Практическая работа / Практикалық жұмыс "Робототехнические системы и комплексы в гап

жүктеу/скачать 52,61 Kb. бет 1/2 Дата 11.12.2023 өлшемі 52,61 Kb. #136888 түрі Практическая работа

Практическая работа / Практикалық жұмыс "Робототехнические системы и комплексы в ГАП (гибкие автоматизированные производства)" Модуль 1 Основы роботизации в промышленности 1.1 Классификация ПР и ГАП в машиностроении Содержание: Классификация промышленных роботов и гибких автоматизированных производств, применяемых в автомобилестроении. Обозначение моделей ПР и ГАП. Основные технические параметры ПР и ГАП. Характеристика ПР и ГАП в соответствии с видом производства Применение ПР и ГАП в основных отраслях автомобилестроения: в литейном производстве; в металлообработке; сборочном производстве. Выбор технологического оборудования в сборочном производстве Классификация промышленных роботов и гибких автоматизированных производств, применяемых в автомобилестроении. В настоящее время промышленные роботы делят на 3 основные группы (поколения): 1. Роботы первого поколения. К ним относятся неперепрограммируемые роботы, работающие по жесткой программе: механические руки и роботы с ЧПУ. Эти роботы характеризуются неспособностью адаптироваться к изменяющимся условиям работы и имеют постоянную программу движения не зависимо от наличия объекта манипулирования. Применяются для решения простых производственных задач, требуют жесткого порядка входа в систему (ориентации детали или инструмента в пространстве, заданного времени срабатывания, наличия защитных блокировок и т.п.). Это автооператоры и механические руки. 2. Роботы второго поколения. Это адаптивные, работающие по гибкой программе, оснащенные датчиками внешней среды и визуальными системами роботы. Для управления ими применяют микроЭВМ, микропроцессоры, а в последнее время – контроллеры. Эти роботы используются для решения более сложных задач, ПР 1-го поколения. 3. Роботы третьего поколения. К ним относятся интегральные, или интеллектные (интеллектуальные роботы), которые способны полностью адаптироваться к условиям работы и производства, обладают возможностью автоматического сбора и обработки информации. Управление осуществляется с промышленной ЭВМ с эвристической программой, где оператор программирует только конечную цель, а сами действия и их порядок определяет программа. Важно отметить, что поколения ПР не сменяют друг друга, а дополняют и работают там, где это наиболее целесообразно. ПР 1-го поколения способны заменить порядка 2% рабочих; 2-го поколения – 25-30%; 3-го поколения еще до 30%. История рынка промышленной робототехники насчитывает уже более 50 лет. Первый патент на робота был получен в 1961 году (подан в 1954) изобретателем Джорджем Деволом (George Devol), который основал в 1956 году вместе с инженером Джозефом Энгельбергом (Joseph F. Engelberger) компанию по первому серийному производству роботов Unimation Inc (от Universal Automatic – универсальная автоматизация). Энгельберг привлекал в компанию дополнительное финансирование, распространял идеи роботизации среди 9 потенциальных заказчиков и популяризировал идею промышленной автоматизации. Несмотря на то, что патент был закреплен за Деволом, именно Энгельберга принято считать «отцом робототехники». Возможностями автоматизации в первую очередь воспользовались автомобилестроители, и уже в 1961 году начались поставки роботов Unimate на завод General Motors, Нью Джерси. Роботы Unimate были сконструированы с использованием гидроусилителей и программировались в обобщенных координатах, воспроизводя последовательность действий, записанных на магнитный барабан. Позднее компания Unimation передала свою технологию в Kawasaki Heavy Industries и GuestNettlefolds, таким образом открыв производство роботов Unimate в Японии и Англии. Основное развитие промышленных роботов началось в конце 60х – начале 70х годов, когда в 1969 году в Стенфордском университете студент факультета машиностроения Виктор Шейнман (Victor Scheinman) разработал прототип современного робота, отдаленно воспроизводящего возможности человеческой руки, Stanford arm с шестью степенями свободы, электрическими приводами и компьютерным управлением. В 1969 году появляются разработки в области робототехники компании Nachi. В 1973 году немецкая компания KUKA Robotics демонстрирует своего первого робота Famulus, и почти одновременно швейцарская компания ABB Robotics выводит на рынок робота ASEA. Оба робота имеют по шесть управляемых осей с электромеханическим приводом. В 1974 году промышленные роботы разрабатываются и устанавливаются на собственное производство в компании Fanuc, а в 1977 году первый робот Yaskawa появляется у компании Motoman Дальнейший рост промышленной робототехники был обусловлен развитием компьютера, электроники и масштабным расширением компаний на рынке автомобилестроения – основных заказчиков роботов. General Motors в 80х годах потратила более 40 миллиардов долларов на разработки в области автоматизации. Основным рынком роботов считается внутренний рынок Японии, на котором находится большинство компаний по их производству: Fuji, Denso, Epson, Fanuc, Intelligent Actuator, Kawasaki, Nachi, Yaskawa (Motoman), Nidec, Kawada. В 1995 году из 700 000 роботов, используемых в мире, 500 000 работали в Японии. В РФ крупнейшим интегратором робототехники стала компания «Автоваз». Развивая мощности по выпуску автомобилей и перенимая опыт мировых автомобилестроительных предприятий, она приобрела лицензию фирмы KUKA. На базе отдельного станкостроительного подразделения концерна «Автоваз» началось производство отечественных роботов, применяемых на поточных линиях предприятия. На сегодняшний день ОАО «Автоваз» совместно с МГТУ «Станкин» реализуют программу выпуска линейки роботов для промышленных производств до 1000 единиц ежегодно. Термины и определения. Классификация. Области применения 10 Манипулятор (М) – устройство, предназначенное для имитации двигательных и рабочих функций руки человека. Метод управления М может быть биотехническим (ручным), интерактивным (смешанным) и автоматическим. К манипуляторам с ручным управлением относятся т.н. копирующие манипуляторы, телеоператоры и т.п. Первыми появились М с биотехническим управлением и были предназначены для работы с объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. п.). Весь класс манипуляционных машин и механизмов, которыми занимается робототехника, имеет общее наименование «роботы и манипуляторы». Определения, которые мы приводим, даны в соответствующих отечественных ГОСТах. За рубежом в целом используют ту же терминологию. Исключение составляет только Япония, где в общее понятие «робот» включены ещё и все виды манипуляторов вплоть до ручных. Поэтому официальные японские данные о парке роботов, если при этом не делается соответствующих оговорок, оказываются завышенными в шесть-семь раз по сравнению с данными других стран. Объект манипулирования – тело, перемещаемое в пространстве манипулятором (предметы обработки ПО, инструмент, захватный орган ЗО и т.