Fatores-chave no projeto e integração de células de soldagem robótica

A soldagem robótica pode melhorar a consistência da produção e reduzir o trabalho manual repetitivo, mas a automação bem-sucedida depende de muito mais do que apenas o robô de soldagem.

Uma célula completa de soldagem robótica combina um robô, equipamento de soldagem, gabaritos, posicionamento da peça de trabalho, sistemas de controle e medidas de segurança. Se esses elementos não forem devidamente coordenados, o sistema poderá apresentar longos tempos de ciclo, programação difícil, qualidade de solda inconsistente ou interrupções frequentes na produção.

Para fabricantes que planejam uma nova linha de soldagem ou a atualização de um processo existente, a compreensão dos principais fatores de projeto e integração é essencial.

O robô deve corresponder às dimensões da peça de trabalho, posições de soldagem, configuração da tocha e ciclo de produção necessário.

Fatores importantes de seleção incluem:

• Capacidade de carga útil, incluindo a tocha de soldagem e o equipamento montado

• Alcance e envelope de trabalho

• Orientação da ferramenta necessária

• Desempenho de repetibilidade e movimento

• Posição de montagem

• Processo de soldagem e requisitos de produção

Um robô industrial de seis eixos é comumente considerado para aplicações de soldagem porque oferece flexibilidade no posicionamento da tocha em torno de peças de trabalho complexas.

Modelos de robôs de fabricantes comoFANUC e KUKApodem ser avaliados para projetos de soldagem robótica. O modelo apropriado depende do alcance necessário, carga útil, requisitos da aplicação e compatibilidade com o equipamento de soldagem proposto.

Escolher um robô com base apenas em seu alcance nominal ou carga útil pode levar a dificuldades quando a tocha precisa acessar locais de solda restritos.

O gabarito mantém a peça de trabalho na posição necessária durante a soldagem.

Um projeto de gabarito inadequado pode causar posicionamento inconsistente da peça, acesso difícil da tocha e ajustes repetidos durante a produção.

Um gabarito adequado deve considerar:

• Dimensões e tolerâncias da peça de trabalho

• Método de fixação

• Acessibilidade das juntas de solda

• Exposição ao calor e respingos

• Espaço de carregamento e descarregamento

• Posicionamento repetível

• Requisitos de troca de gabarito

Para produção repetitiva, o posicionamento consistente da peça de trabalho é especialmente importante. Mesmo um robô bem programado pode produzir resultados insatisfatórios se a peça de trabalho se mover ou variar significativamente entre os ciclos.

Onde múltiplas variantes de peças estão envolvidas, o projeto do gabarito também deve levar em conta as trocas de produto.

O robô de soldagem e o equipamento de soldagem devem funcionar juntos como um sistema integrado.

Dependendo do processo, o equipamento pode incluir uma fonte de energia de soldagem, tocha, alimentador de arame, estação de limpeza da tocha, pacote de cabos e dispositivos de monitoramento de processo.

A seleção deve refletir o material, a espessura da peça de trabalho, o projeto da junta, o método de soldagem e as condições de produção necessárias.

O arranjo de montagem da tocha também é importante. O robô deve ser capaz de manter o ângulo da tocha necessário e acessar a junta de solda sem interferência excessiva da peça de trabalho ou do gabarito.

Antes de comprar o equipamento, confirme as interfaces elétricas necessárias, o método de comunicação e as funções de controle com os fornecedores do robô e do equipamento de soldagem.

Um posicionador de soldagem gira ou reorienta uma peça de trabalho para fornecer acesso mais adequado à solda.

Posicionadores podem ser úteis quando o robô precisa soldar diferentes lados de um componente ou quando uma orientação fixa da peça de trabalho criaria ângulos de tocha difíceis.

Ao integrar um posicionador, considere:

• Peso e dimensões da peça de trabalho

• Faixa de rotação necessária

• Precisão de posicionamento

• Coordenação com o movimento do robô

• Montagem do gabarito

• Roteamento de cabos e utilidades

• Tempo de ciclo necessário

Nem toda célula de soldagem requer um posicionador. Para peças de trabalho mais simples, um gabarito fixo pode ser suficiente. Para peças mais complexas, o movimento coordenado do robô e do posicionador pode melhorar a acessibilidade e a consistência do processo.

