Роботизация производственного участка сварки

 

Необходимое повышение качества продукции одновременно с уменьшением серийности и частым изменением выпускаемых моделей изделий невозможны без развития автоматизации технологических производственных процессов. В ряде ключевых технологий, например, в различных видах сварки, дальнейшее развитие возможно только с применением технологических роботов.

Ранее эти операции выполнялись вручную, однако применяемый инструмент полуавтоматических сварок (без робота) часто не может обеспечить требуемое качество движения сварочной горелки по траектории, например, точность и постоянство скорости, а также качество сварного шва, производительность операций, время на подготовку производства. Именно на этих операциях сегодня преимущественно применяются технологические сварочные роботы.

Рассмотрим пример организации роботизированного участка сварки на машиностроительном предприятии ООО «Робокат».

Робототехнический комплекс дуговой сварки (далее РТК) предназначен для автоматической и полуавтоматической дуговой MIG/MAG сварки металлов в среде защитных газов и реализован с использованием промышленного робота, двухосевого позиционера, стационарного стола и необходимого для робота сварочного оснащения. Полуавтоматическая дуговая сварка выполняется также оператором­сварщиком на стационарном сварочном столе и играет роль вспомогательного сварочного поста РТК, который используется как роботом, так и оператором­сварщиком.

 

РТК состоит из следующих элементов:

  • Промышленный робот
  • Двухосевой позиционер грузоподъемностью 500 кг
  • Комплект  сварочного стола ­ позиционера
  • Комплект стационарного сварочного стола
  • Комплект сварочной оснастки
  • Комплект автоматической дуговой сварки для применения с роботом
  • Комплект ручной полуавтоматической дуговой сварки
  • Комплект сварочного газового оборудования
  • Комплект защитного ограждения
  • Комплект электрооборудования РТК
  • Фильтровентиляционная установка
  • Комплект ЗИП

 

Технические характеристики РТК:

Параметр

Единица
измерения

Значение

Занимаемая площадь

мм

7000х4700

Напряжение сети

В

~3х380 ±15%

Частота сети

Гц

50

Потребляемая мощность

кВА

35

Температура окружающей среды

ОС

15…40

Влажность воздуха

%

30…95

 

Технические характеристики оборудования в целом:

 

Источник сварочного тока 1
(роботизированная дуговая сварка и пайка)

Параметр

Значение

Диапазон регулирования сварочного тока

От 5 А до 350 А

Диапазон регулирования
сварочного напряжения

От 14,3 В до 31,5 В

Длительность включения при температуре окружающей среды 40°C

100% ПВ

350A

Длительность включения при температуре окружающей среды 20°C

100% ПВ

350 A

Рабочий цикл

10 мин. (60% ПВ ∆ 6 мин. сварка,
4 мин. пауза)

Напряжение холостого хода

79 В

Сетевое напряжение (допуски)

3 x 400 В (от ­25% до +20%)

3 x 415 В (от ­25% до +15%)

Частота

50/60 Гц

Сетевой предохранитель
(инерционный плавкий предохранитель)

3 x 25 А

Макс. потребляемая мощность

13,9 кВА

Класс изоляции

H

Класс защиты

IP 23

Температура окружающей среды

От ­20°C до +40°C

Охлаждение аппарата

Вентилятор

Кабель массы

70 мм2

Размеры Д/Ш/В, мм

780 x 375 x 625

Вес

78,5 кг

 

 

Источник сварочного тока 2

(полуавтоматическая дуговая сварка и пайка)

Параметр

Значение

Сетевое напряжение (допуски)

3 x 400 В

(­25 % ­ +20 %)

Сетевой предохранитель (инерционный)

3 x 25 A

Диапазон регулирования сварочного тока

5 A ­ 350 A

Продолжительность включения 40 °C

350 A / 100 %

Габариты (ДxШxВ) в мм

1100 x 455 x 1000

Вес

125 кг

Габариты устройства подачи проволоки
(ДxШxВ) в мм

690 x 300 x 410

Вес устройства подачи проволоки

15,1 кг

 

Система управления роботом

Параметр

Значение

Номинальное напряжение

Транс. Тип E 380­415, 440­480, 500 В

Транс. Тип D 380­415, 200­230 В

50/60 Гц, 3 фазы

Допустимое колебание

Допустимое колебание напряжения:
+10% /­15%

Допустимое колебание частоты: +/­1 Гц

Мощность источника питания

3 КВА

Средняя потребляемая мощность

1,0 кВт

Допустимая температура окружающего воздуха

От 0°C до 45°C во время работы и от 20°C до 60°C при транспортировке и хранении с температурным коэффициентом 1,1°C/мин.

Допустимая влажность окружающего воздуха

Относительная влажность: от 30% до 95%, без конденсата

Газовая среда

Если оборудование установлено в среде, в которой присутствует относительно большое количество загрязняющих примесей (пыль, неэлектропроводная жидкость, органический растворитель, кислота, агрессивный газ и/или соль), необходимо применять дополнительные защитные средства

Вибрация

0,5 G или менее

Высота

Не выше чем 1 000 метров над уровнем моря

Ионизирующее

и неионизирующее

излучение

Если оборудование установлено в среде, в которой оно подвергается облучению (микроволновому, ультрафиолетовым лучам, лучам лазера и/или рентгеновскому излучению), необходимо использовать экранирование

Масса блока управления

Около 180 кг

 

 

 

Манипулятор промышленного робота

Параметр

Значение

Управляемые оси

6

Установка

Напольная, настенная, потолочная

Настройка нагрузки

Режим 3 кг (стандарт для сварочной горелки)

Углы перемещений

(Верхний/

Нижний лимиты)

Ось 1

185°

Ось 2

160°

Ось 3

275.6° / ­185°

Ось 4

200° / ­200°

Ось 5

140° / ­140°

180° / ­180°

Ось 6

270° / ­270°

450° / ­450°

Максимальная скорость

Ось 1

195°/сек

Ось 2

175°/ сек

Ось 3

180°/ сек

Ось 4

400°/ сек

Ось 5

400°/ сек

Ось 6

600°/ сек

Максимальная нагрузка

На кисть

3 кг

На ось 3

12 кг

Повторяемость

±0.08 мм

Вес

250 кг.

