УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ Российский патент 1996 года по МПК B23K11/10 B23K11/28 

Изобретение относится к области сварочной техники и может найти применение в автоматических роботизированных линиях и комплексах для производства сложных пространственных крупногабаритных изделий типа кабин и кузовов автомобилей.

Известно устройство для контактной многоточечной сварки, содержащее основание-станину, рычаг-балку, с жестко закрепленными на ней клещами со сварочными электродами и фиксаторами-зажимами, и привод рычага в виде пневмоцилиндра (авт. свид. N 642110, B 23 K 11/10, 1979 г.).

Недостатком данного устройства является наличие жесткой связи между сварочными клещами и фиксаторами-зажимами, т.е. движутся клещи движутся и фиксаторы-зажимы, остановились клещи стоят и фиксаторы-зажимы и наоборот. Но очень часто из-за особенностей конструкции свариваемого изделия или линии, или клещей и фиксаторов-зажимов необходимо клещи со сварочными электродами и фиксаторы-зажимы перемещать на различные расстояния или углы. Например, клещи со сварочными электродами находятся уже в рабочем положении, и при дальнейшем их перемещении и один из электродов упрется в свариваемую деталь и будет деформировать ее, что приведет к браку, или из строя выйдут сварочные клещи, а фиксаторы-зажимы еще не зафиксировали и не зажали свариваемые детали. При отводе механизма в исходное положение клещи со сварочными электродами будут уже находиться в положении, когда их дальнейшее перемещение грозит или их поломкой, или деформацией свариваемого изделия, а фиксаторы-зажимы находятся еще в положении, когда их невозможно удалить из зоны передвижения свариваемого изделия с позиции на позицию, т.е. клещи со сварочными электродами должны или останавливаться раньше, или начинать двигаться позже, чем фиксаторы-зажимы. Рассматриваемое устройство этого сделать не позволяет. Кроме того, рассматриваемое устройство позволяет фиксировать и зажимать свариваемые детали только по наружному контуру. При сборке и сварке таких изделий, как кабины и кузова автомобилей, для фиксации и зажима свариваемых деталей часть фиксаторов-зажимов необходимо завести внутрь свариваемого изделия через отверстия, имеющиеся в свариваемых деталях (оконные и дверные проемы) Все вышеизложенное снижает возможности применения устройства в производстве, затрудняя автоматизацию и роботизацию технологических процессов.

Известно также устройство для сборки и контактной точечной сварки, содержащее основание-станину, сварочные электроды с приводом сжатия, механизмом подвода сварочных электродов к местам сварки с приводом, механизм фиксации и зажима свариваемых деталей с приводом (см. авт. свид. N 642109, B 23 K 11/10, 1979 г.).

Наличие отдельных механизмов для подвода сварочных электродов и для фиксации и зажима свариваемых деталей со своими приводами значительно усложняет кинематическую, пневматическую и электрическую схему устройства, резко снижая его надежность, повышая вероятность отказов, поломок и аварий, что влечет увеличение времени простоев, расходов на обслуживание и ремонт.

Кроме того, в практике проектирования оборудования, особенно автоматических роботизированных линий и комплексов для сборки и сварки сложных пространственных крупногабаритных изделий, типа кабин и кузовов автомобилей, возникают ситуации, когда из-за большой концентрации механизмов трудно и даже невозможно разместить все механизмы, необходимые для сборки и сварки. Чаще всего это касается механизмов для фиксации и зажима свариваемых деталей, т. к. они считаются как бы вспомогательным, хотя без них нельзя получить качественного сварного соединения. Приходится увеличивать количество рабочих позиций линии, а это удлиняет ее, что сделать не всегда (особенно при проектировании оборудования для действующего производства) возможно из-за отсутствия свободных производственных площадей. Размещение же механизмов фиксации и зажима свариваемых деталей, во-первых, не на каждом типе транспортной системы возможно из-за необходимости подвода к ним электрических, пневматических и других коммуникаций; во-вторых, резко усложняет транспортную систему, загораживает доступ к местам сварки, затрудняет съем готового изделия, а для изделий типа кабин и кузовов автомобилей вообще невозможно. Все это ограничивает номенклатуру изделий, которые можно изготовить с помощью этого устройства, затрудняет автоматизацию и роботизацию технологических процессов.