д.) Структурная схема манипулятора включает следующие элементы: а) задающий орган ЗДО – предназначен для создания управляющих сигналов и движений; б) исполнительный орган ИО – функциональная часть М, предназначенная для совершения действий по сигналам, создаваемым ЗДО; в) связующий орган СО – предназначен для связи ЗДО и ИО, в принципе может отсутствовать; г) рабочий орган РО – часть ИО, предназначенная для реализации технологического назначения М. Рассмотрим биотехнический, интерактивный и автоматический манипуляторы в зависимости от типа ЗДО. Биотехнические М могут быть копирующими, командными и полуавтоматическими. В копирующих М движение РО повторяет движение, например, руки оператора. В командных – управление осуществляется по каждой из степеней подвижности в отдельности путем подачи соответствующих управляющих сигналов оператором. В полуавтоматических – ЗДО содержит механизм (рукоятку), который управляет несколькими степенями свободы и процессор, служащий для преобразования сигналов, поступающих от рукоятки, в команды. Все биотехнические М характеризуются отсутствием памяти и требуют непрерывного участия оператора в процессе управления. Автоматические М работают без участия человека. К ним относятся автооператоры АО, промышленные роботы и М с интерактивным управлением. Автооператор – неперепрограммируемый автоматический М. Промышленный робот – перепрограммируемый автоматический М. 11 Интерактивный М – робот, попеременно управляемый автоматически или оператором, оснащен устройством памяти для автоматического выполнения отдельных действий. В зависимости от формы участия человека интерактивное управление может быть: – автоматизированным, т.е. чередующим во времени автоматические и биотехнические режимы; – супервизорным, в котором все части цикла операций выполняются автоматически и поэтапно, а переходы между этапами задаются оператором. Диалоговое управление – разновидность интерактивного. Станочные системы различных видов, включающие одну и более единиц технологического оборудования при наличии в их составе промышленных роботов, принято называть роботизированными комплексами. Роботизированный комплекс состоит из оборудования, в пределах которого изделия перемещаются поштучно. Началом (входом) комплекса и его окончанием (выходом) являются накопители различного рода. Структура робототехнического комплекса может быть различной в зависимости от состава технологического оборудования, вспомогательных устройств промышленных роботов. В состав робототехнического комплекса, в котором промышленные роботы выполняют транспортные функции, входят соответствующее технологическое оборудование, различного рода накопители и сами промышленные роботы. Промышленные роботы могут работать совместно с отдельным оборудованием (прессами, установками для сварки и т.д.). В этом случае такие операции, как сварка, окраска, сборка, могут выполняться непосредственно на позиции входа — выхода заготовки, на специальной позиции или на транспортном конвейере, имеющем тактовое перемещение. Робототехнические комплексы различаются по характеру производства, в котором они применяются. Для вновь создаваемых производств с новой технологией разрабатывается заново все основное оборудование, а для действующего производства, автоматизируемого на базе серийных промышленных роботов, изменение основного оборудования минимально. По виду технологического процесса робототехнические комплексы могут быть для механообработки, холодной штамповки, ковки, литья, прессования пластмасс, термической обработки, сварки, сборки, контроля, испытания и т.д. Робототехнические комплексы производятся по типу основного технологического оборудования (полуавтоматы, автоматы с цикловым управлением, станки с ЧПУ и т.д.), типу применяемых роботов (числу манипуляторов, подвижности в пределах комплекса, типу управления) и числу единиц обслуживаемого оборудования. Робототехнический комплекс (РТК) характеризуется двумя показателями: объемом партий продукции, которые могут выпускаться без переналадки комплекса, и номенклатурой — перечнем выпускаемых видов продукции. 12 Компоновка робо то технических комплексов в зависимости от размещения технологического оборудования и промышленных роботов может быть линейной, круговой, линейно-круговой. Управление РТК подразделяется на централизованное, децентрализованное и комбинированное. Централизованное управление может осуществляться от ЭВМ или от специального устройства, а децентрализованное — от местных устройств управления, которые связаны между собой для взаимной координации. Простейшим вариантом такой координации является увязка по времени начала и конца отдельных операций (включая выдачу команд и блокировок). Комбинированное управление предполагает наряду с централизованным управлением наличие местных устройств. Все эти варианты управления робототехническими комплексами могут быть программными и адаптивными как в отношении основного технологического оборудования, так и роботов. По степени участия человека робототехнические комплексы могут быть двух видов: в первом человек выполняет некоторые технологические операции (основные или вспомогательные), во втором человек участвует в управлении комплексом. В первом случае робототехнический комплекс будет не автоматическим, а автоматизированным. Промышленные роботы используются в составе роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), роботизированных технологических линий (РТЛ), роботизированных технологических участков (РТУ). На рисунке 1 показаны примеры расположения промышленных роботов в составе РТК. Промышленный робот может быть самостоятельной единицей или конструктивно объединенным с основным технологическим оборудованием. На рисунке 1, а показан промышленный робот 4, встроенный в металлорежущий станок с системой управления 3. Тактовый стол 5 подает заготовку на фиксированную позицию. Промышленный робот снимает заготовку и устанавливает ее в рабочую зону станка 2. После обработки готовая деталь снимается и устанавливается роботом в ту же позицию тактового стола. Затем система управления / промышленного робота формирует сигнал для перемещения тактового стола на один шаг: готовая деталь перемещается на другую позицию, а на ее место поступает новая заготовка. Питатель заготовок 5 размещается рядом со станком. Для загрузки — разгрузки заготовок служит каретка, перемещающаяся по порталу. На рисунке 1, в показан промышленный робот 4 инструментов, готовых изделий, установленный рядом со станком 2 и работающий в цилиндрической системе координат. Загрузка заготовок происходит с помощью тактового стола 6 и промышленного робота 4 в станок 2. Станок и промышленный робот имеют свои системы управления соответственно 3 и 1. На рисунке 1, г показано применение промышленного робота в ГПМ, предназначенном для обработки корпусных деталей. Модуль состоит из стеллажа 13 7 для накопления заготовок 8 и обработанных деталей и станка 2, работающего без участия рабочего. Промышленный робот 4 служит для установки заготовки со стеллажа в рабочую зону станка и обработанной детали из рабочей зоны в стеллаж 8. В РТК может совсем отсутствовать технологическое оборудование, тогда основную операцию выполняет непосредственно промышленный робот. На рисунке 2 показан технологический промышленный робот / для сверления и фасонного фрезерования деталей самолетов, образующий РТК. Сбоку от робота установлен инструментальный магазин с набором различных сверл и фрез в оправках (на рисунке 2 не показан). Обрабатываемая панель 2 устанавливается оператором на одну из граней поворотного приспособления 3. В это время с другой стороны приспособления с помощью робота производится обработка второй панели. После окончания операции приспособление поворачивается специальным гидрофицированным механизмом 4 и робот осуществляет обработку следующей детали. Чтобы добиться необходимой точности обработки, на обрабатываемую панель устанавливается "кондуктор", который определяет положение отверстий. 