2. Режим резания

Скорость резания. При протягивании скоростью резания и является скорость поступательного движения протяжки относительно заготовки. Скорость резания лимитируется условиями получения обработанной поверхности высокого качества и ограничивается технологическими возможностями протяжных станков. Обычно и = 8-ь15 м/мин.

Подача. Движение подачи при протягивании как самостоятельное движение инструмента или заготовки отсутствует. За величину подачи s_z, определяющую толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т. е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки; s_z является одновременно и глубиной резания. Подача в основном зависит от обрабатываемого материала, конструкции протяжки и жесткости заготовки и составляет 0,01—0,2 мм/зуб. Оптимальные величины режима резания выбирают по справочным данным.

3. Протяжки

По характеру обрабатываемых поверхностей протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Внутренними протяжками обрабатывают различные замкнутые поверхности, а наружными — полузамкнутые и открытые поверхности различного профиля.

По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, многогранные и плоские протяжки. По конструкции зубьев протяжки бывают режущими и уплотняющими. В первом случае зубья имеют острые режущие лезвия, во втором — округленные, работающие по методу пластического деформирования поверхности без снятия стружки. Различают также сборные протяжки со вставными ножами, оснащенными пластинками из твердого сплава.

На рис. 2, а показаны элементы круглой протяжки.

Элементы круглой протяжки. Замковая часть (хвостовик) 1_Х служит для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства станка; шейка /₂ — для соединения замковой части с передней направляющей частью; передняя направляющая часть /₃ вместе с направляющим конусом — для центрирования обрабатываемой заготовки в начале резания.

Режущая часть l₄ состоит из режущих зубьев, высота которых последовательно увеличивается на толщину срезаемого слоя, и предназначена для срезания припуска.

Калибрующая часть 4 состоит из калибрующих зубьев, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам последнего режущего зуба, и предназначена для придания обработанной поверхности окончательных размеров, необходимой точности и шероховатости.

Задняя направляющая часть /_в служит для направления и поддержания протяжки от провисания в момент выхода последних зубьев калибрующей части из отверстия. Для облегчения образования стружки на режущих зубьях выполняют стружколомные канавки в шахматном порядке.

Геометрия зуба протяжки. Геометрия зубьев режущей и калибрующей частей показана на рис. 2, б. Передние и задние

углы протяжки измеряют в плоскости, перпендикулярной к главному режущему лезвию. Передний угол у (5—20°) выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол а (1—4°) в зависимости от класса точности обработки. Калибрующие зубья имеют на задней поверхности фаску (ленточку) шириной / = 0,2-^0,3 мм, у которой задний угол а_к= 0°. Фаска необходима для того, чтобы после переточки по передней поверхности зуба размеры протяжки не изменялись.

Шаг режущих зубьев t_v протяжки определяют в зависимости от длины L протягиваемой поверхности, при этом исходят из того, чтобы в резании участвовало одновременно не менее трех зубьев. Шаг режущих зубьев t_v = (1,25-*-1,5) VL мм; шаг калибрующих зубьев t_K = (0,6-f-0,7) t_v мм.

2. Понятие об автоматике и автоматизации сварочных процессов.

Сварка – прогрессивный метод создания неразъемных соедине- ний металлов, сплавов и различных материалов.

Большие перспективы в развитии сварочного производства откры- вают механизация и автоматизация процесса сварки. Прогресс произ- водства от внедрения этого направления возможен прикомплексном подходе к решению задачи, затрагивающем все этапы сварочного про- изводства –заготовительные, транспортные, загрузочные, сварочные, сборочныеитоделочныеоперации.Примеханизациииавтоматиза-циисварочного производства появляется возможность повышения производительности труда икачества продукции, сокращения чис- ленности обслуживающего персонала. Труд рабочего в этих условиях становится более содержательным итворческим, исключается «субъ- ективный фактор» оператора.

При механизированном процессе независимо от степени ме- ханизации рабочий частично или полностью освобождается лишь от мускульных усилий, но полностью сохраняется его участие в про- цессе в связи с необходимостью выполнения функций контроля и управления.

Автоматизация сварки означает перевод сварочного оборудова- ния на автоматический режим работы, внедрение в производство ря- да устройств, действующих без участия человека.

Примером частичной механизации и автоматизации в сварке служитпроцессодвуогй сварки,вкоторомиспользуютсясвароч-ные аппараты с постоянной и управляемой (принудительно) скоро- стью подачи электродной проволоки. В нем механизированы подача электродной проволоки, перемещение электрода вдоль линии сва- риваемого стыка,подача флюса (защитного газа); автоматизирован процесс регулирования напряжения дуги изменением по заданному закону скорости подачи электродной проволоки при отклонении на- пряжения дуги от номинального значения.

Доукомплектация сварочного аппарата системой слежения за лини- ей стыка, средствами регистрации и контроля параметров режима по-зволяет перейти к стадии более полной автоматизации производствен- ного процесса, когда сварка может выполняться без участия человека: за ним остаются лишь функции предварительной настройки процесса,включения оборудования и наблюдения за ходом процесса сварки.

Все устройства, действующие без непосредственного участия

человека, можно подразделить на два класса: сварочные автоматы (или полуавтоматы) и автоматические системы (регуляторы). При ис- пользовании автоматов периодическая загрузка изделия, замена ин- струмента, контроль и подналадка выполняются по ходу работы или автоматически; останов требуется только для наладки. В случае приме- нения полуавтоматов для повторения процесса, установки заготовки, снятияготового изделия и пусканеобходимо вмешательство человека. Автоматические системы (регуляторы) поддерживают неизмен- ными или изменяют по заданному закону физические величины в технических устройствах или технологическом процессе без уча-

стия оператора-сварщика.

