Способ шовной роликовой сварки деталей с криволинейным профилем и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B23K11/06 

Изобретенне относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании оборудования для шовной роликовой сварки.,

Целью является расширение технологических возможностей путем более простой подачи громоздких и тяжелых заготовок и облегчения переналадки оборудования.

Способ заключается в согласовании скоростей роликовых электродов и заготовки о

Возможные отклонения от заданного контура шва роликовой сварки проявляются в различии скоростей, которое определяется прямо или косвенно. При этом прежде всего контролируется отношение обеих скоростей друг к другу, а не возможное отклонение от заданного абсолютного значения.

Коррекция возможных отклонений шва достигается простым способом бех дополнительных приводов вращения путем согласования обеих скоростей посредством кратковременной перекомпенсации возникшей разницы. При этом, в принципе, безразлично, от какого привода исходит эта разница. При

СЛ

4Ь Јь

С&

О4

коррекции подрегулировке может быть подвергнут или привод роликовых электродов, или привод манипулятора.

Контроль синхронности скоростей подачи может производиться различными способами. Прежде всего, можно непосредственно измерять и сопоставлять друг с другом скорость подачи манипулятором и скорость подачи роликами посредством датчиков скорости. Возможность точного контроля вне зависимости от величины и формы движимой части обеспечивает применение датчика перемещения, который устанавливает отклонение шва как движение или момент одной из обеих частей вокруг своего держателя.

Способ обеспечивает выполнение швов роликовой сварки любой сложности. Преимуществом явпяется также возможность быстрой коррекции всех отклонений шва от эаааиного контура независимо от того, явились ли они следствием деформации в результате рассогласования скоростей или произошли вследствие других факторов.

Обеспечивается возможность надежного наложения криволинейных швов, при этом не возникает скольжения между роликовыми электродами и заготовкой, что могло бы отрицательно отразиться на правильности прохождения шва. При этом достигается высокое качество сварного шва, так как происходит компенсация таких внешних влияний, какими являются, например, частичная замена материала, повышение температуры и пр.

Для подачи движимой части (заготовки) рекомендуется применять манипулятор с контурным программным управлением, предпочтительно многоосный промышленный робот. Контурное программное управление осуществляется в этом случае на основе программы, которую можно просто заменить при установке другой заготовки. Промышленный робот с контурным программным управлением может также производить доставку и отвод заготовок.

Рекомендуется располагать датчик перемещения на держателе манипулятора и вводить измерительные сигналы в управляющее устройство манипулятора для дополнительной регулировки скорости подачи. Это имеет особое значение при сварке заготовок с изогнутым контуром шва. При этом рекоменду0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ется, в частности, располагать держатель и датчик перемещения таким образом по отношению к заготовке, чтобы они находились приблизительно на одинаковом расстоянии от всех центральных точек радиусов закруглений шва. Благодаря этому предотвращаются неодинаковые и слишком высокие скорости на держателе.

При обработке заготовок, геометрия которых не допускает такого расположения, рекомендуется держатель и датчик перемещения соединять с возможностью перестановки с заготовкой или ее зажимным устройством посредством одной или нескольких дополнительных осей. Датчик перемещения может быть также жестко соединен с зажимным устройством и перемещаться вместе с последним при его перестановке относительно держателя. Благодаря возможности перестановки можно изменять (предпочтительно уменьшать) расстояния до центральных точек радиусов и ограничивать скорость манипулятора.

Различия между скоростью подачи роликовых электродов и скоростью перемещения заготовки в точке зажима между роликовыми электродами или вызванное другими причинами отклонение роликовых электродов от контура шва приводят к перетяжке или закручиванию заготовки вокруг держателя манипулятора. С помощью датчика перемещения, предпочтительно датчика крутящего момента, обладающего высокой чувствительностью, может быть измерена как величина, так и направление возникшего момента. Чувствительность может быть еще больше повышена посредством увеличения базы измерения с помощью консолей. В приведенном примере швов роликовой сварки проходит в одной плоскости, вследствие чего измерению подлежат, только моменты вокруг вертикальной оси этой плоскости. Для более сложных контуров швов роликовой сварки требуются соответственно более сложные датчики крутящего момента, способные производить измерение сил и моментов в нескольких осях (до шести).

