На каких современных производствах широко применяется роботизированная точечная сварка

Обновлено: 10.01.2025

Сварочные роботы позволяют автоматически создавать металлические конструкции любой сложности: от велосипедной рамы до целого моста. Разнообразие моделей и возможность написать любое ПО для них способствуют тонкой кастомизации устройств под самые сложные проекты. В этой статье мы рассказываем о применении и возможностях роботов для автоматической сварки.

Автоматизация осуществляется ещё и с помощью 3D-печати. Принтеры сильно экономят время и затраты на рабочую силу. Активное применение этой технологии уже внедрено в работу американских и европейских производств.

Производителей робототехники слишком много, чтобы рассмотреть их всех в этой статье, так что упомянем лишь некоторых, самых известных: FANUC (Япония), KUKA (Германия), Hanwha (Южная Корея); также на рынке закрепляются производители коботов (co-bot — коллаборативный робот, спроектированный для работы с человеком), которые также могут быть модифицированы и применены для сварочных работ, такие как Universal Robots (Дания) и UFactory (Китай).

Как работает сварочный робот

Принцип работы устройств зависит от их типа, но всех роботов объединяет похожее строение.

Основу механизма составляет “рука” — нескольких металлических балок, соединённых с помощью подвижных элементов. На конце манипулятора находится рабочая головка, которая и осуществляет сварку.

Рука подвижна — чем больше на ней “суставов”, тем более сложную работу она способна выполнять. К устройству крепится оптический наводчик, позволяющий точно выбирать место для наложения шва.

Робот подключен к пульту управления, в котором установлено соответствующее ПО. Оно пишется для каждого проекта отдельно, что позволяет тонко кастомизировать возможности машины.

Виды сварочных роботов

Лазерные

Лазерная сварка применяется во многих областях: от автомобилестроения до конструирования космических кораблей. Её используют для создания деталей среднего и крупного размера.

Во время сварки лазер нагревает материал до температуры плавления. Луч фокусируется с помощью оптики и во время движения по прямой создаётся сварной шов. Для защиты от окисления используется инертный газ, обычно аргон.

Лазерная технология сочетается с другими видами соединения: точечной сваркой, склейкой и герметизацией.

Преимущества лазерной сварки:

Небольшие затраты, благодаря большой скорости соединения и высокому КПД;
Надежность — металл не подвергается ударам, не деформируется и не трескается;
Большая глубина шва при незначительной ширине.

Дуговые

Дуговой сварочный робот. Фото fanuc.eu.

Дуговая сварка — это обобщённый термин, включающий в себя такие методы, как MIG, TIG, MMA и другие. Во время работы устройства между электродом и металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет материал заготовки на свариваемых краях. Электрод может быть нерасходуемым и расходуемым. Во втором случае он плавится вместе с материалом и образует сварной шов.

Наиболее популярным методом дуговой нерасходуемой сварки является TIG с вольфрамовым электродом. Поскольку элемент не расплавляется, для защиты металла от окисления используют инертный газ, обычно аргон.

Главная проблема таких роботов — ПО, способное заставить машину правильно выполнить соединение деталей. Лучшие дуговые машины выпускают Kuka, Fanuc, Hanwha.

Точечные

Роботизированная точечная сварка — это самый распространённый вид контактной сварки Он применяется в производстве большинства металлических изделий.

Чаще всего роботы осуществляющие точечную сварку применяются в автомобильной промышленности, для соединения нескольких металлических листов. Но и в других отраслях такие машины востребованы.

Автоматизация точечной сварки — это быстрое, простое и недорогое решение. Роботы позволяют сэкономить на рабочей силе и времени производства.

Роботов для точечной сварки выпускают Kuka, Fanuc, Universal Robots и др.

Газовые

Преимуществом такого вида сварки является быстрое схватывание материала. Во время работы устройства газ непрерывно подаётся к сварочному наконечнику. Получается пламя, которое и служит источником нагрева. Металл раскаляется до температуры 2500-3000 градусов.

Газовая сварка — один из самых популярных видов соединения металлов в промышленности. Она легко интегрируется в роботизированные системы, поэтому автоматические устройства уже давно вошли в массовое производство. Благодаря роботам этот тип сварки — самый быстрый из существующих.

Сварочные роботы способны действовать в любом положении, что добавляет процессу гибкости. В современных устройствах есть защита от вредных паров, сварные швы обладают большой прочностью, а КПД машины позволяет извлекать из нее максимум пользы.

Плазменные

Технологии плазменной сварки применяются для сложных соединений. Благодаря высоким температурам сварка происходит практически мгновенно.

Роботизированная плазменная сварка (PAW) похожа на технологию TIG. Для работы используется сжатый ионизированный газ, проходящий через медное сопло. Тем самым достигается максимальная температура, позволяющая добиться минимального поперечного сечения сварного шва. Для плазменной сварки обычно используется тот же нерасходуемый вольфрам, что и для дуговой.

Роботы обеспечивают большую гибкость работы благодаря возможности настроить скорость и температуру.

Реальные примеры использования сварочных роботов

Мост, изготовленный с помощью сварочных роботов и 3D-печати

В течение трёх лет голландская компания MX3D работает над созданием самого необычного стального пешеходного моста в мире. Его каркас выполнен в виде скрученных металлических балок, создающих футуристический стиль. У конструкции будет реальное применение — её установят над каналом в Амстердаме.

Но самое интересное, что мост создаётся только с помощью сварочных роботов. Разработчики взяли аппараты, обычно применяемые в автомобильной промышленности и работающие на технологии дуговой сварки MIG.

