SISTEME CU ROBOŢI INDUSTRIALI DESTINAŢISUDĂRII CARCASELOR

Executarea carcaselor în construcţia sudată conduce la uşurarea considerabilă a acestora. Deci la economie de material. Faptul că aceste carcase se asamblează prin sudare din laminate - plăci - tuburi conduce la o mai bună utilizare a metalului, la creşterea coeficientului de scoatere.

Executarea prin sudare a carcaselor permite evitarea dezavantajelor care rezultă din execuţia prin turnare: acest lucru este deosebit de important mai ales dacă carcasele se realizează ca unicate sau în serie mică.

Dezavantajele execuţiei în construcţia sudată a carcaselor constau în volumul mare de manoperă de sudura necesară, apariţia unor deformaţii respectiv tensiuni interioare, în cazul în care procesul de sudare este executat fără respectarea riguroasă a prevederilor procesului tehnologic, poziţii incomode pentru sudori manuali şi uneori accesul dificil al capului de sudare în anumite zone.

Se utilizează construcţii sudate pentru carcasele următoarelor categorii de maşini şi transmisii:

- reductoare- cutii de viteză pentru maşini unelte- maşini unelte (batiuri)- maşini electrice- maşini hidraulice şi pneumatice- maşini termice (în special motoare cu aprindere prin compresie)- containere pentru transport feroviar şi naval.

În figura 1. se prezintă cîteva exemple de carcase din categoriile enumerate mai sus.

În TABELUL 1. sunt expuse date cu privire la prognoza sudarii carcaselor în ansamblul construcţiilor sudate care fi executate în România Rusia şi RDG pîna în anul 2010.

Carcasele se asamblează prin sudare din componente de tip placă (P), bucşă (B), inele (I), nervuri (N), capace (C), care se execută separat, prin debitare, prelucrare prin aşchiere, deformare plastică, pregătire (lăcătuşerie, ajustare) etc. În figura 1. sunt indicate componentele care se înglobează în diferite tipuri de carcase.

1

Figura 1.

1. Ponderea structurilor sudate de tip carcasă în ansamblul

construcţiilor sudate (în %)

2

Tipul construcţiei sudate

Ţara 1986 1990PROGNOZA

1993 2000 2010

Carcasa

România 20 20 19 18 18

Rusia 15 15 16 16 16

RDG 5 5 5 5 5

Tabelul 1.

Asamblarea componentelor cu carcase se realizează prin suduri de colţ (în majoritatea cazurilor) şi suduri cap la cap drepte sau circulare. În vedere evitării deformaţiilor de pe urma construcţiilor şi a tensiunilor interne care apar după răcirea subansamblului sudat, se recomandă execuţia sudurilor în secvenţe distanţate în spaţiu şi în timp.

Pentru sudurile în linie dreapta se pot folosi variantele de împarţire pe secvenţe prezentate în figura 2. Pentru sudurile circulare se recomandă o împarţire pe secvenţe în conformitete cu figura 2. Se recomandă de asemenea executarea cusăturilor respectiv a secvenţelor de cusături prin mai multe treceri, sudarea facându-se cu intensitatea şi tensiunea curentului de sudare reduse.

b)

Figura 2.

Asamblarea prin sudare a carcaselor se realizează în doua etape. În prima etapă componentele care urmează a fi asamblate se instalează fiecare separat în cadrul unui dispozitiv de lucru, după care se prind prin sudură cu cusături scurte succesive şi distanţele între ele. Dimensiunile cusăturilor scurte ( hefturi ) respectiv distanţele dintre acestea se corelează cu lungimea totală a cusăturii finale din care face parte.

În a doua etapă, carcasa prinsă cu sudură fiind un corp rigid, se instalează ca atare într-un al doilea dispozitiv de lucru , în care se execută sudarea finală.

Modul de realizare a asamblării prin sudare din componente a carcaselor descrise mai sus, argument pentru executarea sudurilor cu robot industrial, care este folosit avantajos la sudarea unor cusături scurte, drepte sau în arc de cerc, cu păstrarea riguroasă a secvenţelor traiectoriei şi vitezei de sudare programate.

Asamblareaprin sudura cu roboţi industriali a componentelor în vederea realizării

unor carcase de dimensiuni mari şi medii se organizează în linii de fabricaţie flexibilă cu nivel de automatizare redus. O asemenea linie constă dintr-o celulă de fabricaţie flexibilă pentru prinderea provizorie prin sudare a componentelor şi una pentru sudarea definitivă a carcasei. Ambele celule sunt constituite din câte un robot industrial în coordonate plane,

3

cilindrice sau carteziene, cu program de traiectorie continuă, cîte o masă de poziţionare orientare cu doua-trei grade de mobilitate cu mişcare continuă, comandate de către sistemele de conducere ale roboţilor, dispozitive de lucru şi roboţi industriali în coordonate polare, cilindrice sau sferice.

