMATE? и ?AMV?.
Первоначально роботы заменяли человека на изнурительных и страшных операциях, но в будущем сфера их применения охватила кроме этого такие производственные операции, как покраска, сварка, подача исходных материалов и снятие готовой продукции.
Первоначально в базе механизмов, применяемых в роботах, лежали сложные и уникальные кинематические связи, что накладывало трудности на реализацию производственных процессов при переналадке на другие операции.
После этого показались автоматические устройства, владеющие памятью и талантливые делать последовательность сложных операций, скоро переналаживаться на другой цикл и не реагировать на трансформацию внешних условий.
В общем случае рабочий орган обязан подобно руке человека перемещать объект в заданную точку пространства и в некотором роде ориентировать данный объект. Причем рука робота обязана владеть определенной маневренностью, грузоподъемностью, скоростью и точностью позиционирования. ?Кисть? на финише руки робота складывается из зажимных устройств, талантливых удерживать подробности и узлы. В кисти смогут быть один либо два комплекта ?пальцев? либо вакуумных (магнитных) присосок.
К роботу возможно подсоединять различные кисти для исполнения разных работ. Наряду с этим замена кистей может выполняться машинально без участия человека. К примеру, кисть с тремя пальцами разрешает захватывать до 80% тех предметов, каковые смогут удерживаться рукой человека.
В общем случае роботам–манипуляторам в зависимости от их назначения и конструкции придается от двух до шести степеней свободы. Но в некоторых случаях число степеней самого рабочего робота и свободы органа достигает восьми.
Рука робота может вращать кисть и перемещаться по вертикали и по горизонтали. Сама кисть может сжиматься либо разжиматься, поворачиваться и наклоняться вперед и в стороны, как кисть людской руки.
Перемещение рабочего органа возможно прерывистым (от точки к точке) и плавным. У роботов с плавным перемещением рабочего органа последний (орган) движется, в большинстве случаев, по контуру в соответствии с определенной задачей. Роботы с прерывистым перемещением рабочего органа употребляются в основном для прямолинейного перемещения подробностей от одной операции к второй. Погрешность установки рабочего органа для для того чтобы робота может не быть больше нескольких сотых миллиметра.
В качестве привода аккуратных органов робота отлично зарекомендовали себя электрогидравлические устройства, сочетающие такие качества, как громадная выходная мощность при малой инерционности, надежность в работе и возможность электрического управления. В зависимости от исполнительных звеньев и типа памяти совокупность управления возможно цифровой, аналоговой и смешанной. Роботы, имеющие в совокупности управления микроЭВМ, оснащаются ?телеглазом?.
Роботы повышенной сложности смогут быть запрограммированы на повторяющийся останов рабочего органа в 200–3000 точках рабочей территории, а не в 20 – 30 точках, как у несложных роботов.
Дабы выполнять верную траекторию перемещения руки при повторяющихся рабочих операциях, робот обязан владеть памятью: на вращающемся магнитном барабане, на цилиндрических магнитных узких пленках, на потенциометрах, на металлоокисных полупроводниках, на сдвиговых регистрах.
Самый легко роботизации поддаются сварка и сборка узлов с нахлесточными соединениями, свариваемыми контактной сваркой, сложнее – с тавровыми и угловыми соединениями, делаемыми дуговой сваркой, и еще сложнее – со стыковыми соединениями, делаемыми дуговой сваркой.
Для движения неориентированных в пространстве предметов достаточно трех степеней подвижности, а для полной пространственной ориентации — шести.
Для исполнения сварных швов дуговой сваркой в общем случае нужно иметь пять степеней подвижности сварочного инструмента (картинки 1–4).
а) б)
в)
Рисунок 1 – Строго ориентированные швы
а) б)
Рисунок 2 – Нестрого ориентированные швы
а) б)
Рисунок 3 – Произвольные швы
Рисунок 4 – Направление перемещения электрода при дуговой сварке криволинейных пространственных швов
В большинстве случаев три степени подвижности снабжает базисный механизм робота. И вдобавок две степени додаёт механическое устройство: кисть работа, на которой крепится сварочная головка; клещи для контактной сварки либо захват. Базисный механизм робота возможно выполнен в прямоугольной, цилиндрической, сферической и ангулярной (антропоморфной) совокупностях координат (таблица 1).
Таблица 1 – Главные схемы базисных механизмов роботов
| СОВОКУПНОСТЬ КООРДИНАТ | ПРЯМОУГОЛЬНАЯ | СХЕМА СОВОКУПНОСТИ КООРДИНАТ | КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА | КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА |
|
|
|
||
| ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ |
|
|
|
|
| СФЕРИЧЕСКАЯ | 
|
|
|
|
| АНТРОПОМОРФНАЯ | 
|
|
|
Совокупность координат базисного механизма определяет габариты и конфигурацию рабочего пространства робота, в пределах которого допустимо управляемое перемещение аккуратного органа робота. Робот с прямоугольной совокупностью координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рисунок 5), размеры которого меньше габаритов самого робота.
Рисунок 5 – Рабочее пространство робота с прямоугольной совокупностью координат
Промышленные роботы с цилиндрической (рисунок 6) и сферической (рисунок 7) совокупностями координат владеют громадным количеством рабочего пространства при довольно малой площади основания манипулятора.
Рисунок 6 – Рабочее пространство робота с цилиндрической совокупностью координат
Рисунок 7 – Рабочее пространство робота со сферической совокупностью координат
Еще более компактный робот получается в ангулярной совокупности координат (рисунок 8).
Рисунок 8 – Рабочее пространство робота с ангулярной (антропоморфной) совокупностью координат
Рабочее пространство его определяется предельными углами и размерами рычагов их поворотов, образуя количество, близкий к сфере.
Роботы смогут быть установлены без движений (рисунок 9).
а) б) в)
Рисунок 9 – Неподвижная установка робота
Либо смогут размешаться с возможностью перемещения по направляющим, установленным на полу (рисунок 10) и потолке (рисунок 11).
а) б)
Рисунок 10 – Подвижная установка робота по направляющим пола
а) б) в)
Рисунок 11 – Подвижная установка робота по направляющим потолка
Перспективна компоновка базисного механизма роботов из устройств прямолинейного перемещения однокоординатного модуля (рисунок 12).
а) б) в) г) д)
Рисунок 12 – Однокоординатный модуль (а) и устройства его прямолинейного перемещения (б–д)
При помощи модулей в зависимости от характера делаемой работы возможно создавать роботы с одной, двумя и тремя степенями подвижности базисного механизма, выполненного в прямоугольной совокупности координат (рисунок 13).
а) б) в)
г) д)
Рисунок 13 – Схемы агрегатирования устройств перемещения