Устройство для автоматической сварки угловых соединений

(51) 5 В 23 К 37/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельсМ 1139600, кл. В 23 К 37/Козырев Ю,Г, ПромьСправочник, М.; Машстр. Центрального наинститута техноньков и В,А.Квиттво СССР02, 1986,шленные роботь1988, с.334, 1(фр Дь ,О Изобретение от вам для сварки наба ции судна и мо судостроении и д строения. атичев, соными монти- планИзвес ской свар держаще самоорие рованныеосится к устройста с обшивкой секиспользоваться в х отраслях машинотно устройки угловыхе ходовуюнтирующимна тележке тво для автом замкнутых шв ележку с опь ся колесами, с тойку с плитой жет руги(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ УГЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Использование: в устройствах для сварки набора с обшивкой секции судна в судостроении и других отраслях машиностроения. Сущность изобретения; устройство для автоматической сварки угловых соединений состоит из портала, выполненного с возможностью продольного перемещения, на котором смонтирована каретка поперечного хода и установлена поворотная сварочная головка, выполненная с возможностью вертикального перемещения, и из механизма копирования. Этот механизм содержит установленную на двух опорах вращения вертикально расположенную трубу с жестко закрепленным на ней фланцем, на ступице которого установлено с возможностью поворота относительно оси фланца зубчатое колесо, связанное при помощи пружины растяжения с торцовой поверхностью фланца и взаимодействующее с приводом поворотной сварочной головки, закрепленным на одной из опор вращения, На нижнем торце фланца смонтирована горизонтальная полка рычага, на вертикальной стойке которого установлена с возможностью вертикального перемещения подпружиненная копировальная каретка, на которой закреплен коонштейн с горелкой, Ось горелки установлена под углом 45 к горизонтальной плоскости и теоретической линии сварки. На кронштейне установлен самоориентирующийся опорный ролик и боковой упор, я вля ющийся наиболее отдал енной опорной точкой рычага и выполненной в виде шарика, жестко соединенного со стержнем, продольная ось которого расположена параллельно оси горелки в вертикальной плоскости, проходящей через ее ось, В процессе сварки расстояние от оси поворота сварочной головки до линии сварки равно В зп а, где Й - длина плеча рычага, равная расстоянию отточки касания бокового упора до оси поворота сварочной головки, а а - угол между проекцией плеча рычага на горизонтальйую плоскость и ли- - нией сварки. 5 ил.1764915 Составитель А. Вола Техред М.Моргентал Корректор Н, Милюк Редактор Т. Пилипенк изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 3340 ВНИИПИ Тираж енного комитета по 13035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТаушская наб., 4/5шайбу со сварочной головкой и механизмами радиального перемещения сварочной головки и поворота планшайбы, две парыприводных электромагнитных копирных роликов, шарнирный параллелограмм.Недостатком такого устройства является необходимость применения ручного труда при перестановке устройства из ячейки вячейку и сравнительно большие затратыподготовительного времени на установку инастройку устройства.Более совершенным является устройство, содержащее управляемые системой сЧПУ портал, выполненный с возможностьюпродольного перемещения, на котором установлена каретка поперечного хода, поворотную сварочную головку, установленнуюна каретке поперечного хода и выполненную с возможностью вертикального перемещения.Недостатком такого устройства является необходимость. высокой точности разметки и предварительной сборки набора собшивкой, высокой точности изготовлениямеханического оборудования устройствадля сварки, сложность системы управления,необходимость программного обеспеченияпри большом изменении номенклатуры изделий, большие затраты подготовительноговремени, что резко снижает производительность труда,Целью изобретения является упрощение конструкции устройства, а также повышение производительности труда.