ربات‌های جوشکاری و موقعیت‌سازها: راهنمای یکپارچه‌سازی نهایی

پوزیشنرهای جوشکاری دستگاه‌های مکانیکی هستند که قطعه کار را می‌چرخانند، کج می‌کنند یا تغییر موقعیت می‌دهند تا هر اتصال جوش را در موقعیت بهینه صاف یا افقی قرار دهند، در حالی که انواع ربات های جوشکاری به پیکربندی های مختلف بازوی خودکار - مفصلی، اسکارا، دکارتی، مشارکتی و موارد دیگر - که خود جوش را اجرا می کنند، مراجعه کنید. هر کدام به طور مستقل استفاده می شوند، کیفیت جوش و ارگونومی اپراتور را بهبود می بخشند. آنها با هم در یک سلول جوشکاری یکپارچه استفاده می شوند، جوشکاری خارج از موقعیت را به طور کامل حذف می کنند، زمان چرخه را 30 تا 60 درصد کاهش می دهند و تولید مداوم و بدون نظارت را در صنایع از ساخت سنگین تا الکترونیک دقیق امکان پذیر می کنند.

پوزیشنرهای جوشکاری چیست؟

A پوزیشنر جوشکاری یک سیستم نگهدارنده برقی است که جهت قطعه کار را در حین جوشکاری دستکاری می کند به طوری که اتصالات همیشه در دسترس ترین و مطلوب ترین موقعیت به جوشکار یا ربات جوشکار ارائه می شود. هدف اصلی تبدیل جوش های سربار، عمودی و افقی - که کندتر، کمتر سازگار هستند و به مهارت جوشکار بالاتری نیاز دارند - به موقعیت های صاف (1G) یا فیله افقی (2F) است که با بالاترین کیفیت جوش ها را در سریع ترین سرعت حرکت تولید می کند.

انواع پوزیشنرهای جوشکاری

پوزیشنرهای جوشکاری بر اساس محور حرکت، ظرفیت بار و کاربردشان طبقه بندی می شوند. شش نوع رایج عبارتند از:

1. موقعیت گردان های گردان

پوزیشنرهای گردان، قطعه کار را روی یک محور افقی می‌چرخانند و برای جوش‌های محیطی روی قطعات استوانه‌ای مانند فلنج‌ها، مخازن تحت فشار و قرقره‌های لوله ایده‌آل می‌شوند. ظرفیت های بار از 50 کیلوگرم تا بیش از 100000 کیلوگرم برای مدل های صنعتی سنگین سرعت چرخش به طور معمول است 0.1-5 RPM قابل تنظیم برای مطابقت دقیق با سرعت حرکت جوش.

2. شیب و چرخش موقعیت

پوزیشنرهای شیب و چرخش دو محور حرکت را ارائه می دهند - یک محور شیب (معمولاً 0-135 درجه) و یک محور چرخش - به قطعات پیچیده اجازه می دهد تا تقریباً در هر زاویه ای بدون باز کردن گیره تغییر مکان دهند. آنها همه کاره ترین نوع پوزیشنر استاندارد هستند و به طور گسترده برای ساخت سازه ها، قاب های تجهیزات کشاورزی و توزین اجزای خودرو استفاده می شوند. 100-10000 کیلوگرم .

3. Headstock-Tailstock Positioners

پوزیشنرهای Headstock-tailstock قطعات کار طولانی و سنگین را بین دو انتهای رانده پشتیبانی می کنند - سر استاک (با قدرت) و دم (پشتیبانی یا برقی). این پیکربندی برای شفت ها، محورها، بوم ها و تیرهای جوشکاری که طول قطعه از 1 تا 2 متر بیشتر است ضروری است و باید به طور مداوم چرخانده شود. ظرفیت های بار از 500 کیلوگرم تا 50000 کیلوگرم با فواصل مرکز تا 10 متر یا بیشتر.

4. پوزیشنرهای چرخ و فلک (H-Frame).

