Способ автоматического управления процессом сварки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к автоматизации дуговой сварки и может быть использовано при сварке неповоротных стыков изделий сложной конфигурации автоматическими манипуляторами. Целью изобрения является расширение функциональных возможностей. Для этого в процессе сварки вычисляют угол наклона направления нормали к поверхности , в соответствии с которым производят плоскопараллельное перемещение электрода. Устройство снабжено следящими приводами перемещения направляющих по двум взаимно перпендикулярным осям иследящим приводом вращения планшайбы с установленным на ней электродом. Блок управления в зависимости от скорости сварки и радиуса установки электрода по сигналу блока автоматического регулирования напряжения Дуги обеспечивает позиционное и скоростное управление следящими приводами устройства. Устройство позволяет производить сварку замкнутых профилей сложной конфигурации без предвари- ,тельного центрирования свариваемого изделия. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 В 23 К 9/100

ВСЕССЖ., Я

1 !

13,, 13

6Ь". a,"1_#_. k.., 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3974751/25-27 (22) 14. 11. 85 (46) 23. 01. 88. Бюл. Р 3 (72) В.А.Анкудинов (53) 621.971.75(088.8) (56) Патент США 4365132, кл. В 23 К 9/12, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N - 308624, кл. В 23 К 37/02, 1970. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО У11РАВJIEHlfH ПРОЦЕССОМ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ31ЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматизации дуговой сварки и может быть использовано при сварке неповоротных стыков иэделий сложной конфигурации автоматическими манипуляторами. Целью изобрения является расширение функциональных возможностей. Для этого в процессе сварки вычисляют угол

„„SU„„1368127 А 1 наклона направления нормали к поверхности, в соответствии с которым производят плоскопараллельное перемещение электрода. Устройство снабжено следящими приводами перемещения направляющих по двум взаимно перпендикулярным осям и следящим приводом вращения планшайбы с установленным на ней электродом.

Блок управления в зависимости от скорости сварки и радиуса установки электрода по сигналу блока автоматического регулирования напряжения дуги обеспечивает позиционное и скоростное управление следящими приводами устройства. Устройство позволяет производить сварку замкнутых профилей сложной конфигурании без предвари.тельного центрирования свариваемого изделия. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1368127

Изобретение относится к автоматизации дуговой сварки и может быть использован6 при сварке неповоротных изделий сложной конфигурации автоматическими манипуляторами.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет сварки профилей сложной конфигурации без предварительного центрирования сварочного изделия.

На фиг. 1 показано устройство реализующее предлагаемый способ (следящие приводы условно не показаны), общий вид; на фиг. 2 — схема перемещения электрода относительно планшайбы и последней относительно изделия (стыка);.на фиг. 3 — блок-схема устройства.

Устройство для автоматического управления процессом сварки содержит основание 1 с кольцевыми направляющими, по которым перемещается планшайба 2 с электродом 3, жестко на ней закрепленным, блок 4 автоматическбго регулирования напряжения дуги, подключенный к источнику 5 сварочного тока (к дуговому промежутку), следящий привод 6 вращения планшайбы 2, следящий привод 7 перемещения основания 1 по оси Х, следящий привод 8 перемещения основания 1 по оси Y блок 9 управления следящими приводами, входами подключенный к выходам приводов и к выходу блока 4 автоматического регулирования напряжения дуги. При необходимости устройство может быть снабжено приводом перемещения основания 1 по оси Z для настройки электрода на стык.

Привод 6 вращения планшайбы — следящий цифровой, позиционный шаговый, с датчиками угловой скорости Я и перемещения q> (кодовыми) . Приводы 7 и 8 перемещения оснований 1 по осям

Х и У также цифровые шаговые следящие, с заданием по скорости линейного перемещения с датчиками скоростей

Х, Y и перемещений Х, Y.

Блок 9 управления приводами формирует цифровые сигналы управления положением ц планшайбы 2 и скоростями

V и Ч перемещения основания 1 относительно изделия.

В качестве блока 9 управления следящими приводами используется микроЭВМ.

