Роботизированная сварочная ячейка: компоненты и бюджет

Два предложения по созданию роботизированной сварочной ячейки с использованием одного и того же робота могут иметь совершенно разные объемы работ. Разница редко заключается в манипуляторе. Она кроется в позиционере, оснастке, источнике питания, защитных ограждениях и в том, кто отвечает за ввод в эксплуатацию. Тот, кто сравнивает варианты только по роботу, сравнивает наименее значимый для результата элемент.

В этой статье описаны каждый компонент, наиболее распространенные компоновки и перечень параметров, которые должны быть определены до запроса коммерческого предложения. Решение о необходимости роботизации процесса или отказе от нее представлено в руководстве по роботизированной сварке.

Сварочный робот и ячейка: в чем разница

Сварочный робот — это 6-осевой манипулятор вместе с его контроллером. Роботизированная сварочная ячейка представляет собой полную систему, которая принимает детали после прихватки и выдает готовые сварные изделия, имея известный цикл и документально подтвержденную безопасность. Согласно ISO 10218, проектированию и валидации подлежит именно это приложение, а не изолированный робот.

Компоненты по отдельности

Компонент	Функция в ячейке	Что проверить в предложении
Сварочный робот	Ведет горелку по запрограммированной траектории	Вылет над деталью, уже закрепленной в приспособлении, повторяемость
Контроллер и панель управления	Управление роботом и внешними осями с аварийным остановом и главным выключателем	Сколько внешних осей контролируется при координированном движении
Источник питания для сварки и подающий механизм проволоки	Обеспечивает стабильные параметры дуги	Интегрированная связь с контроллером робота, процесс и режим работы
Горелка и станция очистки	Подает проволоку, газ и ток; станция очищает сопло	Охлаждение, совместимое с током и режимом работы
Приспособление для фиксации	Гарантирует, что шов всегда находится в одном и том же месте	Кто проектирует, кто изготавливает и как загружается деталь
Позиционер	Поворачивает и наклоняет деталь для обеспечения доступа и положения при сварке	Количество осей, грузоподъемность, синхронизация с роботом
Рельсовый путь	Перемещает робота вдоль длинных деталей	Класс нагрузки и повторяемость
Защитные ограждения и блокировки	Предотвращают доступ в опасную зону при движении робота	Область применения систем безопасности и документация на португальском языке
Система удаления дыма	Улавливает дым в точке сварки	Входит ли это в объем работ или остается за клиентом
Интерфейс оператора	Выбор программы, пуск, диагностика	Регистрация производства и сигналов тревоги

В линейке QJAR робот, панель управления, цифровой источник питания для сварки, позиционеры и рельсовый путь поставляются одним производителем, а источник питания имеет интегрированную связь с контроллером робота.

Какой сварочный робот

Для дуговой сварки инструмент легкий. Решающими факторами являются вылет и повторяемость.

Модель	Грузоподъёмность (kg)	Радиус действия (mm)	Повторяемость (mm)	Масса (kg)
QJRH4-1A	4	1 410,5	±0,03	150
QJR6-1400H	6	1 456	±0,08	150
QJR6-2000H	6	2 014	±0,08	230

Разница между вылетом примерно 1,4 m и 2 m — не мелочь. При большем вылете робот охватывает более широкие детали или две станции без рельсового пути. При меньшем вылете ячейка получается компактной, а манипулятор работает в более благоприятных позах над небольшими деталями. Ответ зависит от габаритного контура детали, уже установленной в приспособлении и позиционере. Общие критерии чтения спецификации приведены в руководстве по промышленному роботу.

Приспособление для фиксации: где начинается качество

Робот всегда подводит горелку к одной и той же точке. Задача приспособления — гарантировать, что сварной шов находится именно в этой точке. Оно должно позиционировать деталь по стабильным базам, выдерживать деформацию, вызванную нагревом, не зажимая деталь после сварки, и обеспечивать свободный доступ для горелки.

Три вопроса помогают оценить предложение: кто проектирует приспособление, как оператор загружает и проверяет деталь, и сколько времени занимает переналадка на другую продукцию. Для семейств деталей приспособление со сменными элементами сокращает время такой переналадки.

Позиционеры

Позиционер существует по двум причинам: чтобы привести каждый шов в наиболее благоприятное положение для сварки, предпочтительно плоское (PA согласно ISO 6947), и обеспечить доступ горелки без необходимости переворачивать деталь.

Тип	Принцип работы	Типичная деталь
1 ось	Головка и задний центр с сервоприводом	Длинные детали, которые вращаются вокруг своей длины
2 оси	Поворот и наклон	Объемные детали, свариваемые в плоском положении
Тип L	Две оси на L-образной раме, обеспечивающие свободный доступ к детали со всех сторон	Детали со швами на многих гранях
3 оси	Смена станции: оператор загружает одну сторону, пока робот сваривает другую	Непрерывное производство с ручной загрузкой

Что делает позиционер частью технологического процесса — это координированное движение. Робот и позиционер перемещаются синхронно, так что горелка поддерживает постоянную скорость и угол относительно шва, пока деталь вращается.