پوزیشنرهای چرخ و فلک دو فیکسچر قطعه کار را در دو طرف یک قاب چرخان نصب می کنند، که اجازه می دهد یک قسمت جوش داده شود در حالی که قسمت دیگر بارگیری یا تخلیه می شود - به طور چشمگیری زمان قوس الکتریکی را بهبود می بخشد. 85-95٪ در مقابل 40 تا 60 درصد در تنظیمات تک ایستگاهی. آنها به شدت در سلول های جوشکاری رباتیک با حجم بالا برای قطعات شاسی خودرو، توپی چرخ ها و اجزای اگزوز استفاده می شوند.

5. ترانیون پوزیشنرها

پوزیشنرهای ترونیون مجموعه‌های بزرگ و حجیم - مانند بوم تجهیزات ساختمانی، قاب‌های ناسل توربین بادی و بخش‌های کشتی - را در اطراف یک محور افقی با استفاده از دو حلقه تراننیون می‌چرخانند. طراحی شده برای بارهای شدید 10000-500000 کیلوگرم ، آنها معمولاً در مغازه های تولیدی سنگین با دسترسی به جرثقیل سقفی روی زمین نصب می شوند.

6. سیستم های دستکاری موقعیت یابی (ستون و بوم)

دستکاری‌کننده‌های ستون و بوم یک پوزیشن‌دهنده جوشکاری را با یک بوم قابل تنظیم ترکیب می‌کنند که مشعل جوش را روی قطعات بزرگ ثابت یا به آرامی می‌چرخاند. رونق سفر X، Y و Z را فراهم می کند 1-10 متر در هر محور ، این سیستم را به راه حل استاندارد برای درزهای طولی مخازن تحت فشار، ساخت مخازن بزرگ و جوشکاری سازه های دریایی تبدیل می کند.

جدول 1: مقایسه انواع پوزیشنر جوش بر اساس محورهای حرکتی، ظرفیت بار و کاربرد اولیه.

انواع ربات های جوشکاری چیست؟

را انواع ربات های جوشکاری طیف گسترده‌ای از معماری‌های مکانیکی را پوشش می‌دهد که هر کدام برای ترکیب‌های مختلف دسترسی، بار، دقت و انعطاف‌پذیری مهندسی شده‌اند. انتخاب نوع ربات صحیح به اندازه انتخاب فرآیند جوشکاری حیاتی است – معماری اشتباه دسترسی را محدود می کند، تکرارپذیری را کاهش می دهد یا زمان چرخه را بی جهت افزایش می دهد.

1. ربات های جوشکاری مفصلی (6 محور)

ربات های مفصلی نوع غالب در اتوماسیون جوشکاری هستند که بیش از آن را به خود اختصاص می دهند 70٪ از تمام ربات های جوشکاری نصب شده در سطح جهانی شش مفصل چرخشی آن‌ها طیف کامل حرکت بازوی انسان را تکرار می‌کنند و امکان دسترسی مشعل را به هندسه‌های پیچیده مفصل تقریباً از هر زاویه‌ای فراهم می‌کنند. ظرفیت بارگیری از 3 کیلوگرم تا 20 کیلوگرم برای کاربردهای مشعل جوشکاری، با پاکت های دسترسی 600 میلی متر تا 3100 میلی متر . تکرارپذیری موقعیت معمولاً است 0.02-0.08 ± میلی متر .

2. ربات های جوشکاری SCARA

ربات‌های SCARA (بازوی ربات مفصلی با انطباق انتخابی) در یک صفحه افقی با محور Z عمودی کار می‌کنند، که آنها را برای جوشکاری نقطه‌ای بر روی مجموعه‌های صاف یا خمیده ملایم مانند محفظه‌های الکترونیکی، قطعات فلزی نازک و قطعات داخلی خودرو مناسب می‌سازد. محور عمودی صلب آنها قابلیت تکرار عالی را فراهم می کند ± 0.01-0.02 میلی متر اما دسترسی به مفاصل عمیق را در مقایسه با روبات های مفصلی 6 محوره محدود می کند.

3. ربات های جوشکاری دکارتی (گانتری).