14 а –встроенный в станок, б – портальный, в – установленный рядом со станком, г- встроенный в ГПМ Рисунок 1 - Расположение промышленных роботов в одностаночных РТК В состав РТК входят гидростанция 5 и система управления 6. РТК значительно дешевле, чем установка пятикоординатного многоцелевого станка. Если оборудование, расположенное в РТК, образует технологический поток, то такой комплекс принято называть роботизированной технологической линией (РТЛ). На рисунке 3 приведен пример многостаночной РТЛ, предназначенной для обработки валов электродвигателей, построенной на базе портальных промышленных роботов. Штучные заготовки, имеющие обработанные торцы и центровые отверстия, подаются по конвейеру 7, откуда они снимаются портальным промышленным роботом 3, имеющим двухзахватное устройство для обслуживания токарных станков 2 и 4. Чтобы участки РТЛ работали несинхронно, встроен промежуточный накопитель 5, который используется также для создания П-образной компоновки. Двухзахватный портальный промышленный робот 6 обслуживает один многоцелевой станок 7, который служит для снятия лысок, обработки шпоночных пазов, сверления отверстий и других операций. Обрабатываемые детали 15 Рисунок 2 - Технологический промышленный робот Рисунок 3 - Многостаночная РТЛ на базе портальных ПР поступают в накопитель 8, откуда двухзахватным промышленным роботом 14 последовательно передаются на круглошлифовальные станки 9 и 10. Готовые детали укладываются на отводящий конвейер 13. Управление линией комбинированное. Централизованное управление всей РТЛ от ЭВМ// и пультов управления 12 систем ЧПУ у отдельных станков. На рисунке 4 показана многостаночная РТЛ круговой компоновки на базе напольных промышленных роботов для обработки восьми типоразмеров деталей типа фланца. Заготовки подаются по конвейеру 7 и напольным промышленным роботом 5 устанавливаются в зоны обработки токарных станков 2 и 4, работающих параллельно или последовательно в зависимости от номенклатуры деталей. Чтобы компенсировать недостаточную емкость инструментальных магазинов токарных станков, установлены отдельно накопители 3 и 6 инструментов, которые обслуживаются промышленным роботом 5. Он обслуживает и многоцелевой станок 8, а в случае его занятости детали укладываются на промежуточный конвейер-накопитель 7, который транспортирует детали к другому многоцелевому станку 9. Его обслуживает промышленный напольный робот 12, который берет детали из промежуточного конвейера-накопителя 7 и устанавливает в рабочую зону станка 9. Промышленный робот 12 обслуживает также накопитель 10 инструментов и токарный станок //. Обработанные детали укладываются на конвейер 14. Функциональные возможности промышленных роботов 5 и 12 позволяют обслуживать дополнительный многосекционный промежуточный накопитель 13 для хранения деталей при отказе любого из станков 2,4,8,9 и 7. 16 Рисунок 4- Многостаночная РТЛ на базе напольных ПР Следующим по сложности роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он характеризуется выполнением нескольких основных технологических операций, которые объединены конструктивно (оборудованием) и (или) организационно (управлением). Эти операции могут быть одинаковыми или различными, но не связанными технологически потоком в определенную последовательность. Простейший роботизированный технологический участок может включать несколько единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним промышленным роботом (неподвижным с размещением оборудования вокруг промышленного робота или подвижным, перемещающимся вдоль оборудования) . Другие РТУ имеют несколько промышленных роботов, которые последовательно выполняют основную технологическую операцию, например сборку одного изделия. На рисунке 5 показан робототехнический участок (РТУ) из токарных станков с ЧПУ фирмы "Кабасаки" (Япония), обслуживаемый подвижным промышленным роботом, с общим управлением от ЭВМ, автоматизированным складом и единой транспортной системой. На складе 7 хранятся как заготовки, так и изделия (типа валов). Станки 5 с пультами 4 ЧПУ расположены в два ряда, а между ними по рельсам перемещается (с четким позиционированием) промышленный робот 7. По периметру участка четырехугольником расположены роликовые конвейеры 2, связывающие участок с автоматизированным складом и позицией 8 контроля. За ней расположен отводящий конвейер для выдачи обработанных изделий. За задними бабками перпендикулярно линии центров и внешнему общему конвейеру проходят конвейеры-накопители 3, которые выводят изделия и заготовки на позиции обслуживания промышленным 12 роботом. Стружка отводится специальным конвейером в бункер 6. По команде ЭВМ 9 заготовки выдаются со склада, автоматически передаются конвейером на каждый станок, устанавливаются 17 Рисунок 5 - Участок станков с ЧПУ, обслуживаемый подвижным ПР, с общим управлением от внешней ЭВМ, автоматизированным складом и единой транспортной системой роботом на станки, снимаются им и передаются на внешний конвейер, направляющий их на станцию контроля и затем на склад готовой продукции. Следующий по сложности робототехнический участок включает несколько единиц технологического оборудования и обслуживающих их одинаковых промышленных роботов. Дальнейшим усложнением РТУ будет совместная работа промышленных роботов различных типов. Робототехнический комплекс может представлять собой цех, состоящий, например, из нескольких РТУ, автоматизированных складов и связывающих их транспортных промышленных роботов. Пределом развития роботизированного производства является комплексно роботизированный завод. Создание робототехнического комплекса связано со значительными единовременными затратами. По мере усложнения робототехнического комплекса и повышения уровня автоматизации эти затраты увеличиваются. Экономическая эффективность от создания РТК определяется из соизмерения затрат и достигаемых результатов, которые выступают в виде составляющих социально-экономического эффекта роботизации. Этот эффект проявляется в трех сферах: разработка и изготовление, производственное использование и применение продукции, Робототехнические комплексы литейного производства В мировой и отечественной практике автоматизация литейных производств с применением робототехники, кроме процессов литья под давлением, находится в начальной стадии развития. Основное направление в области робототехники для литейного производства — это создание ПР модульной конструкции, имеющих достаточное число степеней подвижности, невысокую стоимость, надежных при эксплуатации, снабженных развитой контрольно-измерительной системой, устройствами восприятия и переработки информации на базе микропроцессоров и ЭВМ, а также создание гибких предметно-специализированных робототехнических литейных комплексов из оборудования с ЧПУ и промышленных роботов. В настоящее время целесообразно роботизировать в литейном производстве различных отраслей промышленности следующие производственные операции: - плавку (разделка и загрузка шихты; футеровка печей и ковшей) ; - заливку форм (установка грузов и съем их с форм, заливка форм с различным расположением литниковых чаш, передача залитых