Роботизированный технологический участок сборки и сварки барабана роторной жатки комбайна

В современных зерноуборочных машинах высокие требования к точ­ности узлов основных агрегатов, ответственных за их технологические ха­рактеристики, обусловлены необходимостью достижения максимальной производительности, качества обмолота и снижения потерь зерна.

Роторная жатка ЖР-3500 (рис. 8.18) является скашивающим агрегатом кормоуборочного комбайна Дон-680. Два барабана, вращающиеся встречно со скоростью 2 об/с, подают стебли под ножи дисковых роторов, вращаю­щихся соосно с барабанами со скоростью 4 об/с. Срезанные стебли подают­ся в приемную камеру и далее в измельчитель комбайна.

Барабан диаметром 1600 мм (рис. 8.19) представляет собой сварную обечайку, образованную четырьмя царгами — стенками 1. Жесткость обе­чайке 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 в жатке, соединен с поясами четырьмя спицами 4 и

Рис. 8.19. Схема конструктивно-технологического расчленения барабана

I'TVVYNf'T'l 11

^vv^7

четырьмя связями 5. Перечисленные детали образуют остов барабана б, к нижнему торцу которого приварены восемь секций съемника 7, а по высоте цилиндрической поверхности обечайки распределены два кольцевых пояса зубчатых сегментов 8,9 и два пояса гребенок 10 и 11. Левый и правый бара­баны по конструкции являются зеркальным отражением друг друга.

Четыре царги толщиной 3 мм сварены между собой встык односто­ронними внутренними швами. Каждый пояс I, II, III приварен к обечайке прерывистыми односторонними угловыми швами 100/200 мм, катетом 5 мм. Съемники толщиной 7 мм приварены к нижнему поясу по периметру бара­бана внахлестку двумя прерывистыми швами 75/150 мм, катетом 5 мм. Зуб­чатые сегменты толщиной 5 мм и гребенки толщиной 6 мм устанавливаются на обечайке выступами в щелевые отверстия и образуют прорезные сварные соединения, выполняемые изнутри барабана. Соединения спиц и связей с поясами — тавровые односторонние, а с фланцем — нахлесточные, катетом 4 мм. При изготовлении барабана выполняют 356 швов общей протяженно­стью 21 м.

Захват и подача срезанных стеблей в приемную камеру возможны благодаря тому, что зубья гребенок и сегментов при вращении входят в со­ответствующие прорези в боковых стенках приемной камеры. Этим и обу­словлены жесткие требования к геометрии барабана:

• радиальное биение обечайки не более 2 мм (во избежание контакти­рования со стенками барабана и приемной камеры);

• торцевое биение плоскости съемников не более 2 мм (во избежание касания ротора);

• биение плоскостей сегментов и гребенок относительно плоскости съемника не более 2 мм (во избежание заклинивания зубьев в пазах стенок приемной камеры);

• отклонение от параллельности привальной плоскости фланца отно­сительно плоскости съемников не более 0,8 мм.

Очевидно, что выдержать при сварке столь жесткие допуски для тон­костенной листовой конструкции диаметром 1600 мм, имеющей такое коли­чество сварных швов, является сложной технической задачей.

Структура роботизированного технологического участка. В про­цессе подготовки производства жатки на заводе АО «Ростсельмаш» перво­начально были созданы технологический процесс и сборочно-сварочная ос­настка, предусматривающая применение полуавтоматической сварки в сре­де углекислого газа. В кондукторе сваривали из сегментов три кольца жесткости, на которые затем в другом приспособлении базировали четыре стенки, обжимая их снаружи. В третьем приспособлении в полученный ба­рабан устанавливали и приваривали спицы, связи и фланец, центрируя их относительно обечайки. После этого, поворачивая остов на вращателе, уста­навливали и приваривали зубчатые сегменты, гребенки и съемники, не пользуясь оснасткой. В результате применения такой технологии брак по геометрическим параметрам составлял около 40 %, из них половина — брак неисправимый. Для уменьшения биений использовали механическую правку и наложение холостых валиков на связи. Обмер партии барабанов показал, что нарушения формы имеют случайный характер, что свиде­тельствовало об отсутствии систематической погрешности при сборке и нестабильности технологического процесса. Значения катетов, длины отдельных швов и порядок их наложения имели существенные отклоне­ния от регламентированных. В результате объем последующих доводоч­ных работ при испытании собранной жатки на обкаточном стенде втрое превышал длительность самой обкатки. Возникшая в производстве си­туация потребовала создания стабильной технологии сборки и сварки барабана, обеспечивающей его проектную точность. В связи с этим был проведен анализ технологичности конструкции барабана с целью оценки возможности роботизации процесса его сварки.

Вследствие значительных экономических потерь от брака главной це­лью создания технологии роботизированной сварки является получение конструкции, отвечающей требованиям проектной документации прежде всего в отношении точности и стабильности геометрии, а также качества сварных соединений. В данном случае, по-видимому, справедлив тезис Г. Гердена о том, что применение роботов как средств автоматизации следует предусматривать не там, где их можно использовать, а там, где без них нельзя обойтись.

