Совершенствование производственных процессов, особенно в условиях конвейерной сборки, требует быстрого и качественного исполнения однообразных операций. Человек не всегда в состоянии обеспечить скорость и качество работ, поэтому внедряется современная техника, которая выполняет многочисленные операции с заданными параметрами точности. Сложное оборудование с программируемыми операциями применяется во многих отраслях промышленности, где требуется поточное соединение деталей с высокой прочностью. Такие сварочные роботы широко используются в автомобилестроении и других видах конвейерной сборки.
Изобретение роботов для серийного производства позволило увеличить скорость однотипных соединений без потери качества шва. Экономический эффект достигается за счёт большого количества операций и дозированной подачи в зону действия дуги. Необходимо точное позиционирование деталей и их равномерное движение, а также средства программирования, которые обеспечивают точность и непрерывность процесса работ. При соблюдении этих условий, сварочные роботы заменяют несколько профессиональных сварщиков и не требуют отдыха и частого ухода. Для обученных специалистов настройка такой техники не нуждается в значительных временных затратах.
Человеческие возможности ограничены физической усталостью и физиологическими потребностями тогда, как роботизированная техника не имеет таких недостатков и способна длительное время работать без остановок на техническое обслуживание.
Роботы для сварочных работ обладают следующими преимуществами:
- безопасные условия труда, поскольку человек не находится в зоне действия сварочной дуги;
- большое количество программных установок и быстрая перенастройка при смене режима работы;
- универсальность и точность выполнения шва без риска потери качества;
- высокий экономический эффект при выполнении большого количества операций;
- рост производительности труда с предсказуемым результатом и отсутствие необходимости частого контроля качества.
Как и у каждого метода у робототехники существует и ряд недостатков, к которым можно отнести дороговизну и доступность только в условиях конвейерного производства. Кроме того, обучение персонала занимает немалую часть расходных средств на производственные нужды, а профилактика робототехники также требует определённого времени.
Важно отметить, что факт отсутствия брака и хорошее качество возможны лишь при точном позиционировании заготовок и при надлежащей настройке манипуляторов сварочного робота.
Для промышленного роста применение роботизированной техники является совершенно необходимой, поскольку достичь реального прогресса человеческим трудом не представляется возможным. Кроме того, существуют режимы сварки, где активные среды и продукты деятельности могут нанести прямой вред здоровью сварщика и производятся в изолированном рабочем пространстве. Оператор настраивает оборудование и запускает производственный цикл и к рабочей зоне доступа не имеет и поэтому отсутствует риск для его здоровья и воздействия светового эффекта дуги короткого замыкания.
Виды роботизированных сварочных автоматов
Этот вид промышленного оборудования чрезвычайно востребован в наше время, поскольку позволяет решить целый ряд задач, стоящих перед производителями продукции с поточным производством деталей. Аппаратура подобного класса оснащена контроллерами процессов с проверенными временем схемотехническими решениями, которые обеспечивают бесперебойную и качественную сварку деталей и целых сборочных узлов. При этом точность позиционирования достигает показателей до 0,08 мм, а значительный вылет манипулятора до 2000 мм позволяет сваривать довольно габаритные детали.
Специализированные программные средства дают возможность быстрой перенастройки производственного процесса и поддерживают много осевое вращение манипулятора. К наиболее популярным моделям сварочных роботов можно отнести следующие устройства:
- относительно недорогие сварочные роботы Fanuc AM-0iA производства Японии;
- доступный немецкий сварочный робот Kuka KR5;
- роботизированный сварочный агрегат Panasonic TA1400G2;
- оборудование OTC (Almega AII-B4);
- аппаратуру Motoman EA 1400N.
Программное обеспечение этих агрегатов позволяет перенастраивать их в режим плазменной резки по заданной траектории с предварительной разметкой и снятием фасок, а также осуществлять зачистку стыков и другие подготовительные операции. В комплект оборудования, кроме блока управления, входят устройства позиционирования и точной фиксации заготовок, а также необходимого вращения на разных этапах сварочных работ. Из производственного процесса в большой степени исключается человеческий фактор и соответственно риск для здоровья сварщика. Многофункциональность роботов позволяет осуществлять точечную, электродуговую и аргонодуговую сварку как в активных и инертных средах, так и под флюсом.
Важно, что использование роботизированной техники гарантирует исключительную точность и качество работ при минимальных затратах на обучение специалиста оператора, закупку оборудования и комплектующих изделий.
В состав высокотехнологичных сварочных роботов входит манипулятор способный поднимать детали весом от 3 до 20 кг и шести осевым вращением, контроллер с пультом управления и сварочный источник. В комплект поставки входит программное обеспечение, рассчитанное на заказанный тип сварки и размер заготовок, а также набор горелок, соединительных кабелей и шлангов. Кроме того, производители гарантируют поставку обучающих курсов для сварки и программирования рабочего процесса.
Подводим итог
Мы совершили краткий обзор возможностей сварочных роботов, которые используются в промышленном производстве больших партий изделий различного назначения. Применение таких агрегатов, как Kuka, Fanuc или подобного им оборудования намного поднимает производительность, и улучшает качество сварочных работ.
Сварочный робот - неотъемлемая часть крупномасштабного производства чего бы то ни было. Начиная от , заканчивая гигантскими конвейерами с многосерийными изделиями. Именно роботы способны быстро и безошибочно выполнять одни и те же операции, при этом не требуя зарплату, отпуск и перерыв на обед.
Но это далеко не единственные причины, по которым роботы превосходят классический человеческий труд. На многих производствах удается достичь запредельных масштабов выпуска продукции как раз благодаря бесперебойной работе этих современных агрегатов. В этой статье мы кратко расскажем, что из себя представляют роботы для сварки и какие существуют плюсы/минусы внедрения данного оборудования на производство.
Роботизированная сварка - это вид автоматической сварки, суть которого заключается в использовании на производстве программируемых роботов вместо привычных сварщиков. Такая сварка очень востребована на предприятиях, где необходимо наладить крупное конвейерное производство.
Существует огромное количество разновидностей роботов для сварки, поскольку каждый производитель стремится оснастить свое оборудование особыми функциями. Несмотря на техническую сложность, конкуренция среди производителей сварочных роботов очень высока, ведь такое оборудование стоит дорого и зачастую приобретается не на один год. Поэтому производители пытаются оснастить своих роботов максимальным количеством полезных функций.
Бюджетные, но при этом относительно функциональные роботы производит японская компания Fanuc. Их самая популярная модель - AM-0iA. Среди европейских производителей популярны немецкие сварочные роботы фирмы Kuka, особенно их бюджетная модель KR5. Также отметим сварочных роботов от всемирно известной компании Panasonic, в частности их модель TA1400G2 хорошо зарекомендовала себя на отечественных заводах. Неплохо показала себя продукция компании Motoman, особой похвалы достойна модель EA 1400N.
Особенности роботов
В большинстве сварочных роботов применяются компоненты, позволяющие агрегатам работать бесперебойно на протяжении долгого времени. Этого удается достичь путем внедрения современных, технически совершенных электронных схем, которые не останавливают работу робота даже при перебоях в электричестве или нестабильном напряжении.
К тому же, сварочные роботы могут автоматически позиционировать детали, что улучшает качество стыка. Не имеет значения и размер деталей, ведь «рука» робота может быть каких угодно размеров.
Простейший робот состоит из манипулятора, который может поднимать детали весом до 25 килограмм, «руки», которая выполняет сварку, пульта управления с предустановленным программным обеспечением и источника тока. Для каждого типа сварки выпускается свое программное обеспечение, в нем с помощью пульта управления задаются параметры сварки и детали, которую нужно сварить. Некоторые производители снабжают комплект оборудования обучающими материалами, например, книгами или видеофильмами.
Также в комплектацию могут входить специальные держатели, благодаря которым робот позиционирует и надежно фиксирует деталь во время сварки. Кроме непосредственной сварки можно настроить робота на зачистку металла, снятие фасок или резку. Словом, человеческий фактор исключен, поскольку робот выполняет все операции, в том числе подготовительные.
С помощью роботов можно выполнять любой тип сварки или резки. Чаще всего используется , и аргонодуговая сварка, в том числе под . К тому же, при использовании робота низок риск для здоровья оператора и других работников на производстве, поскольку им не приходится участвовать в сварке. О достоинствах и, конечно, недостатках сварочных роботах мы поговорим далее.
Преимущества и недостатки
Роботизированная сварка имеет множество достоинств. Во-первых, роботы способны выполнять одну и ту же работу раз за разом, не теряя при этом в качестве. Человек никогда не сможет заниматься однотипным трудом на протяжении долгих часов. В любом случае, робот всегда выполняет качественные швы, он также способен перенастраиваться прямо в середине процесса сварки.