В изготовлении используется метод 3D-печати. Программное обеспечение позволяет наращивать новые слои металла сложной формы по уже готовым макетам.

Первоначально планировалось установить роботов прямо над каналом и печатать мост на месте. Но, из-за сложности с реализацией, конструкция создается в мастерской.

Длина готового моста составляет 12,5 метров, на его создание ушло шесть месяцев. На печать затрачено 4500 кг нержавеющей стали и 1100 км проволоки. В 2019 году разработчики планируют ввести изделие в эксплуатацию.

Велосипед, напечатанный на 3D-принтере

Ещё один необычный пример использования сварочных роботов — велосипед из нержавеющей стали, сделанный с помощью 3D-технологий.

Это не первый байк, который изготавливается автоматическими системами. Раньше рамы делались на основе лазерной сварки из уже готовых компонентов. Этот же студенческий проект предусматривает использование 3D-печати вместе с роботизированной сварочной системой.

Робот создаёт шарик расплавленного металла, затем добавляет еще один поверх него, как только тот затвердеет. Таким образом появляются балки, которые свариваются, и получается рама.

Конечный продукт, под названием Arc Bicycle, весит примерно столько же, сколько обычный велосипед со стальной рамой, и вполне способен ездить по бездорожью.

Мини-робот от Kuka — один из самых маленьких и производительных аппаратов для автоматической сварки

Компактный размер этой модели позволит сэкономить рабочую площадь. Фото maschinenmarkt.vogel.de

Компания Kuka выпустила один из самых небольших стационарных сварочных роботов — WTG 1200. Размеры его рабочей ячейки всего 1200x800 мм — это самый маленький автоматический сварочный аппарат с технологией дуговой сварки.

Грузоподъёмность устройства — 6 кг, при этом оно оптимизировано для работы на особо высоких скоростях. Управление осуществляется с помощью пульта, можно включить автоматический или ручной режим.

Разработчики реализовали защиту для работников. Пока двери в камеру хранения материалов открыты, машина не запустится.

Устройство уже внедрено на различные производства. Как показала практика, с помощью этого робота производительность увеличилась до 50% благодаря высокой скорости работы системы.

Hyundai использует сварочных роботов в производстве кораблей

Hyundai Heavy Industries (HHI), одна из крупнейших судостроительных компании в мире, разработала миниатюрный сварочный робот для своих сотрудников. Устройство можно возить с собой, а потом прикрепить его к кораблю с помощью магнитов. Маленький робот увеличивает производительность труда в два-три раза.

Устройство весит всего 15 кг, высота — 15 см, длина — 50 см. Рабочая “рука” состоит из шести суставов, делающих её такой же подвижной, как и у человека. Устройство способно функционировать непрерывно, тем самым его производительность намного больше, чем у человека.

Небольшие размеры дают преимущество не только в транспортировке. Робот способен добраться до труднодоступных мест, где человек работать неспособен. HHI применяется не только в судостроении, но и в обслуживании морских нефтяных вышек. Поэтому робот получил несколько видов ПО, позволяющих ему выполнять различные действия на морских строительных площадках: резку стали, взрывные и покрасочные работы.

К тому же производительность увеличивается как минимум вдвое, так как один работник может одновременно контролировать двух-трех роботов.

Перспектива

Специалисты обещают, что сварочные роботы будут управляться с помощью мысли.

Учёные и инженеры планируют максимально автоматизировать процесс сварки. Уже сейчас разрабатывается технология, позволяющая управлять сварочным роботом силой мысли. Это возможно благодаря использованию нейроинтерфейса работающего по принципу энцефалографа.

Разработчики ставят задачу обезопасить процесс работы со сварочными роботами и ускорить создание металлических конструкций. Благодаря ЭЭГ человек будет находиться вдали от опасного производства, в связи с чем риск получить травму минимальный. Также увеличится скорость управления машинами, соответственно, вырастет КПД.

По словам разработчиков, объединение умов человека и машины позволит максимально эффективно использовать роботов для создания сложных конструкций. Машину не придётся программировать, что сильно сократит время на подготовку к работе — процесс будет осуществлять в реальном времени, с помощью мысли.

К человеку прикрепляются датчики ЭЭГ. Когда пользователь просматривает на экране компьютера фотографии соединений, которые потенциально могут быть сварены, программа распознаёт намерение, анализируя реакцию на нужный результат.

Пока технология испытывалась только в лаборатории, но в ближайшее время разработчики хотят внедрить её в промышленное производство для тестирования. Создатели утверждают, что их наработки помогут существенно снизить стоимость создания деталей с помощью роботов, особенно небольших партий. Из-за необходимости написания программ создание штучных продуктов неоправданно дорого. Использование живого оператора сократит стоимость процесса в десятки раз.

В будущем разработчики будут усложнять технологию, чтобы роботы могли создавать сложные конструкции без написания специализированного ПО.

Будущее автоматизированной сварки

Как показывают примеры, роботизация идёт полным ходом. Автоматические устройства уже давно стали неотъемлемой частью на производствах, а с появлением 3D-печати и новых ПО их возможности ограничиваются только человеческой фантазией.

Успехи энтузиастов и крупных компаний позволят уже в ближайшее время производить сложные конструкции с помощью автоматических систем. А это удешевит разработку, что скажется и на конечной цене.

Уже сейчас роботы используются в автомобильной промышленности, самолётостроении, в корабельной и космической отраслях.