форм на охлаждающий конвейер); - приготовление формовочных и стержневых смесей; - изготовление форм (установка стержней в формы, опрыскивание подмодельных плит и обдувка форм, окрашивание форм) ; - изготовление стержней (установка каркасов в ящики, обдувка стержней и стержневых ящиков, окрашивание стержней, подача стержней из машины на транспортные устройства, обслуживание машин для изготовления стержней методом холодного отверждения); - выбивку форм (съем отливок с решетки и навешивание на транспортное устройство); - очистку отливок; 18 - обрубку и зачистку отливок; - термообработку, контроль и последующую обработку отливок; - погрузочно-разгрузочные операции, грунтовку и окрашивание отливок. Особое место по интенсивности использования робототехники занимает процесс литья под давлением. Литье по выплавляемым моделям, базирующееся на старинном процессе растапливания воска, открыло интересную область применения для промышленных роботов. На практике исходные восковые формы изготовляются по мастер-формам и затем соединяются вместе, такую сборку называют "деревом". Раньше человек-оператор собирал это дерево из форм и после погружения его в раствор — суспензию из глинистых частиц — начинал вращать. При многократном окунании в раствор формируется оболочка формы с достаточно толстыми стенками, которая подвергается затем обжигу при температуре свыше 1000°С для создания огнеупорного слоя, а масса формовочного дерева все время увеличивается. В связи с этим количество литейных форм, помещаемых на одном таком дереве, ограничивается. Полученные формы часто различаются по толщине стенок как на разных формовочных деревьях, так и в пределах одного дерева, так как человек-оператор не может точно повторить свои действия при выполнении нанесения покрытия. После выплавления воска и заливки металла окончательные размеры детали получаются отличными друг от друга, что зависит от усадки в форме. Эти недостатки устраняются (как и при сварочных операциях) при применении роботов с большой грузоподъемностью и хорошей повторяемостью, не оснащенных сенсорными системами. В настоящее время на многих зарубежных фирмах и отечественных предприятиях создан и эксплуатируется ряд различных робототехнических литейных комплексов. В литейном цехе фирмы Volvo (г. Арвика, Швеция) с 1982 г. эксплуатируется РТК для очистки отливок коробок передач массой 55 кг. Базовый агрегат комплекса — промышленный робот мод. IRB-60 фирмы ASEA (Швеция) - последовательно подает отливки к рабочим инструментам: обдирочному шлифовальному кругу (с гидроприводом), пневмозубилу и твердосплавной фрезе (с пневмоприводом). Цикл обрубки одной отливки пневмозубилом составляет 3 мин, за это время оно совершает 5000 ударов. Очередные заточки пневмозубила проводятся через каждые девять смен, возвратные пружины заменяются один раз в два месяца. Робот LSP-26, эксплуатируемый на операции очистки отливок коробки передач автомобиля VW-Golf на заводе Volkswagen (ФРГ), работает по обратному принципу, предусматривающему подачу рабочего инструмента (твердосплавной фрезы) к отливке. Для компенсации колебаний, воспринимаемых фрезой, применена маятниковая подвеска ее рабочей оси. На операции очистки отливок применяется РТК с системой плазменной дуговой резки с промышленным роботом мод. IRB-60 фирмы ASEA (Швеция) с сенсорной информационной системой. Серийный датчик близости с использованием оптических волокон установлен рядом с плазменной дуговой 19 горелкой. В процессе работы манипулятор перемещает горелку и сенсорное устройство по программной траектории вдоль очищаемой поверхности детали. При обнаружении заусенцев в контроллер робота поступает от сенсорного устройства сигнал, позволяющий вывести плазменную дуговую горелку к основанию заусенца для его удаления. На предприятии компании British Aerospale Filtor (Англия) используется робот модели R6-140 для водоструйной очистки. Робот перемещает сопло, формирующее водяную струю высокого давления. Расход воды — 62 л/мин. Расширяющаяся под углом 15° струя обрабатывает достаточно большую площадь контакта поверхности детали. Недостаток такой струи — значительное разбрызгивание. Сужающаяся струя более плотная, но обрабатывает узкий участок. Планируется создание новых конструкций сопл, формирующих общую струю, состоящую из нескольких сужающихся струй. Для обдирочных работ применяются промышленные роботы мод. 2000F (США), Tralfa (Норвегия) и др. Рабочим инструментом являются сменные шлифовальные головки, вставляемые в кисть робота. Сталелитейным заводом SGR (ГДР) создан четырехпозиционный манипулятор для удаления газовой резкой элементов литниково-питающей системы от арматуры стальных отливок 30 наименований. Фирма Bergusche Stahl Industrie (ФРГ) использует РТК для рентгеновского контроля ответственных отливок автомобилей. Отливки (поворотные цапфы, рычаги) подлежат 100 %-ному рентгеновскому контролю. Робот, размещенный в камере, облицованной свинцом, имеет шесть степеней подвижности и выполняет поворот, контроль и маркирование отливок. Время просвечивания в одном положении — 4 с; точность установки отливки при контроле — 0,5 мм; время, затрачиваемое на рентгеновский контроль одной отливки, составляет 80 с. При литье в кокиль промышленные роботы применяют на операциях съема и переноса отливок, простановки стержней, заливки металла, обрубки литников. На Волжском автомобильном заводе (г. Тольятти) создана роботизированная линия для изготовления отливок головок блоков цилиндров, которая состоит из пяти одинаковых робототехнических комплексов; они функционируют автономно и объединены подвесным толкающим конвейером. На Ровенском заводе тракторных запасных частей внедрена автоматическая линия абразивной зачистки отливок головок блоков цилиндров от остатков питателей, литниковых систем, заливов и других неровностей. Линия состоит из четырех горизонтальных и четырех вертикальных шлифовальных станков, связанных между собой конвейером, тележками и межоперационными механизмами (стойками, толкателями, кантователями), установленными на общей станине. Вся обработка производится автоматически. Управляет линией один оператор с пульта управления. Робототехнический комплекс литья под давлением модели А711А07 (рисунок 6) предназначен для получения отливок массой до 2,5 кг из алюминиевых сплавов. В состав комплекса входит машина литья под давлением модели 711А07 7, электропечь с расплавом металла модели САТО, 16 3, манипулятор-заливщик 20 модели ЛМ1, 25Ц.82.04 4, емкость для смазочного состава 2, система управления ПР 6 и пульт управления ПР 5. Рисунок 6 - Робототехнический комплекс литья под давлением модели А711А07 На рисунке 7 представлен РТК на базе термопластавтомата модели CSE2000. Комплекс предназначен для изготовления прессованных деталей массой до 2 кг, длиной 400 и высотой 500 мм из термопластов путем литья под давлением в закрытую форму. Рисунок 7 - РТК на базе термопластавтомата модели CSE-2000 Комплекс состоит из гидравлического термопластавтомата модели CSE20004, манипулятора модели М4 напольного типа 3, отводящего конвейера периодического действия 2, поддона 1, системы управления ПР 5. Стержни массой до 10 кг подаются в формовочное отделение в ориентированном виде конвейером периодического действия. Робот захватывает стержни, переносит их к тележечному конвейеру, несущему литейные формы, и проводит их сборку. Комплекс состоит из 21 