На фиг.1 представлены машина для роликовой сварки, вид сбоку,и заготовка, перемещаемая с помощью манипулятора; на фиг.2 - вид А на фигН; на фиг.З и 4 - варианты исполнения

515

датчика крутящего момента; на фиг. 5- принципиальная схема регулирования; . на фиг.6 - держатель с дополнительным регулировочным устройством; на

фиг.7 - заготовка с регулировочным устройством.

На фиг. 1-7 показаны машина 1 для роликовой сварки, заготовка 2, роликовый электрод 3, манипулятор (промыш ленный робот) 4, держатель 5, датчик 6 перемещения, датчик 7 крутящего момента, консоль 8, управляющее устройство 9 промышленного робота, фланец 10, шов 11 роликовой сварки, центральная точка 12 радиуса закругления, зажим 13, тензометрическая полоска 14, перемычка 15, выемка 16, мостовая схема 17, схема 18 согласования, согласующий шлейф 19, направля ющая рама 20, исполнительный привод 21.

Стационарная машина 1 для роликовой сварки снабжена двумя установленными друг против друга роликовыми

электродами 3, приводимыми в движение отдельно или совместно. Заготовка 2 представляет собой бак или подобное изделие, обе половины которого предварительно прихвачены к вра- щающему фланцу 10 и должны быть сварены с помощью машины 1 для роликовой сварки (см.фиг.2). Заготовка 2 укреплена на зажиме 13, который через датчик 6 перемещения соединен с держателем 5 манипулятора 4 (промышленного робота). Промышленный робот 4 приводится в действие посредством контурного управления, программа которого представлена в блоке 9 управ- ления. Благодаря этому отпадает необходимость в кулисах, упорах и т.п.

При осуществлении процесса сварки вращающийся фланец 10 находится в фрикционном соединении с обоими ро- ликовыми электродами Р3, которые перемещают заготовку 2 в направлении стрелки (см.фиг.2). При этом известным способом осуществляется процесс роликовой сварки вдоль проходящего по фланцу 10 шва 11 роликовой сварки. Заготовка 2 направляется и приводится в движение с помощью промышленного робота 4. Направление движения и скорость подачи определяются устройством кон- турного управления, в котором запрограммированы характеристики шва роликовой сварки. Промышленный робот ведет заготовку 2 вдоль продольных сто

5

5 0

5

0 5 0

5 0 g

1766

рон фланца 10 по прямой линии между роликовыми электродами 3 и поворачивает ее на угловых участках или закруглениях фланца таким образом, что оба направления подачи постоянно согласуются между собой. Контурное программное управление так согласовано при этом с машиной 1 для роликовой сварки, что скорость, с которой фланец Ю перемещается через роликовые электроды 3, равна скорости подачи i

роликовых электродов 3.

В результате износа роликовых электродов 3 вследствие скольжения, неравномерностей фланца 10 или по другим причинам может возникнуть различие между скоростью подачи манипулятора 4 и скоростью подачи роликовых электродов 3. При сохранении фрикционного соединения между роликовыми электг родами и фланцем 10 возникает момент вокруг держателя 5, находящегося на некотором расстоянии от места зажима, что ведет к деформации или отклонению пути движения заготовки 2. В обоих случаях появляется отклонение роликовых электродов от заданного контура шва 11. Особенно критический характер это явление имеет в зонах закругления фланца 10. Крутящий момент возникает также тогда, когда несмотря на одинаковые скорости подачи роликовые электроды 3 отклоняются от заданного контура 11 вследствие неточности контурного управления или по другим причинам.

Неодинаковая пара сил подачи, вызывающая крутящий момент, возникает также в том случае, когда в месте зажима между роликовыми электродами 3 возникает проскальзывание. Это может отрицательно сказаться на качестве шва и соблюдении заданного контура шва 11.

Как показано на фиг.2, заготовка 2 крепится на зажиме 13. Зажим соединен через датчик 6 перемещения с держателем 5 промышленного робота. Держатель 5 представляет собой ведомый вращательный конечный элемент промышленного робота 4, так называемую механическую руку. Держатель 5 и датчик 6 перемещения соосны друг другу и соединены (при соблюдении некоторого расстояния от фланца 10) с зажимом 13 таким образом, что расстояние от них до всех центральных точек 12 радиусов закруглений фланца

10 одинаково о Величина и направление крутящего момента, действующего чере зажим 13, вокруг оси держателя 5 измеряются датчиком 6 перемещения.