Такие технологии, как управление системой с помощью мысли, будучи внедрёнными в массовое пользование, позволят создавать дешёвые детали для любых отраслей. Поэтому роботизированная сварка, ещё и дополненная 3D-печатью, скоро станет стандартом в работе с металлом.

Выбрать оборудование для автоматизации производства, в том числе сварочных роботов, получить исчерпывающую консультацию и сервис вы можете в Top 3D Shop.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира:

Роботы-сварщики: виды, особенности, лучшие модели

Работу крупного производства невозможно представить без роботизированной техники. В частности, осуществление сварки лучше доверить специальным роботам-сварщикам. Работа такого оборудования более продуктивна и отличается стабильным качеством, а также риски получить травму во время сварочных работ полностью исключаются.

Что такое робот-сварщик: назначение

Робот-сварщик – специализированного оборудование, которое используется при сварке транспорта и для изготовления различной металлической продукции в больших количествах. Такие аппараты выполняют однотипные операции с высокой скоростью. Они также способны выполнять различные виды задач как по отдельности, так и одновременно.

Особенности сварочных роботов и принцип работы

Сварочные роботы состоят из нескольких частей:

Блок управления. Он может быть как выносным (пульт управления), так и встроенным. При помощи электронного блока управления задаются различные параметры: координаты перемещения робота-сварщика, движение горелки по определённой траектории, определяются необходимые подготовительные действия (например, зачистка металла, обезжиривание), выставляются настройки процесса сварки (температура, вид обрабатываемого металла и т. д.).
Источник питания. В качестве элементов питания для электрических роботов-сварщиков могут выступать аккумуляторы (передвижные сварщики) или непосредственный источник электричества (стационарные модели). В газовых сварщиках используются баллоны с газом.
Преобразователь вольт-амперных характеристик.
Подающее устройство. Чаще всего в качестве такого устройства выступает управляемая рука-манипулятор. Она состоит из нескольких отрезков (от 3 до 6), соединённых поворотными узлами, и газовой горелки или сварочного электрода, при помощи которых производится сварка. Простые по конструкции манипуляторы способны поднимать до 25 кг веса.
Табло. Оно отражает выставленные характеристики, время, оставшееся до конца сварки, количество израсходованного газа или электричества и другие параметры.

Принцип работы робота-сварщика зависит от его типа и конструкции. В основном все подобные устройства имеют подвижную руку со сварочным устройством на конце. Чем больше на руке у робота узлов, тем больше операций он сможет выполнять. При наличии в конструкции оптического наводчика роботизированный аппарат может сам точно выбирать место для наложения шва.

Обычно после установки необходимых параметров и запуска машины оператор не принимает никакого участия в процессе сварки. При необходимости он может отключить машину или некоторые модели сделают это самостоятельно.

Роботы для лазерной сварки способны создавать глубокие сварочные швы с небольшой шириной благодаря большой скорости соединения и высокому КПД. Во время сварки материал нагревается лазером до температуры плавления, луч во время движения фокусируется при помощи оптики, и создаётся сварной шов. Для защиты от окисления металла дополнительно используется инертный газ.

Чаще всего лазерная сварка применяется в автомобиле- и кораблестроении. Также она нужна для создания крупных и средних по размеру деталей.

Точечная сварка считается наиболее распространённой для использования в роботах-сварщиках. Она применяется в производстве большинства видов металлических изделий.

Точечная контактная сварка востребована в различных видах промышленности, так как в исполнении роботами она быстрая, недорогая и просто выполняется.

Методы сварки, такие как MIG, TIG, MMA, объединяют в себе обобщённое понятие дуговая сварка. Дуговые сварочные роботы образуют электрическую дугу между электродом и металлом. Она расплавляет материал заготовки на свариваемых краях. Сварной шов образуется благодаря плавлению материала вместе с расходуемым электродом. Также в дуговой сварке может применяться нерасходуемый электрод (вольфрам). В этом случае используется инертный газ для защиты металла от окисления.

Роботизированная плазменная сварка (PAW) похожа на технологию дуговой сварки TIG. Для неё также используется нерасходуемый вольфрам. Дополнительно в процессе сварки применяется сжатый ионизированный газ. Он проходит через медное сопло, вследствие чего достигается максимальная температура, при помощи которой можно добиться минимального поперечного сечения сварного шва. Также благодаря высоким температурам процесс сварки занимает всего несколько секунд.

Технологии плазменной сварки применяются только для сложных соединений.

Газовая сварка легко интегрируется в роботизированные системы. Она быстро соединяет металлические материалы при помощи сварочного наконечника, который раскаляет металл до температуры 2 500–3 000 ºC.

Современные газовые роботы-сварщики имеют высокий КПД, защиту от вредных паров и высокую продуктивность работы. Это позволяет получать большие партии заготовок в короткие сроки с гарантированно высоким качеством сварного шва.

Лучшие промышленные роботы в сварочном производстве

Fanuc CR-14iAL

Коллаборативный робот Fanuc CR-14iA/L способен поднимать грузы весом до 14 кг и перемещать их на расстояние не более 82 см. Робот-сварщик способен работать среди людей без дополнительных ограждений или звуковых датчиков. Так как при контакте с человеком он останавливается. Это стало возможным благодаря встраиванию в конструкцию сенсорного стоп-датчика контактной безопасности.

Гибкость и небольшие габариты (296,5 ⨯ 235 мм) удлинённого корпуса позволяют роботу выполнять работы рядом со своим основанием, что особо актуально в небольших помещениях.

Программировать модель легко вручную при помощи панели управления iHMI.