При разработке новой технологии изготовления барабана с помощью роботов исходили из следующих соображений. Очевидно прежде всего, что выполнение всех швов на полностью собранном барабане невозможно без использования манипулятора. Однако габаритные размеры и масса изделия (245 кг) требуют позиционера большой грузоподъемности, точность пози­ционирования которого не может удовлетворить условиям применения ро­ботизированной сварки. К тому же общее количество швов таково, что объ­ем памяти робота, необходимый для их выполнения, намного превосходит возможности последнего. Совместная работа внутри барабана двух роботов проблематична, так как развести во времени и в пространстве траектории их горелок (избежать столкновений) в столь ограниченном пространстве прак­тически невозможно.

Таким образом, с одной стороны, очевидна необходимость расчлене­ния изделия на отдельные технологические узлы, с другой стороны, высокая проектная точность конструкции требовала такой схемы расчленения, при которой узел, определяющий точность всего изделия, должен быть изготов­лен в одном кондукторе, тем более что отсутствие переустановок изделия уменьшает возможные отклонения электрода от оси стыка и тем самым по­вышает качество сварных соединений. Указанные выше взаимоисключаю­щие требования заставили искать определенный компромисс при создании новой технологии.

Варианты расчленения на сборочные единицы анализировали с помо­щью системы РОБОМАКС для определения доступности для робота и дося­гаемости им всех швов. В результате анализа был принят следующий вари­ант. Изготовление барабана осуществляется на грех РТК. На первом из них (РТК-1) спицы 4 и связи 5 приваривают к отдельным сегментам, при этом образуется по две сборочные единицы Т-1 и Т-2 (см. рис. 8.19) для левого и правого барабанов.

На втором комплексе (РТК-2) изготовляют остовы левого и правого барабанов, образуя их из стенок, сегментов, узлов Т-1, Т-2 и фланца. При условии стационарности стенда выполнение всех сварных швов в нижнем положении возможно только при вертикальном расположении оси барабана. Робот, установленный на полу и расположенный вплотную к двум стоящим рядом сварочным стендам, обслуживает их поочередно. Анализ доступности для горелки сварных швов, выполняемых на данной позиции, показал, что на полностью собранном остове около 25 % швов оставались недоступны­ми. Поскольку дальнейшее расчленение на сборочные единицы не целесо­образно, было решено воспользоваться методом последовательного нара­щивания, чередуя сборочные и сварочные операции. Моделирование такого процесса подтвердило его приемлемость. Детально он будет рассмотрен ниже.

Сваренные остовы левого и правого барабанов поступают на третий роботизированный комплекс (РТК-3), где на двух стендах производится приварка съемника, гребенок и сегментов. Для сварки всех швов в нижнем положении ось барабана, относительно которой кантуется изделие, распола­гается горизонтально. Робот находится между стендами и обслуживает их поочередно. В то время как на одном стенде робот производит сварку, на другом стенде ведется сборка. Анализ доступности швов показал, что за од­ну установку можно сварить четверть всего количества швов при условии, что часть их будет располагаться на цилиндрической поверхности под углом к горизонту, достигающим 40°. Таким образом, на стенде осуществляется четырехкратное позиционирование изделия с поворотом на 90° вокруг гори­зонтальной оси.

Все три РТК технологически взаимосвязаны, что предполагает объ­единение их в организационно самостоятельное производственное подраз­деление. Предварительные технико-экономические расчеты показали, что существенные различия длительности сборочно-сварочных операций на от­дельных РТК делают нецелесообразным создание автоматической линии сварки барабана с единой системой управления. Поэтому решено было ор­ганизовать роботизированный технологический участок, объединив отдель­ные РТК общей механизированной транспортной системой с накопителями между ними. Для левого и правого барабанов необходимо было предусмот­реть два отдельных грузопотока со своим технологическим оборудованием.

Учитывая сложность и высокую точность узлов и изделия в целом и значительность потерь от возможного 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, проходящих токарную обработку, брак не превы­шает 2 %. Стенку получали контурной вырубкой с последующей гибкой на прессе. При такой технологии брак достигал 50 %, основным дефектом было отклонение от проектного значения радиуса гибки стенки. Местные недоги - бы 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 ра­
диальное биение барабана. Это потребовало усовершенствования техноло­гии изготовления стенки, а в состав участка пришлось ввести специализиро­ванное рабочее место для 100 %-ного входного контроля ее геометрических размеров. Браковочным признаком являлся зазор более 1,4 мм, остающийся между стенкой и сегментом после их закрепления в специальном приспо­соблении. Кроме того, на участке были организованы рабочие места для 100 %-ного контроля геометрии остова барабана и место контроля и исправ­ления брака готовой продукции.

Решение вопросов организации грузопотока и компоновки отдельных РТК позволило приступить к разработке технологического процесса, техни­ческих заданий и проектированию технологического оборудования.

Устройство и работа РТК-1. Поскольку технологические узлы лево­го и правого барабанов являются зеркальным отражением друг друга, соот­ветственно такими же являются и приспособления для их сборки. На одном приспособлении собираются узлы Т-1 левого и Т-2 правого барабанов, на другом — соответственно Т-2 левого и Т-1 правого барабанов (см. рис. 8.19).

Рис. 8.20. Схема приспособления сборки и сварки узлов Т-1 и Т-2: а — обший вид; б — откидной фиксатор

для

Схема одного из приспособлений показана на рис. 8.20. На плоской раме 1 закреплены опоры с установочными пальцами 2. Сегмент 3 устанав-

ливают на два пальца и закрепляют двумя клиновыми 4 и дуговыми 5 прижи­мами. На сегмент устанавливают спицу 6 (для Т-1) или связь 7 (для Т-2), фик­сируют с помощью съемных пальцев 8 и прижимают дуговым прижимом 9. В месте приварки к сегменту наклонно расположенная связь заканчивается гиб­кими усиками, которые при транспортировке деталей часто деформируются. Для придания им перед сваркой положения, заданного чертежом, служит от­кидной клинообразный фиксатор 10, который в рабочем положении распирает усики до одного и того же размера, независимо от их начальной деформации. Этим достигается точность попадания конца электрода на линию стыка дета­лей, а значит — получение качественного шва при сварке роботом.