В последние годы применяют робототехническиекомплексы –автоматы, характеризующиеся разнообразием выполняемых опера- ций и значительной мобильностью.

Роботы – это универсальные автоматические манипуляторы с программным управлением, предназначенные для воспроизведе-

лняиюя щупирхав и двигательных функций человека, обладающие

способностью к адаптации.

Автоматизированное и механизированное оборудование объеди- няют в группы. Одну из них представляет автоматическая линия – производственный участок, специализирующийся на выполнении одной или нескольких однотипных операций технологического про- цесса. Автоматическая линия состоит из группы станков-автоматов, объединенных общей системой управления и общими транспортны- ми устройствами с единым темпом работы.

На заводах по производству автомобилей, тракторов, сельско- хозяйственных машин, вагонов, локомотивов, самолетов, товаров народного потребления в автоматических линиях в качестве стан- ков-автоматов применяют автоматизированные машины длякон- тактной сварки. Автоматизированные дуговые сварочные установки используют в поточно-механизированных и автоматических линиях попроизводствутрубидеилзийтяжелого машиностроения.

Известно несколько десятков способовсварки и ихразновидно- стей. Даже неполное ихперечисление убедительно показывает широ- киетехнологические возможности этого процесса вразных отраслях машиностроения. Высокое качество работы сварочного оборудова- ниянапрямую связано споследними достижениями вобласти радио- электроники, электротехники, оптики, автоматики, микропроцессор- ной и вычислительнойхтнеики.

Способы сварки различаются по степени автоматизации: вод- них случаях применены самоприспосабливающиеся системы (на- пример, в дуговой и контактной сварке), в других – использованатолько механизация процесса, в третьих – сварка осуществляется полностью вручную.

2. Этапы автоматизации сварочных процессов.

Открытие В. И. Дятловым в 1942 г. явления саморегулирования дуги позволило создать и широко использовать простые и надежные сварочные установки с постоянной скоростьюподачи электрода. Дальнейшей разработкой этого оборудования занимались Б. Е. Па- тон, В. К. Лебедев, Г. М. Каспржак, И. Я. Рабинович.

С 1950-х годов создатели сварочного оборудования стали широ-ко применять методы теорииавтоматического управления и вычис- лительнуютехнику. Начался период более полной автоматизации сварочных процессов, а затем и сборочно-сварочного производства. Учеными Б. Е. Патоном, К. К. Хреновым и другими исследователяминачаты работы по изучению свойств различных систем автоматиче-ского регулирования дуговой сварки и сварки под флюсом.

В 1970–1080-е годы на дальнейшее развитие и широкое приме- нение методов теории автоматического регулирования при проекти- ровании автоматического сварочного оборудования оказали влияние работы Б. Е. Патона, Ф. А. Аксельрода, Б. Д. Орлова, А. С. Гельмана, В. К. Лебедева, П. Л. Чулошникова, Н. В. Подолы, Ю. А. Паченцева, Д. С. Балковца – в области контактной сварки; Б. Е. Патона, В. К. Ле- бедева, А. И.Чвертко, Н. С. Львова, Э. А.Гладкова, Э. М. Эсибяна, В. В. Смирнова и других – в области электродуговой, шлаковой сварки и наплавки; Ю. Н. Ланкина, В. М. Язовских, В. Я. Беленько-го, В. В. Башенко, В. Н. Ластовиря, О. К. Назаренко, В. А. Виногра- дова, В. А. Казакова, В. А. Лаптенка – в области электронно-лучевой сварки; Б. Е. Патона, Г. А. Спыну, В. А. Тимченко, Ф. А. Киселевско-го – в области роботизации дуговой и контактной сварки; Н. Н. Ры- калина, А. А.Углова, Н. В. Зуева,Р. Р. Абильситова, В. С.Голубева, А. Г. Григорьянца, Э. А. Гладкова, И. Н. Шиганова – в области лазер- ной сварки.

С 1980-х годов продолжены работы по оснащению сварочного оборудования следящими системами с электромагнитными и оп- тическими датчиками дляавтоматической ориентации электрода по линии стыка. Вклад во внедрение этого оборудования внесли ра- боты Ю. А. Паченцева, Н. С. Львова, Э. А. Гладкова, Р. М. Широковс-кого, Ш. А. Вайнера, Ф. А. Киселевского, В. В. Смирнова и других ученых.

Телевизионные системы для автоматической коррекции по-

ложения сварочной ванны относительно свариваемого стыка при электронно-лучевой сварке были разработаны М. Л. Лифшицем, Д. Д. Никифоровым и другими в середине 1980-х годов.

Новый методологический подход к анализу процессов в свароч- номконтуре как единой электрогидродинамической системе ис- точник – дуга – сварочная ванна, вкоторойавнна рассматривается в качестве непосредственного объекта регулирования, предложен в 1977г. Э. А.Гладковым. Он позволил в дальнейшем заложить ос- новы проектирования автоматизированных систем управления сва- рочными процессами с применением ЭВМ.