Во-вторых, несмотря на высокую стоимость такого оборудования, экономическая выгода от роботизированной сварки куда лучше, чем может показаться на первый взгляд. За счет высокой производительности роботы быстро окупаются и предприятие гарантировано выходит в плюс, поскольку роботы требуют только технического обслуживания. А это гораздо дешевле, чем платить налоги и зарплату сотрудников.
В-третьих, если оператор хорошо обучен, он способен быстро выставить оптимальные настройки. К тому же, существуют определенные алгоритмы, следуя которым даже новичок сможет настроить робота. Конечно, не быстро и не с первого раза, но сможет. Чего нельзя сказать о . А сам процесс обучения не занимает много времени и всех сварщиков можно легко переучить, присвоим им квалификацию оператора.
В-четвертых, роботы способны работать длительное время без перебоев, что увеличивает количество выпущенной продукции. Обычный сварщик ограничен в своих возможностях, поскольку должен отдыхать и выполнять свои физиологические потребности. А сварочный робот никогда не подводит.
Но, как и любого другого метода сварки металлов, у роботов есть недостатки. Их не много, и на наш взгляд они незначительны по сравнению с достоинствами, но все же расскажем о них. Первый очевидный недостаток - высокая стоимость оборудования. Да, оно окупается, но не каждое предприятие способно за раз закупить нужное количество роботов, чтобы заменить ими сварщиков.
Второй недостаток - возможность внедрения роботов только в конвейерное производство. В остальных типах производств они будут менее эффективны, а значит не скоро окупят свою цену. Не стоит забывать, что и переобучение сварщиков в операторов требует времени. Нельзя закупить оборудование, и на следующий день сразу запустить конвейер.
Также сварка роботом с хорошим результатом возможна лишь при правильных настройках. Если оператор обучался плохо и настраивает робота неправильно, или просто плохо себя чувствует, то не будет никакого толка от робота на производстве. Так что человеческий фактор здесь все же присутствует, пусть и в малой степени.
Вместо заключения
Роботизация сварки - процесс неминуемый. И в ближайшие десятилетия он затронет не только сварочные производства, но и другие отрасли, где человеческий фактор нежелателен. Ведь с помощью роботов возможна сварка любого уровня сложности, в том числе часто используемая сварка в защитных газах.
Применение роботов необходимо для роста промышленности. Ведь использование ручного труда никогда не приведет человечество к абсолютной эффективности производства. К тому же, нельзя забывать о способах сварки, которые могут негативно влиять на здоровье человека. В таких случаях весь персонал остается невредимым, пока робот исправно выполняет работу.
Роботизация большинства производственных процессов стала очевидным следствием пошагового внедрения роботов и робототехнологических комплексов в производство.
Одним из первых направлений деятельности на крупных производствах, которое было освоено роботами, стала сварка металлов . В частности, на заводах компании Ford Motor Co. роботы для сварки стали первыми представителями этого перспективного направления, продемонстрировав высокое качество работы, производительность и надежность. С тех времен робототехнологические комплексы уже не раз доказали свою эффективность.
Сварочный робот в промышленном производстве – это не отдельный инструмент или устройство, а целый комплекс устройств, объединенный логичной системой управления – интерфейсом. Устройство управления с помощью интерфейса можно перепрограммировать, исходя из целей и задач, которые нужно выполнить манипулятором. Манипулятор робота-сварщика способен выполнять также и некоторые двигательные и управленческие действия, которые в целом напоминают действия человека-сварщика, только гораздо более точны, настраиваемы и поддаются точной калибровке. Как правило, сварочная оснастка и предметы производства перемещаются перед манипулятором, который в автоматическом режиме производит все требуемые действия по сварке. Это обеспечивает непрерывность процессу работы робота-сварщика и позволяет выполнять огромное число производственных операций без качественных потерь.
Внедрение роботов в сварочное производство можно смело назвать революционным шагом, так как это не только значительно увеличило эффективность данного типа работ, но и расширило возможности применения сварки. С появлением сверхточного «квалифицированного» сварочного робота с опцией тонкой настройки стала в любой форме возможна автоматизированная сварка швов, сварка в массовом количестве разного типа швов, которые могут быть ориентированы как в пространстве, так и на изделии самым различным образом.