ربات‌های جوشکار دکارتی در امتداد سه محور خطی (X، Y، Z) که بر روی ساختار دروازه‌ای بالای سر نصب شده‌اند، حرکت می‌کنند و پاکت‌های کاری را می‌پوشانند. 1 متر × 1 متر تا 20 متر × 10 متر یا بزرگتر آنها در جوشکاری پانل‌های مسطح بزرگ، بخش‌های کشتی‌سازی و فولاد پل که هیچ ربات تک بازویی دسترسی کافی را ندارد، عالی هستند. حرکت خطی آنها برنامه نویسی را ساده و دقت مسیر را بسیار بالا می کند - معمولاً ± 0.1 میلی متر در طول دهانه های بزرگ

4. ربات های جوشکاری مشترک (Cobots)

ربات‌های جوشکاری مشترک (cobots) برای کار ایمن در کنار اپراتورهای انسانی بدون محافظت کامل ایمنی، با استفاده از حسگرهای نیروی گشتاور برای تشخیص تماس و توقف فوری طراحی شده‌اند. کوبات های جوشکاری معمولاً محموله هایی از 5-16 کیلوگرم و دسترسی از 850-1300 میلی متر . آنها برای تولید دسته ای کوچک و با ترکیب بالا در جایی که نیاز به برنامه ریزی مجدد مکرر است ایده آل هستند - زمان راه اندازی یک قطعه جدید را می توان به کاهش داد زیر 30 دقیقه با استفاده از آموزش برنامه نویسی دستی.

5. ربات های جوشکاری هفت محور

ربات های هفت محوره یک مسیر خطی یا یک مفصل بازوی اضافی را به یک معماری استاندارد 6 محوره اضافه می کنند و به ربات درجه آزادی بیشتری برای رسیدن به اطراف موانع، حفظ زاویه مشعل در فضاهای تنگ و اجتناب از موقعیت های تکی می دهند. آنها به طور فزاینده ای در جوشکاری هوافضا، ساخت سازه های پیچیده و سلول های موقعیت ساز یکپارچه استفاده می شوند که در آن محورهای ربات و موقعیت ساز به طور همزمان هماهنگ می شوند. سیستم های 7 محوری روی مسیر می توانند فواصل خطی را پوشش دهند تا 50 متر .

6. ربات های جوش نقطه ای

ربات های جوش نقطه ای ربات های مفصلی با بار سنگین هستند که به طور خاص برای حمل تفنگ های جوش نقطه ای مقاومتی پیکربندی شده اند که معمولاً وزن دارند. 40-150 کیلوگرم . آنها ستون فقرات تولید بدنه به رنگ سفید خودرو هستند، جایی که بدنه یک وسیله نقلیه نیاز دارد 3000 تا 5000 جوش نقطه ای در کمتر از 60 ثانیه با استفاده از یک سلول هماهنگ از 10 تا 20 روبات تکمیل شد. محدوده بارگذاری از 100 کیلوگرم تا 500 کیلوگرم برای پیکربندی اسلحه های سنگین

جدول 2: مقایسه انواع ربات های جوشکاری بر اساس محور، بار، تکرارپذیری و فرآیند جوشکاری توصیه شده.

نحوه کار دستگاه های جوشکاری و ربات های جوشکاری با هم

یکپارچه سازی پوزیشنر جوشکاریs با ربات های جوشکاری یک سلول جوشکاری چند محوره هماهنگ ایجاد می کند که در آن محورهای موقعیت دهنده به عنوان محورهای ربات خارجی در نظر گرفته می شوند - در زمان واقعی با کنترل کننده ربات هماهنگ می شوند تا حرکت قطعه کار و حرکت مشعل به طور همزمان اتفاق بیفتد. این به عنوان شناخته شده است حرکت هماهنگ یا هماهنگی محورهای خارجی ، و چندین مزیت حیاتی را ارائه می دهد:

• زاویه مشعل ثابت: را robot and positioner move simultaneously to maintain the optimal torch-to-joint angle (typically 5–15° drag or push angle) throughout curved or complex welds — impossible with either machine acting alone.
• جوشکاری با موقعیت مسطح در تمام اتصالات: با کج کردن پوزیشنر در حین حرکت ربات، هر مفصل بدون توجه به موقعیت مکانی آن روی قطعه، در موقعیت مسطح 1G قرار می‌گیرد و حداکثر سرعت تغذیه سیم و نرخ رسوب را ممکن می‌سازد.
• حذف محدودیت های دسترسی ربات: چرخ و فلک یا پوزیشنر دم سر، پوشش موثر یک ربات ثابت را گسترش می دهد و قسمت را می چرخاند تا مفاصل دوردست را بدون جابجایی ربات در دسترس ربات قرار دهد.
• بارگذاری و جوش موازی: پوزیشنرهای فریم H اجازه می‌دهند که یک فیکسچر بارگذاری شود در حالی که ربات فیکسچر مخالف را جوش می‌دهد و به زمان‌های قوس الکتریکی بالاتر می‌رسد. 90% - در مقایسه با 50-65٪ در طرح‌بندی‌های تک ایستگاهی.

Welding Positioner در مقابل No Positioner: Performance Impact

را productivity and quality difference between welding with and without a positioner is substantial and measurable across every key performance indicator:

جدول 3: مقایسه عملکرد جوشکاری با و بدون ادغام موقعیت ساز در یک سلول جوشکاری رباتیک.

کاربردهای صنعتی: جاهایی که موقعیت‌دهنده‌های جوشکاری و انواع ربات‌ها مستقر می‌شوند

ترکیبات مختلف نوع پوزیشنر و نوع ربات برای هر صنعت بر اساس هندسه، حجم و کیفیت قطعات بهینه هستند:

خودروسازی

تولید بدنه در سفید خودرو متکی است ربات های جوش نقطه ای (6 محور، 100-500 کیلوگرم بار محموله) جفت شده با پوزیشنرهای چرخ و فلک برای دستیابی به توان عملیاتی مورد نیاز برای تولید انبوه یک فروشگاه بدنه معمولی مستقر می شود 200-400 ربات جوشکار در چندین سلول هماهنگ شده، هر 60 تا 90 ثانیه یک بدنه وسیله نقلیه جدید تولید می کند.

مخازن نفت و گاز و تحت فشار

کاربردهای جوشکاری لوله و مخزن محیطی پوزیشنرهای میز گردان یا سر دم با ربات های جوشکاری MIG یا TIG مفصلی . پوزیشنر لوله را می‌چرخاند در حالی که ربات موقعیت مشعل ثابت را حفظ می‌کند - تکنیکی که کیفیت جوش را مطابق با الزامات کد ASME بخش IX و API 1104 با نفوذ ریشه ثابت در اتصالات حاصل می‌کند. قطر 50 میلی متر تا 2000 میلی متر .

کشتی سازی و سازه های فراساحلی

جوشکاری پانل بزرگ در مصارف کشتی سازی ربات های جوشکاری دروازه ای دکارتی با submerged arc welding (SAW) torches for high-deposition flat seam welding of hull plates up to 20 متر طول . بخش های بدنه خمیده و مجموعه های پرتو T استفاده می شود پوزیشنرهای تراننیون برای چرخاندن واحدهای ساختاری عظیم (50 تا 200 تن) در حالی که روبات‌های MIG مفصلی جوش‌های فیله و لب به لب را تکمیل می‌کنند.

کارگاه ها و سازندگان قراردادی

سازندگان قرارداد با ترکیب بالا و کم حجم بیشترین سود را دارند ربات های جوشکاری مشترک (cobots) جفت شده با فشرده پوزیشنرهای کج و چرخش . یک سلول جوشکاری کوباتی را می توان در کمتر از 30 دقیقه برای یک قطعه جدید برنامه ریزی کرد و از نظر اقتصادی برای اندازه های دسته ای کوچک به صرفه است. 5-50 قسمت - بسیار کمتر از آستانه 500 قسمتی که معمولاً برای توجیه سرمایه گذاری سلول های جوشکاری ربات سنتی لازم است.