Значительный вклад в разработку и внедрение автоматизирован- ного сварочного оборудования в 1980–1990-е и последующиегоды внесли Всесоюзный научно-исследовательский институт электро- сварочного оборудования (ВНИИЭСО) в г. Санкт-Петербурге (ныне Институт сварки России), Институт электросварки им. Е. О. Патона (ИЭС) вг. Киеве, ЦНИИТМАШ вг. Москве, Ржевское научно-про- изводственное объединение «Электромеханика», Научно-иссле- довательский и конструкторский институт монтажной технологии (НИКИМТ) в г. Москве, МГТУ им. Н. Э. Баумана, НПОе«хТнотрон»

в г. Чебоксарах, Псковский завод тяжелого электросварочного обо-рудования (ОАО «ПЗ ТЭСО»), Симферопольский электромашино- строительный завод(ПАО «СЭЛМА»).

В настоящее время серийный выпуск автоматизированного сва- рочного оборудования, инверторныхисточников питания с мик- ропроцессорами в схеме управления налажен рядом зарубежных фирм: Lincoln Electrik, Miller (США), Cloos, EWM(Германия), ESAB (Швеция), Кemppi (Финляндия), Fronius (Австрия) и многи- ми другими.

Эти разработки можно отнести к сварочному оборудованию нового поколения, характеризующемуся быстродействием, много- функциональностью в решении технологических задач, гибкостью перестройки и выбором рабочих программ, удобством регулирова- ния и визуализацией параметров режима сварки, малыми габарита- ми и высокой надежностью в работе.

Далее приведена классификация объектов и систем управле- ния сварочными процессами (обозначения способовасрвки и обо- рудования, указанные вскобках, соответствуютРД 03-614-03 – до- кумента Национального аттестационного комитета по сварочному производству):

1. По геометрическим характеристикам изделия:

   0. Тонкостенные (0...5 мм).

   1. Толстостенные (более 5 мм).

1.3. Плоскостные (прямолинейные, криволинейные, короткие, протяженные).

1.4. Пространственные (поворотные, неповоротные).

2. По степени автоматизации:

   0. Ручная (РД, РАД и др.).

   1. Механизированная (МП, МАДП и др.).

   2. Автоматизированная и автоматическая (АФ, ААДП, ААД и др.).

3. По типу технологии:

   0. Сварка плавлением:

      0. Дуговая:

         0. Неплавящимся электродом (РАД, ААД и др.).

         1. Плавящимся электродом (РД, МП, МАДП, АФ и др.).

         2. Плазменная (П).

      1. Лучевая:

         0. Электронно-лучевая (ЭЛ).

         1. Лазерная (Л).

      2. Гибридная (Л  ААДП).

   1. Контактная:

      0. Сопротивлением (КСС, КТС и др.).

      1. Оплавлением (КСО).

4. По режимам сварки:

   0. Непрерывная.

   1. Импульсная.

5. По уровню управления процессом:

   0. Разомкнутые системы.

   1. Замкнутые на объект системы.

6. По принципу построения систем регулирования и управления:

   0. Системы стабилизации.

   1. Следящие системы.

   2. Программные системы.

Адаптивные автоматизированные и роботизированные комплексы

2. Специфика и основные трудности и проблемы автоматизации сварочных процессов.

Одним из важнейших остается принцип агрегатирования аппа- ратов различного назначения из унифицированных функциональ- ных узлов и блоков.

Существенно расширено применение в сварочных автоматах системавтоматического регулирования и стабилизации техноло-

гическихрпоаврамет режима, систем слежения за линией стыка

и автоматического направления в процессе сварки сварочного ин- струмента (дуги, пучка), средствавтоматического зажигания дуги и устройств заварки кратера, систем программного управления па- раметрами режима сварки.

Сварочные аппараты следует снабжать средствами измерения и регистрации силы сварочного тока и напряжения на дуге, скоро- стиподачи проволоки, скорости сварки,расхода и состава защит- ного газа, наличия и влажности флюсов, а также средствами изме- рения параметров стыка, подготовленного под сварку, и параметров сварных швов. Кроме того, сварочныеавтоматы должны оснащать- ся исполнительными механизмами и устройствами, пригодными для использования в системахавтоматического управления процессами и операциями сварочного производства.

При реализации систем управления и регистрации технологи- ческих параметров сварки, приводов перемещения сварочного ин- струмента или изделия наметилась тенденция перехода от средств аналоговой техники к цифровой, в частности применение микро- процессоров в системах управления. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности систем автоматики, ми- нимизировать их габариты, повысить надежность и ремонтопригод- ность, на цифровых индикаторах и дисплеях отображать текущие параметры и характеристики технологического процесса.

С использованием современных интерфейсов достаточно про- сто решается задача сопряжения штатного сварочного оборудования с устройствами управления любой сложности.

Практическое решение получают следующие задачи: сбор и обра- ботка данных о процессесварки ифункционировании оборудования

(информационно-измерительные системы); программирование ре-жимов сварки; адаптивное управление процессом сварки поинфор- мации сдатчиков означениях технологических параметров, геоме- трических параметров и пространственного положения свариваемого стыка; автоматизация нормирования сварочных работ (втом числе ивыбора режимов) спомощью электронных советчиков технолога; автоматизация выбора режимов сварки непосредственно насвароч- нудоомвоанбиори поданнымобосновных технологических услови-ях(тип ипространственное положение шва, толщина имарка свари- ваемого металла и др.).

