6.2 Маніпулятори зварювального інструменту і виробу з програмним керуванням

Маніпуляційна система РТК для зварювання містить маніпулятор зварювального інструменту і маніпулятор виробу чи лише один із них. Склад маніпуляційної системи, кількість ступенів рухомості маніпуля­тора зварювального інструменту і маніпулятора виробу залежать від способу здійснення відносного переміщення зварювального інструменту і виробу, який може бути одним з таких:

1. Виріб не змінює своєї орієнтації у просторі протягом усієї опера­ції, а зварювальний інструмент виконує всі переміщення, які потрібні для зварювання. Цей спосіб можна використати, якщо усі шви досяжні для маніпулятора інструменту або якщо переорієнтація виробу усклад­нена. Такий варіант широко застосовують за роботизації контактного точкового зварювання, за якого орієнтація зони зварювання щодо напряму сили ваги не впливає на режим зварювання і якість зварного з'єднання.

2. Виріб періодично змінює свою орієнтацію у просторі за допомо­гою маніпулятора виробу, який виконується у вигляді кантувача або позиціонера, але під час зварювання окремих швів лишається нерухомим, а зварювальний інструмент виконує усі переміщення, які потрібні для зварювання, з урахуванням зміщень виробу при його пере­орієнтації. Цей спосіб використовують, якщо достатня періодична пе­реорієнтація виробу. Сьогодні він найпоширеніший при роботизації операцій дугового зварювання.

3. Виріб і зварювальний інструмент безперервно перебувають в ру­сі, забезпечуючи переміщення зварювального інструменту вздовж лінії з'єднання з одночасним підтримуванням зони зварювання у заданому, наприклад нижньому, положенні. Цей спосіб вимагає контурного взає­моузгодженого керування рухомостями маніпулятора інструменту і ма­ніпулятора виробу, тобто найскладнішої системи керування; однак він є оптимальним для дугового зварювання виробів малих і середніх габа­ритних розмірів зі швами складної форми, оскільки дає змогу провади­ти зварювання усіх ділянок таких швів у положенні, що забезпечує най кращі умови формування зварного шва.

4. Виріб виконує всі переміщення, які потрібні для зварювання, а зварювальний інструмент закріплено нерухомо. В загальному випадку цей спосіб вимагає застосування маніпулятора виробу не менше як з п'ятьма ступенями рухомості, тобто використання в цій якості промис­лового робота. Застосування даного способу обмежується вантажопід­йомністю сучасних роботів: до 50—100 кг. Цей спосіб застосовують, на­приклад, для контактного точкового зварювання невеликих листо­вих конструкцій на стаціонарній точковій машині або для дугового зварювання відносно легких виробів за допомогою стаціонарного апара­та для дугового зварювання. Перевага такого варіанту — один і той са­мий промисловий робот використовують для виконання транспортної і зварювальної операцій.

Маніпуляційна система РТК у загальному випадку (зварювання в заданому просторовому положенні швів із довільною формою та орієн­тацією на виробі за допомогою невісесиметричного зварювального ін­струменту) повинна мати не менше восьми ступенів рухомості: три — для перенесення точки зварювання у просторі; три — для орієнтації зварювального інструменту; дві — для орієнтації виробу.

Рухомості робота поділяють на переносні (регіональні) і орієнтуючі (локальні).

Переносні рухомості призначені для переміщення робочої точки (точки зварювання) у межах зони обслуговування робота. Орієнтуючі рухомості потрібні для того, щоб надавати зварювальному інструменту необхідної орієнтації в заданій робочій точці.

Крім того, якщо зварюють вироби великих габаритних розмірів, використовують додаткові, так звані глобальні рухомості маніпуляційної системи, що дає змогу переміщувати весь робот із метою розширення зони обслуговування.

Вантажопідйомність роботів для дугового зварювання становить 5... 15 кг, для точкового контактного — 60...90 кг. Максимальна швид­кість холостих переміщень (підведення, відведення, холості переміщен­ня між швами) роботів для дугового зварювання досягає 1,5 м/с, роботів для ТКЗ — 4 м/с, роботів для складання дрібних деталей у приладобудуванні — до 10 м/с.

Похибка відпрацювання програми (повторюваність) для роботів ду­гового зварювання перебуває в межах 0,1...0,2 мм, для роботів ТКЗ — 0,2...0,5 мм.

Р оботи для зварювання будують у різних системах коор­динат переносних рухів: прямокутній, циліндричній, двополярній циліндричній, сферичній і двополярній сферичній, яку на­зивають ще кутовою або антропоморфною. На рисунку 6.5 і далі для позна­чення поступальних переміщень, які здійснюються вздовж координат­них осей, використано символи X, Y, Z; для обертальних переміщень навколо осей, паралельних X, Y, Z,— символи А, В, С відповідно, а для обертальних рухів навколо довільно розміщених або таких, що змінюють свою орієнтацію щодо X, Y, Z осей,— символи D, Е. Най­більшого поширення для дугового зварювання набули роботи з кутовою (рисунок 6.5, є) і

а, б – прямокутна, в – циліндрична, г, д – двополярна циліндрична,

е – сферична, є – кутова системи координат

Рисунок 6.5 – Структурні схеми механізмів переносних переміщень зварювальних роботів з різними системами координат.