Блок 9 выполняет следующие функции: вычисление текущих координат

2 положения электрода 3 и их приращений по формулам

Х, =X+Rcos(p;; . d Х; =Х;-Х;, Y; Y+Rsinq,; d Y =Y;-Y где i — текущая координата;

R — радиус планшайбы (расстояние между кончиком электрода и осью планшайбы) за вы10 четом длины дуги); вычисление угла (р„ положения нормали в зависимости от знаков приращений по формулам

I. P„=arctg ЬУ;/dX; +2, дХ«0, dY>0;

1г

П

IХ. g„=arctg dУ;/ЬХ;+2, d X«0, . dY(O;

III.(f„=arctg ЬУ; /ЬХ;+7, d Х >О, dY«0;

3 i

TV. p„=arctg Ь Y; /dX;+ —, ДХ О, dY>0;

20 вычисление составляющих Vs„ Vg> тангенциальной составляющей V< скорости перемещения основания 1 по формулам

1!

Ч =(V ñàR) cos((g+г);

25 ф

Ч = (V -Яц.) s in (+-.), о где Ч вЂ” скорость сварки; — угловая скорость вращения

ЗО; планшайбы; вычисление составляющих V и Ч„ нормальной составляющей V ñêîðîñòè перемещения основания 1 по формулам

V„„=K дЦ cosV;

V =К dU sin@ где К вЂ” коэффициент пропорциональности (в качестве функции управления

f(dU) выбрана линейная функция f(dU)=

40 =КЬП, соответствующая пропорциональному закону регулирования;

1 вычисление составляющих V„.è V скорости перемещения основания 1 относительно изделия производится IIO формулам

Ч ЧЕ +Ч03 Э

Ч, =Ъ +ЧЧ

60 Блок 4 автоматического регулирования напряжения дуги выполнен в ви-. де последовательно соединенных задатчика, дифференциального усилителя и аналого-цифрового преобразователя, 55 второй вход дифференциального усилителя подключен к дуговому промежутку.

Устройство работает следующим образом.

1368127

Х„, =Х, +R cos Я,;

YN, =Y, +R 81п ч, и вычисляются составляющие скорости перемещения основания 1 согласно формуле V =V -ц К, где 7 — .скорость сварки.

Так как в исходном состоянииЪ=О, 1\

+-) °

Э

+- )

V . =V, cos (tp, Ех, V =V sin(q, Я, о то в начальный момент времени планшайба 2 не вращается и сварка производится посредством тангенциального перемещения основания 1 (двумя приводами одновременно). Перемещение основания 1 приводит к изменению текущих координат конца электрода, при этом в блоке 9 производится вычисление приращений координат и углас „ положения нормали к вектору приращения в системе координат, жестко связанной с изделием

ЬХ; =Х, -Х;, =Х -Х,; Х =X+R cos(g;;

Ьу у у уа у(i у у+К зinч (вычисление приращений координат и нового положения нормали производится и интервалом дискретности h t>ht выч

6t „„ — время вычисления приращений и угла положения нормали).

Вычисление угла нормали „ производится по формулам

Перед сваркой в блок 9 управления вводят требуемые значения скорости сварки V,, радиуса R, соответствующего вылету электрода в планшайбе и заданной длине дуги, в задатчике блока 4 автоматического регулирования напряжения дуги устанавливают напряжение дуги У, соответствующее требуемой длине дуги, далее зажигают дугу осциллятором, после чего электрод движется по радиусу в направлении своей исходной оси к поверхности изделия (ось электрода располагают приблизительно по нормали к поверхности в исходном положении). После переходного процесса установления заданной длины дуги, включается основной ток и начинается автоматический процесс вычисления и сварки (в переходном процессе горит дежурная дуга).

Сначала вычисляются в блоке 9 координаты исходной точки М, /hX + -, ДХ(U, /дх;+-„, ДХ.О, 2

; /ЬХ +II, ДХ О, ЗУ

/Ь Х; +2-, Ь Х О, I. P„=-arctgbY; дУ>0;

ЬУ(0;

hY(0; ду>0;

II. +„=arctghY

III. Q„=arctgdY

IVå Q„=arctgzY

Вращение электрода производится относительно центра планшайбы, что приводит к необходимости коррекции тангенциальной составляющей скорости перемещения в соответствии с формулой

45 Ч=V-5R

E o где Я вЂ” угловая скорость вращения при отработке заданного угла с „.