Датчик 6 перемещения передает из« мерительный сигнал через схему, изображенную на фиг.5, на управляющее устройство 9 промышленного робота 4. Величина и направление крутящего мо- мента представляют собой аналоговые значения величины и направления отклонения контура шва или различия скоростей подачи, а также усилий подачи. Управляющее устройство 9 выравнивает это различие скоростей подачи и усилий подачи тем, что оно посредством наложения контурного управления повышает или понижает скорость подачи. Запрограммированное в устройстве контурного управления направление подачи при этом сохраняется „ При дополнительной регулировке скорости подачи происходит определенное перекомпенсирование, которое краткосрочно вызывает создание противонаправленной пары сил или крутящго момента. Вследствие этого возникшее отклонение контура шва не только устраняется, но достигается его ис- ходное положение, роликовые электроды 3 по дуге возвращаются на заданны контур ива 11 роликовой сварки, исчезает крутящий момент и заготовка 2 при нормальном функционирова нии устройства контурного управления продолжает свое движение.

Датчик 6 перемещения выполнен как датчик 7 крутящего момента (фиг„3 и 4

Согласно фиг.З датчик 7 крутящего момента состоит из цилиндрической трубки, в боковой поверхности которой выполнены выемки 16, разделенные упругими продольными перемычками 15. На перемычках 15 известным способом помещены тензометрические полоски 14 Крутящий момент, передаваемый через зажим 13, скручивает датчик 7 крутящего момента, при этом перемычки 15 сгибаются в соответствии с силой и направлением этого кручения.

Па фиг.4 показан вариант исполнения датчика 7 крутящего момента, согласно которому зажим 13 и держатель 5 расположены соосно друг другу с возможностью поворота вокруг продольной оси держателя. На зажиме 13 и держателе 5 укреплены две отстоящие друг от друга, но конгруэнт

5

г

g $ 0 0 5

0 5

0

5

но выступающие в радиальном направлении консоли 8, соединенные на концах упругими перемычками 15, покрытыми тензометрическими полосками 14. Благодаря увеличению расстояния между перемычками 15 и осью кручения повышается чувствительность измерений.

На фиг. 6 и 7 показано регулировочное устройство, с помощью которого может быть изменено расстояние между держателем 5 и центральными точками 12 радиусов. Такая возможность регулировки рекомендуется прежде всего для продолговатых и имеющих сложную конфигурацию заготовок. Чем больше вышеупомянутое расстояние, тем более высокими должны быть приложенные к держателю 5 угловые скорости, чтобы в месте зажима фланца 10 поворачивать заготовку с требуемой скоростью. Это создает проблемы в отношении процессов ускорения и торможения. С помощью регулировочного устройства, которое обеспечивает возможность изменения положения по - одной или нескольким осям, эти расстояния могут быть уменьшены.

Зажим 13 перемещается по направляющей раме 20 с возможностью поворота вокруг одной оси; его положение относительно держателя 5 и датчика 6 перемещения изменяется с помощью исполнительного привода 21. Направляющая рама 20 на другой стороне жестко соединена с датчиком 6 перемещения и передает на последний полученные с зажима 13 крутящие моменты. Исполнительный привод 21 соединен в соответствии с принципами автоматического регулирования с устройством контурного управления и состоит предпочтительно из электрического серводвигателя, снабженного датчиком перемещения и приводным шпинделем.

При обработке прямых участков фланца 10 держатель 5 и датчик 6 перемещения занимают центральное положение в регулировочном устройстве, которое совпадает с точкой пересечения соединительных прямых линий между центральными точками 12 радиусов (фиг. 7). Перед достижением закруглений фланца исполнительный привод 21 перемещает зажим 13 вместе с заготовкой 2, вследствие чего держатель 5 с датчиком 6 перемещения принимают относительно заготовки 2 положение, обозначенное пунктирной линией, при котором расстояния до соседних центральных точек 12 радиусов значительно уменьшены. Движение регулирования управляется при этом через устройство контурного управления и согласуется с движением подачи, осуществляемым промышленным роботом 4, с тем, чтобы скорость подачи, возникшая в месте зажима,не изменилась вследствие регулирования.Для оработки продольных прямых участков фланца зажим 13 перемещается обрат- но в центральное положение, а после этого в другое крайнее положение.

