В главе обобщен опыт проектирования и эксплуатации груп­пы технологической оснастки, состоящей из сварочных кантова­телей, манипуляторов, позиционеров и роботов.

КАНТОВАТЕЛИ И МАНИПУЛЯТОРЫ — СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Кантователи для электродуговой сварки. Среди средств ме­ханизации сварочных процессов, выполняемых электродуговой ■сваркой, широкое применение нашла технологическая оснастка, и которую входят кантователи, вращатели, манипуляторы и по­зиционеры.

Выбор типа кантователя определяется заданной программой выпуска изделия, его конструктивными элементами (конфигура­цией, габаритными размерами, массой), способами сварки и «предъявляемыми к сварному узлу техническими требованиями.

Кантователи — стационарные приспособления, позволя­ющие закреплять свариваемое изделие, поворачивать сто и уста­навливать в удобное для сварки положение. Служат для руч­ной и полуавтоматической сварки.

Применяемые в промышленности кантователи можно разде­лить на четыре типа: с приводными роликами, с торцовыми шай­бами, цапковые, роликовые с жесткой кинематической связью.

Вращатели — устройства, предназначенные для вращения ■свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью; в отличие от манипуляторов имеют неподвижную или перемещающуюся параллельно самой себе ось вращения. Структурные схемы вра­щателей приведены на рис. 4 [9].

Манипуляторы — устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах на­клона оси вращения изделия. Область применения — автомати­ческая и полуавтоматическая сварка. На рис. 5 приведены основ­ные структурные схемы манипуляторов.

Проведенный анализ [4] сварочной технологической оснаст­ки, используемой на предприятиях тракторного, автомобильного

и тяжелого машиностроения, позволил определить типаж свароч­ных манипуляторов и их основные компоновочные схемы (табл. 2).

а—горизонтальный двухстоечный с передвижной стойкой и выдвижным шпинделем; б—горизонтальный двухстоечный с выдвижным шпинделем; в—горизонтальный двухстоечный с поворотной платформой; г—горизон­тальный двухстоечный с подъемными центрами; б—горизонтальный одно­стоечный; є—вертикальный; ж—наклонный

М а II И П у Л Я Т О р Ы - П О 3 И Ц II О Н е р Ы. К ЭТОЙ группе ОТНОСЯТ­СЯ механизмы, предназначенные удерживать изделия в удобном для сварки положения и обеспечивающие только маршевую (ускоренную) скорость вращаемого изделия при различных углах его наклона. Позиционеры применяют при ручной и полуавтома­тической сварке.

о

а—консольный; б—карусельный; в, г—консольные с частичным и полным уравновеши­ванием относительно оси наклона; б—карусельный с вертикальным подъемом; е—кару­сельный с радиальным подъемом; ж—рычажно-секторный; з. ы—карусельные с частич­ным и полным уравновешиванием относительно оси наклона

Компоновочные схемы манипуляторов

Кантователи: цап новые:

одностоечные двухстоечные цепные кольцевые роликовые с гусе ничным приводом

іашдтсли: цап новые:

с наклонной осью л вращения

с наклонной осью б вращения и подъ емным сюлом днухстоечпые 6

с горизонтальной осью вращения роликовые [1]

Кинематические схемы оборудования, применяемого для ме­ханизации сварочных производственных процессов, выбирают в зависимости от характера манипуляции, проводимых со свари­ваемым изделием.

К основным конструктивным элементам сварочных манипу­ляторов относятся стойки, опоры привода, токоподведящее устройство, поворотная платформа (планшайба), механизм вра­щения, наклона и подъема планшайбы, рама и силовой орган к. зажимным элементам (см. схему на стр. 7).

Применение в компоновочной схеме кантователей (рис. 6, а—е) муфт /, поворотной платформы 6 и рамы 5 обусловливается (конфигурацией и размерами свариваемого изделия.

Поворотная платформа (планшайба) кантователей служит для размещения элементов крепления и ориентации свариваемо то изделия. Стойки кантователя в нижней части основания могут •быть соединены общей связью или же их устанавливают на от­дельных фундаментах. Наибольшее распространение получилч ^сварные конструкции стоек в виде закрытых тумб с внутренним размещением механизма привода.

Токоподводящее устройство оказывает существенное влияние на качество сварного шва, особенно при сварке изделий, враща­ющихся с рабочей скоростью сварки.

