Министерствообразования Российской Федерации
Кафедра «»
Реферат
Тема:«Сварка барабана роторной жатки комбайна на роботизированном технологическомучастке сборки»
Выполнил:
Группа:
Проверил:
Содержание
Введение
Структура роботизированного технологического участка
Устройство и работа РТК-1
Устройство и работа РТК-2
Устройство и работа РТК-3
Выводы
Литература
Введение
В современныхзерноуборочных машинах высокие требования к точности узлов основных агрегатов,ответственных за их технологические характеристики, обусловлены необходимостьюдостижения максимальной производительности, качества обмолота и снижения потерьзерна.
Роторнаяжатка ЖР-3500 (рис.1) является скашивающим агрегатом кормоуборочного комбайнаДон-680. Два барабана, вращающиеся встречно со скоростью 2 об/с, подают стеблипод ножи дисковых роторов, вращающихся соосно с барабанами со скоростью 4 об/с.Срезанные стебли подаются в приемную камеру и далее в измельчитель комбайна.
Барабандиаметром 1600 мм (рис.2) представляет собой сварную обечайку, образованнуючетырьмя царгами — стенками 1. Жесткостьобечайке придают три кольцевых пояса I, II, III,каждый из которых состоит из четырех сегментов 2, сваренных между собой встык.Фланец 3, на который барабан устанавливается вжатке, соединен с поясами четырьмя спицами 4 и четырьмя связями 5. Перечисленныедетали образуют остов барабана 6, к нижнему торцукоторого приварены восемь секций съемника 7, а по высоте цилиндрическойповерхности обечайки распределены два кольцевых пояса зубчатых сегментов 8, 9 и два пояса гребенок 10и11. Левый иправый барабаны по конструкции являются зеркальным отражением друг друга.
Четыре царгитолщиной 3 мм сварены между собой встык односторонними внутренними швами.Каждый пояс I, II, III приваренк обечайке прерывистыми односторонними угловыми швами 100/200 мм, катетом 5 мм. Съемники толщиной 7 мм приварены к нижнему поясу по периметру барабана внахлестку двумяпрерывистыми швами 75/150 мм, катетом 5 мм. Зубчатые сегменты толщиной 5 мм и гребенки толщиной 6 мм устанавливаются на обечайке выступами в щелевыеотверстия и образуют прорезные сварные соединения, выполняемые изнутрибарабана. Соединения спиц и связей с поясами — тавровые односторонние, а сфланцем — нахлесточные, катетом 4 мм. При изготовлении барабана выполняют 356швов общей протяженностью 21 м.
Захват иподача срезанных стеблей в приемную камеру возможны благодаря тому, что зубьягребенок и сегментов при вращении входят в соответствующие прорези в боковыхстенках приемной камеры. Этим и обусловлены жесткие требования к геометриибарабана:
•радиальное биение обечайки не более 2 мм (во избежание контактирования со стенками барабана и приемной камеры)
•торцевоебиение плоскости съемников не более 2 мм (во избежание касания ротора);
•биениеплоскостей сегментов и гребенок относительно плоскости съемника не более 2 мм (во избежание заклинивания зубьев в пазах стенок приемной камеры);
•отклонение отпараллельности привальной плоскости фланца относительно плоскости съемников неболее 0,8 мм.
Очевидно, чтовыдержать при сварке столь жесткие допуски для тонкостенной листовойконструкции диаметром 1600 мм, имеющей такое количество сварных швов, являетсясложной технической задачей.
Структура роботизированного технологического участка
В процессеподготовки производства жатки на заводе АО «Ростельмаш» первоначально былисозданы технологический процесс и сборочно-сварочная оснастка,предусматривающая применение полуавтоматической сварки в среде углекислогогаза. В кондукторе сваривали из сегментов три кольца жесткости, на которыезатем в другом приспособлении базировали четыре стенки, обжимая их снаружи. Втретьем приспособлении в полученный барабан устанавливали и приваривали спицы,связи и фланец, центрируя их относительно обечайки. После этого, поворачиваяостов на вращателе, устанавливали и приваривали зубчатые сегменты, гребенки исъемники, не пользуясь оснасткой. В результате применения такой технологии бракпо геометрическим параметрам составлял около 40 %, из них половина — бракнеисправимый. Для уменьшения биений использовали механическую правку иналожение холостых валиков на связи. Обмер партии барабанов показал, чтонарушения формы имеют случайный характер, что свидетельствовало об отсутствиисистематической погрешности при сборке и нестабильности технологическогопроцесса. Значения катетов, длины отдельных швов и порядок их наложения имелисущественные отклонения от регламентированных. В результате объем последующихдоводочных работ при испытании собранной жатки на обкаточном стенде втроепревышал длительность самой обкатки. Возникшая в производстве ситуацияпотребовала создания стабильной технологии сборки и сварки барабана,обеспечивающей его проектную точность. В связи с этим был проведен анализтехнологичности конструкции барабана с целью оценки возможности роботизациипроцесса его сварки.
Вследствиезначительных экономических потерь от брака главной целью создания технологиироботизированной сварки является получение конструкции, отвечающей требованиямпроектной документации прежде всего вотношении точности и стабильности геометрии, а также качества сварныхсоединений. В данном случае, по-видимому, справедлив тезис Г. Гердена о том, что применение роботов как средств автоматизации следует предусматривать нетам, где их можно использовать, а там, где без них нельзя обойтись.