За последние годы существенно расширено информационное обеспечение автоматизированных сварочных установок и роботов за счет их оснащения современными измерительными устройства- ми с малогабаритными датчиками, работающими на различных фи- зических принципах. Интеграция информационной и управляющей частей систем управления, их реализация на элементах цифровой и микропроцессорной техники позволяют разработать и внедрить новый класс адаптивныхАСУ в сварочной аппаратуре, построить на ее основе эффективные автоматизированныекомплексы для рас- смотренных способов сварки.

Сварочные комплексы имеют, как правило, модульный принцип

построения. В качестве модулей в лньизхуюистпсяо унифициро-

ванные механические устройства прямолинейного и кругового пе- ремещений сварочных головок, манипуляторы изделий, устройства регистрации и управления параметрами сварочного оборудования, устройства дистанционного наблюдения (преимущественно теле- визионные) за процессом сварки, инверторные источники питания с автономными и встроенными в них блокамиподачи электродной проволоки, блоками программирования параметров режима, пуль- тами управления, со сменными модулями сварочных головок и га- зовых систем.

На основе все возрастающего уровня автоматизации сварочных комплексов, повышения надежности применяемых в них техниче- ских средств возрастает степень интеграции сварочных операций в одном агрегате и на одном рабочем месте, в первую очередь за счет создания многопозиционных и многоместных установок и станков и применения одновременной сварки несколькими головками.

Реализация упомянутого способа сварки возможна как разбив- кой одного шва между несколькими сварочными инструментами (для швов большой длины), так и путем выполнения нескольких

параллельных швов. При этом важным направлением дальнейшего совершенствования этих установок остается задача их оснащения средствами позиционного и контурного ЧПУ положением свароч- ного инструмента и изделия, что позволит повысить уровень авто- матизации сварки изделий сложной формы и получить сварные швы заданного качества на объектах ответственного назначения.

В области роботизации сварочного производства актуальной остается проблема совершенствования гибких производственных систем с использованием на рабочих местах как одиночных, так групповых РТК, которые вавтоматическом режиме решают задачи сборки, загрузки, сварки и выгрузки с рабочего местаготовой про- дукции.Успешное выполнение этих операций неосуществимо без средств очувствления РТК. Вопросы очувствления (адаптации) ро- ботов напрямую связаны с решением задач геометрической и техно- логической адаптации РТК при дуговой и контактной сварке.

При оснащении РТК сварочным оборудованием необходимо учитывать специфику требований к нему при роботизированной сварке. Высокий уровень адаптации, правильно подобранное в РТК сварочное оборудование гарантируют качественную работу гибких производственных систем в автоматических линиях при роботизи- рованной сварке.

2. Особенности объекта регулирования при дуговой сварке неплавящимся электродом.

Сварка неплавящимся электродом в инертных газах рекоменду- ется для соединения деталей из высокопрочных, коррозионно-стой- ких и жаропрочных сталей и сплавов, алюминиевых, магниевых

и титановых сплавов,кка правило, небольшой толщины. Наиболь-

шее распространение получила аргонодуговая сварка свободной и импульсной дугой.

Технологическая характеристика и особенности управления источниками питания при сварке неплавящимся электродом. При аргонодуговой сварке внешняя статическая характеристика

3.2. Замкнутые САР параметров зоны проплавления в процессе сварки

ф

Рис. 3.39. Зависимость глубины проплавления Н и высоты факела H

фок

от тока фокусировки I вблизи точки оптимального режима

(рис. 3.38) позволяет оперативно в процессе сварки вести измерение парамеров переднего фронта сварочной ванны, наблюдаемой в зазоре стыка, а также ионно-парового облака (факела) над сварочной ванной. Для телевизионных систем, работающих в оптическом диапазоне электромагнитных волн, основными являются спектрально-энергети- ческие характеристики контролируемого объекта. Чувствительность телевизионного контроля повышается при согласовании спектраль- ной характеристики передающей трубки телевизионной камеры с об- ластью спектрального излучения контролируемых деталей зоны свар- ки (сварочной ванны, факела). Телевизионные камеры на видиконе

имеют рабочую область в видимой части спектра (0,4...0,7 мкм).

Экспериментально установлен экстремальный характер высоты

фок

ионно-парового облака (факела) от тока фокусировки I (рис. 3.39).

ф

При этом минимальная высота факела H соответствует каналу про-

плавления с максимальным коэффициентом формы. Обнаруженная связь используется при разработке замкнутых систем автоматиче- ского управления глубиной проплавления при ЭЛС.

2. Особенности объекта регулирования при контактной сварке.

Как для дуговой, так и для контактной сварки характерно воздействие на процесс большого числа возмущений. Обычно их разделяют на возмущения, связанные с произвольными колебаниями режима сварки. Это возмущения, действующие на сварочную машину и связанные с отклонением технологических факторов, которые воздействуют непосредственно на сварной шов.

Процесс дуговой и контактной сварки как объект автоматического управления можно представить в виде двух звеньев: сварочной машины и сварного соединения. Входными величинами объекта являются управляемые воздействия – заданные параметры режима:

  сварочный ток I_с;

  напряжение на дуге U_д;

  скорость сварки V_c;

  скорость подачи проволоки V_п;

  расход защитного газа G_г (для дуговой сварки);

  сварочный ток I_с (для контактной сварки)

  длительность сварочного импульса t_c,

  сварочное F_c и ковочное F_к усилие сжатия.