промышленного робота модели PR-16P 7 напольного типа с пневмоприводом, конвейера периодического действия 2 и тележечного конвейера 3. На рисунке 8 представлен робототехнический комплекс для установки формовочных стержней в полость литейной формы. Рисунок 8 - РТК для установки формовочных стержней Роботизация процессов механической обработки деталей Промышленные роботы должны осуществлять установку заранее ориентированных заготовок в рабочую зону станка; снятие деталей со станка и раскладку их в тару или укладку в магазин (конвейер); кантование деталей; выдачу технологических команд для управления технологическим оборудованием; транспортирование деталей между станками. Основные требования к ПР, используемым для автоматизации металлорежущих станков, следующие: • конструктивные и технологические параметры ПР (грузоподъемность, скорость перемещения рабочих органов, точность позиционирования, размеры рабочей зоны, тип программного управления) должны соответствовать параметрам станков, для обслуживания которых они предназначаются; • применение ПР должно обеспечить: повышение производительности станков не менее чем на 20 %; повышение качества обработки деталей; повышение коэффициента загрузки станков в 2—2,5 раза; снижение трудоемкости на единицу продукции в 2—2,5 раза; • ПР должен иметь число степеней подвижности, обеспечивающее необходимый объем операций при обслуживании как станка, так и вспомогательного оборудования РТК; • достаточная степень универсальности, позволяющая при перехоле РТК на обработку нового изделия обходиться минимальной переналадкой ПР; • высокая надежность, обеспечивающая наработку ПР на отказ не менее 1000 ч; - наличие зоны безопасности, находясь в которой обслуживающий персонал может беспрепятственно наблюдать за процессом резания и в случае аварийной 22 ситуации принимать соответствующие меры, не подвергаясь при этом возможности быть травмированным ПР. Металлорежущие станки предназначены для обработки металла путем снятия стружки и обеспечивают изготовление деталей требуемой формы с заданными точностью размеров и шероховатостью поверхности. Обработка может производиться при помощи одного или нескольких инструментов. В зависимости от способа обработки существуют станки следующих основных групп: токарные, сверлильные, шлифовальные, фрезерные, строгальные. По степени универсальности и в зависимости от характера производственного процесса различают станки универсальные, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для обработки деталей широкой номенклатуры и могут выполнять ряд операций. Специализированные станки служат для обработки деталей, сходных по конфигурации, но имеющих различные размеры. Специальные станки предназначены для обработки деталей одного типоразмера. Выпускаются также многооперационные станки (обрабатывающие центры). Они обеспечивают выполнение большой номенклатуры технологических операций без перебазирования изделий (изменения установочного положения), а также автоматическую смену инструмента. На многооперационных станках могут осуществляться почти все процессы обработки резанием. При одном закреплении сложных корпусных деталей производится обработка всех ее поверхностей, кроме базовой, но которой она закреплена. Появились также производственные системы, называемые гибкими автоматизированными производствами. Гибкое автоматизированное производство — это группы металлорежущих станков, оснащенных общей системой управления и транспортирования и обеспечивающих технологический цикл серийного выпуска деталей, их контроль и складирование. Современное гибкое автоматизированное производство представляет собой многономенклатурную автоматическую линию, укомплектованную станками с ЧПУ и управляемую от ЭВМ. Подача деталей на станки и закрепление их для выполнения обработки, а также закрепление и смена инструмента представляют собой важные составные части процессов, выполняемых в механических цехах. Автоматизация этих работ не только значительно облегчает труд рабочих, но обеспечивает также повышение производительности труда, так как сокращает затраты времени на их выполнение. По назначению и типу конструкции все механизмы, предназначенные для решения указанных задач, могут быть разделены на группы согласно схеме, представленной на рисунке 9. Механизмы для подачи заготовок на станки могут быть разделены на три вида. К первому виду относятся индивидуальные подъемные механизмы, которыми оснащаются отдельные станки. Эти подъемные механизмы могут иметь электрический, пневматический или гидравлический привод и выполняются в виде поворотных консольных кранов, индивидуальных подъемных платформ, специальных подъемников с призмами, устанавливаемых между направляющими внутри станины токарных и других станков, и т. п. К устройствам для перемещения заготовок и полуфабрикатов и установки их на станок относятся также роботы, представляющие собой так называемые «механические 23 руки». Они применяются как для отдельных станков, так и для автоматических линий, состоящих из металлообрабатывающих станков и прессов для холодной штамповки Рисунок 9 - Классификация механизмов для подачи и закрепления заготовок и инструмента В крупносерийном и массовом производстве, когда условия работы каждого станка постоянны или изменяются редко и закономерно, большим распространением пользуются механизмы других типов. Конструкции некоторых станков (револьверных, токарно-револьверных автоматов, автоматов продольного точения и др.) позволяют изготавливать детали из прямых или свернутых в мотки (бухты) прутков. Подача прутковых заготовок осуществляется периодическим перемещением прутка вдоль оси полого шпинделя станка. Готовая деталь, изготовленная из консольновыступаюшей части прутка, в конце обработки отрезается и падает; после этого зажимное устройство разжимается и пруток подастся вдоль своей оси на необходимую величину. Эти механизмы сравнительно просты по своему устройству. Захват подаваемого прутка осуществляется пружинной цангой или клиновым устройством, ограничение длины перемещения обычно выполняется упорами, а привод перемещения подающего механизма может осуществляться кулачковыми или поршневыми устройствами. Значительно разнообразнее и сложнее конструкции механизмов другого типа — автоматических загрузочно-разгруэочных устройств штучных заготовок. Подобные устройства широко применяются на разных станках. В состав автоматического загрузочно-разгрузочного устройства для штучных заготовок могут входить механизмы, выполняющие специфические функции: • накопители для хранения запаса заготовок и ориентации их перед выдачей; 24 • механизмы поштучной выдачи (отделители, отсекатели), предназначенные для выдачи из накопителя заготовок по одной или иному требуемому количеству; • автооператоры или питатели (загружатели, разгружатели) для переноса заготовки от механизма поштучной выдачи к зажимному устройству станка или для снятия готовой детали из рабочей зоны станка и передачи ее на лоток или в тару. В отличие от полуавтоматов и автоматов, в которых программоносителями являются кулачки или упоры, в станках с числовым программным управлением программа задается с помощью информации, закодированной на носителях информации, считываемой и преобразуемой с помощью электронных систем. На рисунке 10 представлен многооперационный станок с числовым программным управлением и автоматической заменой инструмента. Станок имеет магазин 4, в котором помещается комплект инструмента, необходимый для обработки, и механизмы для автоматической замены инструмента в шпинделе 3 по заданной программе. Это дает возможность производить автоматически за один у станов весь цикл обработки самых сложных корпусных изделий с выполнением операций фрезерования, расточки, сверления, зенкерования, нарезания резьбы и т.