Приразработке новой технологии изготовления барабана с помощью роботов исходили изследующих соображений. Очевидно прежде всего, что выполнение всех швов наполностью собранном барабане невозможно без использования манипулятора. Однакогабаритные размеры и масса изделия (245 кг) требуют позиционера большой грузоподъемности, точность позиционирования которого не может удовлетворить условиямприменения роботизированной сварки. К тому же общее количество швов таково, чтообъем памяти робота, необходимый для их выполнения, намного превосходитвозможности последнего. Совместная работа внутри барабана двух роботовпроблематична, так как развести во времени и в пространстве траектории ихгорелок (избежать столкновений) в столь ограниченном пространстве практическиневозможно.
Такимобразом, с одной стороны, очевидна необходимость расчленения изделия наотдельные технологические узлы, с другой стороны, высокая проектная точностьконструкции требовала такой схемы расчленения, при которой узел, определяющийточность всего изделия, должен быть изготовлен в одном кондукторе, тем болеечто отсутствие переустановок изделия уменьшает возможные отклонения электродаот оси стыка и тем самым повышает качество сварных соединений. Указанные вышевзаимоисключающие требования заставили искать определенный компромисс присоздании новой технологии.
Вариантырасчленения на сборочные единицы анализировали с помощью системы РОБОМАКС дляопределения доступности для робота и досягаемости им всех швов. В результатеанализа был принят следующий вариант. Изготовление барабана осуществляется натрех РТК. На первом из них (РТК-1) спицы 4 и связи 5 приваривают к отдельным сегментам, при этом образуется по двесборочные единицы Т-1 и Т-2 (см. рис.2) для левого и правого барабанов.
На второмкомплексе (РТК-2) изготовляют остовы левого и правого барабанов, образуя их изстенок, сегментов, узлов Т-1, Т-2 и фланца. При условии стационарности стендавыполнение всех сварных швов в нижнем положении возможно только привертикальном расположении оси барабана. Робот, установленный на полу ирасположенный вплотную к двум стоящим
рядомсварочным стендам, обслуживает их поочередно. Анализ доступности для горелкисварных швов, выполняемых на данной позиции, показал, что на полностьюсобранном остове около 25 % швов оставались недоступными. Поскольку дальнейшеерасчленение на сборочные единицы не целесообразно, было решено воспользоватьсяметодом последовательного наращивания, чередуя сборочные и сварочные операции.Моделирование такого процесса подтвердило его приемлемость. Детально он будетрассмотрен ниже.
Сваренныеостовы левого и правого барабанов поступают на третий роботизированный комплекс(РТК-3), где на двух стендах производится приварка съемника, гребенок исегментов. Для сварки всех швов в нижнем положении ось барабана, относительнокоторой кантуется изделие, располагается горизонтально. Робот находится междустендами и обслуживает их поочередно. В то время как на одном стенде роботпроизводит сварку, на другом стенде ведется сборка. Анализ доступности швовпоказал, что за одну установку можно сварить четверть всего количества швов приусловии, что часть их будет располагаться на цилиндрической поверхности подуглом к горизонту, достигающим 40°. Таким образом, на стенде осуществляетсячетырехкратное позиционирование изделия с поворотом на 90° вокруггоризонтальной оси.
Все три РТКтехнологически взаимосвязаны, что предполагает объединение их в организационносамостоятельное производственное подразделение. Предварительныетехнико-экономические расчеты показали, что существенные различия длительностисборочно-сварочных операций на отдельных РТК делают нецелесообразным созданиеавтоматической линии сварки барабана с единой системой управления. Поэтомурешено было организовать роботизированный технологический участок, объединивотдельные РТК общей механизированной транспортной системой с накопителями междуними. Для левого и правого барабанов необходимо было предусмотреть дваотдельных грузопотока со своим технологическим оборудованием.
Учитываясложность и высокую точность узлов и изделия в целом и значительность потерь отвозможного брака, был проведен статистический контроль качества деталей,поступающих на участок. Результаты показали, что для сегментов, спиц и связей,получаемых контурной вырубкой на прессах, а также для фланцев, проходящихтокарную обработку, брак не превышает 2 %. Стенку получали контурной вырубкой споследующей гибкой на прессе. При такой технологии брак достигал 50 %, основнымдефектом было отклонение от проектного значения радиуса гибки стенки. Местныенедогибы или перегибы на базе 150...200 мм вызывали неприлегание стенки к сегментам.Зазоры в местах наложения швов достигали 3 мм, что не только не позволяло выполнить качественный шов, но и вызывало недопустимое радиальное биение барабана.Это потребовало усовершенствования технологии изготовления стенки, а в составучастка пришлось ввести специализированное рабочее место для 100 %-ноговходного контроля ее геометрических размеров. Браковочным признаком являлсязазор более 1,4 мм, остающийся между стенкой и сегментом после их закрепления вспециальном приспособлении. Кроме того, на участке были организованы рабочиеместа для 100 %-ного контроля геометрии остова барабана и место контроля иисправления брака готовой продукции.
Решениевопросов организации грузопотока и компоновки отдельных РТК позволилоприступить к разработке технологического процесса, технических заданий ипроектированию технологического оборудования.
Устройство и работа РТК-1
Посколькутехнологические узлы левого и правого барабанов являются зеркальным отражениемдруг друга, соответственно такими же являются и приспособления для их сборки.На одном приспособлении собираются узлы Т-1 левого и Т-2 правого барабанов, надругом — соответственно Т-2 левого и Т-1 правого барабанов (см. рис. 2).
Схема одногоиз приспособлений показана на рис. 3. На плоской раме 1 закреплены опоры с установочными пальцами 2. Сегмент 3 устанавливаютна два пальца и закрепляют двумя клиновыми 4 и дуговыми 5 прижимами.
