Фиксаторы для сварочных роботов


Хотя сварочные роботы потенциально имеют намного большую производительность по сравнению с полуавтоматической сваркой, их эффективность в значительной степени зависит от того, насколько хорошо продумана конструкция фиксирующих устройств. Когда роботизация хорошо налажена, она очень эффективна, но если пренебречь системами фиксации, выгода от ее использования упадет до нуля. Зачастую производительность выигрывается или теряется еще на этапе проектирования, и хотя фиксаторы имеют очень простую задачу, их правильная конструкция критически важна для работы сварочной системы.


Роботизированная сварочная станция

 

 

 

 

 

 

 




При запуске нового проекта по роботизированной дуговой сварке учтите несколько требований к системам фиксации:

фиксаторы должны быть изготовлены из подходящего материала;
обеспечьте оптимальный сварочный контур;
фиксаторы должны быть расположены так, чтобы обеспечить максимальную производительность наплавки;
стремитесь к доступности, воспроизводимости, простоте и надежности;
если Вас останавливает стоимость фиксаторов, рассмотрите альтернативы

 

Фиксаторы должны быть изготовлены из подходящего материала

Таблица выбора материала фиксаторов 


В контексте этой статьи мы будем понимать под фиксатором устройство для позиционирования или фиксации рабочего изделия во время сварки, изготовленное по индивидуальному проекту. Также для этого иногда используется термин «инструментарий».


Один из первых этапов разработки фиксаторов для сварочного робота — это выбор материала. При этом нужно учесть начальные затраты, стоимость обслуживания в долгосрочной перспективе и характерные особенности  роботизированной сварки, например, важность высокой точности и воспроизводимости деталей в условиях высокой температуры и сварочных брызг.

Самые распространенные материалы — это низкоуглеродистая сталь, высокоуглеродистая инструментальная сталь, алюминий, нержавеющая сталь и медь. Также доступны их различные сплавы, которые могут иметь повышенную стойкость к износу или способность увеличивать твердость под механическими нагрузками. Каждый материал имеет свои особенности, которые могут влиять на эффективность и качество продукции.

Чтобы снизить начальные вложения, для создания рамы фиксаторов часто используются конструкционные трубы квадратного / прямоугольного профиля. Из соображений устойчивости к износу стопоры и позиционирующие точки часто изготавливаются из легированной высокоуглеродистой инструментальной стали, устойчивой к деформациям. Еще один распространенный износоустойчивый сплав, бронзоалюминий, способен упрочняться под механическим воздействием и менее склонен к остаточному магнетизму по сравнению с инструментальной сталью.

Чистая медь имеет самые лучшие характеристики электрической проводимости, хотя обычно ее избегают там, где важна высокая твердость. Электропроводимость прямо влияет на стабильность дуги, которая, в свою очередь, требуется для обеспечения максимальной скорости сварки. Поэтому для улучшения износостойкости часто используются сплавы меди и цинка (латунь) или меди и карбида вольфрама. Начинающие производители часто не обращают внимания на электропроводимость и закрашивают все поверхности, включая поверхность для подключения сварочного кабеля, что сразу же вызывает проблемы с поджигом дуги.

 

Фиксаторы для роботизированной станции

  

                     

Контур сварочного робота 

                                       

                                                                   

Алюминий и медь имеют высокую теплопроводимость, то есть эти материалы быстро рассеивают тепло. Поэтому их часто используют в качестве теплоотводов, которые забирают тепло от рабочего изделия и «распределяют» его по большей площади, помогая предотвратить деформации детали. При разработке сварочного робота также нужно учитывать тепловое расширение. Этот параметр отражает относительное изменение длины материала при определенном изменении температуры. Например, алюминий при нагревании значительно изменяет длину и объем. Поэтому для изготовления теплоотводов чаще используют медь, а не алюминий, иначе могут возникнуть проблемы с воспроизводимостью деталей. Также для борьбы с деформациями применяются определенные схемы расположения рабочих узлов и специальные сварочные режимы с минимальным тепловложением.

 

Обеспечьте оптимальный сварочный контур

Специальные режимы сварки с настраиваемой формой волны сварочного тока позволяют снизить длину дуги, разбрызгивание, световое воздействие  и вероятность залипания проволоки и угасания дуги — что в конечном итоге приводит к увеличению скорости сварки. Однако такие режимы требуют оптимальным образом проложить сварочный контур.

Обеспечьте оптимальный сварочный контур
 

 

  

Обеспечьте оптимальный сварочный контур 


Особое внимание нужно уделить тому, где разместить зажим на изделие. В большинстве случаев рекомендуется располагать рабочий кабель и измерительный вывод (при его наличии) как можно ближе к сварочной дуге, а не через ряд болтовых соединений. Оптимальное решение — это подключение непосредственно к рабочему изделию.

Также убедитесь, что рабочий кабель и измерительный вывод расположены на достаточном расстоянии друг от друга, а также от всех остальных сварочных коммуникационных кабелей. Если сварка проводится с одновременным применением нескольких источников питания, то для каждого из них требуется отдельный сварочный кабель. Не соединяйте все сварочные кабели в одну связку — это может привести к помехам и индуцированному магнетизму, то есть отклонению дуг.

На этом этапе также нужно учесть планируемое направление сварки. Желательно, чтобы сварка шла в направлении от кабеля на изделие. Подключите все измерительные выводы от каждого источника питания к рабочему изделию с противоположной стороны.