Наиболее близким к изобретению является устройство (клещи) для контактной точечной сварки, содержащее основание, сварочные электроды, рычаги с фиксаторами-зажимами и шарнирно связанный с основанием пневмоцилиндр привода сжатия (авт. свид. N 810410, B 23 K 11/28, 1981 г.).

Несмотря на кажущуюся относительную простоту, достигаемую тем, что подачу сварочных электродов к месту сварки фиксация-зажим свариваемого изделия и создание сварочного усилия обеспечивается одним пневмоцилиндром, данное устройство имеет ряд существенных недостатков, значительно снижающих его технологические возможности.

Конструкция устройства такова, что сначала к свариваемому изделию до соприкосновения с ним подводятся сварочные электроды, и лишь затем свариваемые детали фиксируются и зажимаются, причем сварочное усилие создается рычагом фиксации-зажима, который прижимает изделие к электродам. Поэтому ход сварочных электродов должен быть точно отрегулирован и строго ограничен, так как, если после соприкосновения с изделием они будут продолжать двигаться, то, из-за того что свариваемые детали не зафиксированы и не закреплены, электроды сдвинут их с места. В результате будет нарушена геометрия сварного соединения и изделия, что приведет к браку. Предположим, что мы точно отрегулировали ход сварочных электродов и они останавливаются сразу после вхождения в контакт со свариваемыми деталями. Но сварочный электрод для контактной сварки деталь быстроизнашиваемая. После нескольких сварок между электродами и свариваемым изделием будет не контакт, а зазор. Для его устранения требуется остановка устройства и регулирование хода сварочных электродов. Это значительно снижает производительность труда, а в массовом и крупносерийном производствах для сварки точных и жестких изделий применение данного устройства не желательно, так как оно будет большее время простаивать на наладке и регулировке, чем работать. Устройство пригодно для изготовления изделий, к которым не предъявляются высокие требования по точности размеров и геометрии формы, например арматурных сеток, для которых и предназначено рассматриваемое устройство, и которые могут легко изгибаться или перемещаться под действием усилия рычаг фиксации-зажима и прижиматься к сварочным электродам. Для изготовления таких жестких изделий, как кабин и кузовов автомобилей, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров, сопряжению свариваемых деталей и геометpии формы, данное устройство не пригодно.

Кроме того, устройство позволяет подводить сварочные электроды к изделию только с одной стороны, т.е. может производиться только односторонняя сварка. В производстве требуется применение как односторонней, так и двусторонней сварки. А односторонняя сварка предъявляет дополнительные требования к свариваемым деталям: дальняя от электродов деталь должна иметь большую толщину, чем ближняя, или к ней должна подводиться токопроводящая замыкающая подушка. Это снижает температуру изделий, для сварки которых можно применить данное устройство, т.е. снижает его технологические возможности. Сварочные электроды в рассматриваемом устройстве подводятся к свариваемому изделию прямолинейно, что не позволяет им обходить различные выступающие элементы: усиливающие выштамповки, ребра, отбортовки и т.п. Это опять-таки уменьшает номенклатуру свариваемых изделий, т.е. снижает технологические возможности устройства.

Все вышесказанное делает невозможным применение данного устройства в роботизированных и автоматизированных комплексах и линиях.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей устройства, повышение производительности и надежности его работы.