Уровень шума

Меньше 70 дВ

Окружающая среда

Температура: 0…45°C

Влажность: нормально 75% или меньше,
кратковременно 95% или меньше (1 месяц)

Высота над уровнем моря: 1000 м или меньше

Вибрация: 0.5G или меньше

Отсутствие агрессивных газов

 

Двухосевой стол­позиционер
максимальной грузоподъемностью 500 кг

Параметр

Значение

Угол поворота, град

Ось 1

270

Ось 2

480

Габаритные размеры (без навесных элементов), мм

900х493х500

Масса, кг

295

 

 

Фильтровентиляционная установка

Параметр

Значение

Номинальное напряжение

~ 3x380 В (от ­15% до +10%)

Потребляемая мощность

1,0 кВт

Габаритные размеры

1350х960х2500 мм

Масса

208 кг

Мощность электродвигателя вентилятора (кВт)

1,5

Производительность вентилятора (м3/час)

2100

Уровень шума (дБА)

78

Активная фильтрующая поверхность фильтра тонкой очистки (м2)

23

Активная фильтрующая поверхность угольного фильтра (м2)

2

Радиус действия ПВУ (м)

2,5

 

 

Планировка РТК

Планировка РТК подробно показана на Рис. 1. На схеме нет ограждения РТК и источника сварочного тока полуавтоматической сварки, так как они являются перемещаемыми. Колонна 5 показана условно.

Рис. 1. Планировка РТК

 

1 – сварочный стол 2400х1200

2 – фильтровентиляционная установка

3 – манипулятор робота

4 – двухосевой позиционер с восьмиугольным сварочным столом 414х1000х50

5 – колонна

6 – газовый баллон

7 – источник сварочного тока

8 – система управления роботом

9 – шкаф стабилизаторов  (опция применяется при нестабильности электросети)

 

На Рис. 2 можно увидеть внешний вид РТК.

 

Рис. 2 Внешний вид РТК

 

Безопасность персонала обеспечивается посредством контроля рабочей зоны фотобарьерами. Фотобарьеры активируются при выборе автоматического режима работы робота.

Аварийный останов РТК обеспечивают кнопки аварийного останова на переносном пульте управления роботом и на шкафу системы управления роботом.

Защита от сварочных брызг и светового излучения обеспечивают шторки из негорючего материала, входящие в комплект защитного ограждения.

 

Обрабатываемые материалы

Источники сварочного тока предназначены для следующих процессов:

Процесс

Газ

Проволока

Сварка нелегированных, низколегированных и высоколегированных сталей

Ar 80­90% / CO2

Сталь

Корневые швы на нелегированных и

низколегированных сортах стали, а также высокопрочных сортах мелкозернистой стали

Ar 80­90% / CO2

Сталь

Лицевые швы конструкций из нержавеющих сталей

 

Нержавеющая сталь

Пайка смешанных соединений алюминий/сталь

 

На основе цинка

Пайка хромоникелевых листов

 

CuAl8/ AlBz8

Пайка оцинкованных листов, тавровые соединения

 

CuSi, AlSi и Zn

 

 

Размеры обрабатываемых заготовок.

Автоматизированная сварка

При обработке на двухосевом столе­позиционере:

  • Габариты, ДхШхВ, мм – 900х900х700
  • Максимальная масса, кг – 350 (с учетом веса оснастки)

При обработке на стационарном сварочном столе:

  • Габариты, ДхШхВ, мм – 700х700х50 (при стационарной установке заготовки)
  • Габариты, ДхШхВ, мм – 2300х1100х50 (при изменении положения заготовки)

Полуавтоматическая ручная сварка

  • Габариты, ДхШхВ, мм – 2300х1100х50

 

Рабочая зона робота показана на Рис. 3.

 

Рис. 3

 

Необходимо отметить, что стол­позиционер включен в совместное управление осями робота в качестве 7 и 8 дополнительной оси, что позволяет увеличить достижимость практически всех сварочных швов заготовок и увеличить скорость выполнения сварочных операций.

РТК оснащен системой универсальной сварочной оснастки, позволяющей установить широкую гамму заготовок на сварочные столы. Предварительная подготовка расположения оснастки осуществляется в 3D­системе в режиме off­line.

 

Таким образом, например, разработка и внедрение роботизированного сварочного участка группой компаний РОБОКОН позволили решить следующие проблемы:

  • повысить точность и качество сварных швов;
  • осуществлять быструю переналадку на новые модели заготовок деталей;
  • уменьшить в несколько раз время на подготовку производства деталей (особенно при повторных деталях);
  • создать базу данных деталей, сварочной оснастки и сварных швов и таким образом уменьшить время на подготовку производства и повысить качество продукции;
  • уменьшить брак за счет «человеческого фактора»;
  • повысить квалификацию и интерес персонала к выполняемой работе;
  • увеличить количество заказов и уменьшить время исполнения заказов на сварочном участке производства.

Жеребятьев К.В.

к.т.н., «Инженер года РФ ­ 2005»

Группа компаний «РОБОКОН»