Фиксаторы должны быть расположены так, чтобы обеспечить максимальную производительность наплавки

Фиксаторы должны быть расположены так, чтобы обеспечить максимальную производительность наплавки 


 

 

Теперь посмотрите, как фиксаторы ориентируют деталь. При сварке в нижнем положении нам помогает сила тяжести. Готовые сварные швы получаются плоскими и ровными и при этом для них характерна высокая производительность наплавки и, как результат, скорость и производительность сварки.

Например, при сварке нахлесточных и Т-образных соединений листового металла достаточно просто изменить ориентацию изделия так, чтобы горелка была расположена под углом 15 градусов, чтобы увеличить скорость сварки на 10-25%. Это возможно благодаря использованию силы тяжести и особым характеристикам многих комбинаций сварочных материалов и защитного газа.

Сварка в потолочном положении может показаться хорошим способом предотвратить налипание брызг на деталь, однако в таком случае брызги будут неизбежно попадать на фиксатор и другие элементы сварочной станции, что увеличит стоимость обслуживания в долгосрочной перспективе. Кроме того, при сварке в потолочном положении придется преодолевать силу тяжести, из-за чего упадет производительность наплавки и станет труднее контролировать форму шва.


Стремитесь к доступности, воспроизводимости, простоте и надежности

Во время проектирования фиксатора у Вас есть выбор из многих видов фиксаторов. Самые простые варианты включают обычные ручные зажимы, например, поворотные, нажимные и плунжерные зажимы, закрепленные на стационарном столе. Чаще всего они используются для небольших или пробных партий. При небольшом масштабе производства это очень простой и недорогой способ фиксации деталей.& В таких условиях универсальность полностью оправдывает ручной труд. Второй вариант — это модульные фиксаторы, которые отличаются универсальностью и широкими возможностями пространственного контроля.


 

Фиксаторы для сварочных роботов 

 

Более сложные решения могут включать автоматические зажимные приспособления. Такие решения более сложны, требуют более высоких начальных вложений и монтажа дополнительной проводки и пневматических или гидравлических линий. Автоматические фиксаторы позволяют сократить или полностью устранить ручной труд, определять положение детали и активировать зажимы в определенной последовательности.

Для этого возможно переоснастить уже существующую полуавтоматическую систему фиксации, но при этом нужно соблюдать осторожность. В случае полуавтоматического процесса оператор часто вносит поправки по ходу работу с учетом отклонений в расположении и геометрии соединений. Если использовать такой фиксатор в составе сварочного робота, любое смещение детали будет означать отправку детали в контейнер для брака. Обычно автоматизации легко поддаются фиксаторы для угловых и нахлесточных соединений, но в случае сварки внешних углов и квадратных стыковых соединений понадобятся значительные доработки.
 
Фиксаторы для роботизированных станций

 

 

 

 

 

 

 



В любом случае нужно учесть целый ряд дополнительных требований. Например, фиксатор должен быть эргономично расположен на удобной для оператора высоте и не вызывать трудностей при установке и снятии деталей. Уделите особое внимание простоте доступа, большой зоне видимости и достаточному освещению. Фиксатор должен иметь как можно меньше плоских поверхностей, чтобы собирать как можно меньше брызг и не давать им попадать на критически важные поверхности или элементы привода.

Главная задача для интегратора фиксаторов и зажимных / позиционирующих приспособлений — обеспечить повторяемость сварного соединения в трехмерном пространстве по отношению к системе с отклонениями не более половины диаметра сварочной проволоки. Например, при использовании проволоки диаметром 1,1 мм допуск составляет +/- 0,55 мм.

Расположение и ширина зазора должны быть постоянными для каждой детали, на них распространяются такие же допуски. Однако, чтобы компенсировать меньшую глубину сварного шва, иногда размер шва приходится увеличить с превышением допуска в половину диаметра проволоки. На это может уйти на 125-200% больше наплавленного металла, чем при качественной подгонке.

Поэтому правильная подгонка соединений оказывает большое влияние на себестоимость продукции. Для этого нужно хорошо наладить все подготовительные операции, в том числе обрезку, машинную обработку, тепловую обработку и сгибание / формовку.

 

Система фиксации для сварочного робота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если Вас останавливает стоимость фиксаторов, рассмотрите альтернативы

Бывают случаи, когда производить детали по строгим допускам оказывается слишком дорого или когда непрактично устанавливать крупные изделия на автоматический фиксатор с точностью до сотых долей миллиметра. Некоторые системы фиксации оказываются малоэффективны для производства мелких партий. В таких случаях для выявления отклонений в деталях можно использовать недорогие программные системы детекции, например, тактильные или с отслеживанием через дугу.


 

Фиксатор с тактильным сенсором 

Робот с тактильным сенсором 

 



В случае сенсорной детекции робот программируется на прикосновение сварочной проволокой к нескольким точкам на изделии, что позволяет системе определить расположение и ориентацию детали. Эта информация дает программе возможность учесть возможные смещения и внести коррекции в трех измерениях.

Отслеживание через дугу — это другая технология, которая активируется уже после начала сварки — при этом робот делает волнообразные колебания горелкой и корректирует ее путь с учетом возможных отклонений соединения, например, из-за деформаций или упругого последействия.

Также существуют более сложные системы лазерного сканирования. 

 

Пример сенсорной детекции в составе сварочного робота

 

Заключение

Хотя хорошо налаженный процесс роботизированной сварки очень экономичен, он может оказаться чрезвычайно неэффективным и невыгодным, если не учесть простые правила проектирования системы фиксации. Зачастую производительность выигрывается или теряется еще на этапе проектирования, и хотя фиксаторы имеют очень простую задачу, их правильная конструкция критически важна для роботизированной сварочной системы. Поэтому, чтобы реализовать полные возможности своей роботизированной сварочной станции, не забудьте уделить им достаточно внимания.