Кроме этого, сварочный робот позволяет выполнять в производстве такие швы, которые способны принять любую форму линии соединения и занимать самое оптимальное положение в пространстве, при этом сохраняя полную работоспособность и качество исполнения этой работы. Настраиваемость и программируемость робота для сварки – одни из основных качеств, которые обеспечивают преимущества робота перед остальными инструментами для сварки, когда невозможно обойтись без постоянного и всестороннего контроля со стороны сварщика-оператора.
Постоянное и высокое качество выполнения сварных швов – это одна из базовых характеристик сварочного робота. Интерфейс настройки робота сварщика позволяет всячески варьировать как калибр сварных швов, так и менять другие важные параметры, исходя из требований к изделию и характеристик сварочной оснастки. За счет гармонизации этих качеств обеспечивается экономия и сварочных материалов, и электроэнергии.
Преимущества роботов для сварки:
- Безупречное качество сварки
- Разные виды швов
- Абсолютная точность и согласованность
- Экономия и низкие эксплуатационные расходы
- Гибкость
- Возможность точной настройки всех операций
Роботизированный сварочный кондуктор – или сварочный робот – рекомендуется использовать отнюдь не для всех производственных задач, так как у него ограниченная сфера применения. Сварочные роботы высоко зарекомендовали себя в сварке конструкций относительно небольших размеров, сварке серийных и мелкосерийных крупногабаритных конструкций, тонколистовой сварке, сварке каркасно-решетчатых и подобных конструкций. При этом к манипулятору робота-сварщика предъявляется целый комплекс требований по степени подвижности, допустимых отклонений электрода от линии сварочного соединения, наличия геометрической и технологической адаптации, скорости переноса движения горелки, клещей и прочих возможных инструментов. И по всем этим параметрам гарантированы точные и постоянные значения.
Сварочные роботы – надежный и неоднократно доказавший свою эффективность инструмент для решения различных производственных задач. Приобретение и установка сварочных роботов – это возможность современного решения многих технических задач при производстве, которая открывает новые возможности для развития и совершенствования качеств вашей продукции.
Если требуется наложение тысяч швов с повторяющейся технологией на одинаковых соединениях, то устанавливается сварочный робот. Это устройство с возможностью программирования, которое способно выполнять цикличные манипуляции по сварке на высокой скорости, и без участия человека. Из чего состоят такие машины? Какие разновидности этих установок встречаются, и как они работают?
Автоматизированный робот сварщик представляет собой агрегат, установленный на основание. Последнее имеет шарнирный поворотный механизм, позволяющий вращать корпус и направлять устройство в нужную сторону. На основании закреплены:
- источник тока;
- преобразователь;
- подающий механизм;
- табло с пультом программирования;
- баллон с инертным газом.
Роботизированный сварочный комплекс имеет управляемую «руку». Она может сгибаться и разгибаться в трех-шести местах (зависит от модели), и ей выполняются все рабочие манипуляции. На конце «руки» находится сварочная горелка, в которую подается плавящаяся проволока и защитный газ.
Для запуска цикла работы установка настраивается на определенный стык и шов. Вводятся данные о длине ведения сварки, силе тока и скорости выполнения. Поскольку сварочный робот не имеет зрения, то необходимо обозначить окружающие его инструменты и приспособления, задав координацию по которой он будет перемещаться.
Сварочные роботы могут выполнять определенные операции на собственной оснастке, где участие человека требуется для закладки изделия и фиксации. Работа по сварке ведется автоматически. При выполнении операций на конвейере, где подаются крупные предметы, и соединение не требует дополнительных прижимов, участие человека исключается.
Применение роботизированных машин
Для выпуска штампованной продукции, где используется повторяющийся вид соединения, часто устанавливают сварочные роботы. Благодаря возможности программирования они способны с точностью накладывать прямые, кольцевые и круговые швы.
Дуговая сварка в этих устройствах используется и для криволинейных швов любой сложности. В отличие от механических шаблонов, по которым движется головка в других сварочных аппаратах, роботизированная сварка осуществляет движение осей и горелки по электронной схеме. Это нашло широкое применение в машиностроении и изготовлении станков.
Преимущества роботизации
Роботизированная сварка дает несколько выгодных плюсов, по сравнению с ручной полуавтоматической, на однотипных повторяющихся соединениях. А именно:
- значительное ускорение выполнения однотипных операций;
- способность получать тонкие швы благодаря четкому ведению дуги на расстоянии 2 мм;
- экономия напряжения и расходных материалов;
- высокая точность и качество работ;
- меньшее количество людей задействовано в процессе.