На сегментустанавливают спицу 6 (для Т-1) илисвязь 7 (для Т-2), фиксируют с помощью съемных пальцев 8 и прижимают дуговым прижимом 9. В месте приварки к сегменту наклонно расположенная связьзаканчивается гибкими усиками, которые при транспортировке деталей частодеформируются. Для придания им перед сваркой положения, заданного чертежом,служит откидной клинообразный фиксатор 10, который врабочем положении распирает усики до одного и того же размера, независимо от ихначальной деформации. Этим достигается точность попадания конца электрода налинию стыка деталей, а значит — получение качественного шва при сварке роботом.
Наличие вприспособлении той или иной детали, правильность ее положения и качествозакрепления фиксируют индукционные датчики положения 11. Они же формируют для системы управления РТК код, по которомуробот распознает готовность к сварке того или иного узла в определенномприспособлении и вызывает соответствующую сварочную подпрограмму.
Расположениеоборудования РТК-1 показано на рис. 4. Приспособления 1 и 2 размещены попарно на двух столах 3, которые обслуживает робот 4 типа IR-161/15.Между столами установлено устройство 5 для очистки горелки робота. Каждоерабочее место имеет отдельный пульт управления б. Вблизи пультов расположены стойка 7 системы управленияроботом RC20/41 иисточник 8 питания сварочным током типа SGL300IR. Передстолами установлены полы безопасности 9. Каждая зонасборки имеет места 10 складированияи стеллажи-накопители 11 для готовыхузлов.
Оператор-сборщиксобирает на двух приспособлениях левого стола узлы Т-1 и Т-2 левого барабана,нажимает кнопку «Старт» левого пульта и переходит к правому столу. Роботпоочередно анализирует коды приспособлений и, если сборка произведенаправильно, выполняет сварку узлов по соответствующей подпрограмме. Затем роботи оператор обмениваются рабочими местами и все операции повторяются вновь.
Устройство и работа РТК-2
Наиболеесложным и точным технологическим узлом в составе барабана является его остов.Отклонения от правильной геометрической формы, полученные при его изготовлении,лимитируют точность изготовления барабана. Поэтому, приступая к проектированиюсборочного кондуктора, сформулируем основные требования к нему:
• кондуктордолжен быть стационарным;
•кондуктордолжен обеспечивать изготовление остова при вертикальном расположении его оси;
•установкадеталей, ответственных за точность остова барабана (стенок и фланца), должнаосуществляться по базовым элементам приспособления, а не по другим деталям;
•точностьпозиционирования деталей в узле должна быть достаточной для выполнения роботомкачественных сварных соединений;
•жесткостькондуктора должна более чем на порядок превышать жесткость собираемого узла;
•конструкциякондуктора и порядок сборки должны обеспечивать доступность для горелки роботавсех сварных швов;
•базовые элементыдолжны быть регулируемыми, а усилия прижимов — достаточным, чтобы обеспечитьфиксацию деталей в заданном положении независимо от отклонений их формы;
•кондуктордолжен иметь систему контроля качества сборки узла, включенную в системууправления РТК и содержащую элементы, исключающие неправильную установкудеталей;
•время сборкиузла в кондукторе не должно превышать время его сварки роботом.
Всоответствии с этими требованиями процесс изготовления остова был расчленен натри этапа (см. рис. 1):
этап 1 —сборка и сварка обечайки и нижнего пояса сегментов;
этап 2 —сборка и сварка среднего пояса сегментов, образованного четырьмя узлами Т-1, иприварка его к центральному фланцу;
этап 3 —сборка и сварка верхнего пояса сегментов, образованного четырьмя узлами Т-2, иприварка его к фланцу.
Высокиетребования к точности барабана и необходимость свободного доступа горелкиробота к сварным швам внутри барабана обусловили выбор системы базированиястенок по наружной поверхности и прижатия их к базам магнитными силами.Аналогичным образом должен фиксироваться фланец — наиболее ответственныйэлемент, точность установки и неизменность положения которого в процессе сваркиопределяют торцевое и радиальное биение остова. Технологические узлы Т-1 и Т-2в данном случае играют роль связующих элементов. В связи с трех-этапностьюпроцесса сборки их положение внутри барабана необходимо было задать специальнойсъемной оснасткой, а базировать — по стенкам и фланцу. Схема базированиядеталей, отражающая перечисленные требования, показана на рис. 5.
Всоответствии с техническим заданием были созданы автоматизированные магнитныекондукторы, конструкция которых реализует приведенную схему базирования. Схемакондуктора дана на рис. 6. Основными его узлами являются: основание 1; плита опорная 2; концевые 3, основные 4 и центральные5 магнитные модули; замыкатель 6 обечайки сфиксаторами 7; пульты 8 управлениясекциями; центральный пульт управления 9; прижимывертикальные 10 и горизонтальные 11; проставки малые 12 и большие 13; панель 14 пневматическихагрегатов.
Напрямоугольном основании 1 установленаопорная плита 2 — основной несущий элемент кондуктора. Верхняя плоскость плитыобработана механически с отклонением от плоскостности не более 1 мм. На диаметре 1500 мм расположены шестнадцать линейных опор 15, задающих плоскость опирания остова. Наиболее ответственнымиузлами кондуктора, от которых зависит точность изготовления остова, являютсястойки с магнитными модулями, расположенные по периметру кондуктора, и блокцентральных магнитных модулей, фиксирующих фланец. Двадцать магнитных модулейсгруппированы в четыре секции. Каждая секция содержит два концевых 3 и три основных 4 модуля,закрепленных в соответствующих стойках. Положение модулей в стойках можетрегулироваться путем плоскопараллельного радиального перемещения, а такжеповоротов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для регулировкииспользуется система направляющих и конических упоров, перемещающихся с помощьюэксцентриков.