д. Коробки скоростей и подач обеспечивают автоматическое переключение во время холостых ходов, что позволяет на всех операциях применять оптимальные режимы обработки. 1 – координатный стол; 2 - стойка; 3 - шпиндельная бабка; 4 – магазин инструментов; 5 – блок управления Рисунок 10 - Многооперационный станок с числовым программным управлением Многооперационные станки с программным управлением, как правило, имеют два стола, что позволяет совмещать снятие обработанных изделий, установку и выверку заготовок с обработкой. Таким образом, станки с ЧПУ сочетают высокую производительность, присущую полуавтоматам и автоматам, с высокой мобильностью, характерной для универсальных станков. Их создание и внедрение явилось новым этапом развития мирового автомобилестроения. Высшей формой автоматизированного производства на первом этапе являются поточные линии, в которых основные технологические процессы обработки выполняются автоматически, а межстаночное транспортирование, накопление заделов, контроль качества обработанных изделий, удаление отходов выполняются с помощью роботизированных механизмов. Для примера рассмотрим роботизированный технологический комплекс КС 10.48 (рисунок 11), предназначенный для токарной обработки широкой номенклатуры деталей типа фланцев диаметром 40... 160 мм и массой до 10 кг в условиях 25 мелкосерийного и серийного производства. Заготовки устанавливаются в станок с помощью трехкулачкового самоцентрирующего патрона. Робототехнологический комплекс имеет линейную компоновку и управляется от устройств ЧПУ промышленного робота (УЧ ПУ), приемная и загрузочная позиции РТК совмещены. На станке производится либо полная обработка детали (с одной установки), либо обработка детали с одной стороны. В последнем случае обработка другой стороны детали производится или на другом РТК, или на том же РТК после его соответствующей переналадки. 1 — токарно-револьверный станок 1В34ОФЭ0; 2 — ПР М20Ц48.01; 3 — захватные устройства; 4 — ограждение; 5 — диск; 6 — дисковый магазин Рисунок 11 - Роботизированный технологический комплекс КС 10.48 для токарной обработки Детали устанавливаются на диске с ориентирующими штырями, размещенном на поворотном магазине. Магазин устанавливается так, чтобы две его соседние позиции могли обслуживаться захватными устройствами ПР. Расстояние между двумя руками ПР равно расстоянию между двумя соседними позициями магазина. Когда каретка ПР останавливается в крайнем левом положении, руки ПР оказываются под соответствующими позициями магазина, в результате чего взятие заготовки и укладка обработанной детали производятся одновременно. После выработки стопы заготовок и заполнения стопы обработанных деталей магазин поворачивается на один шаг, подводя под разгрузочную руку пустую позицию, а под загрузочную руку стопу заготовок. Промышленный робот 2 во время работы станка захватывает заготовку и удерживает се в непосредственной близости от рабочей зоны станка. Когда обработка детали закончена, ПР первым свободным захватным устройством снимает готовую деталь, а вторым — устанавливает на ее место заготовку, после чего обработка возобновляется. Во время обработки этой детали ПР укладывает 26 изделие в разгрузочную позицию магазина и одновременно свободным вторым захватом берет из стопы заготовку и переносит ее в позицию, расположенную в непосредственной близости от рабочей зоны станка. Дисковый магазин предназначен для хранения заготовок и обработанных деталей в стопах и выдачи их на позиции загрузки-выгрузки. Магазин включает в себя поворотный стол с приводом, на столе закреплена планшайба; диск фиксируется от поворота пальцем, установленным на планшайбе. Прежде чем войти в какую-либо зону рабочего пространства ПР, оператору необходимо поднять ограничитель, преграждающий ему путь. При этом срабатывают связанные с ограничителем микропереключатели, прерывающие работу ПР. Для повышения надежности оба микропереключателя работают параллельно. Промышленный робот оснащен двумя одноместными захватными устройствами, которые удерживают деталь (диаметром 40... 160 мм) тремя губками, синхронно сходящимися под углом 1200 и центрирующими заготовку. Захватное устройство установлено в опоре качания и может поворачиваться (с помощью толкателя и рычага) вокруг горизонтальной оси. Крепление захватного устройства в руке ПР осуществляется посредством стандартизированного хвостовика. Роботы и автоматизация технологических процессов сборки. Сборка — часть технологического процесса изготовления изделия, которая состоит из работ по соединению отдельных деталей в сборочные единицы и из них — готовых изделий, соответствующих своему назначению. В технологический процесс сборки включаются также работы по регулированию, наладке и испытанию изделия. Трудоемкость сборочных работ составляет в массовом производстве до 20 %, в крупносерийном — 20...25%, в серийном — 30...35%, в мелкосерийном — 40...50% от трудоемкости механической обработки. В современном производстве все большее место занимает автоматическая сборка, при которой операции сборки, контроля, окраски, сушки производятся без непосредственного участия человека. При автоматической сборке используются сборочные автоматы, в конструкцию которых вводят бункерно-ориентируюшие устройства, накопители, устройства для скрепления собираемых деталей и контроля качества их соединения. Автоматическая сборка, как правило, выполняется по принципу полной взаимозаменяемости, а, следовательно, соединяемые детали должны быть изготовлены с малыми допусками. Для сборки несложных сборочных единиц, а также для покрасочных и других вредных для человека работ, для транспортирования изделий, установки и снятия заготовок широко используются промышленные роботы, представляющие собой 27 универсальные автоматы с большим числом (до 10) степеней подвижности рабочего органа и управляемые по программе. Применение ПР позволяет решать проблему автоматизации процессов сборки как в массовом, так и в серийном производстве. Серийность производства определяет технологию и конфигурацию сборочной системы. Так, в случаях создания автоматической сборочной линии в условиях массового производства, как правило, применяются однооперационные сборочные модули, из которых создается автоматизированное производство. В случае когда некоторые технологические операции на сегодняшнем уровне разработки не поддаются автоматизации, их должен выполнять оператор При создании автоматических сборочных систем в условиях серийного производства наиболее целесообразно использовать многооперационные сборочные модули, где операция сборки производится в специальном приспособлении с помощью одного или нескольких ПР с использованием многооперационной сборочной головки или системы автоматической смены сборочного инструмента. Анализ технологии сборки показывает, что имеется ряд типовых сборочных операций, решение которых позволяет осуществлять автоматизацию сборки. К таким операциям относятся установка деталей типа втулок (фланцы, зубчатые колеса и т. п.) на вал, установка подшипников, шпонок, замковых колец, резиновых уплотнительных колец, картонных прокладок, завинчивание винтов и гаек и т.