Линейный привод

Когда деталь длиннее вылета робота, манипулятор начинает перемещаться по рельсу, который функционирует как дополнительная ось. Рельс линии использует зубчатую рейку с косозубым зацеплением, сервопривод и линейные направляющие, и делится на три класса:

Класс	Общая нагрузка (kg)	Нагрузка на запястье (kg)	Повторяемость (mm)
Легкий	до 1 000	до 50	±0,08
Средний	до 3 000	до 300	±0,10
Тяжелый	до 10 000	до 1 000	±0,15

При сварке повторяемость рельса учитывается вместе с повторяемостью робота. Поэтому класс рельса выбирается исходя из детали и процесса, а не только из веса манипулятора.

Наиболее распространённые компоновки

Компоновка	Когда применяется	Важный момент
Одна станция со стационарным столом	Мелкие детали, свариваемые без переустановки	Робот ожидает во время смены детали
Две станции	Непрерывный объём с ручной загрузкой	Разделение между станцией в процессе сварки и станцией загрузки
Головка и задний центр	Балки, валы, шасси и другие длинные детали	Жёсткость приспособления по всей длине
2 оси или тип L	Детали со швами на нескольких гранях	Загрузка и центр тяжести узла «деталь + приспособление»
Робот на рельсе	Детали длиннее рабочего охвата робота	Класс рельса и кабельная разводка

Компоновки комбинируются. Ячейка для длинных деталей может иметь рельс и головку с задним центром. Высокопроизводительная ячейка может состоять из двух станций, каждая из которых оснащена позиционером.

Безопасность и окружающая среда

Сварочная ячейка суммирует риски движущегося робота и риски дуговой сварки: излучение, брызги и дым. На практике это означает ограждение, блокирующее дуговое излучение, зону загрузки, защищённую межблокировочной дверью или устройством обнаружения присутствия, перезапуск при полном обзоре зоны и вытяжную вентиляцию непосредственно в точке сварки.

Эталонным документом в Бразилии является NR-12, которая признаёт стандарты ISO 10218 для робототехнических систем. Требования нормы по пунктам изложены в NR-12 в роботизированной ячейке. Стоит проверить, включены ли область применения мер безопасности и документация на португальском языке в коммерческое предложение или нет.

Что определить до запроса коммерческого предложения

Сравнимое коммерческое предложение формируется на основе полного технического задания:

Чертежи или 3D-модели деталей с указанием сварных швов.
Материал, толщина и текущий процесс сварки.
Общая длина сварного шва на деталь.
Годовой объем производства, размер партии и количество смен.
Желаемое время цикла на деталь.
Допуски деталей, поступающих на сварку.
Критерии приемки сварного шва и применимый стандарт.
Доступная площадь и высота помещения.
Инженерные коммуникации на объекте: трехфазное напряжение, сжатый воздух, газы и вытяжная вентиляция.
Кто предоставляет оснастку и кто управляет ячейкой.

Наличие этих данных смещает фокус обсуждения с робота на результат: количество деталей за смену, качество и сроки запуска проекта. Влияние каждого блока на инвестиции описано в статье сколько стоит промышленный робот, а критерии оценки исполнителя — в статье про интегратора робототехники.

На этом этапе часто встречаются четыре ошибки:

выбор робота до определения позиционера и оснастки;
запрос коммерческого предложения без указания допусков деталей, поступающих на сварку;
откладывание вопросов вытяжной вентиляции и безопасности на потом;
проектирование только под одну деталь с игнорированием последующей серии однотипных изделий.

Частые вопросы

Что входит в состав роботизированной сварочной ячейки?

Сварочный робот с контроллером, источник питания с механизмом подачи проволоки, горелка со станцией очистки, фиксирующее устройство, позиционер или стол, защитные ограждения с блокировкой, система вытяжки дыма и интерфейс оператора. В зависимости от детали также могут использоваться рельсовый путь и вторая загрузочная станция.

В чем разница между сварочным роботом и роботизированной сварочной ячейкой?

Сварочный робот — это манипулятор с контроллером. Ячейка — это производственная система: робот, источник питания, горелка, позиционер, оснастка, средства безопасности и операторский интерфейс. Предложения, которые кажутся эквивалентными по параметрам робота, часто различаются именно остальными компонентами.

Когда ячейке необходим позиционер?

Когда деталь имеет швы на нескольких гранях или когда требования к качеству предполагают сварку в нижнем положении. Позиционер вращает и наклоняет деталь, чтобы подвести каждый стык в оптимальное положение и обеспечить доступ горелки без ручной переустановки.

Может ли одна и та же ячейка сваривать разные детали?

Да. Для каждой детали предусмотрены своя оснастка и программа, а смена планируется на этапе проектирования. Схожие семейства деталей используют один и тот же позиционер и часть оснастки, что сокращает время переналадки.

Нужно ли роботизированной сварочной ячейке соответствовать требованиям NR-12?

Да. NR-12 применяется к ячейке как к машине, и пункт 12.1.12 признает соответствующими нормативным требованиям робототехнические системы, которые следуют стандартам ISO 10218-1, ISO 10218-2 и ISO/TS 15066. Стандарт требует наличия защитных устройств, блокировок, аварийного останова и руководства на португальском языке; обучение персонала, ответственность за которое стандарт возлагает на работодателя, следует включить в объем проекта.

Свяжитесь с BR Robotics

BR Robotics проектирует и интегрирует сварочные ячейки с роботами QJAR в Бразилии. Отправьте деталь, требуемый объем и желаемый цикл: ответ будет содержать рекомендованную модель, компоновку ячейки и смету. Свяжитесь с BR Robotics или посмотрите роботы, позиционеры и рельсовые направляющие.