Коллаборативный робот Fanuc CR-15iA

Работа робота Fanuc CR-15iA осуществляется при помощи сенсорного датчика FANUC Force, который встроен в основание оборудования. За распознание предметов ответственны датчики: пространственный 3D FANUC и зрения Vision FANUC.

Запрограммировать роботизированное устройство можно различными способами:

используя FANUC Teach Pendant или автономное устройство;
применив руководство FANUC Hand Guidance, при помощи которого можно провести робота через точки движения или по определённой траектории, необходимой для выполнения задачи и записи пути.

Модель CR-15iA очень компактна, поэтому идеально подходит для погрузочно-разгрузочных работ. Максимальная грузоподъемность аппарата составляет 15 кг. По вертикали аппарат может поднять детали и ящики на высоту 2,41 м, горизонтально – вытянуться на расстояние 1,44 м.

Коллаборативный робот Hanwha HCR-3A

Робот Hanwha HCR-3A подходит для выполнения задач с малым весом (не более 3 кг). При помощи данного роботизированного оборудования легко автоматизируются различные виды повторяющихся действий, таких как: проверка, сборка, полировка, складирование и паллетирование (укладка) объектов; завинчивание деталей; обслуживание станков.

В связи с большим количеством выполняемых операций робот может использоваться в различных отраслях промышленности:

сварочное производство;
металлургия;
производство микросхем;
сборка и комплектовка на складах;
литье;
лакокрасочное производство.

Модель изготовлена согласно стандартам безопасности, которые позволяют использовать роботизированный аппарат для совместной с человеком работы. Наличие большого количества сенсоров позволяет создать удобную рабочую среду для сотрудников, так как при обнаружении малейшего столкновения с любым объектом робот мгновенно останавливается.

Робот-рука для сварки Kuka WTG 1200

Автоматический сварочный аппарат Kuka WTG 1200 оснащён технологией дуговой сварки. Общие габариты у робота компактные – 1,2 ⨯ 0,8 м. Максимальная грузоподъёмность оборудования равна 6 кг.

Высокая скорость работы системы позволила внедрить устройство на различные производства. Управление роботом очень простое, оно осуществляется при помощи пульта. Работа аппарата возможна в ручном или автоматическом режиме.

Для работников обеспечена защита от травм. Машина остаётся автоматически заблокированной и не может запуститься до тех пор, пока двери в камеру хранения материалов открыты.

Перспектива использования роботов-сварщиков

Максимально автоматизированный процесс сварки позволит получать заготовки идеального качества в короткие сроки. При этом исключаются риски травматизма и непосредственного участия человека в процессе.

Учёные и инженеры считают оптимальным вариантом внедрение в робота-сварщика нейроинтерфейса, задействуя который, можно управлять процессом при помощи силы мысли вдали от опасного производства. Нейроинтерфейс работает по принципу электроэнцефалограммы: к человеку присоединяются датчики ЭЭГ, и в тот момент, когда он просматривает изображения сварных соединений, ПО робота распознаёт и запоминает необходимый результат.

Важно! Использование нейроинтерфейса позволит совсем не программировать робота-сварщика. Достаточно будет только силой мысли передать ему изображение. Благодаря такой технологии экономятся время и средства, затрачиваемые на программирование и написание программы для конкретного вида сварки. Вследствие этого стоимость готовой детали значительно уменьшается.

В перспективе использование сварочных роботов будет широко распространено в отраслях, в которых требуется исключение участия человека из процесса производства. Роботизированные механизмы способны проводить сварку любой сложности, а также работать при неблагоприятных для человека условиях.

Роботы-сварщики на смену человеку

Там, где нужна точность и качество сварки, работают профессиональные мастера. Но этот вариант подходит только для штучного производства деталей. На конвейере или в условиях агрессивной среды требуются другие методы и способы сварки. Например, роботизированные манипуляторы. Или сварочные роботы .

Роботизированная сварка: что это такое

Какого-либо общего определения данного термина не существует. Обычно под роботизированной сваркой подразумевают такой тип сварки, при котором работа проходит в автоматическом режиме. Металлические детали подаются на участок конвейера или зону сборки, где происходит их соединение между собой. Элементы скрепляют методом сплавления металла в точке варки посредством высоких температур. При этом сварочный аппарат работает самостоятельно по заданной программе. Либо частично или полностью управляется оператором.

Справка! Сварочные роботы появились в середине прошлого столетия. Одним из первых аппаратов принято считать устройство Unimate. Его использовала компания General Motors в 1969 году на автоматизированной линии точечной сварки кузовов. Тогда на конвейер установили сразу 26 роботизированных сварочных аппаратов.

Работа с помощью роботизированного сварочного аппарата имеет ряд преимуществ:

скорость и производительность;
безостановочный процесс, исключение «человеческого фактора»;
высокая точность сварки, отличное качество варочных швов;
работа в агрессивных средах.

Несмотря на список достоинств, повсеместная роботизация пока недоступна массовому потребителю. Чаще всего автоматические устройства заказывают крупные предприятия автомобилестроения, машиностроения, авиационные заводы. Но эта тенденция понемногу меняется.

Статистика! Ежегодно доля сварочных роботов, ввозимых на территорию РФ, составляет порядка 30 % от общего количества всех программируемых автоматических устройств.

Устройство сварочного робота

Конструкция сварочного роботизированного устройства практически идентична манипуляционному роботу. В его основе лежат несколько базовых элементов:

Рука-манипулятор. Подвижная часть робота, которая может состоять из нескольких сочленений. Манипулятор имеет разные степени свободы в зависимости от конкретной модели.
Сварочная головка. Находится на конце кисти манипулятора.
Стационарная колонна или подвижная платформа, на которую крепится робот.
Подающий механизм.
Блок управления, отвечающий за организацию работы.