Принципдействия всех управляемых постоянных магнитных модулей одинаков и основан навзаимодействии магнитных полей перемагничиваемых и неперемагничиваемыхпостоянных магнитов, объединенных в модуль. Соотношение магнитных полей этихмагнитов определяет одно из двух состояний модуля: активное и пассивное.
Управлениемагнитным потоком перемагничиваемого магнита осуществляется с помощьюохватывающей его катушки. Для приведения модуля в активное состояние на катушкуподается импульс постоянного напряжения, доводящий материал магнита досостояния магнитного насыщения. При этом полярность импульса такова, чтомагнитные потоки обоих постоянных магнитов складываются, направляются вприлегающую к ним деталь и практически полностью в ней замыкаются. Суммарноемагнитное поле, удерживающее деталь, остается практически неизменным более 10сут.
Для переводамодуля в пассивное состояние на катушку перемагничиваемого магнита подаетсяэлектрический импульс обратной полярности. Магнитные потоки обоих магнитов взаимнокомпенсируются, и сила, удерживающая деталь, становится близкой к нулю.
В модулькаждого магнита встроены датчики силы удержания детали и плотности ееприлегания к полюсам. При полном прилегании стенки к магнитам, расположенным понаружному контуру остова барабана, сила удержания каждого модуля равна 2 кН.Усилие, развиваемое блоком центральных магнитов, удерживающих фланец, достигает1 кН.
Леваяполовина стоек модулей закреплена на плите неподвижно, с тем, чтобы рабочиеповерхности полюсных наконечников образовывали цилиндрическую поверхностьдиаметром 1514 мм (наружный диаметр остова), перпендикулярную плоскости плиты.Остальные стойки закреплены на подвижном сегменте 16% который скользит по плите,поворачиваясь вокруг оси 17. При замыканиипроисходит обжатие обечайки в тангенциальном направлении и смыкание торцевыхкромок стенок. Механизм замыкания приводится в движение пневматическимцилиндром и удерживается в заданном положении тремя фиксаторами 7. Контроль заработой механизмов замыкателя осуществляется с помощью индукционных датчиковприближения.
Управлениемагнитными модулями каждой секции осуществляется с отдельных пультов 8, установленных по периферии кондуктора, управлениецентральными магнитными модулями и замыкателем — с центрального пульта 9. Здесь же находятся блок связи с системой управления РТК иблоки питания.
Если отточности фиксации в кондукторе обечайки и центрального фланца зависит восновном геометрия остова, то качество сварных соединений, выполняемыхроботами, определяется точностью и стабильностью фиксации положения деталей,ими соединяемых. Достижению последней цели служит дополнительная стационарнаяили съемная оснастка, которой оборудован кондуктор.
На 1-м этапесегменты нижнего пояса укладывают на опоры 15, базируя каждый технологическим отверстием на один палец 18, прижимают к обечайке эксцентриком 19, а к опорам сверху прижимами 10, через малые 12 и большие 13 проставки. Усилие прижатия достаточно, чтобы устранитьнеплоскостность сегментов, обусловленную контурной вырубкой по криволинейнымповерхностям. Благодаря этому отклонения линии сопряжения деталей не превышаютдопустимого значения для угловых швов данного размера (для катета шва 5 мм это значение составляет +1,2 мм при зазоре не более 1,5 мм). Цикл сварки начинается с постановки роботом на каждом стыке стенок двух прихваток, придающих обечайке кольцевуюжесткость. Затем производят приварку сегментов к обечайке прерывистыми швами ив последнюю очередь на медной подкладке выполняют 20 стыковых швов, соединяющихсегменты между собой.
На2-м этапе большие проставки удаляют, а на малые устанавливают четыре узла Т-1,базируя их сегментами на обечайку, а спицами на цилиндрические упоры 21 и подпружиненные пяты 22. Нацентральные магнитные модули укладывают фланец, базируя его по оправке 23, и фиксируют, переводя магниты в активное состояние. Насегменты узлов Т-1, образующие второй пояс жесткости, устанавливают большиепроставки и прижимают ими пояс к малым проставкам с помощью прижимов 10. Робот сначала приваривает сегменты к обечайке, затемсваривает их между собой и лишь после этого приваривает спицы к фланцу. Опытпоказал, что указанный порядок выполнения швов должен строго выдерживаться. Вэтом случае поперечная усадка швов, соединяющих сегменты с обечайкой, протекаетбеспрепятственно и не может вызвать отрыв стенки от магнитов. Увеличениезазоров между сегментами, вызванное некоторым их смещением от центра, непревышает допустимого значения для стыковых соединений деталей толщиной 6 мм. Нахлесточное соединение фланца и спицы, которое выполняется в последнюю очередь, практическиисключает воздействие сварочных деформаций ранее выполненных швов на радиальноеи торцевое биение остова барабана. Швы на фланце должны выполняться вдиаметрально противоположных местах и без остановки робота. В противном случаеусадка швов приводит к появлению биения остова барабана, превышающего допус- тимое. При сварке роботом выполнение описанногопорядка наложения швов гарантировано.