К возмущениям, действующим на сварочную машину, можно отнести колебания напряжения электрической сети, расход охлаждающей воды, давление воздуха (для контактной сварки) или защитного газа (для дуговой сварки), а также воздействия, приводящие к изнашиванию и старению механических и электрических узлов сварочной машины.

Возмущениями, действующими непосредственно на сварной шов, являются: дефекты подготовки поверхностей свариваемых деталей, их сборки и толщины, изменение физико-химических свойств свариваемого металла и теплоотвода из зоны и др.

Выходные параметры объекта, (кроме собственно показателей качества сварного шва) – параметры, характеризующие различные физические явления, которые появляются при образовании сварного соединения. Обычно эти параметры называют обобщающими, поскольку с их помощью учитывают действия разнообразных возмущений. Для контактной сварки за обобщающие параметры принимают тепловое расширение металла, интенсивность инфракрасного излучения с поверхности околоэлектродной зоны деталей, температуру в зоне сварки и др.

Для дуговой сварки геометрические параметры сварного шва следующие: ширина шва, высота валика, глубина проплавления при несквозном проплавлении, ширина и высота обратного валика при сварке определенных конструкций. Однако контроль этих параметров в процессе сварки из-за интенсивного свечения и высокой температуры в зоне горения дуги затруднен.

Практика показывает, что лучшие результаты могут быть получены при одновременном контроле процесса по нескольким параметрам. Это ставит задачу получения как можно более точной математической зависимости параметров качества от параметров процесса (математической модели).

Известны многочисленные попытки построения моделей для управления процессами дуговой и контактной сварки на основе аналитического описания физических явлений, происходящих при образовании сварного соединения. Однако точность этих моделей недостаточна для их применения на практике для управления сварочными процессами.

Экспериментально-статистические методы исследований дают возможность по экспериментальным данным выбрать параметры, которые с наибольшей достоверностью позволяют судить о ходе процесса и, в частности, о качестве сварного соединения и построить требуемую модель – уравнение регрессии, описывающие корреляционную зависимость показателя качества соединения от выбранных переменных. Получаемое относительно простое математическое выражение является формальным и без учета экспериментальных данных не имеет связи с теоретической моделью, которая могла бы быть разработана на основе описания электрических, физико-химических и механических явлений. Действие неучитываемых факторов рассматривается при этом как случайные погрешности модели. Задача состоит в том, чтобы разработать модель, погрешность которой при возможных отклонениях параметров режима и изменении технологических факторов не превышала бы существующих на предприятии допусков на точность показателей качества сварных соединений.

2. Особенности объекта регулирования при стыковой сварке оплавлением.

Процесс стыковой сварки оплавлением состоит из трех этапов: предварительного подогрева, оплавления и осадки. Существует большое число вариантов сопутствующего поэтапного контроля и регулирования. Для предварительного подогрева наиболее перспективна система активного контроля по уровню конечного сигнала. Команда на переход к оплавлению подается после достижения заданной конечной температуры подогрева.

Взрывы перемычек жидкого металла при оплавлении вызывают пульсацию сварочного тока с частотой порядка 1000 Гц и более. С увеличением уровня пульсации при сварке создаются благоприятнее условия для формирования соединений. Это позволило рекомендовать частоту пульсаций f_п как обобщенный параметр, характеризующий качество процесса оплавления.

В системах активного контроля процесса оплавления в качестве сигнала ОС используют сигнал, пропорциональный f_п, а в качестве регулирующего воздействия – V_опл (рис.6.24). С трансформатора тока 1 сигнал поступает в измеритель частоты пульсации 2, на выходе которого снимается постоянное напряжение, пропорциональное частоте пульсации сварочного тока.

Это напряжение усиливается в блоке 3 и подается на вход автоматического оптимизатора 4, который, воздействуя на двигатель 5 стыковой машины, изменяет скорость оплавления V_п в ту или другую сторону, чтобы обеспечить процесс сплавления при f_п = f_пз. Однако рассмотренная система вследствие возмущений полностью не гарантирует постоянства температурного поля в момент осадки. Поэтому целесообразно команду на осадку согласовать с работой автономной системы определения фактической температуры Т₀ на торцах деталей. Непосредственно измерить температуру Т₀трудно. Поэтому для ее определения пользуются расчетной формулой

Т_х = Т₀ ехр (–kх),

где х – расстояние от оплавляемого торца; k – показатель экспоненты; Т_х – температура на поверхности детали на расстоянии х от торца.

Т₀ определяют следующим образом. Определяют температуры Т_х1 и Т_х2 в некоторых точках А и Б на поверхности детали. Зная расстояние между этими точками, по формуле рассчитывают температуру Т₀ на торцах деталей. Элементы структуры регулятора, решающие эту задачу, включают фотоэлектрические датчики 8 и 9, которые измеряют температуру в точках А и Б и преобразуют ее в напряжение. Это напряжение вместе с напряжением U_п, пропорциональным перемещению плиты S_п, поступает в аналоговое вычислительное устройство 6. Полученные значения Т₀, Т₁, Т₂, k и S регистрируются самописцем 10. Одновременно с этим сигналы напряжения U_и, пропорциональные Т₀, сравниваются с заранее заданным опорным напряжением U_з задатчика 7. При равенстве этих напряжений (U = 0) срабатывает устройство, дающее команду на осадку.

2.  

2. Составление структурной схемы системы "Источник питания - дуга" при сварке неплавящимся электродом.

3. Особенности объекта регулирования при электронно-лучевой сварке.

4. Основные виды автоматизации.

Этот класс систем управления предполагает наличие микрокон- троллеров или ЭВМ вконтуре управления, а также участие челове- ка-оператора в управлении технологическим процессом.

В автоматизированных системах автоматического управления технологическим процессом(АСУ ТП) можно выделить структуры сцентральным,децентрализованным икомбинированным управ- лением. В системах с центральным управлением задача обработки сигналовдлямфиоррованияуправляющихвоздействийрешается центральным цифровым управляющим устройством, соединенным многими каналами связи собъектом (объектами) управления.

Общая структурная схема для этого случая показана на рис. 6.1. Она содержит объект (объекты) управленияОУ, цифровое управля- ющее устройствоЦУУ, рядвходных аналого-цифровых преобразо- вателей АЦП и выходные цифроаналоговые преобразователи ЦАП, соединенные с исполнительными устройствамиИУ. Если осущест- вляется управление сложным многомерным объектом, например

Рис. 6.1. Структура АСУ ТП с центральным управлением

по длине шва определяеттекущие координаты стыка. Чтобы не за-поминать чрезмерно большоеколичество координат, весь стык ав-томатически разбивается накусочно-линейные участки,аппрокси- мирующие с заданной точностью криволинейный стык. Для каждого участка достаточно занести в память ЭВМ лишькоординату конца участка (узловой точки).

В дальнейшем в процессе сварки поокординатам узловых точек ЭВМ подсчитываеткоординаты всех промежуточных точек с по- мощью линейной интерполяции. При выполнении криволинейных швовАСУ обеспечивает постоянную контурную скорость свар- ки, соответствующим образомкорректируя скорость перемещения по координатамх и у.

Сравнительно большой объем оперативной памяти ЭВМ по- зволяет задавать программу изменения параметров режима свар- ки практически любой сложности. Одновременно осуществляется допусковый контроль всех параметров технологического режима сварки.

Режим работы АСУ (обучающийпроход, выполнение техноло- гических прихваток, косметическая обработка) задается оператором спульта управления набором номера соответствующей программы.

2. Теории автоматического регулирования и управления.

3. Автоматизация процесса сварки неплавящимся электродом.

4. Система автоматического регулирования вылета электрода.

5. Автоматический регулятор питающей системы для сварки неплавящимся электродом.

6. Структурные схемы источников питания.

7. Параметрический регулятор проплавления при сварке неплавящимся электродом.

8. Классификация элементов автоматики.

Автоматика – отрасльнауки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непо- средственного участия человека; в узком смысле – это совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека в выполнении операций конкретного процесса.

Системы автоматики предназначены для получения информа- ции оходе управляемого процесса, ее обработки и использованияпримфиорровании управляющих воздействий на процесс. В зави- симости от назначения различают:

• системы автоматической сигнализации, которые предназначе- ны для извещения обслуживающего персонала о состоянии той или иной технической установки, о протекании того или иного процесса;

• системы автоматического контроля, которые без участия чело- века осуществляют контроль различных параметров, характеризу- ющих работу какого-либо технического устройства или протекание какого-либо процесса;

• системы автоматического блокирования и защиты, которые служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и установках;

• системы автоматического пуска и останова, которые обеспе- чивают включение, останов (а иногда и реверс) двигателей и при- водов по заранее заданной программе;

• системы автоматического управления, которые предназначе- ны для управления либо работой тех или иных технических систем, либо теми или иными процессами.

К важнейшим инаиболее сложным относят системы автоматиче- ского управления (САУ); все остальные перечисленные выше системы являются частными, как правило, более простыми вариантами САУ.

В современные САУ сварочным оборудованиемвходят следую- щие элементы ав т о м атики (рис. 1.1):

1. датчики;

2. устройства передачи сигналов;

Наиболее распространены ПЛК:

• Siemens – SIMATIC S5 и S7;

• Omron CJ1, CJ2, CS1;

• Schneider Electric – PLC Twido;

• Beckhoff;

• Rockwell Automation;

• ABB – 800  A Industrial IT;

• Mitsubishi – серия Melsec (FX, Q);

• ОВЕН – серия ПЛК 100/110/63/73/154/160.

2. Следящие системы с запоминанием.

3. Системы программного управления при электронно-лучевой сварке.

4. Системы программного управления при сварке неплавящимся электродом.

В системах программного управления входные сигналы являют- ся заданной функцией времени и изменяются по программе.

Программное управление дуговой сваркой неплавящимся электродом. Наиболее простые программы управления сварочными циклами реализуются при сварке неплавящимся электродом в среде инертных газов. Программа работы этих устройств заложена жестко уже на этапах разработки и изготовления оборудования. Какие-либо ее изменения в процессе эксплуатации затруднены, поскольку это связано с перестройкой электрической и кинематическойсхем сва- рочного оборудования.

Широкое распространение для описания программы работы оборудования получили циклограммы. Циклограммы аналогичны временны´м диаграммам и отличаются от последних лишь тем, что их вычерчивают без соблюдения масштаба времени. Программу

работы можно представить такжехвемвыиде салгоритмов, графа

функционирования и другими способами. Ниже рассмотрены систе- мы программного управления циклами дуговой сварки, для описа- ния которых использованы наиболее распространенные на практике способы представления алгоритма функционирования.