Также на роботе стоят датчики обратной связи, оптические сенсоры и другие измерительные устройства, которые помогают машине ориентироваться в пространстве и выполнять свою работу. Для дуговой сварки нужен баллон с инертным газом.

Схематичное изображение робота-манипулятора

Конструкция автоматического сварочного аппарата отличается в зависимости от решаемых задач.

Важно! Устройства могут работать по одиночке, но чаще всего выполняют задачу в связке с одним или несколькими роботизированными устройствами. Такие рабочие группы объединяют в роботизированные комплексы. Размер комплекса зависит от разных факторов: масштабов производства, сложности конечной детали, сроков на изготовление и проч.

На производстве принято различать роботизированные устройства по типу конструкции:

Последовательной структуры. Это относительно простые роботы. Исполнительный механизм выполнен в виде одной открытой кинематической цепи. Сюда относятся большинство современных коботов и программируемых роботов.
Параллельной структуры. Более сложные аппараты с несколькими кинематическими цепями. Конструкция намного жестче, рабочий объем меньше. При этом стоят они больше, чем аппараты из первой группы.
Мобильные сварочные роботы. Используются при изготовлении крупных изделий. Например, в судостроении. К ним можно отнести сварочные колонны и сварочные порталы.
Роботизированные комплексы. Масштабные производственные линии, в которые входят большое количество сварочных роботов.

Три вида сварочных роботов: последовательной структуры (кобот), сварочная колонна и портал.

Каждое устройство имеет свои плюсы и минусы. Но главное условие для всех – точность варки.

Как добиться точности роботизации сварки?

Существует четыре способа по увеличению точности работы:

Исключение неточностей сборки сочленений робота, коррекция ошибок нулевых датчиков, которые отвечают за углы поворота суставов робота. Чтобы свести действие данных факторов к минимуму, нужно использовать специальное ПО, учитывающее подобные ошибки.
Внесение G-кодов. Использование специальных программ, которые корректно преобразуют трехмерные файлы CAD/CAM в G-коды.
Сокращение микровибраций. Они происходят из-за использования в роботах редукторов с низким мертвым ходом. Иногда возникают микроимпульсы, которые могут отразиться на точности сварки. Ведущие производители учитывают данный фактор. Они закладывают в программный код «метод дополнительных сигналов в команде момента инерции двигателя». Это сводит количество вибрации и резонансов к нулю.
Контроль системы координат робота. Специальный программный код, который учитывает смещение кончика сварочного аппарата после окончания работы. Также известен как «метод измерения инструмента».

И самое главное – своевременное ТО и регулярное обслуживание автоматического сварного устройства.

Какие бывают методы сварки?

Принято различать несколько видов сварки:

Точечная-контактная. Одна из наиболее распространенных. При таком типе сварки устройство оснащают специальными клещами. Наиболее распространенный вид.
Дуговая. Также получила большое распространение. Однако для такого типа нужно большее количество степеней свободы, чтобы сварочная головка была расположена строго перпендикулярно шву.
Методом трения и перемещения. Сварочный робот раскручивает инструмент – стержень. В него устанавливают специальный наконечник. Сварка происходит за счет нагревания до высоких температур данного элемента. Робот плавно перемещается по всей линии сварки.
Лазерная. Используется при высокоскоростной сварке. Практически не выделяет едких веществ в атмосферу.
Ультразвуковая. Чаще всего используется при сварке интегральных микросхем. Сварочная головка состоит из волновода, генератора ультразвука, а также сварочной иглы.

Чтобы процесс шел быстрее, а точность сварки не ухудшалось, нужно правильно организовать рабочее пространство.

Организация роботизации сварочного производства

Для начала нужно понять, что роботизированные устройства подходят далеко не для всех сфер. Это же правило касается сварочных цехов. Есть такие участки на производстве, где человек будет превосходить роботов по скорости и качеству работы. Кроме этого, его труд будет обходиться дешевле. Поэтому нужно заранее просчитать экономические показатели каждого процесса (операции) и только потом замещать часть персонала роботами.

Сегодня чаще распространены коллаборативные модели роботов, когда человек трудится в паре с роботом. Получается, нужно создать условия как для человека, так и для электромеханического устройства. А именно:

Обезопасить персонал от травм при работе рядом с роботизированным устройством (обустроить зоны безопасности, частично отгородить манипуляторы кожухами).
Создать правила и нормы по ТБ. Обучить персонал работе с автоматическими устройствами.
Провести качественную электросеть, рассчитанную на пиковую мощность всех устройств. Установить защитные блоки от непредвиденных сетевых скачков.
Сделать резервную линию питания, чтобы работа не встала при отключении электроэнергии (генераторная станция или батарейные блоки).
Иметь подменный фонд роботизированных устройств. Если один робот выйдет из строя, его всегда можно заменить другим. Актуально на крупных предприятиях с замкнутым циклом производства.
Обучить квалифицированные кадры для работы и обслуживания автоматической техники.

Эти правила справедливы для всех роботизированных устройств. Но есть и отдельные моменты, которые нужно учесть перед инсталляцией автоматических линий сварки.

Ограждения зоны сварки специальными клетями

Нюансы работы

Выше перечислены основные требования. Их стоит соблюдать на любом производстве с использованием роботизированных устройств. Но также есть отдельные нюансы, которые встречаются в сварочных цехах при варке автомобильных или иных кузовов, а также при работе в среде защитных газов.