В качестве токоподводящего устройства в конструкциях сва­рочных кантователей могут быть использованы металлоконст­рукция машины и специальные устройства — внешние и встро­енные.

Использование в качестве обратного провода металлоконст­рукций машины ведет в результате электроэрозии к повышенно­му износу подшипниковых узлов и элементов зубчатых передач. Для предотвращения электроэрозии в зубчатых передачах и подшипниковых узлах стремятся к увеличению пятна контакта сопрягаемых деталей за счет увеличения ширины и модуля зуб-

2 3 Рлс. €. Двух стоечный кантователь с различными компоновками: 1—муфта; 2—опора: 3—токосъемник; 4—привод; 5—рама; 6—поворотная г.'латформа: 7—стойка

чатых колес, применения подшипников и других деталей боль­ших габаритных размеров. Это приводит в конечном счете к не­оправданному увеличению габаритных размеров машины и ее массы.

К недостаткам внешних токоподводящих устройств относит­ся необходимость закрепления их па каждом свариваемом изде­лии.

К числу современных конструкций токоподводящих устройств' относятся встроенные устройства со скользящим контактом по - вращающимся элементам рабочего органа машины.

Конструкция одного такого устройства, состоящая из сектора с необходимым набором медно-графитовых щеток, показана на. |>ис. 7.

Механизм вращения выполняют с ручным, электромеханиче­ским, пневматическим и реже гидравлическим приводом.

Манипуляторы с ручным приводом применяют для полуавто­матической сварки легких металлоконструкций. С целью повы­шения стабильности скорости вращения планшайбы со сваривае­мым изделием в кинематической цепи привода предусматривают самотормозящую передачу.

Компоновки кинематических цепей привода вращения план­шайбы различают по месту расположения самотормозящей (чер­вячной) передачи. Самотормозящую червячную пару располага­ют либо в начале, либо в конце кинематической цепи. Предпочти­тельной считается схема расположения червячной пары в начале кинематической цепи.

Конечная передача у большинства манипуляторов выполняет­ся открытой. В отечественных манипуляторах чаще всего приме­няют передачу с внутренним зацеплением, так как она имеет меньшие габаритные размеры и лучше защищена от попадания грязи.

Регулирование необходимой скорости сварки осуществляется или сменными шестернями, или бесступенчатым регулированием с помощью вариаторов, или же изменением частоты вращения электродвигателя постоянного тока.

С применением бесступенчатого регулирования открываются •более широкие технологические возможности использования оборудования.

Привод наклона планшайбы является наиболее нагруженным механизмом. Наибольшие технологические возможности имеют манипуляторы с поворотной рамой и манипуляторы кольцевого типа с углом поворота изделия на 360° в двух плоскостях.

Манипуляторы с секторными и рычажными механизмами на­клона наиболее компактны, максимальный угол наклона план­шайбы 90—135°. Наряду с зубчатыми секторами могут быть ре­комендованы секторы с натянутой на них цепью. Чтобы избежать скручивания и перекоса стола, на манипуляторах большой гру­зоподъемности устанавливают два зубчатых сектора, что позво­ляет разгрузить каждый из них. Для разгрузки механизма накло­на стола у таких манипуляторов планшайбу при ее горизонталь­ном положении располагают ниже оси наклона, приближая, таким образом, центр изделия к оси поворота.

Механизм подъема планшайбы выбирают в зависимости от грузоподъемности и требуемой величины вертикального хода планшайбы.

Подъем планшайбы может быть осуществлен:

перемещением при помощи цеховых механизмов (кранов) на направляющей колонне с фиксацией в нужном положении пере­ставными штырями;

автономным ручным, электромеханическим или гидравличе­ским приводом с использованием в качестве исполнительных 24

устройств передачи винт — гайка, реечной или зубчатой пере­дачи.

Наиболее целесообразным является механизм подъема с вер­тикальным ходом и электромеханическим приводом — одним

двумя винтами на двух колоннах. Для исключения перекашивающих усилий в механизмах подъема применяют зубчато-реечные передачи с размеще­нием их по обеим сторонам стойки (рис. 8)- Манипуляторы особо боль­шой грузоподъемности имеют четыре колонны.