Наличие в приспособлении той или иной детали, правильность ее по­ложения и качество закрепления фиксируют индукционные датчики поло­жения 11. Они же формируют для системы управления РТК код, по которо­му робот распознает готовность к сварке того или иного узла в определен­ном приспособлении и вызывает соответствующую сварочную подпрограмму.

Расположение оборудования РТК-1 показано на рис. 8.21. Приспособ­ления 1 и 2 размещены попарно на двух столах 3, которые обслуживает сва­рочный робот 4 типа IR-161/15. Между столами установлено устройство 5 для очистки горелки робота. Каждое рабочее место имеет отдельный пульт управления 6. Вблизи пультов расположены стойка 7 системы управления роботом RC20/41 и источник 8 питания сварочным током типа SGL300IR. Перед столами установлены полы безопасности 9. Каждая зона сборки име­ет места 10 складирования и стеллажи-накопители 11 для готовых узлов.

Оператор-сборщик собирает на двух приспособлениях левого стола узлы Т-1 и Т-2 левого барабана, нажимает кнопку «Старт» левого пульта и переходит к правому столу. Робот поочередно анализирует коды приспо­соблений и, если сборка произведена правильно, выполняет сварку узлов по соответствующей подпрограмме. Затем робот и оператор обмениваются ра­бочими местами и все операции повторяются вновь.

Устройство и работа РТК-2. Наиболее сложным 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 проектиро­ванию сборочного кондуктора, сформулируем основные требования к нему:

• кондуктор должен быть стационарным;

• кондуктор должен обеспечивать изготовление остова при верти­кальном расположении его оси;

• установка деталей, ответственных за точность остова барабана (сте­нок и фланца), должна осуществляться по базовым элементам приспособле­ния, а не по другим деталям;

• точность позиционирования деталей в узле должна быть достаточ­ной для выполнения роботом качественных сварных соединений;

• жесткость кондуктора должна более чем на порядок превышать же­сткость собираемого узла;

• конструкция кондуктора и порядок сборки должны обеспечивать доступность для горелки робота всех сварных швов;

• базовые элементы должны быть регулируемыми, а усилия при­жимов — достаточным, чтобы обеспечить фиксацию деталей в заданном положении независимо от отклонений их формы;

• кондуктор должен иметь систему контроля качества сборки узла, включенную в систему управления РТК и содержащую элементы, исклю­чающие неправильную установку деталей;

• время сборки узла в кондукторе не должно превышать время его сварки роботом.

В соответствии с этими требованиями процесс изготовления остова был расчленен на три этапа (см. рис. 8.19):

Рис. 8.22. Схема базирования остова барабана

этап 1 — сборка и сварка обечайки и нижнего пояса сегментов; этап 2 — сборка и сварка среднего пояса сегментов, образованного четырьмя узлами Т-1, и приварка его к центральному фланцу;

этап 3 — сборка и сварка верхнего пояса сегментов, образованного четырьмя узлами Т-2, и приварка его к фланцу.

Высокие требования к точности барабана и необходимость свобод­ного доступа горелки робота к сварным швам внутри барабана обуслови­ли выбор системы базирования стенок по наружной поверхности и при­жатия их к базам магнитными силами. Аналогичным образом должен фиксироваться фланец — наиболее ответственный элемент, точность ус­тановки и неизменность положения которого в процессе сварки опреде­ляют торцевое и радиальное биение остова. Технологические узлы Т-1 и Т-2 в данном случае играют роль связующих элементов. В связи с трех - этапностью процесса сборки их положение внутри барабана необходимо было задать специальной съемной оснасткой, а базировать — по стенкам и фланцу. Схема базирования деталей, отражающая перечисленные тре­бования, показана на рис. 8.22.

В соответствии с техническим заданием были созданы автоматизиро­ванные магнитные кондукторы, конструкция которых реализует приведен­ную схему базирования. Схема кондуктора дана на рис. 8.23. Основными его узлами являются: основание 1; плита опорная 2; концевые 3, основные 4 и центральные 5 магнитные модули; замыкатель б обечайки с фиксаторами 7; пульты 8 управления секциями; центральный пульт управления 9; прижимы вертикальные 10 и горизонтальные 11; проставки малые 12 и большие 13; панель 14 пневматических агрегатов.

На прямоугольном основании 1 установлена опорная плита 2 — ос­новной несущий элемент кондуктора. Верхняя плоскость плиты обработана механически с отклонением от плоскостности не более 1 мм. На диаметре

Рис. 8.23. Кондуктор для сборки и сварки остова барабана

1500 мм расположены шестнадцать линейных опор 15, задающих плоскость опирання остова. Наиболее ответственными узлами кондуктора, от которых зависит точность изготовления остова, являются стойки с магнитными мо­дулями, расположенные по периметру кондуктора, и блок центральных маг­нитных модулей, фиксирующих фланец. Двадцать магнитных модулей сгруппированы в четыре секции. Каждая секция содержит два концевых 3 и три основных 4 модуля, закрепленных в соответствующих стойках. Поло­жение модулей в стойках может регулироваться путем плоскопараллельного радиального перемещения, а также поворотов в вертикальной и горизон­тальной плоскостях. Для регулировки используется система направляющих и конических упоров, перемещающихся с помощью эксцентриков.

Принцип действия всех управляемых постоянных магнитных модулей одинаков и основан на взаимодействии магнитных полей перемагничивае- мых и неперемагничиваемых постоянных магнитов, объединенных в мо­дуль. Соотношение магнитных полей этих магнитов определяет одно из двух состояний модуля: активное и пассивное.

Управление магнитным потоком перемагничиваемого магнита осуще­ствляется с помощью охватывающей его катушки. Для приведения модуля в активное состояние на катушку подается импульс постоянного напряжения, доводящий материал магнита до состояния магнитного насыщения. При этом полярность импульса такова, что магнитные потоки обоих постоянных магнитов складываются, направляются в прилегающую к ним деталь и практически полностью в ней замыкаются. Суммарное магнитное поле, удерживающее деталь, остается практически неизменным более 10 сут.

Для перевода модуля в пассивное состояние на катушку перемагничи­ваемого магнита подается электрический импульс обратной полярности. Магнитные потоки обоих магнитов взаимно компенсируются, и сила, удер­живающая деталь, становится близкой к нулю.

В модуль каждого магнита встроены датчики силы удержания детали и плотности ее прилегания к полюсам. При полном прилегании стенки к магнитам, расположенным по наружному контуру остова барабана, сила удержания каждого модуля равна 2 кН. Усилие, развиваемое блоком цен­тральных магнитов, удерживающих фланец, достигает 1 кН.

Левая половина стоек модулей закреплена на плите неподвижно, с тем, чтобы рабочие поверхности полюсных наконечников образовывали ци­линдрическую поверхность диаметром 1514 мм (наружный диаметр остова), перпендикулярную плоскости плиты. Остальные стойки закреплены на под­вижном сегменте 16, который скользит по плите, поворачиваясь вокруг оси 17. При замыкании происходит обжатие обечайки в тангенциальном на­правлении и смыкание торцевых кромок стенок. Механизм замыкания при­водится в движение пневматическим цилиндром и удерживается в заданном положении тремя фиксаторами 7. Контроль за работой механизмов замыка­теля осуществляется с помощью индукционных датчиков приближения.

Управление магнитными модулями каждой секции осуществляется с отдельных пультов 8, установленных по периферии кондуктора, управление центральными магнитными модулями и замыкателем — с центрального пульта 9. Здесь же находятся блок связи с системой управления РТК и блоки питания.

Если от точности фиксации в кондукторе обечайки и центрального фланца зависит в основном геометрия остова, то качество сварных соедине­ний, выполняемых роботами, определяется точностью и стабильностью фиксации положения деталей, ими соединяемых. Достижению последней цели служит дополнительная стационарная или съемная оснастка, которой оборудован кондуктор.

На 1-м этапе сегменты 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 устранить неплоскостность сегментов, обусловленную контурной вырубкой по криво­линейным поверхностям. Благодаря этому отклонения линии сопряжения деталей не превышают допустимого 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 кольцевую жесткость. Затем производят приварку сегментов к обечайке прерывистыми швами и в последнюю очередь на медной подкладке выполняют 20 стыковых швов, соединяющих сегменты между собой.

На 2-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. На центральные магнитные модули укладывают фланец, базируя его по оправке 23, и фиксируют, пере­водя магниты в активное состояние. На сегменты узлов Т-1, образующие второй пояс жесткости, устанавливают большие проставки и прижимают ими пояс к малым проставкам с помощью прижимов 10. Робот сначала при­варивает сегменты к обечайке, затем сваривает их между собой и лишь по­сле этого приваривает спицы к фланцу. Опыт показал, что указанный поря­док выполнения швов должен строго выдерживаться. В этом случае попе­речная усадка швов, соединяющих сегменты с обечайкой, протекает беспрепятственно и не может вызвать отрыв стенки от магнитов. Увеличе­ние зазоров между сегментами, вызванное некоторым их смещением от цен­тра, не превышает допустимого значения для стыковых соединений деталей толщиной 6 мм. Нахлесточное соединение фланца и спицы, которое выпол­няется в последнюю очередь, практически исключает воздействие свароч­ных деформаций ранее выполненных швов на радиальное и торцевое биение остова барабана. Швы на фланце должны выполняться в диаметрально про­тивоположных местах и без остановки робота. В противном случае усадка швов приводит к появлению биения остова барабана, превышающего допус­тимое. При сварке роботом выполнение описанного порядка наложения швов гарантировано.

На 3-м этапе откидывают прижимы 10, усганавливают цилиндриче­ские упоры 21 и на большие проставки укладывают четыре узла Т-2, бази­руя их сегментами на обечайку, а связями — на фланец и цилиндрические упоры. Сегменты прижимают к проставкам вертикальными 10, а к обечайке горизонтальными 11 прижимами. При отработке технологии сварки остова возникли трудности с выполнением угловых сварных соединений сегментов с обечайкой. Вследствие малой толщины стенки металл иногда стекал по ее наружной поверхности, и формирование шва было неустойчивым. Конст­рукцию сварного соединения изменили, «утопив» сегменты на 4 мм и пре­вратив тем самым угловое сварное соединение в тавровое. Качество таких соединений значительно улучшилось. Для гарантированного прижатия свя­зи к фланцу использовали упругость сегментов. Для этого при сборке узлов Т-2 несколько увеличили угол между связью и плоскостью сегмента. Упру­го деформируя последний прижимами 10, возвращали узлу Т-2 требуемую геометрию и обеспечивали прижим конца связи к фланцу. При сварке верх­него пояса влияние поперечной усадки швов усугублялось возможностью появления не только радиального, но и торцевого биения, так как усадочные силы могли действовать под острым углом к оси остова. Для повышения точности размеров в этом случае также соблюдали описанный выше поря­док выполнения швов.

По окончании сварки псе магниты переводят в пассивное состояние, прижимы откидывают и проставки извлекают из остова. В целях исключе­ния их заклинивания в результате действия сварочных деформаций они бы­ли выполнены «ломающимися». Выключив фиксаторы, подвижный сегмент с магнитными модулями отводят от остова и извлекают из кондуктора с по­мощью тельфера.

Система управления кондуктором связана датчиками и конечными выключателями с системой управления комплексом, основу которой состав­лял компьютер робота. Как и в предыдущем случае, РТК-2 имеет два иден­тичных пульта управления для кондукторов левого и правого барабанов. Алгоритм управления РТК построен таким образом, что при запуске с одно­го из пультов робот обращается к программе соответствующего кондуктора, определяет, какой из трех этапов сварки надлежит выполнить, и контроли­рует все параметры готовности сварочной оснастки и кондуктора. Если хотя бы на одном из магнитных модулей усилие удержания оказывается ниже нормы, деталь недостаточно плотно прилегает к полюсным наконечникам, замыкатель не полностью обжимает обечайку, робот не начинает сварку, а на пультах кондуктора появляются соответствующие сигналы, то на дисплее стойки управления появляется сообщение о причинах отказа. После их уст-

9860

Рнс. 8.24. Схема расположения оборудования РТК-2:

1, 2 — кондуктор сварочный магнитный; 3 — ГІР; 4 — устройство зачистки горелки; 5 — стойка системы управления ПР; б — сварочный источник питания; 7 — полы безопасности; 8 стойка защитная; 9 — пульт управления РТК; 10 — тельфер; 11 — накопитель сварен­ных остовов, 12 — приспособление для контроля качества стенки; 13—17 — места склади­рования лля деталей и узлов, входящих в барабан; 18 — верстак-

ранения робот выполняет требуемый этап сварки и запоминает его для каж­дого из кондукторов. Очистка горелки осуществляется программно после каждого сварочного цикла или по команде оператора с пульта управления.

Организуя роботизированный комплекс РТК-2 (рис. 8.24), два кондук­тора 7 и 2 (для левого и правого барабанов) установили рядом и между ними вплотную — робот 3, поочередно обслуживающий оба кондуктора. В непо­средственной близости расположили устройство 4 для зачистки горелки, стойку 5 системы управления, источник 6 питания сварочным током. Сбо­рочные места ограждены полами безопасности 7, которые работают так, что при попадании человека на них сварка прекращается. Для защиты человека во время сборки от нештатного перемещения робота в его сторону между кондукторами установили стойку 8 с аварийными выключателями. Защита срабатывает при отклонении верхнего конца стойки в любую сторону от вертикали более чем на 10 мм. Дальнейшее выполнение программы ини­циируется либо со стойки робота, либо с пультов 9 управления. Тельфер 10 обслуживает оба кондуктора и перемещает сваренные остовы в накопитель 11.

Кроме того, в составе РТК-2 предусмотрены приспособление 12 для контро­ля качества стенки, стеллажи 13—17 для деталей и узлов, входящих в остов барабана, и верстак 18.

Анализ качества сварки показал, что количество дефектных сварных соединений не превышало 5 % от их общего числа на данном узле. РТК-2 обслуживает один оператор-сборщик.

Устройство и работа РТК-3. В соответствии с принятой разбивкой на технологические узлы (см. рис. 8.19) для завершения изготовления барабана к его остову необходимо приварить четыре пояса зубчатых сегментов и гре­бенок и по торцу — пояс съемников. При этом в силе остаются жесткие тре­бования к точности геометрии барабана. В соответствии с чертежом основ­ной базовой поверхностью узла является плоскость, образованная восемью секциями съемника, прилегающими к нижнему торцу остова. В конечном счете все допуски на биения барабана заданы относительно этой плоскости, параллельно которой располагаются пояса гребенок, сегментов, а также вращающийся ротор жатки.

Из 150 сварных швов, выполняемых на данной позиции, две трети со­ставляют прорезные швы, прикрепляющие сегменты и гребенки к остову и расположенные внутри него. Проект предусматривал конструкцию сварного соединения, показанную на рис. 8.25, а. Очевидно, что такое соединение нетехнологично по нескольким причинам. Во-первых, последовательное выполнение двух угловых швов неизбежно вызовет остаточную деформа­цию, нарушающую перпендикулярность относительно стенки. Учесть такое отклонение при установке детали в стенде сложно. Во-вторых, доступ к од­ному из двух швов затруднен даже при использовании полуавтоматической сварки. Предварительные технологические эксперименты показали, что, уменьшив высоту выступа, входящего в прорезь стенки, можно перейти к конструкции сварного соединения, показанной на рис. 8.25, б. По прочности

Рис. 8.25. Конструкция сварного соединения гребенки со стенкой: а — по проекту; б — предложенная

и объему наплавленного металла такой шов, сходный с электрозаклепоч - ным, не уступает проектному, а по величине деформаций вследствие сварки выгодно отличается от него.

Расположение прорезей на четырех стенках остова идентично, поэто­му сварка прорезных швов по всему периметру обечайки выполняется при четырехкратном позиционировании узла с поворотом его на 90° относи­тельно горизонтально расположенной оси барабана. Необходимыми усло­виями для этого являются доступность для горелки всех швов, достаточная повторная точность позиционирования и получение качественных соедине­ний на наклонной поверхности стенок.

Моделирование ситуации с помощью системы РОБОМАКС показало, что все швы оказываются доступными при отклонении оси горелки от нор­мали к стенке на угол до 45°. Предварительные эксперименты по сварке с таким углом наклона показали, что в тех случаях, когда отклонение элек­трода от оси шва не превышает 1,5 мм, сварные соединения получаются ка­чественными, в том числе и при утапливании выступа в отверстии до поло­вины толщины стенки, а угловая деформация практически отсутствует. Кроме того, установили, что формирование швов, расположенных на на­клонных (до 40°) частях стенки остается удовлетворительным при их сварке «на спуск». В противном случае наблюдались протеки металла и прожоги. Наибольшие трудности возникли при сварке «на весу» стыковых швов сте­нок. В целях увеличения ширины шва использовали поперечные колебания электродной проволоки с амплитудой 4 мм.

Учитывая сказанное выше, требования к сборочно-сварочному стенду, предназначенному для работы в составе РТК-3, сформулировали следую­щим образом:

• стенд должен представлять собой позиционер с горизонтальным расположением оси вращения, имеющий четыре позиции, установка в кото­рые осуществляется путем поворота барабана на угол 90°;

• повторная точность позиционирования изделия должна быть не ни­же ±1,0 мм в осевом направлении и ±0,3° по углу поворота;

• базирование собранного узла необходимо осуществить по плоскости съемника;

• система базирования гребенок и сегментов должна обеспечивать их установку с отклонением от параллельности основной базе не более 0,3 мм;

• усилия прижимов должны быть достаточными для прижатия деталей к базам, независимо от нарушения их проектной формы;

• элементы позиционера не должны ухудшать доступ горелки к свар­ным швам.

Рис. 8.26. Схема базирования барабана

В соответствии с данными требованиями и схемой базирования, при­веденной на рис. 8.26, был создан позиционер, предназначенный для работы в составе РТК-3. Основными узлами позиционера являются: основание, держатель барабана, блок ложементов, радиальный прижим, отводная база, торцевой прижим, блок ловителей гребенок, панель управления.

На основании 1 (рис. 8.27) расположен отводной держатель барабана, представляющий собой пиноль 5, вращающуюся в подшипниковой опоре 4. Передний опорный фланец служит для установки остова барабана с центри­рованием его по отверстию фланца. На заднем фланце закреплен вращаю­щийся пневматический цилиндр 3, соединенный со штоком б, проходящим внутри пиноли. На передний Т-образный конец штока надевают конусную шайбу 7. Опора пиноли закреплена на салазках 8, приводимых в движение пневматическим цилиндром 2.

В передней части основания, под барабаном, расположен блок ложе­ментов, предназначенных для фиксации гребенок и сегментов в проектном положении относительно остова. Блок состоит из четырех ложементов 11, отдельно для каждого пояса деталей. Каждый ложемент установлен на двух подпружиненных направляющих скалках 12, благодаря которым детали при сборке предварительно прижимаются к остову, а их выступы остаются в па­зах обечайки при ее повороте. Ложементы могут перемещаться с помощью не только пружин, но и радиального прижима. Его пневматические цилиндры 13, расположенные с обеих сторон ложементов, через поперечные планки 14 прижимают все пять поясов деталей, обеспечивая их плотное прилегание к остову перед сваркой. По ее окончании цилиндры оттягивают ложементы вниз, освобождая приваренные детали. Для фиксации деталей в пазах

1200

служат пневматические прижимы 15. Через штоки, пропущенные сквозь ложементы, пневматический цилиндр с помощью подпружиненных вилок прижимает детали к базовой поверхности каждого ложемента, устанавливая их, таким образом, в проектное положение.

Основным базовым элементом позиционера является сектор 10, на ко­торый с помощью пальцевых фиксаторов 19 навешиваются две секции съемника. Сектор закреплен на двух стойках с ползунами 23 и перемещается рычагом с помощью мощного пневматического цилиндра 22. Будучи уста­новленным в рабочую позицию, сектор в сочетании с двумя торцевыми пневматическими прижимами 16 обеспечивает надежное базирование бара­бана в осевом направлении. При этом в тангенциальном направлении его положение однозначно фиксируется пальцевыми фиксаторами 19, попа­дающими в технологические отверстия в сегментах остова. Благодаря такой системе базирования, независимо от торцевого биения остова, достигает­ся постоянство положения в пространстве свариваемой четверти бараба­на, обеспечивающее попадание электрода в места расположения сварных швов с точностью, достаточной для получения качественных сварных соединений.

Блок ловителей 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, установлены на общем основании в плоскостях расположения гребенок и сегментов. При сборке барабан враща­ется с помощью храпового механизма, который на схеме не показан. В зоне работы оператора-сборщика расположена панель 18 с агрегатами пневмоси­стемы. Для контроля срабатывания механизмов и правильности установки деталей при сборке предусмотрена система индукционных бесконтактных датчиков. Позиционер оборудован системой вытяжной вентиляции 17. Пе­ред загрузкой остова позиционер находится в исходном положении: пиноль, отводная база, торцевые прижимы, осевые прижимы ложементов и ловители отведены в заднее положение, радиальный прижим удерживает блок ложе­ментов в верхнем положении.

Рис. 8.28. Схема размещения оборудования РТК-3:

I — ПР; 2 — позиционер; 3 — пульт управления; 4 — стойка системы управления ПР; J — источник сварочного тока; б — устройство для зачистки сварочной горелки; 7 — полы безопасности; 8 — накопитель остовов; 9 — конвейер; 10 — тельфер;

II — места складирования деталей; 12 — верстак

10100

V ж 1/ N1/ Ж і

Г ""Ж Ж A /iV /

V V * V V ' V

і А і А а А і А * А

С помощью тельфера остов устанавливают на ложементы и выдвига­ют пиноль, вводя центрирующий выступ опорного фланца в отверстие фланца остова. Выдвигают вперед шток, надевают на него конусную шайбу и, включая вращающийся пневмоцилиндр, фиксируют остов на фланце пи­ноли. Отводят вниз блок ложементов, обеспечивая свободное вращение ос­това. Освобождают рычаги ловителей от защелок и, установив в них первый комплект деталей (занимает одну восьмую часть окружности остова), при­жимают их к обечайке, следя за попаданием выступов в прорези. Затем со­единяют остов с храповым механизмом и поворачивают его на 45°, вводя
детали в пазы ложементов. Аналогичным образом вводят второй комплект деталей и фиксируют их в ложементах осевыми прижимами. На пальцевые фиксаторы сектора отводной базы навешивают две секции съемника и пере­водят ее в рабочее положение, добиваясь попадания фиксаторов в отверстия остова. Остов и съемники прижимают к отводной базе с помощью торцевых пневмоцилиндров, а затем блок ложементов с деталями — к обечайке с по­мощью радиальных прижимов.

Предварительный расчет и хронометраж при отработке технологии показал, что цикл сварки одной четверти барабана длится 8 мин. За это вре­мя оператор успевает произвести сборку на позиционере такой же его части. Поэтому в состав РТК включили два позиционера (для левого и правого ба­рабанов), которые поочередно обслуживает один робот, расположенный между ними. Схема размещения оборудования РТК-3 приведена на рис. 8.28.

Остовы, принятые ОТК, оператор берет из накопителя 8 и с помощью тельфера 10 поочередно устанавливает на оба позиционера 2. В процессе установки рабочий находится между позиционером и роботом, на полу безопасности 7. Это исключает случайный старт робота даже при нажатии соответствующей кнопки на пульте управления. Затем оператор переходит к одному из позиционеров и производит сборку первой четверти барабана. Закончив сборку, он запускает робот с соответствующего пульта 3 и пере­ходит к другому позиционеру. Система управления РТК контролирует со­стояние робота и качество сборки на позиционере и при отсутствии откло­нений запускает соответствующую сварочную программу. Робот последова­тельно выполняет сварку сегментов, гребенок, стыкового шва обечайки и съемников.

Одновременно со сваркой оператор выполняет сборку первой четвер­ти на втором позиционере и с его пульта управления дает вызов робота. По завершении сварки на первом позиционере производится очистка горелки на устройстве б, и после контроля качества сборки робот начинает сварку первой четверти на втором позиционере. В это же время оператор собирает вторую четверть барабана на первом позиционере. Таким образом, робот, работая практически непрерывно, за четыре этапа осуществляет полную сварку правого и левого барабанов на обоих позиционерах и уходит в ис­ходную точку. Оператор снимает с них готовые изделия и укладывает на конвейер 9, по которому барабаны передаются на место контроля и исправ­ления брака.

Следует отметить, что количество и расположение сварных швов в каждой четверти барабана отличаются друг от друга. Это не позволило ис­пользовать единую сварочную программу. Поэтому алгоритм работы РТК предусматривает последовательное подключение четырех подпрограмм и контроль очередности их выполнения на каждом позиционере. После от­ключения системы управления или при необходимости изменения порядка выполнения подпрограмм номер нужной подпрограммы набирается на дис­плее стойки управления 4. При промежуточных остановках и ручных мани­пуляциях с роботом номер подпрограммы и место ее прерывания запомина­ются, и при повторном старте робот продолжает сварку от места остановки.