Особенности роботизированной сварки в среде защитных газов

Такой тип сварочных устройств пользуется спросом на крупных производствах. Их нецелесообразно брать для мелкосерийной сборки. Также нужно учесть, что большинство моделей выделяют вредные вещества. Сварка проходит в агрессивной среде (аргон и углекислота). Основные требования по ТБ:

Оператор робота не должен долго находиться в непосредственной близости возле работающего устройства. Сварочная линия должна располагаться в отдельном цеху или изолированном помещении.
На производстве нужно сделать качественную вентиляцию, чтобы отводить едкий газ из рабочих помещений.

Эти требования нужно соблюдать, чтобы человек не получил отравление или химический ожог на производстве.

Сварка кузова роботами

Наибольшую распространенность получили роботы-сварщики в автомобильной промышленности. Автоматическое соединение деталей в один кузов – то, что ждали все владельцы заводов еще с середины прошлого века. Сварка автомобилей роботами применяется повсеместно. Но еще до начала внедрения автоматических устройств в линию нужно учесть несколько особенностей:

Составить полноценный проект и просчитать смету. Заранее рассчитать полное количество сварочных устройств, позиционеров, зажимов, которые будут работать на линии.
Заложить потенциальный рост. Оборудовать конвейер таким образом, чтобы позже на нем можно было производить большее количество кузовов.
Позаботиться о правилах и требованиях по ТБ. Они могут отличаться в зависимости от типа используемых станков.

Лучше всего выбирать роботизированные устройства, которые уже зарекомендовали себя на рынке.

Автоматизированная линия по сварке кузовов автомобилей

Интересно! Компания VOLGABUS сократила время производства кузовов автобусов в 30 раз после внедрения полностью автоматической линии сборки и сварки. В качестве сварочных роботов было закуплено 29 устройств от компании KUKA.

Роботизация сварочного производства: мировые тенденции и особенности российского рынка

Процесс производства любого вида продукции сегодня сложно представить без использования промышленных роботов. Их универсальность, производственная гибкость и широкие технологические возможности делают их незаменимым инструментом в современном производстве. В настоящее время постоянно растущие требования к увеличению производительности, повышению качества продукции, экономии материалов и электроэнергии, а также разработка новых технологий и материалов, ведут к созданию и совершенствованию универсальных роботизированных комплексов и расширению их применения.

Если рассматривать роботизацию как инструмент снижения стоимости единицы продукции, то наиболее эффективной будет область применения роботов в серийном и мелкосерийном производстве (рис.1).

Рис.1. Стоимость единицы продукции от объема выпуска

При применении роботов в серийном производстве при частой смене однотипных изделий удается максимально снизить стоимость производства единицы продукции. При увеличении серийности и переходе к массовому производству более эффективными остаются все же специализированные установки с высоким уровнем автоматизации

По данным IFR (International Federation of Robotics) распространение роботов в промышленности увеличилось за последние 15 лет в 3,5 раза. Общемировой рост применения роботов в промышленности наблюдается на протяжении всего XXI века и, по прогнозам экспертов, к 2019 году количество ежегодно устанавливаемых промышленных роботов во всем мире достигнет 40 000 штук со стабильным приростом в 13%.

Распространение промышленных роботов в мире

По данным IFR 70% от всего объема продаж промышленных роботов пришлось на пять наиболее развитых в области применения роботов стран: Китай, Японию, США, Республику Корею и Германию.

Китай – крупнейший рынок промышленных роботов и самый быстрорастущий рынок в мире. Такое быстрое развитие является уникальным для истории робототехники. Еще никогда ни на каком другом рынке не было зафиксировано такого динамичного роста в столь короткий промежуток времени. К 2019 году Китай займет 40 % общемирового рынка промышленной робототехники с ежегодным приростом в 2-2,5 раза больше, чем во всем остальном мире.

В целях анализа распространения многофункциональных промышленных роботов в разных странах сравнение количественных показателей, например, общего числа единиц робототехники на рынке, может вводить в заблуждение. Для того, чтобы учитывать различия в масштабах производящей промышленности, предпочтительно использовать показатель плотности роботизации. Эта плотность выражается в отношении количества многофункциональных роботов на 10 000 работников, задействованных в обрабатывающей, автомобильной промышленности или в промышленности "в общем", куда включаются все промышленные отрасли за исключением автомобильного производства.

Приблизительная мировая плотность роботов в 2014 году равняется 66 установленным промышленным роботам на 10 000 работников сферы обрабатывающей промышленности. Производства с самым высоким уровнем автоматизации – это производства в Республике Корея, Японии и Германии (рисунок 2).

Рис.2. Плотность роботизации в разных странах в 2015 году (World Robotics 2016)

Распространение промышленных роботов в России

Распространение промышленных роботов в России значительно ниже, чем в мире. По данным IFR общее число инсталлированных промышленных роботов в Российской Федерации к 2015 году – около 2 740 шт.

Если рассматривать распределение промышленных роботов по секторам промышленности в Российской Федерации (рис. 3), то сварка занимает третье место (21 %) после автомобильной промышленности (28 %) и погрузочно-разгрузочных работ (24 %).

Среди производителей промышленных роботов, применяемых для сварки, в России лидирующее место занимает Fanuc (Япония), также распространение получили роботы производства ABB (Швейцария), Yaskawa (Япония), Kuka (Германия), Kawasaki (Япония) (рис. 4).