فاکتورهای کلیدی هنگام انتخاب موقعیت‌دهنده‌های جوشکاری و انواع ربات

تطبیق موقعیت‌ساز و نوع ربات مناسب با برنامه شما مستلزم ارزیابی پنج پارامتر اصلی است:

• وزن و هندسه قطعه: حداکثر وزن قطعه را از جمله فیکسچرها تعریف کنید - همیشه 20 تا 30 درصد حاشیه ایمنی به بار نامی پوزیشنر اضافه کنید. برای قطعات بیشتر از 1.5× عرض آنها، headstock-tailstock بهتر از تنظیمات صفحه گردان عمل می کند.
• دسترسی مشترک: قطعاتی که دارای جوش داخلی، اتصالات گوشه‌ای محکم یا جوش‌هایی در وجوه مخالف هستند، به ربات‌های مفصلی ۶ یا ۷ محوره نیاز دارند. جوش های مسطح یا محیطی ساده را می توان با سیستم های SCARA یا Cartesian با هزینه کمتر انجام داد.
• حجم تولید: حجم های سالانه زیر 10000 قطعه به نفع کوبوت هایی با وسایل تعویض سریع دستی است. حجم های بالای 50000 قطعه سلول های موقعیت ساز چرخ و فلک با ابزار سخت اختصاصی را با ادغام کامل ربات توجیه می کند.
• فرآیند جوشکاری: جوشکاری TIG به روبات هایی با قابلیت تکرار ± 0.05 میلی متر یا بهتر نیاز دارد. جوش MIG ± 0.1-0.2 میلی متر را تحمل می کند. SAW به دلیل وزن و سیستم تغذیه واحد شار/سیم به سیستم های دروازه ای دکارتی نیاز دارد.
• فضای کف و ارتفاع سقف: پوزیشنرهای چرخ و فلک و تراننیون معمولاً به فاصله بالای سر بالایی نیاز دارند 4-8 متر . سیستم های ستون و بوم به سقف های 6 تا 12 متری نیاز دارند. سلول های جمع و جور cobot-positioner می توانند به همان اندازه کار کنند 4×4 متر از فضای کف

سوالات متداول

تفاوت بین پوزیشنر جوش و فیکسچر جوش چیست؟

A دستگاه جوش یک دستگاه بستن ثابت است که قطعه کار را در هنگام جوشکاری در یک موقعیت ثابت نگه می دارد. الف پوزیشنر جوشکاری یک سیستم حرکتی است که به طور فعال قطعه کار را در حین یا بین جوش ها حرکت داده و می چرخاند. لامپ ها دقت ابعادی و تکرارپذیری را در اولویت قرار می دهند. پوزیشنرها دسترسی مشترک و بهینه سازی موقعیت را در اولویت قرار می دهند. در عمل، وسایل ثابت تقریباً همیشه بر روی پوزیشنرها نصب می شوند تا از مزایای هر دو بهره مند شوند.

آیا یک کوبات جوشکاری می تواند جایگزین ربات جوشکاری مفصلی سنتی شود؟

برای برنامه‌های با ترکیب بالا و حجم کم، بله - کوبات‌ها می‌توانند مقرون به صرفه‌تر و انعطاف‌پذیرتر باشند. با این حال، کوبات ها با سرعت کمتری کار می کنند (معمولا 30 تا 50 درصد کندتر نسبت به ربات های صنعتی در حالت جوشکاری به دلیل محدودیت سرعت ایمنی در هنگام حضور انسان) و بارهای کمتری را حمل می کنند. برای تولید اختصاصی با حجم بالا، ربات‌های جوشکاری مفصلی 6 محوره سنتی از نظر توان عملیاتی، چرخه کاری و هزینه طولانی‌مدت هر جوش برتر هستند.