O caminho de soldagem deve corresponder à geometria da junta e ao processo de soldagem necessário.

Os engenheiros precisam considerar a orientação da tocha, posições de aproximação e partida, folga de colisão, roteamento de cabos e a ordem em que as soldas são concluídas.

A sequência pode afetar tanto o tempo de ciclo quanto a deformação da peça de trabalho. Para certas peças, a ordem de soldagem e a distribuição de calor podem precisar ser consideradas juntamente com o movimento do robô.

A programação offline e a simulação podem ajudar a avaliar a alcançabilidade, identificar colisões potenciais e revisar o layout da célula proposto antes da comissionamento físico.

No entanto, os resultados da simulação devem ser validados durante a configuração e os testes com o equipamento e as peças de trabalho reais.

Uma célula de soldagem robótica geralmente inclui vários dispositivos que devem operar na sequência correta.

Estes podem incluir:

• Controlador do robô

• Fonte de energia de soldagem

• Grampos de gabarito

• Posicionador

• Sensores

• Equipamento de carregamento de peças

• CLP

• Dispositivos de segurança

Por exemplo, o robô não deve iniciar um ciclo de soldagem até que a peça de trabalho esteja corretamente posicionada e as condições de fixação necessárias sejam confirmadas.

A sequência de controle também deve abordar o tratamento de falhas, a conclusão do ciclo, a intervenção do operador e a recuperação após interrupções.

A comunicação confiável entre o robô e os equipamentos periféricos é importante para a produção estável.

A soldagem robótica envolve vários perigos, incluindo radiação do arco de soldagem, superfícies quentes, fumos, faíscas e máquinas em movimento.

Um projeto de segurança adequado pode incluir proteções, intertravamentos de portas de acesso, funções de parada com classificação de segurança e medidas apropriadas para fumos de soldagem e perigos elétricos.

As salvaguardas necessárias dependem da aplicação completa, equipamento, local de trabalho e regulamentos aplicáveis.

A segurança deve ser considerada durante o layout inicial e o projeto do sistema, em vez de ser adicionada apenas após a instalação do robô.

A velocidade de movimento do robô não determina a taxa de produção completa.

O ciclo completo pode incluir carregamento da peça de trabalho, fixação, soldagem, movimento do posicionador, inspeção e descarregamento.

Para avaliar o tempo de ciclo alvo, os fabricantes devem identificar cada estágio e determinar onde os atrasos podem ocorrer.

Melhorias potenciais incluem:

• Redução de viagens desnecessárias do robô

• Melhora no carregamento e descarregamento do gabarito

• Otimização da sequência de soldagem

• Coordenação do movimento do robô e do posicionador

• Redução do tempo de espera evitável

• Planejamento de procedimentos de troca adequados

O objetivo é melhorar o processo de soldagem completo, em vez de otimizar o robô isoladamente.

Fornecer detalhes claros da aplicação ajuda os fornecedores a avaliar os requisitos de equipamento e a complexidade da integração.

Prepare as seguintes informações, onde disponíveis:

• Desenhos e dimensões da peça de trabalho

• Tipo e espessura do material

• Locais de solda e detalhes da junta

• Volume de produção

• Tempo de ciclo necessário

• Requisitos do processo de soldagem

• Requisitos de gabarito e posicionador

• Espaço de piso disponível

• Equipamento de soldagem existente

• Interfaces de segurança e controle necessárias

Amostras de peças de trabalho, vídeos de produção e desenhos de layout também podem ajudar durante a avaliação técnica.

A soldagem robótica bem-sucedida depende da integração do robô, equipamento de soldagem, gabaritos, dispositivos de posicionamento, controles e sistemas de segurança.

Selecionar um robô adequado é apenas o primeiro passo. O posicionamento da peça de trabalho, o acesso da tocha, a sequência de soldagem, a comunicação e o planejamento do tempo de ciclo influenciam o desempenho do sistema final.

Para fabricantes que consideram a automação de soldagem, avaliar a célula de soldagem completa antes de comprar o equipamento pode ajudar a reduzir as dificuldades de integração e criar um processo de produção mais confiável.