Для многослойного регулирования может быть применена выполненная в виде крестового суппорта или знало- гичного устройства направляющая рама 20 с соответствующим исполнительным приводом 21. Датчик 6 перемещения может быть укреплен на зажиме 13 или расположен с возможностью пере- мещения в самой направляющей раме 2Q. В этом случае он перемещается при регулировании.

На фиг.5 показана принципиальная схема дополнительной регулировки. Посредством датчика крутящего момента с тензометрическими полосками 14 определяется крутящий момент, возникающий вокруг продольной оси держателя 5, и измеряются его величина и направление. Измерительная схема работает при этом с высокой тактовой частотой которая делает возможным определение крутящего момента до того, как роликовые электроды 3 деист- вительно сойдут с контура шва 11 роликовой сварки.Измерительные сигналы расположенных в различных направлениях тензометрических полосок 14 поступают в мостовую схему 17, обрабаты- ваются там и пересчитываются в сигнал представляющий крутящий момент по величине и направлению. Через схему 18 согласования этот сигнал поступает в управляющее устройство 9 мани- пулятора 4 и перерабатывается в программе с наложением контурного управления. Скорость подачи повышается : или понижается до тех пор, пока датчик 7 крутящего момента сообщает о наличии момента. Через согласующий шлейф 19 и схему 18 согласования можно перед подачей новой заготов- ки 2 в машину 1 для роликовой сварки

произвести уравновешивание относително нуля датчика 7 крутящего момента.

Способ и устройство могут быть использованы также для других станков или инструментов,- когда подача заготовки производится через приводной инструмент.

Формула изобретения

1.Способ шовной роликовой сварки деталей с криволинейным профилем, при котором осуществляют перемещение деталей за счет вращения роликовых электродов и согласование скорости перемещения деталей со скоростью вращения роликовых электродов, отличающийся тем, что, с J

целью расширения технологических возможностей, осуществляют дополнительное принудительное постоянное перемещение деталей с той же скоростью и в том же направлении, что и скорость вращения роликовых электродов.

2.Устройство для шовной роликовой сварки деталей с криволинейным профилем, содержащее приводные роликовые электроды, манипулятор с держателем, установленный на держателе соосно ему с возможностью поворота зажим для свариваемых деталей и механизм согласования скорости перемещения держателя со скоростью вращения роликовых электродов, связанный

с регулятором скорости вращения держателя, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, оно снабжено приводом постоянного вращения держателя, механизм согласования выполнен в виде крутящего момента, установленного на держателе соосно ему и связанного с регулятором скорости вращения держателя, при этом датчик крутящего момента и держатель размещены на одинаковом расстоянии от центров закруглений зажима.

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что манипулятор выполнен в виде многозвенного промышленного робота.

4.Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем,что датчик крутящего момента выполнен в виде цилиндрической трубки с выемками

на боковой поверхности и тензометрических полосок, размещенных на перемычках между выемками,

5. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем5 что датчик крутящего момента выполнен в виде

двух закрепленных соответственно на зажиме и держателе консолей, перпендикулярных оси вращения зажима и соединенных друг с другом перемычками с тензометрическими полосками.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании оборудования для шовной роликовой сварки. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем более простой подачи громоздких и тяжелых заготовок и облегчения переналадки оборудования. Способ заключается в согласовании скоростей роликовых электродов и заготовки. При этом осуществляют принудительное постоянное перемещение заготовок. Это перемещение происходит с той же скоростью и в том же направлении, что и скорость вращения роликовых электродов. Устройство для осуществления способа состоит из роликовых электродов, манипулятора, механизма согласования, регулятора скорости вращения держателя и привода держателя. При возникновении разницы в скоростях заготовки и роликовых электродов производится подрегулировка одной из двух скоростей подачи посредством кратковременной перекомпенсации. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Вид А

фиг.,

&

,/,:аш

/-у

n

э-

фигЛ

г/

U Г

J J

(риг 5

,10

риг