п.г

РНД

Циклограмма процесса сварки неплавящимся электродом с про- граммным управлением показана на рис. 5.1. После нажатия на кноп- ку «Пуск» включается реле времени, задающее длительностьt предварительной продувки газа, затем включается осциллятор и воз- буждается дуга, после чего запускаются реле времени: задержкиt

з.пр

включения регулятора напряжения дуги (РНД), задержкиt включе-

ния привода подачи присадочной проволоки, задержки t

з.к

включения

привода каретки. После отработки задержки включения РНД уста-

навливает требуемое напряжение на дуге либо периодически изме- няет его (например, при импульсно-дуговой сварке). С момента t_н.п

программа автоматически генерирует управляющую программу по чертежу детали. Затем управляющая программа передается тем или иным способом в память станка с ЧПУ.

САМ-системы можно подразделить на две категории – с языко- вым и графическим способом ввода информации. Используя первые, технолог программист обязан использовать язык программирова- ния, подобный языкам BASIC или С. Этисистемыртебуют програм- мирования, и некоторые из САМ-систем в силу этого весьма сложны для освоения. В графических САМ-системах каждый шаг обработки задается интерактивно в графическом режиме. Технолог-програм- мист имеет зрительную обратную связь при выполнении каждого шага задачи программирования. Поэтому в общем случае такие си- стемы более просты в изучении и работе.

Исполнительные приводы систем с ЧПУ выполнены на шаговых и серводвигателях с цифровой схемой управления с применением быстродействующих микропроцессоров. Примером этих разработок являются: универсальная сварочная головка модульной конструкции для сваркипод флюсом строительных конструкций А6S Arc Master фирмы ЕSАВ, установка для механизированной и роботизирован- нойсваркина баземультисистемыKM-50фирмыаKшeиmнpыpi, м

для плазменной резки «Кристалл» с ЧПУ производственно коммер- ческой фирмы «Кристалл»(г. Санкт-Петербург) и разработки ряда известных фирмГермании, Австрии и США.

2. Программное управление процессом контактной сварки.

Для разработки системы группового контроля и управления контактной и дуговой сваркой отечественной промышленностью выпускается комплекс технических средств, основанных на использовании различных типов мини- и микроЭВМ. Разрабатываются системы АСУ ТП контактной и дуговой сварки на основе современных ЭВМ. Следует заметить, что при практически одинаковых технических характеристиках ЭВМ предпочтение следует отдавать той машине, показатели надежности которой выше.

В качестве примера рассмотрим АСУ ТП контактной и дуговой сварки на основе управляющего вычислительного комплекса. Система состоит (рис.8.3) из процессора Ml, оперативно запоминающего устройства ПЗ, накопителя на магнитных дисках НГМД, подключенного к общей шине через плату сопряжения И4 с принтером через плату сопряжения И7, дисплея с клавиатурой, который связан с общей шиной через устройство последовательного обмена информацией УПО. Для ввода данных о параметрах режима используется 32-канальный  аналого-цифровой преобразователь АЦП, устройства комбинированного быстродействующего блока УКБ, подключенного через согласователь к общей шине СОШ. Аналоговые датчики Д параметров режима через измерительный преобразователь ИП соединены с входами АЦП, а выходы модуля дискретных датчиков МВДИ технического состояния сварочного оборудования подаются на вход модуля ввода дискретной информации МВвДИ. Программа «диспетчер» в основном осуществляет связь оператора с системой путем вызова в работу в режиме диалога требуемых модулей. Кроме того, независимо от оператора системы регулярно включаются в работу модули, контролирующие техническое состояние сварочной машины, а также на дисплей выводится оперативная информация о ходе процесса. При этом модуль контроля технического состояния сварочных машин и прогнозирование неисправностей включается с заранее заданным периодом времени Т, обычно Т равно 30 мин. Это связано с тем, что износ оборудования можно рассматривать как монотонный и медленно протекающий процесс.

Управляющая программа включает в работу модули, которые непосредственно осуществляют контроль и управление процессом сварки в реальном масштабе времени. Эти модули имеют высший приоритет. Поэтому диспетчер АСУ и модули, которые он непосредственно включает в работу, при запуске управляющей программы выполняются как фоновые задачи в режиме прерывания. Управляющая программа включается в работу в режиме прерывания от таймера с интервалом 20 мс. Синхронизация управляющей программы с напряжением сети диктуется особенностями задания циклограммы режима. Для контактной сварки эти модули и контроль состояния электродов по числу сваренных точек после их зачистки включаются в фазе проковки. Адаптация регулятора и модуль передачи сообщений на локальную систему управления запускается только в двухуровневой системе. В фазе паузы управляющая программа находится в режиме ожидания. При отсутствии требований на контроль процесса от других сварочных установок управление передается программе «диспетчер».

При включении в АСУ ТП локальной системы управления работу верхнего уровня корректируют в зависимости от функций, выполняемых локальной системой. Прежде всего, исключаются измерения параметров режима и выдачи данных о процессе на табло сварщика (они выполняются на нижнем уровне). При этом резко сокращается число линий связи между центральной ЭВМ и сварочной установкой. Это не только повышает надежность системы, но и сокращает стоимость системы, время монтажа ее на объекте, упрощает внедрение и эксплуатацию АСУ ТП и локальных систем в целом.

2. Сравнительная оценка фотоэлектрических и электромагнитных датчиков.

3. Система автоматического регулирования тока дуги с воздействием на скорость подачи электродной проволоки.

4. Системы программного управления при сварке плавящимся электродом.