Рис.3 Распределение промышленных роботов по секторам промышленности в РФ в 2013 году (источник: World Robotics 2014)

Рис. 4. Объем продаж роботов на российском рынке в 2014 году (Источник: Fanuc)

Распространение промышленных роботов в сварочном производстве

Промышленные роботы в сварочном производстве нашли широкое применение. К характерным областям применения роботов в сварке, позволяющим использовать все их преимущества, можно отнести:

- мелкосерийное и среднесерийное производство (в условиях частой смены номенклатуры выпускаемой продукции) – сварка однотипных изделий (при смене изделия можно использовать тот же робот, изменяя лишь его программу);

- выполнение швов любой формы, а также большого числа коротких швов, различным образом расположенных в пространстве;

-сварка и резка седловидных и эллипсоидных соединений;

-контактная точечная сварка нахлесточных соединений.

Если говорить отдельно о мировых тенденциях в сварочном производстве, то доля сварочных роботов в общем числе составляет приблизительно 47% (рис.5) от общего парка промышленных роботов. Причем наиболее распространены роботы для контактной точечной сварки – 30%. В основном они применяются в автомобилестроении. Роботы для дуговой сварки составляют около 17% от общего числа роботов в мире.

Рис.5 Распределение роботов по отраслям промышленности в мире в 2014 году (Источник: World Robotics 2015)

Второй (по численности парка) после сварки областью применения является обслуживание оборудования и сборка, в которую входят процессы термической обработки, штамповки и ковки, механической обработки, сборки. На ней задействовано порядка 20% всех роботов.

Третьей по численности группой являются роботы для складирования и упаковки – 10%.

Промышленные роботы нашли наибольшее применение для дуговой (43% от общего числа роботов, используемых в сварке) и контактной сварки (53% от общего числа роботов, используемых в сварке). Распространение роботов в данных способах сварки отличается стабильным ростом (таблица 1). Третьей, по численности используемых роботов, является лазерная сварка, а учитывая постоянно возрастающее распространение данного способа, стоит ожидать в ближайшие годы значительного роста применения роботов для лазерной сварки. Существенная часть промышленных роботов также нашла применение в пайке.

Таблица 1. - Распределение применения промышленных роботов по способам сварки в мире

Особенности применения роботизированных комплексов в сварке

Повышение производительности и качества выпускаемой продукции является одной из важнейших задач получения эффективного производства. Помимо этого, в последнее время все более широкое применение находят технологии позволяющие снизить влияние человека на процесс изготовления. Данные особенности характерны и для сварочного производства.

В последние десятилетия для решения данных задач все более широкое применение находят роботизированные комплексы. Первоначально роботы начали применять для автоматизации процесса контактной сварки в массовом производстве (особенно при изготовлении автомобилей). Из-за большой сложности поддержания стабильных параметров сварки и положения горелки относительно стыка активное внедрение роботов для дуговой сварки началось несколько позднее.

В настоящее время роботизированные комплексы для дуговой сварки широко применяются во всех отраслях промышленности. Они позволяют выполнять сварку швов сложной конфигурации в различных пространственных положениях. При этом гарантируется получение стабильно высокого качества швов.

На фоне возрастающего применения роботов для дуговой сварки компания ШТОРМ начала активное их внедрение на российские предприятия, являясь официальным интегратором роботов, механического оборудования и сварочного оборудования собственного производства. Разработанные комплексы предназначены для сварки любых типов соединений: угловых, стыковых, соединений с узкощелевой разделкой, и снабжены различными типами систем слежения за швами.

Отличительной особенностью всех роботизированных установок, разработанных компанией ШТОРМ, является то, что помимо поставки самого оборудования осуществляется полный цикл мероприятий по запуску и обслуживанию установки, а именно интеграция в единый сварочный комплекс, обучение персонала, написание программ сварки (при необходимости) и сервисное обслуживание во время всего срока службы комплекса.

Исходя из опыта внедрения, следует отметить основные необходимые условия эффективного применения роботов:

1) Повышение точности заготовок под сварку роботами. При очень низком качестве сборки робот не сможет обеспечить высокого качества сварки, даже при наличии систем адаптивного управления (системы слежения или технического зрения).

2) Разработка и оптимизация технологий под роботизированную сварку. При разработке технологии сварки с использованием робота необходимо учитывать последовательность выполнения швов. В связи с возможностью при применении робота с высокой точностью поддерживать параметры процесса сварки возможно более точное задание энергетических характеристик дуги для получения швов заданного качества.

3) Разделение операций сварки, установки и снятия изделия, что позволяет сократить время простоя робота и повысить эффективность его использования. Для этого в составе комплексов делают два или более идентичных рабочих места. В связи с этим концепция применения нескольких рабочих зон используется во всех проектах, разработанных нашей компанией.

Роботизированный комплекс для сварки представляет собой сложную единую систему с большим количеством различных компонентов, начиная от самого робота и его контроллера и заканчивая системами адаптивного управления и обслуживания робота.

В настоящее время разработано несколько различных типов роботов. Наибольшее распространение для выполнения сварки получили шарнирно-сочлененные антропоморфные роботы с 5 или 6 степенями свободы. Неотъемлемой частью роботизированного комплекса также является оборудование для позиционирования и перемещения изделия (одно или двухосевые вращатели, кантователи или другие роботы), а также оборудование для очистки горелки, вентиляционная система и защитные барьеры.

