8.1. Контактная сварка кузовов автомобилей ГАЗ

В 1993—1994 гг. с использованием программного комплекса РОБО - МАКС были разработаны проекты 35 РТК для четырех линий сборки - сварки кабины грузового автомобиля ГАЗ-3302 «ГАЗель». В этих линиях выполняются операции сварки задней стенки, пола, сборки-сварки кабины и доварки кабины в сборе. Компьютерное моделирование работы проекти­руемых линий позволило оптимально разместить роботы, распределить ме­жду ними точки сварки и за счет этого отказаться от закупки двух роботов типа PR601/60, сократить время наладки линий более чем на месяц. Часть сварных точек, первоначально предназначавшихся для ручной доварки, уда­лось перевести на роботизированную сварку.

Задача в кратчайшие сроки разработать и освоить производство полу­торатонного грузового автомобиля ГАЗ-3302 была поставлена перед кол­лективом АО ГАЗ в начале 1992 г. Для этого было необходимо создать ком­плекс линий сборки-сварки кабины, которая имеет оригинальную обтекае­мую форму. Было принято решение автоматизировать операции сварки и нанесения клея с помощью промышленных роботов БЕТА/КиКА. Проекти­рование кузовного производства требует четкого взаимодействия усилий конструкторских и технологических служб разработчика на базе средств вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения, включая всестороннюю проверку принимаемых решений путем моделиро­вания роботизированной сварки с целью уменьшения вероятности ошибок и резкого сокращения сроков проектирования, а также сравнения различных вариантов проекта и выбора лучшего из них.

На рис. 8.1и 8.2 показаны изометрические изображения линий сборки и прихватки кабины и доварки задней стенки кабины. Для моделирования процессов роботизированной сварки использовали графические 3 D-образы

всех элементов, которые затем «собирали» на экране монитора. Образы сва­риваемых узлов создавали с помощью пакетов графического конструирова­ния CATIA. После передачи образов в РОБОМАКС на поверхности узлов наносили сварные швы и точки. Недостающие элементы сцены дорисовыва­ли средствами пакета AutoCAD. Графические и математические модели ро­ботов создавали и заносили в базу данных. Образы манипуляторов изделия, сварочную оснастку, сварочный инструмент и дополнительное оборудова­ние создавали пользователи системы.

Работе на компьютере предшествовало принятие предварительных технологических решений по целому ряду вопросов, определяющих состав, расположение и технологию создаваемого производства. Сначала рассмат­ривали вопросы, относящиеся к производству сварной конструкции в целом (планировочные решения сварочного участка, заготовительные операции, транспортные пути, удобство обслуживания РТК, вентиляция и пр.). После приближенного определения необходимого количества промышленных ро­ботов, принятия планировочных решений и предварительной разработки технологии сварки выбирали либо конструировали клещи и оснастку к ним для всей гаммы свариваемых точек.

Использовали три уровня выбора:

I — просмотр базы данных (или автоматический поиск) и выбор сва­рочных клещей по их техническим (числовым) характеристикам: проему клещевин, усилию сжатия и прочим параметрам;

II — в графическом режиме — по «множеству швов» на экран вызы­ваются совмещенные по координатам сварных точек изображения сразу всех сечений стыков, подлежащих сварке данным инструментом. Изображе­ние клещей совмещается с «множеством», и становится видно, подходят ли они геометрически для сварки этой гаммы стыков;

III — аналитическим перебором: автоматическая пристыковка всего множества клещей к множеству всех точек и получение твердых копий резуль­татов стыковки, что дает возможность выбора тех клещей, которые подходят.

В результате работы были выбраны несколько клещей, работоспособ­ность которых проверяли более подробно в процессе моделирования движе­ний, после чего делали окончательный выбор. После выбора клещей для каждой точки определяли модели ПР, распределяли сварные точки по инст­рументам, а инструменты, в свою очередь, распределяли по постам, класси­фицируя сварные точки и соответствующие им клещи по их пространствен­ному расположению и ориентации. Критериями оптимальности распределе­ния сварных швов по группам являются: во-первых, выполнимость их соответствующими клещами, а во-вторых, время цикла работы каждого по­ста, которое не должно сильно различаться. Это — признак максимальной производительности данного производства.

После получения набора клещей и распределения точек надо было на­весить клещи на ПР оптимальным образом и вставить эту сборку в техноло­гическую ячейку, т. е. в линию. Образы ПР, клещей, узлов в приспособле­нии и прочие элементы оборудования и оснастки расставляли относительно друг друга в соответствии с предварительной компоновкой. Этот процесс в системе РОБОМАКС автоматизирован. Расчетная программа выдает мно­жество возможных положений установки ПР, при которых обеспечиваются достижимость и доступность каждой свариваемой точки клещами. При этом проверяются столкновения детали не только с инструментом, но и со всеми элементами сцены. Далее имеется возможность выбрать наилучшее поло­жение. Приняты два критерия: минимальное закручивание последних 4, 5 и 6 степеней ПР (шланги клещей предварительно закручивают во избежание их натяжения в какой-то момент и с целью уменьшения их износа) и мини­мальное время выполнения движений по 1, 2 и 3 степеням ПР. На экране отмечается точка установки ПР.

«Внешнее» программирование роботов (off-line) на специальном язы­ке управления (для роботов BETA/KUKA — язык SRCL) осуществляли пу­тем записи последовательности кантовки узла, переходов и выполнения сварки от точки к точке, оценки доступности и достижимости мест сварки определенным типом клещей, уточнения выбора элементов и их расположе­ния. Если сварных точек много, то с использованием системы РОБОМАКС определялся маршрут их обхода, назначались дополнительные опорные точки и планировалась траектория с формированием управляющей про­граммы сварочного робота. Полученную программу просматривали на гра­фиках работы приводов робота либо воспроизводили в графическом режиме и просматривали все движения робота относительно узла. На экран выводи­ли графики переходных процессов по скорости, ускорению, значениям уг­лов поворота и моментам в каждой из осей, а также траекторию перемеще­ния электродов клещей в трех проекциях. Если при движении возникали столкновения, на экране появлялось сообщение и точка столкновения отме­чалась меткой. Необходимую коррекцию работы сварочного РТК осуществ­ляли путем изменения положения ПР, навески клещей, выбором других мо­делей клещей и/или роботов. В результате были получены планировки, на которых положение ПР выверено не только «в плане», но и по высоте, а также относительно колонн (рис. 8.3, 8.4). На основе этих планировок затем была составлена монтажная документация фундаментов с закладными дета­лями, порталов, силовых разводок и т. п.

Полученные на компьютере программы переносили в стойку робота и осуществляли их калибровку с учетом реального положения ПР. Для этого в режиме обучения инструмент на руке робота подводили к нескольким (5—7) опорным (реперным) точкам на изделии и, вводя таким образом разность

реальных и идеальных координат его положения, обеспечивали автоматиче­скую коррекцию off-line-программы ПР.

В 1995 г. при помощи Робомакс разработан проект роботизированного сборочно-сварочного производства цельнометаллического кузова автомоби­ля ГАЗ-2705 «ГАЗель». Весь комплекс включает в себя две линии сборки - сварки боковин, два доварочных кондуктора, одну подъемно-опускную сек­цию для навески готового узла на транспортную систему и 23 робота, об­служивающих 890 точек сварки. В состав каждой линии входят поворотный стол, два кондуктора на тележках, кантователь-перегрузчик готового узла и четыре робота, сваривающих 140 сварных точек. Кроме того, роботы ис­пользуются на линиях сборки-сварки пола, крыши, а также для доварочных операций. В 1997 г. аналогичным образом разработан проект еще одного автономного роботизированного сборочно-сварочного производства цель­нометаллического кузова автомобиля ГАЗ-2217/2752 «Соболь».