5. Системы саморегулирования длительности подогрева при стыковой сварке оплавлением.

6. Автоматизация процесса сварки плавящимся электродом.

7. Системы программного управления процессом стыковой сварки.

8. Самонастраивающаяся система регулирования при стыковой сварке оплавлением.

9. Применение роботов при сварке.

В результате использования робототехники в сварочном произ- водстве представляется возможным автоматизировать выполнение швов любой формы, а также большого числа коротких швов, раз- личным образом расположенных в пространстве; выполнять дуго- войсваркой швы с любой формой линии стыка в горизонтальном (нижнем) положении. Это позволяет применять наиболее произво- дительные режимы сварки смфиоррованием сварных швов с ми- нимальным отклонением геометрических размеров. По сравнению савтоматической сваркой роботизация обеспечивает рост произ- водительности,экономию сварочных материалов, электроэнергии и уменьшение сварочных деформаций. Сокращается потребность в специальном сварочном оборудовании и в изготовлении специаль- ных и специализированных станков, установок и машин для сварки. Проблема роботизации сварочного производства включает в се-

бя выбор универсальных иликомпоновку специализированных средств робототехники и комплексное решение технико-экономи- ческих вопросов, связанных с внедрением средств робототехники на конкретном сварочном производстве.

Требования, предъявляемые к средствам роботизации свароч- ных процессов при различных способах сварки, обусловливаются особенностями сварных конструкций, которые по геометрическим признакам можно подразделить:

• нскаопслтоные ( полотнища, панели с элементами жесткости);

• листовые типа тел вращения (резервуары, цилиндры и т. п.);

• каркасно-решетчатые (плоские и объемные фермы, каркасы ка- бин транспортных и сельскохозяйственных машин, каркасы шкафов, блоков и пультов управляющей аппаратуры, ограждения и другие кон- струкции, состоящие из стержневых элементов различного профиля);

Рис. 7.29. Стереосистема пространственной коррекции траектории движе- ния робота AID-800:

1 – телекамера; 2 – вкладыш; 3 – рама

режиме, снабдив его СТЗ с парой твердотельных телекамер, укре- пленных на расстоянии 76,2 см одна от другой (рис. 7.29).

Бинокулярная СТЗ фирмы Automatix Robotic Systems (США) по двум изображениямметодом триангуляциинаходит трехмерныекоординаты крайних точек прорези в середине вкладыша и по из- вестным его размерам определяет траекториюбудущего сварного

шва. Процесс от начала движения роботачкейрабо позиции до на-

чала сварки занимает менее 6 с. Вычислительная часть системы строится на базе микропроцессора Motorola 6800. Для программи- рования СТЗ и робота оператор может пользоваться удобным язы- ком RAIL. Вся процедура калибровки и обучения системы для рабо- ты с новым классом деталей занимает не более 1 ч.

2. Особенности объекта регулирования при дуговой сварке плавящимся электродом.

2. Автоматическое регулирование процесса контактной сварки.

3. Принцип саморегулирования длины дуги при сварке плавящимся электродом.

4. Пути автоматизации обработки материалов резанием (ОМР)

5. Автоматизация процесса работы станков сверлильной группы.

6. Станки фрезерной группы с ЧПУ.

7. Пути автоматизации обработки материалов резанием.

8. Классическое применение автоматов и полуавтоматов при обработке материалов.

7. Следящие системы с запоминанием.

При решении задач по механизации и автоматизации операций в сварочном производстве находят применение различные системы слежения.  Поговорим о достоинствах и недостатках применения различных типов систем слежения и принципам выбора необходимой системы для проектируемой автоматической установки или комплекса.

В основу работы различных систем слежения положены разные принципы обнаружения поверхностей свариваемых деталей – от простого механического контакта и отслеживания величины сварочного напряжения до сканирования поверхности разделки контактным методом или с помощью лазерного сенсора. Основная разница между следящими и сканирующими системами при сварке сварке до появления лазерных систем была в том, что требовалось 2 прохода сварочной головки по изделию. При первом проходе определялось положением разделки по отношению к сварочному роботу или автомату, при втором –  сварка. Сейчас появились сканеры, позволяющие осуществлять сканирование и слежение за сварочным стыком одновременно с учетом расстояния между точкой сканирования и точкой сварки. Основной разницей в работе сканирующих и просто следящих систем является то, что сканирующие системы позволяют получать информацию об отклонениях объема разделки, отклонении величины зазора в корне шва – эти данные обрабатываются и в дальнейшем могут использоваться и для направления сварочной головки по стыку и для коррекции режима сварки в ходе процесса.   Система слежения за стыком просто обеспечивает следование головки с учетом отклонений в расположении стыка с определенной точностью.

Наиболее распространенные методы обнаружения поверхности стыка это тактильный, слежение за длинной дуги по напряжению, лазерное сканирование поверхности. Последний метод имеет более простую разновидность -ведь вовсе не обязательно следить именно за поверхностью стыка, если его положение можно с достаточной точностью определить по положению соседних деталей.  С помощью системы из лазерных дальномеров можно использовать поверхности собранного под сварку изделия в качестве копиров.  То же самое можно сделать и при помощи тактильной системы слежения и при помощи чисто механического копира.  Чем проще система слежения устроена и чем качественнее она собрана тем дольше срок ее бесперебойной работы. Зачем же тогда такие усложнения? Неужели нельзя обойтись механическим копированием?