В процессе сварки образующиеся брызги и газы, прилипая на горелку, загрязняют ее, что приводит к нарушению процесса сварки, а образующаяся в конце процесса капля на конце проволоки нарушает последующее зажигание дуги. В связи с этим требуется периодическая очистка горелки. Для выполнения данной задачи роботизированные установки комплектуют станциями очистки горелки. Они выполняют очистку сопла от брызг, обрабатывая его с помощью специальной фрезы, а также выполняют обрезку конца проволоки и наносят специальное антипригарное покрытие, снижающее прилипание брызг.

Для поддержания точного положения горелки относительно стыка роботизированные установки комплектуются различными системами слежения. Наиболее распространенной является система слежения, в которой в качестве датчика используется сварочная дуга. В данной системе слежение осуществляется при обработке сигналов тока и напряжения на дуге, формируя сигнал ошибки положения. На основе сигнала ошибки формируется управляющий сигнал и осуществляется корректировка положения. Тем самым обеспечивается требуемое постоянное качество швов.

Наиболее простым примером является разработка роботизированного комплекса для сварки элементов рамы грузового автомобиля (рисунки 1 и 2). В данном проекте использовалось два одноосевых позиционера. При его осуществлении было изучено взаимодействие различных систем комплекса, в частности робота и сварочного оборудования ШТОРМ-ЛОРХ (Россия), а также было отработано подключение всех систем и написание программы работы комплекса.

Рисунок 1 - Общий вид роботизированного комплекса для сварки элементов рамы автомобиля

Рисунок 2 - Станция очистки горелки в процессе работы

Показательным проектом стала разработка сварочного комплекса для изготовления муфт (рисунок 3). Основная сложность проекта заключается в высоких требованиях к точности поддержания размеров изделия (отклонение размеров после сварки не более 1,0 мм) и высоким требованиям к качеству швов (швы подвергаются рентгенографическому контролю).

В составе данного комплекса были использованы два двухосевых позиционера с грузоподъемностью 500 кг каждый. Применение двухосевых позиционеров за счет введения наклона планшайбы позволяет выставлять изделие в удобное для сварки положение, обеспечивая благоприятные условия для формирования шва (рисунок 4 и 5).

Так как при изготовлении муфты предъявляются высокие требования к точности поддержания размеров, то при этом необходима ее сборка и сварка в специальном приспособлении (кондукторе). В связи с этим вместе с представителями предприятия-заказчика был разработан кондуктор для сборки и сварки муфт.

В результате внедрения данного комплекса по данным предприятия-заказчика удалось:

1) повысить производительность труда в 2,1 раза в сравнении с механизированной сваркой;

2) снизить количество внутренних дефектов на 15%, а количество наружных дефектов на 10%;

3) снизить трудоемкость операции зачистки на 10%.

Рисунок 3 - Общий вид комплекса для сварки муфт

Рисунок 4 - Внешний вид швов, выполненных с использованием робота

Рисунок 5 – Оснастка для крепления изделия к позиционеру

Примером производственной интеграции явилось применение робота для сварки внутреннего контура котла (рисунки 6 и 7). В данном случае на предприятие были поставлены только робот и станция очистки горелки. Позиционеры для установки изделия в необходимое положение при сварке были предоставлены предприятием-заказчиком (было использовано два позиционера). Поэтому важной задачей при выполнении проекта была интеграция робота и позиционеров в единый комплекс, что и было успешно сделано.

Рисунок 6 - Внешний вид роботизированной установки для сварки внутреннего контура котла

Рисунок 7 - Внешний вид швов, выполненных с использованием робота

Одним из наиболее технически сложных проектов была разработка роботизированной ячейки для сварки таких изделий, как роликоопора и стойка. Особенностью данного проекта являлось то, что роботизированный комплекс представляет собой полностью укомплектованную ячейку для сварки с защитными экранами и барьерами и системой вентиляции (рисунок 8).

На первом этапе выполнения проекта разрабатыватся трехмерная модель комплекса, на которой прорабатывается его будущая компоновка, расположение основных узлов (рисунок 9)

Всего было изготовлено две таких роботизированных ячейки по одной для сварки каждого вида изделия. Выполнение каждого вида деталей в отдельной ячейке позволяет значительно повысить количество выпускаемых изделий и практически исключить операции переналадки установки. Каждая ячейка в свою очередь имела два рабочих места.

Также оригинальностью конструкции отличается вентиляционная система комплекса (рисунок 10). Она выполнена подвижной и перемещается в то место, где в данный момент выполняется сварка. Данное обстоятельство делает ее максимально компактной и эффективной. При этом появляется возможность установки изделия на место сварки и снятия его после сварки с помощью крана. Помимо этого расположение вентиляции непосредственно на месте сварки создает дополнительную защиту от излучения для крановщика, который в это время загружает новое изделие.

Рисунок 8 - Комплекс для сварки изделий «Стойка» и «Роликоопора»

Рисунок 9 - Трехмерная модель роботизированного комплекса

Рисунок 10 – Передвижная вентиляционная система

Учитывая такие особенности текущего состояния сварочного производства как: нехватка квалифицированных сварщиков, ужесточение требований к качеству продукции, можно говорить о значительном росте спроса на роботизированные установки, как в настоящее время, так и в будущем.

Можно предполагать, что наибольшего роста достигнет использование роботов для дуговой сварки (MIG/MAG, TIG сварка), также произойдет значительное увеличение использования роботов для лазерной сварки и гибридных технологий (например, сочетание лазерной и MIG/MAG сварки) и для высокопроизводительных многодуговых процессов.

Подобрать оптимальное решение на основе применения роботизированных комплексов для решения Ваших конкретных задач помогут квалифицированные специалисты компании ШТОРМ.

Читайте также: