УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Устройство относится к области машиностроения и предназначено для автоматизации процесса сварки.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, источник питания управляющего электрода, вакуумную камеру с размещенной в ней подвижной платформой, снабженной приводом перемещения изделия с шаговым двигателем, блоком управления шаговым двигателем и блоком управления пушкой (Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки патент на полезную модель №64972, кл. В23К 15/00, опубликовано 27.07.2007 Бюл. №21).
Недостатком данного устройства является то, что параметры процесса сварки изменяются, поскольку перемещение изделия сопровождается колебаниями скорости, а время воздействия электронного луча на изделие изменяется. При изменении частоты управляющих импульсов возникают резонансные явления в шаговом приводе, приводящие часто к сбоям в отработке заданной программы и браку свариваемых деталей. Нестабильность параметров сварки приводит к снижению качества сварного соединения особенно при сварке малогабаритных изделий.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении быстродействия установки за счет повышения качества движения шагового двигателя, устранении сбоев в работе системы, а также стабилизацией параметров электронного луча по времени и по мощности.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее электронную пушку, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, источник питания управляющего электрода, вакуумную камеру с размещенной в ней подвижной платформой, снабженной приводом перемещения изделия с шаговым двигателем, блоком управления шаговым двигателем и блоком управления пушкой, дополнительно введены блок формирования старт-стопного управления шаговым двигателем, блок задания числа шагов двигателя, блок задержки импульса управления лучом и блок задания длительности импульса луча, подключенный выходом к входу источника питания управляющего электрода, а входом - к выходу блока задержки, соединенного входом с выходом блока управления пушкой, одновременно подключенного через блок задания числа шагов двигателя и блок формирования старт-стопного управления к входу блока управления шаговым двигателем.
Кроме того, предлагаемое устройство может дополнительно содержать второй шаговый двигатель перемещения изделия по координате, расположенной под углом к первой, с блоком управления, связанным входом через блок формирования старт-стопного управления и блоком задания числа шагов двигателя с выходом блока управления пушкой.
Устройство поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства для управления процессом электронно-лучевой сварки.
Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки содержит электронную пушку 1, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания 2, источник питания управляющего электрода 3, подключенный положительным полюсом к катоду 4 электронной пушки, а отрицательным полюсом - к управляющему электроду 5 электронной пушки. Электронная пушка 1 примыкает к вакуумной камере 6 с размещенными в ней подвижной платформой 7, на которой установлено изделие 8. Платформа 7 приводится в движение по двум координатам Х и Y шаговыми двигателями 9 и 10, подключенными к выходам блоков управления шаговыми двигателями 11 и 12. Входы блоков управления 11 и 12 подключены соответственно к выходам блоков формирования старт-стопного управления 13 и 14, которые в свою очередь подключены к выходам блоков задания числа шагов по координате Х 15 и по координате Y-Y 16. Входы блоков задания числа шагов 15 и 16 соединены с выходом блока управления пушкой 17, подключенным также к входу блока задержки импульса управления лучом 18, выход которого соединен с входом блока задания длительности импульса луча 19, подключенного выходом к входу источника питания управляющего электрода 3.
Предлагаемое устройство может содержать как однокоординатный, так и двухкоординатный привод перемещения изделия. Число координат привода перемещения изделия не изменяет существа предложения.
Функциональные блоки, включенные в предлагаемое устройство, могут быть реализованы как аппаратными средствами (на так называемой «жесткой логике»), так и на программируемых контроллерах. Они решают логические задачи формирования требуемых последовательностей импульсов управления источником питания управляющего электрода и шаговых двигателей. Так, например, блок задержки импульса управления лучом осуществляет задержку импульса управления пушкой, вырабатываемого одноименным блоком 17, на время перемещения изделия по одной или двум координатам. После того как перемещение изделия на заданную величину завершится, блок задержки вырабатывает команду на подачу разрешающего сигнала на вход блока задания длительности импульса тока луча 19. Последний формирует управляющий сигнал на источник питания управляющего электрода 2, длительность которого должна обеспечить требуемые параметры точечного сварного соединения. Важной особенностью предлагаемого устройства является обеспечение стабильности условий формирования сварного соединения, которые обеспечиваются неподвижностью изделия в процессе сварки и заданным временем воздействия тока луча. Очевидно, что в этом случае при однократной настройке длительности тока луча и его величины будет обеспечиваться воспроизводимость заданного качества сварного соединения не только для данного конкретного изделия, но и последующих аналогичных изделий.
Конкретная схемотехническая реализация блока задержки 18, блока задания длительности импульса тока луча 19, блоков управления шаговым двигателем 11 и 12, блоков формирования старт-стопного управления 13, 14 и блоков задания числа шагов 15, 16 не является существенной для достижения поставленной цели, которая обеспечивается указанным набором функциональных элементов и связями между ними.
Устройство работает следующим образом. Каждый цикл сварки обеспечивается формированием на выходе блока управления пушкой 17 короткого импульса управления (значительно меньшей длительности в сравнении с длительностью цикла сварки). Рассмотрим для определенности формирование сварного соединения при перемещении изделия по одной координате, например X. Работа привода второй координаты Y происходит аналогично. Импульс управления, поступающий с выхода блока 17 на вход блока задания числа шагов 15, приводит к тому, что на выходе последнего формируется серия импульсов управления, число которых определяет заданный шаг сварных точечных соединений. Величина шага сварного соединения может изменяться оператором, как от цикла к циклу, так и от изделия к изделию.
На каждый импульс, вырабатываемый блоком 15, блок формирования старт-стопного управления 13 вырабатывает серию из трех сдвинутых во времени импульсов, обеспечивающих так называемое старт-стопное движение шагового двигателя, при котором отработка «естественного» шага двигателя осуществляется за минимальное время и без колебаний. По окончании отработки одного шага (в старт-стопном режиме) двигатель и, соответственно, изделие будут неподвижны, что и обеспечивает стабильность условий формирования сварного соединения. Требуемый шаг сварного соединения формируется в общем случае из нескольких старт-стопных шагов двигателя.
Время задержки включения пушки, задаваемое блоком 18, выбирается таким, чтобы привод отработал требуемое число старт-стопных шагов и зафиксировал заданное положение. По истечении времени задержки блок задания длительности импульса тока луча 19 отпирает источник питания управляющего электрода 3 на время, необходимое для обеспечения требуемого качества сварного соединения. По истечении времени, заданного блоком 19, устройство возвращается в исходное состояние. При поступлении с блока управления пушкой 17 очередного импульса управления описанный выше цикл перемещения изделия и формирования длительности тока луча повторяется.
Перемещение изделия по второй координате Y осуществляется в такой же последовательности, что и по координате X. При этом работа обоих приводов при формировании сложной траектории движения изделия происходит одновременно. Время задержки импульса управления лучом определяется временем, требуемым для формирования большего шага сварного соединения независимо от координаты.