На 3-м этапеоткидывают прижимы 10, устанавливаютцилиндрические упоры 21 и на большиепроставки укладывают четыре узла Т-2, базируя их сегментами на обечайку, асвязями — на фланец и цилиндрические упоры. Сегменты прижимают к проставкамвертикальными 10, а к обечайкегоризонтальными 11 прижимами.При отработке технологии сварки остова возникли трудности с выполнением угловыхсварных соединений сегментов с обечайкой. Вследствие малой толщины стенкиметалл иногда стекал по ее наружной поверхности, и формирование шва былонеустойчивым. Конструкцию сварного соединения изменили, «утопив» сегменты на 4 мм и превратив тем самым угловое сварное соединение в тавровое. Качество таких соединенийзначительно улучшилось. Для гарантированного прижатия связи к фланцуиспользовали упругость сегментов. Для этого при сборке узлов Т-2 несколькоувеличили угол между связью и плоскостью сегмента. Упруго деформируя последнийприжимами 10, возвращали узлу Т-2 требуемуюгеометрию и обеспечивали прижим конца связи к фланцу. При сварке верхнего поясавлияние поперечной усадки швов усугублялось возможностью появления не толькорадиального, но и торцевого биения, так как усадочные силы могли действоватьпод острым углом к оси остова. Для повышения точности размеров в этом случаетакже соблюдали описанный выше порядок выполнения швов.
По окончаниисварки все магниты переводят в пассивное состояние, прижимы откидывают ипроставки извлекают из остова. В целях исключения их заклинивания в результатедействия сварочных деформаций они были выполнены «ломающимися». Выключивфиксаторы, подвижный сегмент с магнитными модулями отводят от остова иизвлекают из кондуктора с помощью тельфера.
Системауправления кондуктором связана датчиками и конечными выключателями с системойуправления комплексом, основу которой составлял компьютер робота. Как и впредыдущем случае, РТК-2 имеет два идентичных пульта управления для кондукторовлевого и правого барабанов. Алгоритм управления РТК построен таким образом, чтопри запуске с одного из пультов робот обращается к программе соответствующегокондуктора, определяет, какой из трех этапов сварки надлежит выполнить, иконтролирует все параметры готовности сварочной оснастки и кондуктора. Еслихотя бы на одном из магнитных модулей усилие удержания оказывается ниже нормы,деталь недостаточно плотно прилегает к полюсным наконечникам, замыкатель неполностью обжимает обечайку, робот не начинает сварку, а на пультах кондукторапоявляются соответствующие сигналы, то на дисплее стойки управления появляетсясообщение о причинах отказа. После их уст ранения робот выполняет требуемыйэтап сварки и запоминает его для каждого из кондукторов. Очистка горелкиосуществляется программно после каждого сварочного цикла или по командеоператора с пульта управления.
Организуяроботизированный комплекс РТК-2 (рис. 7), два кондуктора 7 и 2 (для левого иправого барабанов) установили рядом и между ними вплотную — робот 3, поочередно обслуживающий оба кондуктора. В непосредственнойблизости расположили устройство 4 для зачисткигорелки, стойку 5 системыуправления, источник 6 питаниясварочным током.Сборочные места ограждены полами безопасности 7, которыеработают так, что при попадании человека на них сварка прекращается. Для защитычеловека во время сборки от нештатного перемещения робота в его сторону междукондукторами установили стойку 8 с аварийнымивыключателями. Защита срабатывает при отклонении верхнего конца стойки в любую сторонуот вертикали более чем на 10 мм. Дальнейшее выполнение программы инициируетсялибо со стойки робота, либо с пультов 9 управления.Тельфер 10 обслуживает оба кондуктора иперемещает сваренные остовы в накопитель 11.
Организуяроботизированный комплекс РТК-2 (рис. 7), два кондуктора 7 и 2 (для левого иправого барабанов) установили рядом и между ними вплотную — робот 3, поочередно обслуживающий оба кондуктора. В непосредственнойблизости расположили устройство 4 для зачисткигорелки, стойку 5 системыуправления, источник 6 питаниясварочным током. Сборочные места ограждены полами безопасности 7, которыеработают так, что при попадании человека на них сварка прекращается. Для защитычеловека во время сборки от нештатного перемещения робота в его сторону междукондукторами установили стойку 8 с аварийнымивыключателями. Защита срабатывает при отклонении верхнего конца стойки в любуюсторону от вертикали более чем на 10 мм. Дальнейшее выполнение программы инициируетсялибо со стойки робота, либо с пультов 9 управления.Тельфер 10 обслуживает оба кондуктора иперемещает сваренные остовы в накопитель 11.
Кроме того, всоставе РТК-2 предусмотрены приспособление 12 для контроля качества стенки, стеллажи 13—17 для деталей и узлов, входящих в остов барабана, иверстак 18.
Анализкачества сварки показал, что количество дефектных сварных соединений непревышало 5 % от их общего числа на данном узле. РТК-2 обслуживает одиноператор-сборщик.
Устройство и работа РТК-3
Всоответствии с принятой разбивкой на технологические узлы (см. рис. 1) длязавершения изготовления барабана к его остову необходимо приварить четыре поясазубчатых сегментов и гребенок и по торцу — пояс съемников. При этом в силеостаются жесткие требования к точности геометрии барабана. В соответствии счертежом основной базовой поверхностью узла является плоскость, образованнаявосемью секциями съемника, прилегающими к нижнему торцу остова. В конечномсчете все допуски на биения барабана заданы относительно этой плоскости,параллельно которой располагаются пояса гребенок, сегментов, а такжевращающийся ротор жатки.
Из 150сварных швов, выполняемых на данной позиции, две трети составляют прорезныешвы, прикрепляющие сегменты и гребенки к остову и расположенные внутри него.Проект предусматривал конструкцию сварного соединения, показанную на рис. 8 а. Очевидно, что такое соединение нетехнологично по несколькимпричинам. Во-первых, последовательное выполнение двух угловых швов неизбежновызовет остаточную деформацию, нарушающую перпендикулярность относительностенки.