Качество и надежность работы всех РТК на участке, в каждый из ко­торых входят манипулятор, сварочное и технологическое оборудование или оснастка, в значительной мере зависят от неизменности их взаимного поло­жения, четкости и стабильности срабатывания отдельных механизмов, за­дающих и фиксирующих в пространстве положение свариваемых деталей. Для снижения потерь времени, вызванных сбоями в работе РТК, и поддер­жания качества сварных соединений на заданном уровне для всех описан­ных выше РТК, были разработаны программы оперативного технологиче­ского контроля состояния оборудования и оснастки. Суть контроля состоит в периодическом измерении отклонений от номинального положения в про­странстве основных базовых и фиксирующих элементов технологического оборудования, ответственных за точность позиционирования деталей. Для измерений использовали робот, 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 точки в виде кернов диаметром не более 0,5 мм. На РТК-1 такие точки располагали на рамах приспособле­ний, закрепленных на столах, опорах жесткостей и откидном клиновом вкладыше; на РТК-2 — на плите, подвижном сегменте и полюсных нако­нечниках всех магнитных модулей; на РТК-3 — на основании и на концах сектора 10 отводной базы (см. рис. 8.27). Кроме того, контрольную точку ставили на неподвижной станине самого робота. Последняя служила для оценки возможных отклонений конца электрода. Вместо мундштука в го­релку вворачивали острый конусный наконечник. В ручном режиме прово­дили обучающее программирование, подводя горелку перпендикулярно к контролируемой поверхности так, чтобы острие наконечника коснулось дна конусного керна, после чего горелку приподнимали на 0,5... 1,0 мм и полу­ченную точку заносили в память робота. Перемещая горелку от одной кон­трольной точки к другой, формировали таким образом программу контроля. Многократно прог раммируя одну и ту же точку, установили, что погреш­ность работы обучающего оператора не превышает 0,3 мм, а точность изме­рений в пределах всей программы составляет 0,5 мм. В дальнейшем подоб­ный контроль проводили после замены горелки, подналадки или ремонта технологического оборудования, а также при снижении точности попадания конца электрода 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 снижения точности работы оборудования и оснастки являются нарушение регулировок базовых эле­ментов и изменение усилий прижатия деталей, вызванное заеданиями в под­вижных элементах прижимов. При использовании пневматического привода важной является стабильность давления в пневмосети.

Все три описанных РТК были объединены в отдельный участок робо­тизированной сварки барабана. Схема размещения оборудования на участке показана на рис. 8.29. Стандартные поддоны с деталями расставляют на складочные места с помощью цеховой кран-балки. Технологические узлы Т-1 и Т-2, сваренные на РТК-1, складируют в стеллажи У и 2 отдельно для левого и правого барабанов. Перед сборкой остовов на РТК-2 входящие в них

Рис. 8.29. Схема участка роботизированной сварки барабана: обозначение элементов оборудования соответствует рис. 8.21, 8.24

стенки проходят 100 %-ный контроль формы на приспособлении 3. Его вы­полняет оператор, обслуживающий РТК-1.

По завершении трехэтапного процесса изготовления остовов на обоих кондукторах изделия с помощью тельфера передаются в накопители 4. Сва­ренные остовы устанавливают в специальный стенд 5, на котором контро­лируют торцевое и радиальное биения, а также качество сварных соедине­ний. Остовы барабанов, признанные ОТК годными, передаются в накопите­ли 6. Остовы, имеющие браковочные признаки, передают в изолятор брака 7, а затем на отдельное рабочее место, где производится подварка швов либо исправление формы путем местного нагрева соответствующих связей. Ко­личественные результаты контроля регистрируются в специальном журнале. Их периодическая статистическая обработка позволяет судить о стабильно­сти технологического процесса и состоянии оборудования РТК. В случае появления систематических отклонений, близких к предельным, устанавли­вают причину их возникновения и производят подналадку оборудования, а при необходимости — внеплановое техническое обслуживание и ремонт. Следует отметить также, что результаты контроля на этой стадии не обезли­чены и используются для оценки качества работы обслуживающих РТК операторов.

Остовы барабанов с помощью тельфера 8 устанавливают на позицио­неры РТК-3, где производят окончательную сварку. Готовые барабаны пе­редаются тельфером на напольный конвейер-накопитель 9, а затем на стенд J, где контролируют геометрические размеры и качество сварных соедине­ний. Принятые ОТК изделия поступают на склад готовой продукции 10. Ба­рабаны, имеющие дефекты сварных швов или формы, передаются на рабо­чее место, укомплектованное кантователем 7 и полуавтоматом 11 для свар­ки в среде углекислого газа, где производится устранение дефектов.

Анализ работы роботизированного технологического участка показал, что не совмещенными во времени с процессом сварки являются в основном транспортные операции. Их доля в общей продолжительности процесса не превышает 10 %. Наименее загруженным является РТК-1, поэтому его опе­ратору дополнительно поручена транспортировка узлов на всем участке. Наиболее «узким местом» являются операции контроля. Для их сокращения целесообразно было бы, по-видимому, автоматизировать процесс контроля геометрии узлов и регистрации его результатов. Такт выпуска изделий со­ставил 40 мин.

Опыт работы роботизированного технологического участка позво­ляет заключить следующее.

1. В успешной реализации проектов роботизированной дуговой свар­ки объемных крупногабаритных конструкций определяющую роль играет анализ технологичности изделий, который следует проводить несколько раз,
по мере разработки и внедрения проекта. Особое значение имеет расчлене­ние изделия на технологические узлы и анализ условий, обеспечивающих качество сварных соединений.

2. Основными требованиями при разработке технологического обору­дования и оснастки, входящих в состав РТК, являются:

• обеспечение доступности сварных швов, выполняемых на данном комплексе;

• обеспечение точности и стабильности позиционирования деталей, достаточных для получения качественных сварных соединений;

• реализация в оборудовании конструктивно-технологических реше­ний, позволяющих исключить или учесть влияние временных и остаточных сварочных деформаций на обеспечение заданных пределов отклонений раз­меров и геометрической формы свариваемого изделия;

• возможность регулировки и надежная фиксация базовых элементов оборудования;

• обеспечение усилия прижатия деталей, достаточного для исключе­ния влияния на точность позиционирования отклонений их формы и разме­ров от проектных значений.

Оставить комментарий