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для автоматическойсварки угловых соединений, содержащем портал, установленный с возможностью перемещения по направляющим,каретку, смонтированную на портале с возможностью перемещения в направлении,нормальном направлению перемещенияпортала, сварочную головку, размещеннуюна каретке с возможностью поворота и перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости перемещения каретки, сприводом поворота и сварочной горелкой, сварочная головка снабжена механизмом копировайия, состоящим изтрубы с фланцем, зубчатого колеса, пружины растяжения, уголка, подпружиненной копировальной каретки, кронштейнаопорного ролика и бокового упора, при этомтруба закреплена с возможностью поворотана каретке, зубчатое колесо установлено нафланце с возможностью поворота относительно трубы и кинематически связано сприводом поворота сварочной головки, пружина-растяжения одним концомсвязана сзубчатым колесом, а другим - с фланцемтрубы, на котором закреплена одна из полок уголка, на другой полке которого с возможностью перемещения установлена копиро.вальная каретка, на которой закреплен5 кронштейн со сварочной горелкой, а на кронштейне установлен опорный ролик и боковой упор, выполненный в виде стержняс жестко закрепленным на нем шариком. Сопоставительный анализ показывает,что заявляемое техническое решение отли 10 чается от прототипа тем, что устройство снабжено простым механизмом силового копирования, позволяющим без сложной системы числового программного управления выполнить те же операции со значи 15 тельным сокращением подготовительного времени на ориентацию обшивки, разметку линий для установки набором, предварительную сборку и ее контроль,. различных отраслях машиностроения, позволяет сделать вывод об отсутствии в них. признаков, сходных с существенными от 25 личительными признаками в заявляемом устройстве для сварки, и признать заявляемое решение соответствующим критериям30 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В - В на фиг.З; на фиг.5 - схема движения сварочной головки при сварке ячейки с замкнутым сварным швом,Устройство состоит из портала 1, пере 35 мещающегося по рельсовому пути 2 вдоль панелей 3, состоящих из листов обшивки 4, к которым привариваются продольные 5 и 6 и поперечные 7 и 8 балки набора, На порта 40 ле 1 вдоль его длины установлены боковые направляющие 9, на которых смонтирована каретка 10, перемещающаяся поперек панелей 3, На корпусе каретки 10 установлена с возможностью вертикального перемещения плита 11, на которой закреплена с возможностью поворота на двух опорах 12 и 13, цилиндрическая труба 14, к нижней части которой жестко прикреплен фланец 15, на ступице которого установлено с возможностью поворота относительно оси фланца 15 на некоторый угол зубчатое колесо 16, В зубчатом колесе 16 выполнено два радиусных паза 17 и 18, в одном из которых 17 45 50 установлена пружина растяжения 19 с двумя зацепами, связанная одним зацепом с зубчатым колесом 16, а вторым зацепом - с пальцем 20, жестко закрепленным на фланце 15, В пазу 18 перемещается упор 21, жестко закрепленный на фланце 15, В исходном положении упор 21 упирается в тор 20 Анализ известных технических решений в исследуемой области, т.е, в судостроении ицовую стенку паза 18. Зубчатое колесо 16 входит в зацепление с ведущей шестерней 22 привода поворота 23, закрепленного на опоре 12 трубы 14,Плита 11 связана при помощи рейки 24 с приводом подъема 25,К нижней торцовой поверхности фланца 15 жестко крепится горизонтальная полка уголка 26, при этом на вертикальной стойке уголка 26 установлена на роликоопорах 27 с возможностью вертикального перемещения копировальная каретка 28, связанная с вертикальной стойкой уголка 26 пружиной растяжения 29. К копировальной каретке 28 крепится кронштейн 30, на котором закреплена под углом 45 О к горизонтальной плоскости горелка 31 для сварки, а также самоориентирующийся опорный ролик 32.