Учесть такоеотклонение при установке детали в стенде сложно. Во-вторых, доступ к одному издвух швов затруднен даже при использовании полуавтоматической сварки.Предварительные технологические эксперименты показали, что, уменьшив высотувыступа, входящего в прорезь стенки, можно перейти к конструкции сварногосоединения, показанной на рис. 8 б. По прочности
и объемунаплавленного металла такой шов, сходный с электрозаклепочным, не уступаетпроектному, а по величине деформаций вследствие сварки выгодно отличается отнего.
Расположениепрорезей на четырех стенках остова идентично, поэтому сварка прорезных швов повсему периметру обечайки выполняется при четырехкратном позиционировании узла споворотом его на 90° относительно горизонтально расположенной оси барабана.Необходимыми условиями для этого являются доступность для горелки всех швов,достаточная повторная точность позиционирования и получение качественныхсоединений на наклонной поверхности стенок.
Моделированиеситуации с помощью системы РОБОМАКС показало, что все швы оказываютсядоступными при отклонении оси горелки от нормали к стенке на угол до 45°.Предварительные эксперименты по сварке с таким углом наклона показали, что втех случаях, когда отклонение электрода от оси шва не превышает 1,5 мм, сварные соединения получаются качественными, в том числе и при утапливании выступа вотверстии до половины толщины стенки, а угловая деформация практически отсутствует.Кроме того, установили, что формирование швов, расположенных на наклонных (до40°) частях стенки остается удовлетворительным при их сварке «на спуск». Впротивном случае наблюдались протеки металла и прожоги. Наибольшие трудностивозникли при сварке «на весу» стыковых швов стенок. В целях увеличения ширинышва использовали поперечные колебания электродной проволоки с амплитудой 4 мм.
Учитываясказанное выше, требования к сборочно-сварочному стенду, предназначенному дляработы в составе РТК-3, сформулировали следующим образом:
•стенд долженпредставлять собой позиционер с горизонтальным расположением оси вращения,имеющий четыре позиции, установка в которые осуществляется путем поворотабарабана на угол 90°;
•повторнаяточность позиционирования изделия должна быть не ниже ±1,0 мм в осевом направлении и ±0,3° по углу поворота;
•базированиесобранного узла необходимо осуществить по плоскости съемника;
•системабазирования гребенок и сегментов должна обеспечивать их установку с отклонениемот параллельности основной базе не более 0,3 мм;
•усилияприжимов должны быть достаточными для прижатия деталей к базам, независимо отнарушения их проектной формы;
•элементыпозиционера не должны ухудшать доступ горелки к сварным швам.
Всоответствии с данными требованиями и схемой базирования, приведенной на рис.9, был создан позиционер, предназначенный для работы в составе РТК-3. Основнымиузлами позиционера являются: основание, держатель барабана, блок ложементов,радиальный прижим, отводная база, торцевой прижим, блок ловителей гребенок,панель управления.
На основании 1 (рис. 10) расположен отводной держатель барабана,представляющий собой пиноль 5, вращающуюся вподшипниковой опоре 4. Переднийопорный фланец служит для установки остова барабана с центрированием его поотверстию фланца. На заднем фланце закреплен вращающийся пневматический цилиндр3, соединенный со штоком б, проходящим внутри пиноли. На передний Т-образный конец штоканадевают конусную шайбу 7. Опора пиноли закреплена на салазках 8, приводимых в движение пневматическим цилиндром 2.
В переднейчасти основания, под барабаном, расположен блок ложементов, предназначенных дляфиксации гребенок и сегментов в проектном положении относительно остова. Блоксостоит из четырех ложементов 11, отдельно длякаждого пояса деталей. Каждый ложемент установлен на двух подпружиненныхнаправляющих скалках 12, благодарякоторым детали при сборке предварительно прижимаются к остову, а их выступыостаются в пазах обечайки при ее повороте. Ложементы могут перемещаться спомощью не только пружин, но и радиального прижима. Его пневматические цилиндры13, расположенные с обеих сторонложементов, через поперечные планки 14 прижимают всепять поясов деталей, обеспечивая их плотное прилегание к остову перед сваркой.По ее окончании цилиндры оттягивают ложементы вниз, освобождая приваренныедетали. Для фиксации деталей в пазах служатпневматические прижимы 15. Через штоки,пропущенные сквозь ложементы, пневматический цилиндр с помощью подпружиненныхвилок прижимает детали к базовой поверхности каждого ложемента, устанавливаяих, таким образом, в проектное положение.
Основнымбазовым элементом позиционера является сектор 10, на который с помощью пальцевых фиксаторов 19 навешиваются две секции съемника. Сектор закреплен на двухстойках с ползунами 23 иперемещается рычагом с помощью мощного пневматического цилиндра 22. Будучи установленным в рабочую позицию, сектор в сочетании сдвумя торцевыми пневматическими прижимами 16 обеспечивает надежное базирование барабана в осевомнаправлении. При этом в тангенциальном направлении его положение однозначнофиксируется пальцевыми фиксаторами 19, попадающими втехнологические отверстия в сегментах остова. Благодаря такой системебазирования, независимо от торцевого биения остова, достигается постоянствоположения в пространстве свариваемой четверти барабана, обеспечивающеепопадание электрода в места расположения сварных швов с точностью, достаточнойдля получения качественных сварных соединений.