Для достижения указанной цели устройство снабжено дополнительными рычагами для установки сварочных электродов и упорами для ограничения поворота рычагов, по крайней мере один из рычагов, несущих фиксаторы-зажимы, имеет общую ось поворота с рычагом, несущим сварочный электрод, один из этих рычагов, имеющий меньший угол поворота, снабжен жестко закрепленным на нем пальцем, а второй шарнирно связан с пневмоцилиндром и выполнен с пазом по форме дуги окружности с центром оси поворота этих рычагов, свободный конец пальца размещен в указанном пазу, а длина паза рассчитывается по формуле:

где l длина паза;
R радиус окружности паза, равный расстоянию от центра оси поворота рычагов до центра пальца;
Dv разница между углами поворота рычагов, связанных пальцем;
d диаметр конца пальца, находящегося в пазу.

Рычаги с фиксаторами-зажимами шарнирно связаны между собой серьгами. Привод осуществляется от пневмоцилиндра, шарнирно закрепленного на основании и шарнирно связанного с рычагом, имеющим большее перемещение. Для ограничения перемещения рычага, имеющего меньший угол поворота, имеются упоры на основании.

На фиг. 1 изображено устройство в рабочем положении; на фиг. 2 -> то же в исходном положении; на фиг. 3 вид А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство состоит из основания 1, в котором на осях 2, 3 шарнирно закреплены рычаги 4, 5, 6. На рычаге 4 смонтированы клещи со сварочными электродами 7, а на рычагах 5, 6 фиксаторы-зажимы 8, 9. Рычаги 4, 5, имеющие ось 2, связаны между собой пальцем 10, жестко закрепленным на рычаге 4, имеющем меньший угол поворота и находящемся в пазу 11 рычага 5, имеющем больший угол поворота. Рычаги 5, 6 имеющие фиксаторы-зажимы 8, 9 шарнирно связаны серьгой 12. Привод устройства выполнен в виде пневмоцилиндра 13, шарнирно закрепленного на основании 1 оси 14. Шток 15 пневмоцилиндра 13 шарнирно связан с рычагом, имеющий больший угол поворота, в данном случае с рычагом 5. Для ограничения угла поворота рычага 4 на основании установлены регулируемые упоры 16, 17. Упор 18 служит для ограничения движения основания 1 при подходе его к свариваемым деталям, например к деталям 19, 20, 21 кабины автомобиля ГАЗ-3307. На конце пальца 10, находящемся в пазу 11, для снижения трения установлен ролик 22. Основание 1 имеет возможность подводиться к свариваемым деталям и отводиться от них поворотом вокруг оси 23. Привод поворота не показан. Устройство показано для случая, когда сварочные электроды имеют меньшее перемещение, чем фиксаторы-зажимы. Для случая, когда фиксаторы-зажимы должны иметь меньшее перемещение, чем сварочные электроды, палец 10 жестко крепится на рычаге 5, а паз 11 выполняется в рычаге 4, и шток 15 пневмоцилиндра 13 также соединяется с рычагом 4. Свариваемые детали 19, 20, 21 показаны на фиг. 1 в сечении действия фиксаторов-зажимов и частично в месте сварки; на фиг. 2 в сечении действия фиксаторов-зажимов.

Устройство работает следующим образом. Транспортная система автоматической линии (не показана) подает свариваемые детали 19, 20, 21 на рабочую позицию для сварки. Основание 1 поворотом вокруг оси 23 подается к месту сварки до тех пор, пока упор 18 не упрется в деталь 21. При этом устройство ставится в исходное положение (см. фиг. 2). Далее воздух подается в рабочую полость цилиндра 13, шток 15 которого выдвигаясь, будет поворачивать рычаг 5 вокруг оси 2. Рычаг 5 через серьгу 12 взаимодействует с рычагом 6, поворачивая его вокруг оси 3, а через палец 10 с рычагом 4. Вариантов взаимодействия между рычагами 4 и 5 может быть великое множество, хотя конечный результат будет один. Рассмотрим два крайних варианта.