Dispozitivul de lucru al celulei de fabricaţie flexibilă pentru prinderea prin sudură a componentelor carcaselor se compune dintr-o ramă tridimensională, pe care sunt montateelemente de bazare de tip plăci de sprijin şi opritoare şi elemente de fixare cu acţionare pneumatică, dispuse astfel încât să poziţioneze fiecare componentă în parte.

Rama tridimensională care constituie batiul dispozitivului de lucru se fixează pe platforma mesei de poziţionare orientare.

Dispozitivul de lucru al celulei de sudare definitivă a carcasei are la rândul ei un batiu format dintr-o ramă tridimensionnală. Elementele de bazare şi cele de fixare de genul celor folosite pentru dispozitivul de lucru din celula pentru prinderea provizorie prin sudură asidură de data asta rabaterea carcasei cu componente asambalte provizoriu prin prinderea provizorie prin sudură ca un obiect de lucru rigid. Şi în acest caz elementele de fixare cu acţionare pneumatică sunt comandate de către sistemul de conducere al robotului industrial.

Executarea de către robot a cusăturilor din interiorul corpului carcasei impune uneori rezolvarea unor probleme dificile de acces al capului de sudare. În vederea soluţionării unor asemenea probleme, unele componente cere împiedică accesul facil al capului de sudare în interiorul carcasei sunt prinse prin sudare în prima celulă şi se prind prin sudare şi se sudează definitiv în celula a doua doar după ce cusăturile greu accesibile au fost executate în prealabil. Spre exemplu sudarea definitivă a carcasei din figura 3.a. în cea de-a doua celulă se realizează în secvenţele notate cu 1 ( figura 3.b.), 2 ( figura 3.c.) şi 3 ( figura 3.d.). În secvenţa 1 se execută cusăturile care asamblează pereţii laterali P ai carcasei cu talpa T respectiv bucşa B cu pereţii laterali P. Aceste elementeau fost asamblate prealabil provizoriu prin prindere prin sudură în prima celulă. În secvenţa 2, peretele interior I asamblat prealabilprin sudura cu bucşa B1 în afara celulei se poziţionează în interiorul carcasei, se prinde prin sudură şi se sudează definitiv. În secvenţa 3 se poziţionează, se prinde prin sudură şi se sudează definitiv capacul C.

Pregătirea componentelor carcasei se face cu abateri de ordinul 1 - 3 mm de la dimensiunile nominale. Ca urmare, poziţiile reale ale rosturilor sunt deplasate cu acelaşi ordin de mărime în raport cu poziţia teoretică.

În vederea executării automate a acestor suduri cu ajutorul unui robot industrial, acesta trebuie echipat cu un senzor pentru identificarea poziţiei reale a rostului.

4

Figura 3.

Timpul de lucru pentru executarea prinderii prin sudare, respectiv de sudare definitivă a carcaselor de dimensiuni mari şi mijlocii fiind mult mai mare în raport cu timpii de manipulare a componentelor, respectiv a carcasei, instalaţiile aducătoare de evacuare ale liniei de fabricaţie flexibilă prin sudare conţin în afara meselor de poziţionare-orientare, două aparate de ridicat uzinale sau bimanipulatoare care asistă operatorii umani sau descarcă dispozitivele de lucru.

Aducerea componentelor pregătite în prealabil în zona celulei de prindere prin sudare respectiv evacuarea carcasei sudate definitiv din zona celulei de sudare definitivă se face cu mijloace de transport uzinal obişnuite.

Asamblarea prin sudură cu roboţi industriali a componentelor în vederea realizării unor carcase de dimensiuni mici se execută cu nivel de automatizare avansat în linii de fabricaţie flexibilă cu două celule, una pentru prinderea prin sudură a componentelor şi cea de-a doua pentru sudarea definitivă a carcasei organizate ca şi sistemele de fabricaţie flexibilă prin sudare a organelor de maşini.

Se prezintă în continuare pentru exemplificare, o linie de fabricaţie flexibilă prin sudare a unor semicarcase inferioare pentru reductoare de viteză unghiularăcu două trepte.

Desenul semicarcasei inferioare este redat în figura 4.a., iar în figura 4.b. este reprezentată linia de fabricaţie flexibilă.

Celula de prindere prin sudură a componentelor carcasei este constituită din masa de poziţionare - orientare MPO, dispozitivul de lucru DL cu elemente de bazare şi fixare cu

5

poziţii reglabile şi robotul industrial RI în coordonate cilindrice cu program de traiectorie continuă şi prevăzut cu senzor de rost cu laser.

Încărcarea componentelor în dispozitivul de lucru DL se face de către operatorul uman OU manual, cu asistenţa aparatului de ridicat AR.

Componentele care sunt introduse în dispozitivul de lucru DL sunt aduse în zona celulei de către mijloacele de transport uzinal şi depozitate în stive.

Elementele de fixare ale dispozitivului sunt acţionate pneumatic şi intră în funcţie comandate de sistemul de conducere al robotului industrial RI.

Masa de poziţionare - orientare MPO are o mişcare continuă, comandată servo de către sistemul de conducere al robotului al robotului industrial RI.