В мелкосерийном производстве для выполнения сборочно-сварочных опера-

|>нс. 7. Встроенный токо - Рис. 8. Механизм подъема каретки

подвод:

J—вращающееся кольцо; 2— крышка: 3—пружина; 4—щегка;

Ь— сектор

ни її, зачистки сварных швов и исправления дефектов сварного піна, выявленных при контроле, применяют одностоечные канто­ватели с ручным приводом поворота изделия.

Цапковый одностоечный кантователь с ручным поворотом платформы (рис. 9) состоит из статически отбалансированной поворотной платформы 1 с расположенными на ней элементами зажима и ориентации изделия и опорной стойки 3.

В удобное для сварки положение поворотная платформа уста­навливается вытяжным фиксатором. Его ввод и вывод ос>щсст - нляется реечной передачей при помощи педали 4. Реечная пере­дача расположена в опоре 2.

Сварка изделий, имеющих форму тел вращения, выполняет­ся в роликовом кантователе (рис. 10), нашедшем широкое при­менение в мелкосерийном и серийном производстве.

В верхней части опорных стоек кантователя имеются устано­вочные пазы, в которых находятся поворотные ролики, несущие

«а себе изделие. Наличие пазов позволяет быстро производить переналадку кантователя, сближая или раздвигая опорные роли­ки в зависимости от диаметра свариваемого изделия.

В гамме одностоечных кантователей и позиционеров с верти­кальной осью вращения встречаются многопозиционные агрега­ты (рис. 11) с приводными планшайбами. Конструктивное испол­нение механизма привода планшайб позволяет отключать лю­бую из них от общего привода вращения.

Рис. 9. Цапковый одностоечный кантова­тель

В практике сварочного производства имеются линии сборки и сварки, скомпонованные из одних только позиционеров. На­пример, на Уралмашзаводе внедрен в производство комплексный участок сварочных позиционеров, имеющих сменные планшайбы различных конфигураций и типоразмеров. На рис. 12 показана кинематическая схема одного из таких позиционеров.

Позиционер (рис. 13) для поворота и установки в удобное для сварки положение изделия обеспечивает поворот изделия во­круг вертикальной оси стола на rh360° и наклон его на 115°. Вра­щение планшайбы и наклон стола осуществляют вручную при помощи штурвала, червячной передачи, цилиндрического зубча­того сектора.

Грузоподъемность позиционера 400 кг; наибольший диаметр свариваемого узла 600 мм; габаритные размеры 760Х550Х Х800 мм; масса 200 кг.

Внедренный па ХТЗ кантователь (рис. 14) служит для при - цирки валов ступиц к корпусу заднего моста трактора Т-150.

Изделие устанавливают в ложементы люлек, привод которых обеспечивает вращение изделия вокруг его горизонтальной оси

Рис. 10. Роликовым кантователь

С рабочей скоросіью сварки 22, 30 и 40 м/ч. Приварка валов ступиц к корпусу моста выполняется под слоем флюса в «ло­дочку» в несколько проходов. Установка изделия для выполне­

ние. 11 Одностоечный двухпозиционный вращатель* /—стойка; 2—опора-редуктор; 3—токосъемник; 4—привод; 5—план­шайба: ь—кронштейн; 7—щит* 8—муфта переключения (кулачко­вая); 9—токосъемник; Ю—фиксатор

пня сварного соединения'«в лодочку» обеспечивается двусторон­ним наклоном рамы / пневмоприводом б, который расположен пнутри пустотелой стойки 5.

Рис. 12. Кинематическая схема сварочного позиционера:

^ электродвигатель привода планшайбы; 2—планшайба; 3—открытая червячная пара| 4—редз'ктор привода планшайбы (червячный); 5—открытая цилиндрическая пара; б—от* крытая цилиндрическая пара механизма накона планшайбы; 7—электродвигатель меха* низыа планшайбы; 8—редуктор привода наклона планшайбы (червячный); S—муфта кулачковая; /О—тормоз

Рис. 13. Позиционер грузоподъемностью 400 кг: Г—корпус; 2—поворотный стол; 3— планшайба

Гпбаритные размеры кантователя (длинахширина основа­нии) 2(530X1200 мм; высота от уровня пола до оси вращения И (Делия 1270 мм, привод поворота изделия вокруг горизонталь­ной оси — от электродвигателя, двухступенчатый червячный ре­дуктор с передаточным отношением 1110 и комплект сменных шестерен 24, 28 и 32 зуба; привод наклона рамы кантователя — пневматический; диаметр цилиндра привода 200 мм; ход поршня пневмопривода 325 мм.