д. Для осуществления этих операций создаются специализированные сборочные инструменты, которые предназначены для работы с ПР в автоматическом режиме. Особое внимание при автоматизации сборки следует обращать на конструкцию собираемого изделия, его деталей, узлов и элементов. Как правило, в большинстве случаев выпускаемые изделия машиностроения не приспособлены для эффективной автоматизации сборки. Поэтому первым шагом автоматизации сборки становится пересмотр и модернизация конструкции изделия и его узлов и деталей. Как известно, при сборке сопряженных деталей их часто требуется устанавливать с натягом. Для этого используют тепловые методы: нагревание охватывающей детали или охлаждение охватываемой. Температура нагрева составляет обычно 75... 4000С. Сборка с охлаждением охватываемой детали имеет ряд преимуществ: охлаждение экономичнее нагревания, осуществляется быстрее, обеспечивает большую прочность соединений; при нем не возникают неравномерные тепловые деформации, окисление поверхностей, коробление детали и снижение твердости. Охлаждение охватываемой детали осуществляется в различных средах: в жидком азоте или воздухе до температуры -1950С, в смеси сухого льда с денатурированным спиртом до температуры -78,50С. При выполнении тепловой сборки необходимо осуществлять меры по защите обслуживающего персонала. 28 Для выполнения этих операций целесообразно использовать ПР, что позволяет автоматизировать весь сборочный процесс. Далее приведен ряд примеров автоматизации сборки с использованием ПР. Сборочный комплекс (рисунок 12) предназначен для автоматизации процесса сборки трансформаторов из трех наименований деталей массой до 0,5 кг. Сборка производится на конвейере 5. Промышленные роботы 2, управляемые от системы 4, передают детали из питателей / на позиции конвейера и осуществляют непосредственно операции сборки. I — питатель; 2 — промышленный робот; 3 — чувствительное устройство (датчик); 4 — система управления; 5 — конвейер; 6 — сушильная лечь; 7 — контрольная площадка Рисунок 12 - Комплекс для автоматизации сборки трансформаторов: Правильность выполнения отдельных этапов сборки контролируется при помощи чувствительных устройств 3 (оптических датчиков, датчиков тока и датчиков положения), расположенных вдоль конвейера. Собранные трансформаторы передаются далее конвейером в сушильную печь 6 и поступают на контрольную площадку 7. Время цикла сборки трансформатора — 15 с. Сборочный комплекс (рисунок 13) предназначен для сборки изделий типа печатных плат массой до 0,2 кг, состоящих из восьми наименований комплектующих деталей. 29 1, 3 — магазины готовых изделий и базовых деталей соответственно; 2 — координатный стол; 4 — ПР; 5 — роторный стол Рисунок 13 - Комплекс для сборки печатных плат; Десять ПР 4 выполняют следующие операции: из магазина 3, находящегося на координат ном столе 2, берут базовую деталь и на роторном столе 5 последовательно производят сборку узла. Собранный узел возвращается в магазин 1 готовых изделий, который также расположен на координатном столе. Комплекс управляется от ЭВМ. Выбор технологического оборудования в сборочном производстве Выбор технических средств для автоматизированного производства — один из важнейших этапов, определяющих структурно-компоновочные решения, организационные и технологические возможности, эксплуатационные расходы и другие показатели производства. Исходной информацией для выбора оборудования и ПР являются сведения об изготавливаемых деталях и организационно-технологических условиях их изготовления. Подбор и группирование деталей для изготовления на автоматизированном участке производится с учетом следующих характеристик: • конструктивно-технологическое подобие деталей, т.е. сходство по габаритным размерам, массе, конфигурации, характеру конструктивных элементов, требованиям к точности обработки и качеству обрабатываемых поверхностей, числу обрабатываемых поверхностей; • максимальная степень завершенности маршрута обработки деталей на автоматизированных участках без прерывания маршрута обработки для выполнения каких-либо специфических операций (термической обработки, доводки и др.); • подобие используемой оснастки и инструментов; • наличие у деталей четко выраженных признаков ориентации, однородных по форме и расположению поверхностей для базирования в приспособлениях-спутниках или захвата захватными устройствами ПР. Подобранная группа деталей с учетом годовой программы выпуска, размеров, частоты повторяемости каждого типоразмера и числа переналадок должна обеспечить загрузку оборудования при двух- или трехсменной работе. На основе подобранной группы деталей с уметом видов обработки и трудоемкости проводится выбор типа требуемого оборудования, приспособлений, ПР, характера и маршрута транспортирования деталей. На этом этапе определяется компоновка автоматизированного производственного участка, проводится расчет вместимости автоматизированного склада, числа спутников, оптимизация пространственного расположения оборудования. Для определения состава оборудования, включаемого в автоматизированные переналаживаемые системы, необходима показательная проработка ТП всех деталей, обрабатываемых в системе. В первую очередь разрабатывают ТП на деталь, имеющую наибольшее число обрабатываемых поверхностей; при этом намечают первоначальную специализацию оборудования и выявляют необходимые технологические характеристики для оборудования с ЧПУ. Технологические 30 процессы для остальных деталей группы строят в соответствии с принятым типовым маршрутом и с учетом намеченной специализации оборудования. Исходя из разработанных ТП выявляют технологические характеристики станков, на основании которых проводят подбор станков из имеющегося парка (в соответствии с каталогом станков с ЧПУ) или разрабатывают и используют специализированное оборудование с ЧПУ. При подборе станков необходимо учитывать возможность их встраивания в АПС. Для этого они должны иметь однотипные автоматические устройства для загрузки и закрепления спутников, одинаковые устройства ЧПУ и достаточную вместимость магазинов инструментов. Таким образом, в состав АПС включают станки с ЧПУ, параметры которых обеспечивают реализацию ТП обработки определенной группы деталей. Туда же могут встраиваться и универсальные станки или специализированное оборудование, не оснащенное ЧПУ, а также станки без устройств для автоматической загрузки деталей. Необходимое число основного оборудования проектируемого участка подсчитывают отдельно по номенклатуре и каждому типоразмеру с учетом затрат штучного времени Т по отдельным операциям ТП, выполняемым на данном оборудовании, программы и номенклатуры выпускаемых деталей или изделий. Промышленные роботы чаше всего применяют для автоматизации загрузкивыгрузки изделий на технологическое оборудование, они могут выполнять также смену инструмента и контроль изделий на оборудовании. Применение ПР выравнивает и стабилизирует работу оборудования, увеличивает загрузку оборудования, обеспечивает гибкость (быструю переналадку) при смене изделия, улучшает условия труда в автоматизированном производстве. При этом ПР должны иметь: ■ достаточный технический уровень для обслуживания сложного технологического оборудования; • соответствующие технические характеристики (грузоподъемность, скорость срабатывания, точность позиционирования, тип программного устройства); • стыкуемость с обслуживаемым оборудованием по всем параметрам; • высокую надежность, достаточную универсальность, малое время переналадки; • возможность повышения технико-экономических показателей обработки (низкий уровень брака, высокая производительность). При выборе ПР необходимо учитывать: • соответствие массы манипулируемого объекта грузоподъемности ПР; • соответствие зоны, в которой должно проводиться манипулирование, рабочей зоне робота; • соответствие траектории, скорости и точности движений кинематическим и точностным возможностям ПР; • возможность захватывания детали захватным устройством; • возможность построения траектории перемещения схвата робота между заданными точками в рабочей зоне. Для автоматизированного участка целесообразно использовать группу однотипных ПР, так как упрощается их обслуживание и наладка. 