Aceste mişcări aduc cusăturile scurte ( hefturile ) care se execută în planul orizontal.

Plăcile şi nervurile interioare ale carcasei nu sunt prinse prin sudură în cadrul acestei celule pentru a permite accesul capului de sudare la cusăturile din interiorul carcasei.

Semicarcase asamblate provizoriu prin prinderea prin sudură se transferă din dispozitivul de lucru DL în dispozitivul de lucru DL al celulei de sudare definitivă.

Dispozitivul de lucru DL este fixat pe platforma masei de poziţionare MPO, care poziţionează succesiv cusăturile de executat în planul orizontal.

Robotul RI sudează definitiv cusăturile prinse prin sudură în prima celulă.

6

Figura 4.

Ţinând seama de accesul dificil al capului de sudare în sistemul semicarcasei, unele cusături interioare se realizează miscarea continuă a robotului şi a mesei de poziţionare.

După terminarea sudării, cusăturile prinse prin sudură în celula 1, operatorul uman introduce în dispozitivul DL plăci interioare şi nervuri pregătite în locuri de muncă exterioare liniei de fabricaţie flexibilă, apoi robotul industrial RI prinde prin sudură, după care sudează definitiv în mod succesiv componentele introduse ulterior.

După terminarea sudării definitive a semicarcasei ea este eliberată din dispozitiv şi operatorul uman extrage cu ajutorul aparatului de ridicat AR, din dispozitivulde lucru DL şi în depune lângă celula de unde obiectivul este evacuat cu ajutorul unui electrostivuitor.

Se prezintă în continuare alte două sisteme de fabricaţie flexibilă prin sudare a unor carcase.

În figura 5.b. un robot T Cincinati Milacron sudează o carcasă din componenţa unei maşini de frezat. În figura 5.a. se prezintă schema de organizare a celulei de fabricaţie [ 57 ].

7

Masă de poziţionareFigura 5.a.

Fig 5.b.

Figura 6.a. reprezintă un robot industrial KUKA, prevăzut cu senzor de rost prin arc sudează o carcasă care intră în componenţa structurii mecanice ale roboţilor KUKA.

În figura 6.b. se indică schema de oraganizare a liniei de fabricaţie constituită dintr-o celulă de prindere prin sudură şi o celulă de sudare definitivă.

8

Figura 6.

În figura 7.a. se prezintă desenul schematic al unei celule flexibile de fabricaţie prin sudură cu arc a unei carcase pentru un cuptor. În figura 7.b. este redat desenul „explodat” al carcasei cu evidenţierea componentelor care se asamblează, iar în figura 7.c. schema de organizare a celulei de fabricaţie.

Masa de poziţionare - orientare din cadrul celulei are o parte cu două grade de mobilitate cu mişcare continuă şi o parte cu un grad de mobilitate cu mişcare de rotaţie discretă indexată. Dispozitivul de lucru are ca element de bazare plăci suport distanţiere şi ca elemente de fixare clema.

Programul de sudare este optimizat urmărind minimizarea timpilor de trecere de la o cusătură la alta şi a numărului de mişcări ale masei de poziţionare - orientare.

9

10

2. SISTEM PENTRU SUDAREA REPERELOR

TIP CARCASA

Executarea în construcţie sudată din laminate: benzi, table, profile, a carcaselor pentru: reductoare, cutii de viteză, batiuri de maşini unelte, maşini electrice, maşini hidraulice şi pneumatice, maşini termice, containere pentru transport feroviar şi naval (figura 1 şi 2).

Figura 1 Figura 2

Caracteristici tehnice principale ale sistemului robotizat:

- Dimensiunile reperelor- Productivitate- Precizia de pregătire a reperelor

Numărul operatori Componenţa sistemului robotizat:- RI - Robot industrial - MPR - Masă poziţionare-orientare - SA - Suport avans sârmă- SR - Sursă de sudare- DA - Dulap de acţionare a RI- DC - Dulap comandă RI- SGS - Baterie gaz sudură

11

Caracteristicile modulelor şi subansamblelor componente:

Robotul ROPOS - 50 - numarul gradelor de mobilitate 6- capacitatea portantă 100 N- spaţiul de lucru 4000/3500/1150mm- viteza maximă unghiulară 0,5 rad/s- viteza maximă liniară 0,6 m/s- capacitatea memoriei (standard) 32 KO EPROM

20 KO RAM- numărul de paşi ai programului 999- număr intrări/ieşiri 60/60- număr programe distincte 4

repetabilitate +/-0,5 mm Masa de poziţionare - orientare MPR 320 - MPR 3000- sarcina maximă 3200N-30 000N- diametrul platoului 600-1200mm- viteza de rotaţie 0,12-1,2 rot/min- viteza de basculare 1 rot/min- unghiul de basculare 135

Sursa de sudare SR - 630 - curent maxim de sudare 630A/60%, resp. 500 A/100%- tensiunea (reglabilă continuu) 14-40V- dimensiuni 653/170/885 mm

12