Горелка 31 связана при помощи направляющегоо канала 33, проходящего сквозь отверстие в трубе 14, с механизмом подачи проволоки 34 и кассетой 35, На конце кронштейна 30 закреплен упор 36, выполненный в виде шарика, жестко соединенного со стержнем, продольная ось которого расположена параллельно оси горелки 31 в вертикальной плоскости, проходящей через ее ось, Шарик упора 36 является наиболее отдаленной точкой плеча уголка 26, который под воздействием пружины растяжения 19 упирается упором 21 в торцовую стенку радиусного паза 18, расположенного в зубчатом колесе 16. На боковой стороне вертикальной полки уголка 26, дальней от линии сварки, прикреплен двуплечий поворотный рычаг 37, на длинном плече которого закреплен ролик 38, а короткое плечо при помощи пружины 39 прижимает шток конечного выключателя 40,Механизмы, установленные на плите 11, совместно с механизмом подачи проволоки 34 и кассетой 35, образуют сварочную головку 41.Сварочная головка 41 снабжена датчиком угла поворота (на чертеже не показан) рычага 26. Датчик угла поворота предназначен для выдачи команд в систему автоматического управления устройства после поворота уголка 26 на наперед заданный угол,На фиг.5 изображена схема перемещения сварочной головки 41 (вид сверху) при отслеживании углового замкнутого сварного шва прямоугольной ячейки. Точка О является проекцией оси поворота копировального уголка 26 на горизонтальную плоскость. Точка Т является точкой касания шарикового упора 36, Линия ОТ является проекцией плеча копировального уголка 26,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 длина которого условно равна В. Горелкунастраивают таким образом, чтобы ее осьпересекалась с линией сварки, при этом точка касания упора 36 на виде сверху (см.фиг,5) должна совпадать с линией пересечения оси горелки и линией сварки и должналежать на вертикали, опущенной в точку пересечения оси горелки с линией сварки несколько выше указанной точки пересечения,На фиг.5 точка касания упора 36, т,е. точкаТ совпадает с точкой пересечения оси горелки 31 с линией сварки.В процессе сварки упор 36 постоянноприжимается к стенке набора и направляетнаконечник горелки точно в угол междустенкой балки набора и листом обшивки.Условием надежного слежения за угловым соединением является постоянное прижатие шарикового упора 36 к стенке балкинабора и постоянное прижатие самоориентирующегося ролика.32 к листу обшивки.Поичем при повороте горелки вокруг точкикасания упора 36 в стенку балки набораменяется только угол сварки, а ось горелкинаправлена в угол соединения.Устройство работает следующим образом.Оператор путем включения приводадвижения портала 1 и привода каретки 10перемещает сварочную головку 41 на маршевой скорости примерно в центр любойячейки; панели 3 с замкнутым угловымшвом, Включается привод 25 и сварочнаяголовка 41 опускается вниз, при этом самоориентирующийся опорный ролик 32, связанный при помощи кронштейна 30 скопировальной кареткой 28, упрется в листобшивки и после соответствующего натяжения пружины 29 привод 26 останавливается,Пружина 29 прижимает копировальнуюкаретку 28, опорой которой о лист обшивкиявляется самоориентирующийся ролик 32,Затем включается поперечный ход каретки10 влево и сварочная головка на маршевойскорости движется влево (см. фиг.5) из положения 1 в положение 11, до тех пор, покашариковый упор 36 не упрется в вертикальную стенку продольного ребра 5 и в процессе движения каретки 10 влево, уголок 26поворачивается вместе с горелкой 27 до техпор, пока вертикальная плоскость, проходя-щая через ось горелки, не станет подострымуглом а(например 15 - 20) к вертикальнойстенке балки набора 5, при этом ось поворота уголка 26 будет находиться внутри ячейки на расстоянии от стенки балки набора10, равном В з 1 п а, где В - длина проекцииплеча уголка 26 на горизонтальную плоскость, равная минимальному расстоянию от точки касания упора 36 до оси поворота уголка 22,Для обеспечения остановки оси на указанном расстоянии от стенки ребра 5, равном Я зи а, производят настройку угла поворота а при помощи датчика поворота (на чертеже не показан), таким образом, чтобы датчик после достижения поворота уголка 26 на заданный угол выдал команду на остановку поперечного хода влево каретки 10 и включает продольный ход портала 1 назад на маршевой скорости (см. схему на фиг.5). При этом в процессе движения сварочной головки вдоль балки набора 5 может оказаться, что балка находится под углом к линии движения, при этом датчик поворота выдает команду на включение поперечного хода влево при увеличении угла а и поперечного хода вправо - при уменьшении угла а: Таким образом при движении вдоль косого ребра 5 ось уголка 26 находится внутри ячейки на расстоянии, примерно равном Й эи а с погрешностью, определяемой точностью датчика поворота, поддерживающего заданный угол а,Ось поворота сварочной головки 10, являющаяся также осью поворота уголка 26, в процессе движения вдоль ребра 5 проходит путь из точки А в точку Б, при этом в момент достижения точки Б, находящейся за пределами свариваемой ячейки на расстоянии, равном В эи а от внутренней стороны ребра 8, срабатывает конечный выключатель 40, тк как при этом ролик 38 упирается в балку набора 8 и отклоняет рычаг 37, который освобождает шток конечного выключателя 40. С этого момента зажигается дуга, включается скорость сварки, а также начинается процесс поворота горелки 31 на 90,Условием обеспечения поворота и отслеживания угла между балками набора 5 и 8 является такая траектория движения проекции оси поворота уголка 26 на горизонтальную плоскость, при которой радиус Й будет всегда больше его проекции на вертикальную плоскость поперечной балки набо, ра 8, а проекция оси поворота уголка 26 на горизонтальную плоскость нахоцится в процессе движения (особенно в конце поворота) с внешней стороны ячейки,При отслеживании угла уголок 26 поворачивается, при этом происходит ослабление натяжения пружины 16, Для поддержания постоянного натяжения пружины 16 включается привод поворота 19 сварочной головки, который автоматически поддерживает заданное натяжение пружины 16, 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 Когда проекция оси поворота уголка на горизонтальную плоскость достигает точки Б,находящейся на расстоянии, равном В зи а от внутренней стенки ребра 8, срабатывает конечный выключатель 40 и выдает команду на выключение привода движения портала назад, включение процесса сварки и включения привода движения каретки 10 вправо. При этом скорость привода перемещения каретки 10 на участке БС должна изменяться таким образом, чтобы обеспечить скорость сварки, т.е. скорость точки Т была постоянной, После поворота плеча ОТ на угол (90 - 2 а) (см. фиг.5 положение ) точка касания шарикового упора 36 достигает вершины угла между ребрами 5 и 8 (точка ТЗ). В этот момент по сигналу датчика угла поворота включается привод перемещения портала 1 вперед и проекция оси сварочной головки на горизонтальную плоскость (В дальнейшем точка О) перемещается по прямой СД за счет сложения двух движений - одновременного перемещения каретки 10 вправо и перемещения привода портала 1 вперед, точка О будет перемещаться по линии СД, расположенной под углом 45 к линии БД. На участке СД происходит дальнейший поворот горелки на угол 2 а, при этом точка Д находится на расстоянии от внутренней полки ребра 8, равном й эи а.Система управления устройства должна обеспечивать на участке СД одинаковый закон изменения скоростей перемещения точки О, при котором скорость точки Т (скорость сварки) будет величиной, постоянной и равной скорости сварки, В точке Д завершается поворот сварочной головки на 90, срабатывает датчик угла поворота, который отключает движение привода портала 1 вперед и точка О перемещается вправо по линии ДЕ. В точке Е (см, фиг.5 положение : И) срабатывает конечный выключатель 40,который отключает привод перемещения каретки 10 вправо и включает привод перемещения портала 1 "Вперед", Точка О послеэтого перемещается по линии ЕЖ, при этом происходит поворот горелки на угол (90 - 2 а, В процессе поворота уголка 26 сварочной головки пружина 19 ослабляет свое натяжение, однако привод поворота 23 поддерживает ее натяжение путем поворотазубчатого колеса 16. В точке Ж по команде датчика угла поворота включается привод перемещения каретки 10 "Влево" и точка О сварочной головки перемещается по линии ЖИ до тех пор, пока сварочная головка не повернется на оставшийся угол 2 а, где в точке И завершается второй поворот на 90. При этом точка касания упора 36 перемещается со скоростью сварки и по мере поворота горелки привод поворота 23 обеспечивает постоя н ное натяжение и ружины 19. В точке И срабатывает датчик угла поворота и отключает привод перемещения каретки 10 "Влево".