Рис. 14. Кантователь для приварки валов ступиц к мосту трак­тора Т-150:

/—качающаяся рама; 2—правая люлька; 5—левая люлька (приводная); 4—привод люльки; 5—стойка; €— привод рамы (пневматический)

Для приварки накладок к картеру переднего моста колесно­го трактора T-I50K на Харьковском тракторном заводе было спроектировано и внедрено двухстоечное с поворотной платфор­мой приспособление (рис. 15), на поворотной платформе кото­рого расположены элементы зажима и ориентации свариваемых изделий.

Базирование накладок в приспособлении относительно жест­кого упора, к которому торцом фланца поджимается картер шгампо-сварного моста, производится по цилиндрическим по­верхностям двух (с параллельными осями) отверстий цилинд­рическим и ромбическим штифтами.

Штампо-сварной картер переднего моста, повернутый на 45°, укладывается в приемные гнезда накладок и рычажным пневмо - прижимом 4 перемещается вдоль горизонтальной оси до упора юрцом фланца в жесткий упор 2. Собранные детали закрепля­ются сверху отводным пневмоприжимом 6. Разворот картера

I—левая стойка (приводная); 2—жестким упор; 3—поворотная платформа; 4— ры­чажный прижим; 5—правая стойка (с вот духе иод в од ом); 6—подъеммо-поаоротныйг прижим; 7—центрирующие элементы

Сьемный стоя

xvluool

Рис. 16. Консольно-поворотный позиционер

моста относительно опорных поверхностей накладок на 45е по­зволяет выполнить сварные швы в нижнем положении «в ло­дочку».

Кроме основного производственного процесса — сборки и сварки, отдельные конструкции сварочных манипуляторов вы­полняют роль транспортного звена, служащего для передачи де­талей с позиции на позицию.

Позиционер для шовной сварки со сменным столом (рис. (6) подает детали с транспортного конвейера к сварочным установ­кам, а затем на последующую позицию межоперационного транс­порта. При этом для компенсации износа нижнего электрода машин точечной сварки верхняя плита стола, на котором разме­щается свариваемая деталь, должна быть изготовлена в плава­ющем исполнении (подпружинена).

Изображение на рис. 17 [10] рычажные кантователи по­зволяют перекладывать свариваемое изделие с одних транспорт­ных средств на другие.

Магнитный рычажный кантователь (рис. 17, а) поворачивает балку / на 180° и перекладывает ее с одного роликового конвей­ера 2 на другой 4. Захват передаваемого изделия осуществляет­ся магнитом 3. На рис. 17, б приведена кинематическая схем А механизма поворота кантователя с упором для предотвращения смешения изделия. Несмотря на простоту приведенных кинема­тических схем, эти кантователи имеют ряд недостатков. Необхо­дим источник постоянного тока для питания магнита. Неровность стенок может привести к нарушению надежности захвата.

Более надежный в этом отношении рычажный кантователь с наклонным цилиндром (рис. 17, с). Как и рычажный кантова­тель с магнитом, он поворачивает балку, перекладывая ее с од­ного роликового конвейера на другой. Для этого при ходе порш­ня І вверх рычаг 3 приподнимает правую полку балки над роли­ковым конвейером 2 и, перекатывая левую полку на опоре шар­нира 4, переводит балку в положение, изображенное на рис. 17, в. При ходе поршня вниз балка под собственным весом, под­держиваемая рычагом 5, опускается на роликовый конвейер 6.

Среди номенклатуры оборудования для механизации свароч­ных работ в наиболее развитых зарубежных странах (США, Англия, ФРГ) большой объем занимает оборудование для пово­рота свариваемых изделий.

Представляют интерес манипуляторы и позиционеры фирмы «Fatec» (Англия) кольцевого типа, позволяющие поворачивать изделия на 360° в двух плоскостях (рис. 18, а).

Аналогичные манипуляции с изделием выполняет и двухсто­ечный манипулятор (рис. 18, б) грузоподъемностью 6 т фирмы «Donald Ross» (Англия). Поворотная рама с планшайбой для установки изделия делает 12 об/мин. Планшайба имеет самосто­ятельный привод с бесступенчатым регулированием скоростей.