Spawanie zrobotyzowane a oprzyrządowanie – jak dobrać przyrządy do linii automatycznej?

Robot spawalniczy może bardzo dokładnie powtarzać zaprogramowaną trajektorię, ale nie zapewni właściwej jakości spoin, jeżeli kolejne elementy będą ustawiane w innym położeniu. Dlatego kluczową częścią stanowiska jest oprzyrządowanie spawalnicze. Odpowiada ono za bazowanie, podparcie i zamocowanie części, a jednocześnie musi pozostawić robotowi swobodny dostęp do wszystkich złączy.

Dobór przyrządu nie powinien zaczynać się od wyboru docisków. Najpierw należy przeanalizować geometrię produktu, przebieg procesu, tolerancje części, kolejność wykonywania spoin oraz sposób współpracy oprzyrządowania z robotem.

Jaką funkcję pełni oprzyrządowanie?

Podstawowym zadaniem przyrządu jest jednoznaczne ustalenie elementów względem układu współrzędnych robota. Każdy kolejny detal powinien znaleźć się w tym samym miejscu, aby zaprogramowana ścieżka palnika odpowiadała rzeczywistemu przebiegowi złącza.

Oprzyrządowanie utrzymuje także wzajemne położenie części podczas spawania. Ma to znaczenie ze względu na siły działające podczas montażu oraz odkształcenia wywoływane nagrzewaniem i stygnięciem materiału. Przyrząd powinien stabilizować konstrukcję, ale nie może wprowadzać nadmiernych naprężeń ani utrudniać dostępu do spoin.

Od czego zacząć dobór przyrządu?

Punktem wyjścia jest analiza produktu i procesu. Należy określić wymiary oraz masę konstrukcji, materiał, położenie spoin, tolerancje elementów wejściowych i wymaganą geometrię gotowego wyrobu. Znaczenie mają również czas cyklu, sposób załadunku i odbioru detalu oraz zakres ruchu robota.

Przy dużych seriach ważny jest krótki i powtarzalny cykl mocowania. Przy wielu wariantach produktu większego znaczenia nabiera możliwość przezbrojenia przyrządu. Systemy wizyjne i funkcje śledzenia spoin mogą kompensować niewielkie odchyłki, ale nie powinny zastępować prawidłowego bazowania.

Bazowanie a powtarzalność procesu

Bazy powinny opierać się na powierzchniach, krawędziach lub otworach, których położenie można powtarzalnie kontrolować. Nie należy wybierać punktów łatwo odkształcalnych albo wykonanych z dużą tolerancją.

Do ustalania elementów stosuje się m.in. kołki, opory, pryzmy, gniazda i powierzchnie podpierające. Ich układ powinien odbierać detalowi wymagane stopnie swobody, ale bez stosowania zbędnych punktów podparcia. Nadmiernie rozbudowane bazowanie może prowadzić do niejednoznacznego ułożenia części.

Przyrząd powinien też ograniczać możliwość błędnego załadunku. Pomagają w tym asymetryczne rozmieszczenie baz oraz czujniki obecności i położenia komponentów. Sterownik może dzięki nim potwierdzić prawidłowe przygotowanie stanowiska przed uruchomieniem robota.

Jak dobrać sposób mocowania?

Dociski mają utrzymywać elementy na bazach, a nie zastępować ich prawidłowe ustalenie. Kierunek działania siły powinien dociskać detal do punktów pozycjonujących bez powodowania jego przesuwania lub skręcania.

Większa siła mocowania nie zawsze oznacza lepszą stabilność. Cienkie blachy i profile mogą odkształcić się pod wpływem zbyt mocnego docisku, a po jego zwolnieniu sprężynować. Trzeba również uwzględnić rozszerzalność i skurcz materiału podczas spawania.

W zależności od procesu stosuje się dociski ręczne, mechaniczne, pneumatyczne, hydrauliczne lub elektryczne. W linii automatycznej korzystne są rozwiązania sterowane i monitorowane, które pozwalają potwierdzić położenie mechanizmów przed rozpoczęciem cyklu.

Dostęp palnika i ryzyko kolizji

Przyrząd do spawania robotem musi pozostawiać przestrzeń nie tylko dla końcówki palnika, ale również dla jego szyjki, przewodów i ruchu osi robota. Należy uwzględnić kąt prowadzenia, odległość od złącza oraz przejazdy pomiędzy kolejnymi spoinami.

Docisk, który nie przeszkadza podczas spawania ręcznego, może blokować trajektorię robota. Dlatego dostępność złączy powinna być sprawdzona przed wykonaniem oprzyrządowania. Modelowanie i symulacja 3D pozwalają zweryfikować zasięg, możliwe kolizje, ułożenie osi oraz czas cyklu.

Przyrząd stacjonarny czy z pozycjonerem?

Przyrząd stacjonarny sprawdza się, gdy wszystkie spoiny są dostępne z jednego ustawienia, a detal ma prostą geometrię. Jego zaletami są sztywność, prostsza obsługa i mniejsza liczba elementów napędowych.

Jeżeli złącza znajdują się na kilku stronach konstrukcji, przyrząd może współpracować z pozycjonerem, obrotnikiem lub manipulatorem. Zmiana położenia detalu zapewnia lepszy dostęp do spoin i pozwala wykonywać je w korzystniejszej pozycji. Pozycjoner nie zastępuje jednak poprawnego bazowania i mocowania.

Przyrząd dedykowany czy przezbrajalny?

Przyrząd dedykowany jest przeznaczony do jednego produktu lub wąskiej rodziny wyrobów. Zapewnia krótki załadunek, dużą powtarzalność i sprawdza się w stabilnej produkcji seryjnej.

Przy wielu wariantach można zastosować konstrukcję modułową lub przezbrajalną. Wymienne bazy, podpory i dociski muszą jednak mieć jednoznaczne pozycjonowanie, a system powinien potwierdzać właściwą konfigurację. Rozwiązanie modułowe nie zawsze jest lepsze – przy dużych seriach prostszy przyrząd dedykowany może być szybszy i bardziej niezawodny.

Najczęstsze błędy projektowe

Do typowych błędów należą: projektowanie przyrządu bez uwzględnienia trajektorii robota, stosowanie zbyt wielu docisków, brak miejsca na palnik, pomijanie wpływu temperatury oraz utrudniony załadunek i wyładunek.

Problemem są także trudno dostępne punkty bazowe, w których gromadzą się odpryski spawalnicze. Zanieczyszczenia mogą stopniowo zmieniać położenie detalu, dlatego przyrząd powinien być łatwy do czyszczenia, regulacji i kontroli geometrii.

Oprzyrządowanie, robot, pozycjoner i sposób transportu detalu powinny być projektowane jako jeden system. Przedsiębiorstwo HAK projektuje i wykonuje przyrządy spawalnicze dopasowane do geometrii produktu, technologii spawania oraz organizacji konkretnej linii automatycznej.