Блокловителей гребенок предназначен для предварительного задания положения деталей,поджима их к остову и удержания всего набора в процессе сборки. Фиксаторы 19, выполненные в виде качающихся подпружиненных рычагов 20 с защелками 21, установленына общем основании в плоскостях расположения гребенок и сегментов. При сборкебарабан вращается с помощью храпового механизма, который на схеме не показан. Взоне работы оператора-сборщика расположена панель 18 с агрегатами пневмосистемы. Для контроля срабатываниямеханизмов и правильности установки деталей при сборке предусмотрена системаиндукционных бесконтактных датчиков. Позиционер оборудован системой вытяжнойвентиляции 17. Перед загрузкой остова позиционер находитсяв исходном положении: пиноль, отводная база, торцевые прижимы, осевые прижимыложементов и ловители отведены в заднее положение, радиальный прижим удерживаетблок ложементов в верхнем положении.
С помощьютельфера остов устанавливают на ложементы и выдвигают пиноль, вводяцентрирующий выступ опорного фланца в отверстие фланца остова. Выдвигают впередшток, надевают на него конусную шайбу и, включая вращающийся пневмоцилиндр,фиксируют остов на фланце пиноли. Отводят вниз блок ложементов, обеспечивая свободноевращение остова. Освобождают рычаги ловителей от защелок и, установив в нихпервый комплект деталей (занимает одну восьмую часть окружности остова),прижимают их к обечайке, следя за попаданием выступов в прорези. Затемсоединяют остов с храповым механизмом и поворачивают его на 45°, вводя детали впазы ложементов. Аналогичным образом вводят второй комплект деталей и фиксируютих в ложементах осевыми прижимами. На пальцевые фиксаторы сектора отводной базынавешивают две секции съемника и переводят ее в рабочее положение, добиваясьпопадания фиксаторов в отверстия остова. Остов и съемники прижимают к отводнойбазе с помощью торцевых пневмоцилиндров, а затем блок ложементов с деталями — кобечайке с помощью радиальных прижимов.
Предварительныйрасчет и хронометраж при отработке технологии показал, что цикл сварки однойчетверти барабана длится 8 мин. За это время оператор успевает произвестисборку на позиционере такой же его части. Поэтому в состав РТК включили двапозиционера (для левого и правого барабанов), которые поочередно обслуживаетодин робот, расположенный между ними. Схема размещения оборудования РТК-3приведена на рис. 11.
Остовы,принятые ОТК, оператор берет из накопителя 8 и с помощью тельфера 10 поочередноустанавливает на оба позиционера 2. В процессеустановки рабочий находится между позиционером и роботом, на полу безопасности7. Это исключает случайный старт робота даже при нажатии соответствующей кнопкина пульте управления. Затем оператор переходит к одному из позиционеров ипроизводит сборку первой четверти барабана. Закончив сборку, он запускает роботс соответствующего пульта 3 и переходит кдругому позиционеру. Система управления РТК контролирует состояние робота икачество сборки на позиционере и при отсутствии отклонений запускаетсоответствующую сварочную программу. Робот последовательно выполняет сваркусегментов, гребенок, стыкового шва обечайки и съемников.
Одновременносо сваркой оператор выполняет сборку первой четверти на втором позиционере и сего пульта управления дает вызов робота. По завершении сварки на первомпозиционере производится очистка горелки на устройстве б, и после контроля качества сборки робот начинает сварку первойчетверти на втором позиционере. В это же время оператор собирает вторуючетверть барабана на первом позиционере. Таким образом, робот, работаяпрактически непрерывно, за четыре этапа осуществляет полную сварку правого илевого барабанов на обоих позиционерах и уходит в исходную точку. Операторснимает с них готовые изделия и укладывает на конвейер 9, по которому барабаны передаются на место контроля иисправления брака.
Следуетотметить, что количество и расположение сварных швов в каждой четверти барабанаотличаются друг от друга. Это не позволило использовать единую сварочнуюпрограмму. Поэтому алгоритм работы РТК предусматривает последовательноеподключение четырех подпрограмм и контроль очередности их выполнения на каждомпозиционере. После отключения системы управления или при необходимостиизменения порядка выполнения подпрограмм номер нужной подпрограммы набираетсяна дисплее стойки управления 4. Припромежуточных остановках и ручных манипуляциях с роботом номер подпрограммы иместо ее прерывания запоминаются, и при повторном старте робот продолжаетсварку от места остановки.
Качество и надежностьработы всех РТК на участке, в каждый из которых входят манипулятор, сварочное итехнологическое оборудование или оснастка, в значительной мере зависят отнеизменности их взаимного положения, четкости и стабильности срабатыванияотдельных механизмов, задающих и фиксирующих в пространстве положениесвариваемых деталей. Для снижения потерь времени, вызванных сбоями в работеРТК, и поддержания качества сварных соединений на заданном уровне для всехописанных выше РТК, были разработаны программы оперативного технологическогоконтроля состояния оборудования и оснастки. Суть контроля состоит впериодическом измерении отклонений от номинального положения в пространствеосновных базовых и фиксирующих элементов технологического оборудования,ответственных за точность позиционирования деталей. Для измерений использовалиробот, точность позиционирования которого составляет 0,2 мм. По окончании отладки оборудования РТК и изготовления контрольной партии узлов в местах,доступных для горелки робота, на поверхностях контролируемых элементов(оснований, технологических баз, упоров и прижимов) наносили контрольные точкив виде кернов диаметром не более 0,5 мм. На РТК-1 такие точки располагали нарамах приспособлений, закрепленных на столах, опорах жесткостей и откидномклиновом вкладыше; на РТК-2 — на плите, подвижном сегменте и полюсныхнаконечниках всех магнитных модулей; на РТК-3 — на основании и на концахсектора 10 отводной базы (см. рис. 11). Крометого, контрольную точку ставили на неподвижной станине самого робота. Последняяслужила для оценки возможных отклонений конца электрода. Вместо мундштука вгорелку вворачивали острый конусный наконечник. В ручном режиме проводилиобучающее программирование, подводя горелку перпендикулярно к контролируемойповерхности так, чтобы острие наконечника коснулось дна конусного керна, послечего горелку приподнимали на 0,5… 1,0 мм и полученную точку заносили в память робота. Перемещая горелку от одной контрольной точки к другой, формировалитаким образом программу контроля. Многократно программируя одну и ту же точку,установили, что погрешность работы обучающего оператора не превышает 0,3 мм, аточность измерений в пределах всей программы составляет 0,5 мм. В дальнейшем подобный контроль проводили после замены горелки, подналадки или ремонтатехнологического оборудования, а также при снижении точности попадания концаэлектрода на линию стыка деталей. При появлении отклонений, превышающих 1 мм (их значения считывали на дисплее системы управления роботом), находили и устраняли их причину,после чего контроль повторяли. Опыт показал, что основными причинами сниженияточности работы оборудования и оснастки являются нарушение регулировок базовыхэлементов и изменение усилий прижатия деталей, вызванное заеданиями в подвижныхэлементах прижимов. При использовании пневматического привода важной являетсястабильность давления в пневмосети.