Далее сварочная головка движется вдоль ребра 6. Точка О сварочной головки перемещается по прямой ИК. Далее аналогично описанному начинает осуществляться третий поворот сварочной головки,Точка О сварочной головки перемещается по ломаной линии КЛМ. В точке М заканчивается третий поворот сварочной головки и далее она движется вдоль ребра 7. Точка О сварочной головки перемещается по линии МИ. В точке И начинается четвертый поворот сварочной горелки. Точка О сварочной головки перемещается по линии НПР, В точке Р заканчивается четвертый поворот сварочной горелки и далее сварочная головка движется вдоль ребра 5, осуществляя приварку ребра 5 к листу обшивки,При этом точка О сварочной головки перемещается по линии РБ, При достижении точки Б срабатывает конечный выключатель 40, который отключает привод перемещения портала 1 "Назад" и отключает процесс сварки. Таким образом ячейка заварена по периметру, так как начало и конец сварки совпали в одной точке Т 2,После окончания процесса сварки опеоатор включает ход каретки 10 вправо и после того как упор 36 переместится вправо, сваоочная головка 41 поднимается в верхнее положение, где в конце хода происходит разворот сварочной головки на 360 в исходное положение,Далее оператор переводит сварочную головку в центр следующей ячейки и процесс сварки повторяется,Процесс сварки ячейки с незамкнутым угловым швом производят аналогично описанному, только прекращение процесса сварки производится по команде оператора в необходимой точке ячейки.Использование данного устройства позволяет использовать специалистов с более низкой квалификацией, упростить конструкцию эа счет снижения класса точности изготовления в сравнении с классом точности изготовления оборудования, необходимого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 для работы с числовым программным управлением, упрощения системы управления, исключения необходимости применения программ и персонала для программирования и обслуживания оборудования с ЧЛЧ, Также появляется возможность повышения производительности труда за счет сокращения подготовительного времени на сборку панелей под сварку, в связи с исключением необходимости особо точной разметки, предварительной сборки и исключения контроля сборки путем холостого пробега сварочной головки машины по программе, При этом упрощается организация подготовки производства, снижаются технические требования на ориентацию панели относительно координатных осей устройства,Формула изобретения Устройство для автоматической сварки угловых соединений, содержащее портал, установленный с возможностью перемещения по направляющим, каретку, смонтированную на портале с возможностью перемещения в направлении, нормальном направлению перемещения портала, сварочнуюголовку, размещенную на каретке с возможностью поворота и перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости перемещения каретки, с приводом поворота и сварочной горелкой, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения производительности, сварочная головкаснабжена механизмом копирования, состоящим из трубы с фланцем, зубчатого колеса, пружины растяжения, уголка, подпружиненной копировальной каретки, кронштейна, опорного ролика и бокового упора, при этом трубазакреплена с возможностью поворота на каретке, зубчатое колесо установлено на фланце с возможностью поворота относительно трубы и кинематически связано с приводом поворота сварочной головки, пружина растяжения одним концом связана с зубчатым колесом, а другим - с фланцем трубы, на котором закреплена одна из полок уголка, на другой полке которого с возможностью перемещения установлена копировальная каретка, на которой закреплен кронштейн со сварочной горелкой, а на кронштейне установлен опорный ролик ибоковой упор, выполненный в виде стержняс жестко закрепленным на нем шариком,