прямокутною (рисунок 6.5, а, б) системами координат пере-носних рухів. Для контактного точкового зварювання частіше від ін­ших застосовуються роботи з кутовою (рисунок 6.5, є) і сферичною (рисунок 6.5, е) системами координат переносних рухів.

Маніпулятори зварювального інструменту з прямокутною систе­мою координат при модульній конструкції можуть бути реалізованими в найбільшій кількості варіантів. Напрями переносних рухів таких маніпуляторів паралельні лініям швів або площинам, у яких розміщені шви більшості зварних конструкцій, що спрощує процедуру навчання, систему керування і засоби адаптації. Вони дають змогу обслуговувати великі робочі зони, що особливо важливо за зварювання одним роботом виробів великих габаритних розмірів. Недоліки маніпуляторів із пря­мокутною системою координат: значна металомісткість і великий про­стір, який вони займають; потреба механізмів, які перетворюють обер­тальний рух у поступальний, і пристроїв для захисту прямолінійних напрямних і передач. Маніпулятори з прямокутною системою коорди­нат застосовують для зварювання виробів із великими габаритними роз­мірами.

Маніпулятори зварювального інструменту з кутовою системою ко­ординат мають невелику металомісткість, малі власні габаритні розмі­ри, прості і компактні механізми привода. В цих маніпуляторах не по­трібні механізми і напрямні прямолінійного переміщення, а отже, і за­хисту їх від зовнішніх впливів. Недоліки маніпуляторів зварювально­го інструменту з кутовою системою координат такі: неможливість обслуговування великих робочих просторів; неминуче підвищення ви­мог до точності передач при збільшенні розмірів робочого простору.

З удосконаленням методів і технічних засобів керування координа­тами ланок роботів для зварювання такі переваги прямокутної системи координат, як паралельність осей координат до ліній швів і пов'язані з цим спрощення процедури навчання, системи керування і засобів адаптації, втрачають своє вирішальне значення. Сучасні системи керу­вання маніпуляторами з кутовою (і будь-якою іншою) структурою да­ють змогу оператору під час навчання здійснювати прямолінійні пере­міщення робочого органу вздовж координатних осей у звичайній для людини декартовій системі за рахунок автоматичного узгодження робо­ти приводів усіх ланок маніпулятора. Тому переваги маніпуляторів з кутовою системою координат набувають вирішального значення. На­приклад, невеликі власні габаритні розміри цих маніпуляторів роблять їх особливо зручними за зварювання невеликих виробів або окремих швів (ділянок швів) виробів середніх і великих габаритних розмірів. В останньому випадку один виріб може водночас зварюватись кількома роботами, що скорочує час операції.

При зварюванні великогабаритних виробів невеликі роботи а—г – два ступені рухомості, д – три ступені рухомості

Рисунок 6.6 – Структурні схеми механізмів орієнтуючих переміщень зварювальних роботів із двома і трьома ступенями рухомості

з ку­товою системою координат встановлюються на маніпулятори — роз­ширювачі робочої зони, які будуються переважно в прямокутній систе­мі координат із однією або двома чи трьома ступенями рухомості.

Орієнтуючими рухами маніпулятора інструменту є один-три обертальних рухи, які здійснюються навколо непаралельних осей (рисунок 6.6, а—д). Іноді в блок механізмів орієнтуючих переміщень влад­нують механізм поступального руху (рисунок 6.6, а), який забезпечує зварювання прямолінійних і кругових

Таблиця 6.1 – спеціалізована маніпуляційна система

Компонувальна схема

Фрагмент типового виробу

Компонувальна схема

Фрагмент типового виробу

кутових швів на площині за відносно простої системи керування (числової позиційної або навіть циклової). Якщо осі всіх орієнтуючих рухів проходять через точку зварювання (рисунок 6.6, г), то переносні координати не залежать від орієнтуючих. В ре­зультаті спрощується завдання автоматичного керування маніпуляційною системою: знижуються вимоги до точності відпрацювання орієн­туючих рухів; зменшуються найбільші, робочі швидкості переносних рухів; спрощуються система керування і процедура навчання робота.

Для збільшення маневреності робота, а також при зварюванні не­плавким електродом із присаджувальним дротом і при використанні багатьох типів датчиків поточної адаптації потрібні трикоординатні механізми орієнтуючих рухів для повертання пальника навколо його осі. Поєднання трьох обертань навколо непаралельних осей (рисунок 6.6, д) забезпечує потрібну орієнтацію пальника також і відносно його власної осі.

Блочно-модульний принцип дає змогу для кожного робочого місця залежно від конкретного технологічного завдання застосовувати оптимальну за структурою і складністю спеціалізовану маніпуляційну систему (таблиця 6.1), а також оптимальний тип привода і систему керуван­ня, тобто створювати роботизовані робочі місця з певним рівнем спеціа­лізації. Спеціалізовані роботи блочно-модульної конструкції застосову­ють у великосерійному і масовому виробництвах перш за все для зварю­вання деталей, які вимагають переміщення зварювального інструменту з одним-чотирма ступенями рухливості. Фукціонально неподільні уні­версальні зварювальні роботи з п'ятьма і більше ступенями рухомості і позиційною або контурною системою керування переважно використо­вують, якщо часто змінюють об'єкт зварювання (тобто у малосерій­ному і серійному, а також багатономенклатурному великосерійно­му виробництві), а також для зварювання виробів зі швами складної форми.