Все триописанных РТК были объединены в отдельный участок роботизированной сваркибарабана. Схема размещения оборудования на участке показана на рис. 12.Стандартные поддоны с деталями расставляют на складочные места с помощьюцеховой кран-балки. Технологические узлы Т-1 и Т-2, сваренные на РТК-1,складируют в стеллажи 7 и 2 отдельно для левого и правого барабанов. Передсборкой остовов на РТК-2 входящие в них обозначение стенки проходят 100 %-ныйконтроль формы на приспособлении 3. Его выполняетоператор, обслуживающий РТК-1.
По завершениитрехэтапного процесса изготовления остовов на обоих кондукторах изделия спомощью тельфера передаются в накопители 4. Сваренныеостовы устанавливают в специальный стенд 5, на котором контролируют торцевое ирадиальное биения, а также качество сварных соединений. Остовы барабанов,признанные ОТК годными, передаются в накопители 6. Остовы, имеющие браковочные признаки, передают в изоляторбрака 7, а затем на отдельное рабочее место, где производится подварка швовлибо исправление формы путем местного нагрева соответствующих связей.Количественные результаты контроля регистрируются в специальном журнале. Ихпериодическая статистическая обработка позволяет судить о стабильноститехнологического процесса и состоянии оборудования РТК. В случае появлениясистематических отклонений, близких к предельным, устанавливают причину ихвозникновения и производят подналадку оборудования, а при необходимости —внеплановое техническое обслуживание и ремонт. Следует отметить также, чторезультаты контроля на этой стадии не обезличены и используются для оценкикачества работы обслуживающих РТК операторов.
Остовыбарабанов с помощью тельфера 8 устанавливаютна позиционеры РТК-3, где производят окончательную сварку. Готовые барабаныпередаются тельфером на напольный конвейер-накопитель 9, а затем на стенд 5, гдеконтролируют геометрические размеры и качество сварных соединений. Принятые ОТКизделия поступают на склад готовой продукции 10. Барабаны, имеющие дефекты сварных швов или формы, передаются нарабочее место, укомплектованное кантователем 7 и полуавтоматом 11 для сварки в среде углекислого газа, где производитсяустранение дефектов.
Анализ работыроботизированного технологического участка показал, что не совмещенными вовремени с процессом сварки являются в основном транспортные операции. Их доля вобщей продолжительности процесса не превышает 10 %. Наименее загруженнымявляется РТК-1, поэтому его оператору дополнительно поручена транспортировкаузлов на всем участке. Наиболее «узким местом» являются операции контроля. Дляих сокращения целесообразно было бы, по-видимому, автоматизировать процессконтроля геометрии узлов и регистрации его результатов. Такт выпуска изделийсоставил 40 мин.
Выводы
Опыт работы роботизированного технологического участка позволяетзаключить следующее.
1. В успешнойреализации проектов роботизированной дуговой сварки объемных крупногабаритныхконструкций определяющую роль играет анализ технологичности изделий, которыйследует проводить несколько раз, по мере разработки и внедрения проекта. Особоезначение имеет расчленение изделия на технологические узлы и анализ условий,обеспечивающих качество сварных соединений.
2. Основнымитребованиями при разработке технологического оборудования и оснастки, входящихв состав РТК, являются:
•обеспечениедоступности сварных швов, выполняемых на данном комплексе;
•обеспечениеточности и стабильности позиционирования деталей, достаточных для получениякачественных сварных соединений;
•реализация воборудовании конструктивно-технологических решений, позволяющих исключить илиучесть влияние временных и остаточных сварочных деформаций на обеспечениезаданных пределов отклонений размеров и геометрической формы свариваемогоизделия;
•возможностьрегулировки и надежная фиксация базовых элементов оборудования;
•обеспечениеусилия прижатия деталей, достаточного для исключения влияния на точностьпозиционирования отклонений их формы и размеров от проектных значений.
Литература
1. Медведев С.В. Компьютерныетехнологии проектирования сборочно-сварочной остнастки, Минск: Институт техн.Кибернетики НАН Белоруссии, 2000г.
2. Под редакцией Куркина С.А., ХововаВ. М. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварныхконструкции: Учеб. Пособие для вузов, Москва: Издательство МГУ им. Баумана Н. Э. ,2002 г.