پوزیشنر جوش چند محور به سلول رباتیک اضافه می کند؟

یک موقعیت‌سنج استاندارد شیب و چرخش اضافه می‌کند 2 محور خارجی به کنترل کننده ربات، مجموع محورهای هماهنگ یک سلول ربات 6 محوره را به 8 می رساند. یک پوزیشنر چرخ و فلک (چرخش فیکسچر قاب) 2 تا 3 محور اضافه می کند. کنترلرهای ربات مدرن تا 18-27 کل محورهای هماهنگ ، سلول های پیچیده چند رباتی و چند موقعیتی را فعال می کند.

چه فرآیندهای جوشکاری با جوشکاری رباتیک سازگار است؟

تمام فرآیندهای اصلی جوشکاری قوس الکتریکی با روبات های جوشکاری استفاده می شود. MIG/MAG (GMAW) رایج ترین است - تقریباً 65٪ از کل جوشکاری قوس رباتیک. TIG (GTAW) برای فولاد ضد زنگ و تیتانیوم استفاده می شود که به بالاترین کیفیت نیاز دارد. جوش پلاسما جوشکاری دقیق سوراخ کلید را روی مواد نازک انجام می دهد. جوش لیزری برای خودرو و الکترونیک به سرعت در حال رشد است. قوس فرورفته (SAW) به طور انحصاری بر روی ربات های دکارتی دروازه ای برای جوشکاری مسطح با رسوب بالا استفاده می شود.

دوره ROI معمولی برای یک سلول جوشکاری رباتیک با پوزیشنر چیست؟

برای تولید با حجم متوسط (5000-50000 قطعه در سال)، یک سلول جوشکاری رباتیک کامل با ادغام موقعیت ساز معمولاً به بازگشت سرمایه در 18-36 ماه . ROI با کاهش هزینه نیروی کار (یک اپراتور نظارت بر 2-4 روبات در مقابل 4-8 جوشکار دستی)، کاهش هزینه های دوباره کاری (نرخ نقص از 5-8٪ به کمتر از 1.5٪ کاهش می یابد) و افزایش توان (40-80٪ قطعات بیشتر در هر شیفت) ایجاد می شود. برنامه های کاربردی خودرویی با حجم بالا اغلب به بازگشت سرمایه در کمتر از حد مجاز می رسند 12 ماه .

آیا پوزیشنرهای جوشکاری برای کار با روبات ها به برنامه ریزی خاصی نیاز دارند؟

بله. برای حرکت هماهنگ، پوزیشنر باید به صورت یک پیکربندی شود محور خارجی باin the robot controller, with accurate kinematic calibration of the positioner's rotation center relative to the robot base frame. Most modern robot controllers include built-in external axis coordination software, and setup typically requires 4-16 ساعت کالیبراسیون و آزمایش توسط یک انتگرالگر آموزش دیده پس از پیکربندی، برنامه ربات به طور خودکار حرکت پوزیشنر و مشعل را همگام می‌کند - به برنامه‌ریزی پوزیشنر جداگانه نیاز نیست.

نتیجه گیری

پوزیشنرهای جوشکاری و مختلف انواع ربات های جوشکاری فن‌آوری‌های مکملی هستند که وقتی به درستی تطبیق و ادغام شوند، قابلیت‌های تولیدی را ارائه می‌دهند و به تنهایی نمی‌توان به آنها دست یافت. پوزیشنرها اطمینان حاصل می کنند که هر مفصل همیشه در موقعیت جوشکاری بهینه است. ربات ها اجرای مداوم و خستگی ناپذیر را با سرعت و سطح کیفیت ارائه می دهند که هیچ فرآیند دستی نمی تواند مطابقت داشته باشد. چه در حال تجهیز یک کارگاه با سلول کوباتی و شیب‌گیر فشرده باشید یا یک خط جوشکاری نقطه‌ای خودرو با حجم بالا با پوزیشنرهای چرخ و فلک و 20 ربات مفصلی مهندسی کنید، کلید موفقیت در تطبیق صحیح نوع پوزیشنر، معماری ربات و فرآیند جوشکاری با حجم، هندسه و کیفیت قطعه خاص شما است.