Разновидности моделей
Роботизация сварочных работ позволяет ускорить производительность, но для этого важно выбрать правильное оборудование. Сварочные машины могут отличаться по высоте, длине действующей «руки», и количеству поворотных участков.
Кроме различий в габаритах, имеются варианты и в виде осуществляемой сварки. Это роботы, которые:
- Выполняют сварку плавящимся электродом (проволокой) в среде аргона и углекислоты. В зависимости от диаметра проволоки и силы тока, такие установки можно использовать как на тонких, так и на толстых пластинах и конструкциях. Основное применение - работа на конвейерах по сборке автомобилей.
- Аналогичные машины, где вместо проволоки применяются . Их применяют для аккуратной сварки на нержавеющей стали или медных конструкциях.
- Роботизированные установки для , происходящей между двумя . Технология внедрена в области машиностроения и радиооборудования. Ими выполняется быстрая сборка корпусов к любым аппаратам.
- Сварочные машины для . Применяются для работ, где свариваемый металл плохо поддается воздействию других методов.
- Агрегаты для плавящимся электродом под флюсом. С их помощью можно быстро создать огромные участки трубной магистрали, которые транспортируются на место прокладки, и там соединяются в ручную.
- Устройства для . Используются там, где нужна высокоскоростная сварка без выделения вредных веществ в воздух.
- Гибридные версии, где применяются сразу два вида сварки. Это может быть лазер, плавящий поступающую в него проволоку, на которую параллельно подается напряжение, создающее собственную электрическую дугу между проволокой и изделием.
Настройка установки
Чтобы робот для сварки корректно функционировал и содействовал ускорению производства, требуется грамотная настройка его действий. Выполняется это при помощи пульта и дисплея, закрепленных на корпусе аппарата.
Это начинается с калибровки осей комплекса. Процедура выполняется один раз при установке робота на позицию. Проверяется диапазон его движений и соответствие этих показателей на экране. Если будет существовать различие (комплекс запрограммирован на шов длиной в 100 мм с радиусом окружности в 30 мм, а в реальности получиться радиус 35 мм), то аппарат проложит шов не в том месте. За день такой работы будет выпущено много бракованных изделий.
Второй стадией настоек является установка координат инструмента. Это подложка над которой работает сварочная головка, и сопутствующие приспособления, используемые для автоматического захвата и прижима изделия. Если действия комплекса будут несогласованными, то манипуляции с заготовками могут быть выполнены не в том месте (возможна даже ошибочная сварка на инструменте вместо изделия).
Третьей стадией программирования служит настройка координат окружения. Благодаря введению этих данных можно создавать конкретные модели сварочных процессов, позволяющие комплексу беспрепятственно перемещаться над изделием, выполняя заложенные операции, и не сталкиваясь с другим оборудованием или параллельно работающими роботизированными установками.
Размещение комплекса
Сварочных роботов можно устанавливать на бетонный пол, который не тоньше 300 мм, и имеет поверхность без перепадов (допустимая погрешность составляет 5 мм на один квадратный метр). Основание комплекса крепят на винты, чтобы придать ему жесткую фиксацию и предотвратить смещения из-за вибрации.
Рабочую зону робота необходимо ясно обозначить и оградить от движения людей. Это делается для безопасности. «Рука» машины может иметь значительный вылет в длину, а в сложенном положении оставлять много свободного места вокруг комплекса. В программу заложены координаты окружающего оборудования и инструментальной части, но нет возможности вносить информацию о проходящих людях, поэтому зона вокруг робота относится к территории повышенной опасности, ведь комплекс, действуя по программе, может неожиданно переместить головку на другой участок, задев идущего рабочего. Такие области ограждаются желтыми решетчатыми заборами и вывешиваются соответствующие надписи.
При роботизированной работе может потребоваться канал для подачи осушенного воздуха. Это используется на определенных сплавах для охлаждения зоны шва и предотвращения перегрева микросхем в случае радиоэлектронной промышленности. Такой канал заводится по полу и подается с задней стороны в аппарат. Электрические кабеля для питания комплекса закладываются в металлические каналы и проводятся аналогичным способом.
Роботы для сварки повышают производительность на однотипных сварочных процессах. Возможности программирования позволяют настроить установку на выполнение прямых и криволинейных швов, а разнообразие моделей дает возможность подобрать комплекс для конкретного материала и задач.