Сигналы тангенциальной составляющей на приводы Х и Y распределяются следующим образом;

V =(V - R)соя(Ю+-);

Ех о 2

55 б о 2

Таким образом, в процессе сварки планшайба разворачивает электрод по нормали к поверхности (p„, а приводы

Далее следящий привод 6 поворота планшайбы поворачивает планшайбу в соответствии с заданием Cp„, т.е. производит позиционирование планшайбы, приводя разность измеряемого угла( вращения планшайбы и заданного с „ к нулю.

В процессе отработки задания „ следящим приводом 6 поворота следящая двусвязная система радиального перемещения основания, состоящая из приводов 7 и 8, стабилизирует длину дуги в соответствии с заданным значением напряжения U,, приводя разность ДУ заданного и измеренного напряжения к нулю посредством перемещения основания по двум осям Х и Y с некоторой результирующей скоростью

V„. Плоскопараллельное перемещение основания 1 в радиальном направлении и не влияет на результирующую скорость перемещения электрода относительно контура. Это перемещение осуществляется приводами Х и Y в зависимости,от угла положения планшайбы 2, при этом скорости перемещения

V„„ ll V „ определяют из формул

V Ê дП cos(f;

V Ê hU ° sing.

1368127

Х и Y осуществляют перемещение осноВания со скоростью V=V +V » при по стоянной длине дуги и перемещения электрода относительно контура со скоростью сварки V

При этом сигналы на приводы Х и Y распределяются по формулам

Vj< =Ч +Чо „, 10

Ч„=Ч +Ч„„.

Способ и реализующее его устройство позволяют производить сварку замкнутых профилей сложной конфигурации без точного предварительного центрирования свариваемого изделия при упрощении конструкции модуля сварочной головки, обеспечивающей расширение номенклатуры свариваемых изделий, 20

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом сварки неповоротных стыков, при котором перемещают электрод относительно свариваемого изделия по направляющим, охватывающим изделие, регулируют длину дуги по сигналу разности измеренного и заданного напряжений дуги, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет сварки профилей сложной конфигурации, вычисляют в процессе сварки угол направления нормали к поверхнос- З5 ти изделия, после чего осуществляют позиционирование электрода относительно направляющих в соответствии с вычисленным направлением нормали, в процессе позиционирования измеряют. текущие угловые скорость и положение электрода относительно направляющих и производят плоскопараллельное перемещение направляющих относительно изделия со скоростью, определяемой формулой с е Чо R», V f (gU)»

50 где 7 — скорость плоскопараллельного перемещения направляющих относительно изделия; скорость перемещения направ= ляющих по касательной к поверхности изделия (тангенциальная составляющая скорости перемещения направляющих относительно изделия);

V — скорость перемещения направляющих по направлению нормали к поверхности (радиальная составляющая скорости перемещения направляющих относительно изделия);

f(r U) — функция управления; ьБ — разность заданного и измеренного напряжений дуги;

К вЂ” радиус кривизны направляющих, уменьшенный на величину вылета электрода и длину дуги; и — единичный вектор направления нормали к поверхности;

V — скорость сварки;

Ю = 0 в исходном состоянии.

2. Устройство для автоматического управления процессом сварки неповоротных стыков, содержащее сварочную горелку, закрепленную на планшайбе, установленной с возможностью вращения относительно основания и охватывающей изделие, привод вращения планшайбы и блок автоматического регулирования напряжения дуги, подключенный к источнику сварочного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет сварки профилей сложной конфигурации, в него дополнительно введены привод перемещения основания по оси Х, привод перемещения основания по оси Y и блок управления приводами, все приводы выполнены следящими, входы приводов подключены к выходам блока управления приводами, а вход блока управления приводами подключен,к выходу блока автоматического регулирования напряжения дуги;

f368127

Фиг.2

1368127

Составитель В.Грибова

Редактор И.Горная Техред И.Попович корректор В.Гирняк

Заказ 151/13 Тираж 920 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4