Предположим, что трение между рычагом 22, пальцем 10 и стенками паза 11 достаточно велико, чтобы привести в движение рычаг 4. Тогда вместе с рычагом 5 начнет двигаться и рычаг 4. Он будет двигаться до тех пор, пока не упрется в упор 17. Рычаг 4 с несущими сварочными электродами 7 остановится, а рычаг 5 под действием пневмоцилиндра будет продолжать перемещение, при этом ролик 22 покатится по пазу 11. Движение должно продолжаться до тех пор, пока торец паза 11 не упрется в ролик 22. Фиксаторы-зажимы 8, 9 при этом должны зафиксировать и зажать свариваемые детали 19, 20, 21, причем фиксатор 9 действует внутри свариваемого изделия.

Если же трение между пальцем 10, роликом 22 и стенками паза 11 незначительно, то в начальный момент рычаг 5 будет двигаться, а рычаг 4 стоять на месте. Ролик 22 при этом будет катиться по пазу 11 до тех пор, пока торец паза не упрется в него, т.е. до конца паза 11. После этого рычаг 4 придет в движение и будет двигаться вместе с рычагом 5 пока не упрется в упор 17. В этом случае движение всех рычагов прекратится одновременно. Положение сварочных электродов 7 и фиксаторов-зажимов будет такое же, как и в 1-ом варианте (см. фиг. 1).

Если бы рычаг 4 поворачивался на один угол вместе с рычагом 5, то тогда бы сварочные электроды 7 уперлись в деталь 19 и/или бы сдеформировали ее, что привело бы к браку, или бы изломались сами, что создало бы аварийную ситуацию.

А если бы угол поворота рычаг 5 был равен углу поворота рычага 4, то фиксаторы-зажимы 8, 9 не зафиксировали бы и не зажали свариваемые детали 19, 20, 21, что привело бы к нарушению геометрии и размеров сваренного изделия, к некачественной сварке, т.е. к браку.

После установки устройства в рабочее положение (см. фиг. 1) происходит сварка. После сварки дается команда на возврат устройства в исходное положение. Воздух подается в штоковую полость пневмоцилиндра 13, шток 15 которого, втягиваясь, будет поворачивать рычаг 5 вокруг оси 2. Рычаг 5 через серьгу 12 будет поворачивать рычаг 6 вокруг оси 3 и через ролик 22 и палец 10 взаимодействовать с рычагом 4. Это взаимодействие, как и при установке устройства в рабочее положение, может иметь множество вариантов с одним конечным итогом. Рассмотрим два крайние.

Трение между пальцами 10, роликом 22 и стенками паза 11 велико и рычаг 4 начинает двигаться вместе с рычагом 5 и движется с ним, пока не упрется в упор 16. Рычаг 4 со сварочными электродами 7 остановится, а рычаг 5 вместе с рычагом 6, благодаря пазу 11, будет продолжать движение до тех пор, пока торец паза 11 не упрется в ролик 22.

После этого сварные электроды 7 и фиксаторы-зажимы 8, 9 установятся в исходном положении и устройство будет готово к отводу от свариваемого изделия поворотом основания 1 вокруг оси 23, чтобы освободить зону перемещения свариваемого изделия транспортной системой линии.

Если же трение между пальцем 10, роликом 22 и стенками паза 11 мало, то, после того как рычаг 5 начнет двигаться, рычаг 4 будет оставаться в покое пока торец паза 11 не упрется в ролик 22. После этого рычаг 4 будет двигаться вместе с рычагом 5 до тех пор, пока не упрется в упор 16. Рычаги 4, 5, 6 прекратят движение, установив сварные электроды 7 и фиксаторы-зажимы 8, 9 в исходное положение (см. фиг. 2).

Если бы рычаг 4 поворачивался на такой же угол, на какой поворачивается рычаг 5, сварные электроды 7 уперлись бы в деталь 21 и сдеформировали ее, что привело бы к браку. А если бы рычаг 5 поворачивался на угол, на который поворачивается рычаг 4, то тогда фиксаторы-зажимы 8, 9 заняли положение, при котором при отводе устройства от свариваемых деталей для освобождения зоны их перемещения с позиции на позицию они уперлись бы в свариваемые детали, а это привело бы к браку и/или аварии.

Итак, конечные положения сварных электродов 7 определяются упорами 16, 17, а фиксаторов-зажимов 8, 9 еще и длиной паза 11, которая должна иметь определенную величину, рассчитываемую по формуле:

где R радиус паза (расстояние от центра оси 2 до центра пальца 11);
Φ₁ угол поворота рычага 5;
Φ₂ угол поворота рычага 4;
d_р диаметр ролика 22.

Все эти параметры определяются конструктивно при конкретном проектировании, исходя из размеров и геометрии свариваемых деталей, сварочного инструмента и т.д.

Преимущества заявленного устройства по сравнению с известным.

1. Значительно упрощается обслуживание устройства. Так как в заявленном устройстве не требуется строгое ограничение и настройка хода сварочных электродов при их подводе к свариваемому изделию, отпадает необходимость в точной регулировке этого хода, которая необходима в известном устройстве, и которую необходимо повторять по мере износа сварочных электродов. Это значительно сокращает время на наладку и регулировку устройства, повышает его производительность и надежность.

2. Повышается качество свариваемых изделий и снижаются потери от брака. Так как ход сварочных электродов при их подводе к свариваемому изделию в известном устройстве ограничен и обеспечивает прижатие их к изделию для создания электрического контакта и сварочного усилия, то по мере износа электродов это усилие уменьшается, т.е. нарушается контакт и режим сварки - повышается контактное сопротивление, уменьшаются сварочный ток и сварочное усилие. В принципе может наступить такой момент, когда электрод не коснется изделия, т.е. не будет контакта. Это может привести к непроварам, выплескам, прожогам и даже к полному отсутствию сварки. В заявленном устройстве строгое ограничение хода электродов отсутствует, поэтому всегда обеспечен контакт между электродами и изделием и создается необходимое по режиму сварки усилие сжатия электродов, что обеспечивает качественную сварку. А это повышает качество свариваемого изделия и снижает потери от брака, возникающие в результате прожогов, что не допустимо для таких изделий, как кабины и кузова автомобилей.

Использование: в области сварочной техники, а именно в автоматических роботизированных линиях и комплексах для производства сложных пространственных крупногабаритных изделий типа кабин и кузовов автомобилей. Сущность изобретения: устройство снабжено рычагами 4, 5 и 6 и упорами 16 и 17 для ограничения поворота рычагов 4 и 5. На рычаге 4 смонтированы сварочные клещи 7, а на рычагах 5, 6 - фиксаторы - зажимы 8, 9. Один из рычагов, несущий фиксаторы-зажимы 8, 9, имеет общую ось поворота с рычагом 4. Рычаг 4, имеющий меньший угол поворота, снабжен жестко закрепленным на нем пальцем 10, а второй рычаг 5 шарнирно связан с пневмоцилиндром 13 и выполнен с пазом 11 по форме дуги окружности с центром, совпадающим с центром оси поворота этих рычагов. Свободный конец пальца 10 размещен в указанном пазу 11. 4 ил.

Устройство для контактной точечной сварки, содержащее основание, сварочные электроды, рычаги с фиксаторами-зажимами и шарнирно связанный с основанием пневмоцилиндр привода сжатия, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными рычагами для установки сварочных электродов и упорами для ограничения поворота рычагов, по крайней мере один из рычагов, несущих фиксаторы-зажимы, имеет общую ось поворота с рычагом, несущим сварочные электроды, один из этих рычагов, имеющий меньший угол поворота, снабжен жестко закрепленным на нем пальцем, а второй шарнирно связан с пневмоцилиндром и выполнен с пазом по форме дуги окружности с центром, совпадающим с центром оси поворота этих рычагов, свободный конец пальца размещен в указанном пазу, а длина паза рассчитывается по формуле
,
где R радиус окружности паза;
ΔΦ разница между углами поворота связанных пальцами рычагов;
d диаметр конца пальца, находящегося в пазу.