31 1.2 Типовые конструктивные элементы управления ПР и ГАП Содержание: Типоразмерные ряды и компоновочные схемы ПР и ГАП. Специализированные ПР и ГАП в машиностроении. ПР и ГАП, применяемые на заготовительных операциях и загрузке заготовок. ПР и ГАП для установки и закрепления заготовок и инструмента. ПР и ГАП, применяемые при обработке деталей и узлов. Выбор технологических методов и маршрута перемещения деталей и узлов. ПР и ГАП, применяемые при транспортно-складских работах. Автоматизация контроля сборки узлов и агрегатов автомобилей Типоразмерные ряды и компоновочные схемы промышленных роботов. Технологические возможности и конструкцию ПР определяют следующие основные параметры: грузоподъемность, число степеней подвижности, форма и размеры рабочей зоны, погрешность позицирования и тип системы управления. Для обозначения моделей ПР принята следующая система буквенных и цифровых индексов, определяющих: 1 вид оборудования: М-манипулятор; КМ – манипуляторы для кузнечнопрессового оборудования; ЛМ – для литейного; 2 грузоподъемность (кГ) – числовое значение в соответствии с принятым рядом; 3 тип системы программного оборудования: Ц – позиционно-цикловая (с ограниченным числом точек позицирования); П – позиционная числовая; К - контурная (непрерывная); У- комбинированная (универсальная). 4 компоновочная схема – двузначное число (00, 01 … 99); 5 конструктивное исполнение (число рук, величины ходов, наличие дополнительных механизмов и т.д.) – двузначное число (00, 01 … 99). Например: ПР грузоподъемностью 40кг, с позиционной системой управления, работающий в цилиндрической системе координат (компоновка 81 и конструктивное исполнение 01) имеет обозначение: ПР М40П81.01. Буква М обозначает агрегатно-модульную конструкцию ПР. Компоновочные схемы ПР классифицированы на основе применяемой системы координатных перемещений манипулятора. Эта классификация приведена в таблице 1 Манипуляторы одной группы могут иметь различное конструктивное исполнение, т.е. различные компоновочные схемы, которым присваивается индекс (двузначное число). Первое число индекса соответствует номеру группы. Типы манипуляторов определяются следующими конструктивными признаками: мобильностью (стационарные и передвижные), типом и конструкции опорной системы (портальные, напольные, рельсовые), числом рук (однорукие и многорукие), числом степеней подвижности кисти руки, числом схватов и т.д. В соответствии с требованиями машиностроения предусматривают следующие технологические группы ПР для: - литейного производства; - кузнечно-прессового оборудования; - обслуживания металлорежущих станков; 32 - оборудования цехов металлоподготовки, складских и транспортных работ; - сборочных работ. Компоновки робототехнических комплексов (РТК) зависят от конструкции и кинематической схемы ПР, определяющих размеры и форму его рабочей зоны. На базе одних и тех же моделей станков можно создавать РТК различных компоновок, комплектуемые ПР с различными техническими и технологическими возможностями. В основном используют три вида компоновок РТК: 1) однопозиционный РТК, состоящий из одного станка, обслуживаемого одним ПР (напольным, портальным или встроенным в станок); Таблица 1 - Компоновочные схемы промышленных роботов (по М. Соломенцеву) 2) многопозиционный РТК круговой компоновки, состоящий из двух-трех станков, обслуживаемых ПР напольного типа; 3) многопозиционный РТК линейной и линейно-параллельной компоновок, состоящий из двух и более станков, обслуживаемых портальным ПР. При одинаковых составе оборудования, производственной программе и номенклатуре обрабатываемых деталей, линейные компоновки по сравнению с круговыми имеют следующие преимущества: требуемая для размещения РТК производственная площадь в 1,4 раза меньше; большие удобство и безопасность обслуживания (переналадка и ремонт оборудования не требуют остановки всего 33 РТК, более благоприятные условия для визуального наблюдения за работой оборудования); увеличивается число обслуживаемых станков (до 5 – 6 против 2 – 3 при круговой компоновке); сокращается время передачи заготовки от станка к станку. Комплексы типа РТК–1 создаются на базе ПР, работающих в плоской прямоугольной системе координат, из одного или двух однотипных станков с применением линейной компоновки. Комплексы должны комплектоваться вспомогательным оборудованием для автоматической подачи ориентированной заготовки на загрузочную позицию (тактовыми столами, шаговыми транспортерами, приводными магазинами – накопителями), расположенными в плоскости работы ПР. Комплексы типа РТК-2 создаются на базе портальных ПР, работающих в ангулярной цилиндрической системе координат, из однотипных и разнотипных станков в количестве от двух до шести единиц технологического оборудования с использованием линейной и линейно-параллельной компоновки. Комплексы оснащаются входными, выходными и промежуточными (между станками) накопителями. Поскольку ПР могут брать заготовки из разных точек и укладывать изделия в тару, возможно использование вспомогательного оборудования, не имеющего приводных механизмов. Комплексы типа РТК-3 формируются на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат, из одного станка с горизонтальной осью шпинделя и ПР. В качестве вспомогательного устройства используется сменная тара, обеспечивающая хранение деталей в ориентированном виде с заданным шагом расположения. Комплексы типов РТК-4 и РТК-5 строятся на основе ПР, работающих в цилиндрической и сферической системах координат. Комплексы имеют преимущественно круговую либо линейно – параллельную двухрядную компоновку и могут состоять из одной – трех единиц технологического оборудования. ПР, применяемые на заготовительных операциях и загрузке заготовок. Широкое применение ПР находят в межцеховых, внутрицеховых и складских транспортировках. Они чаше всего применяются для автоматизации загрузкивыгрузки изделий на технологическое оборудование, они могут выполнять также смену инструмента и контроль изделий на оборудовании. Применение роботов для межцеховых перемещений грузов широко представлено в машиностроении. Здесь используют самоходные тележки, управляемые с помощью ЭВМ и кабеля, заложенного под полом или белой полосы на полу. По команде ЭВМ тележки могут выполнять сложные маршруты. Применение роботов для внутрицеховых и межоперационных процессов осуществляется при погрузочно-разгрузочных работах, при формировании пакетов с мелко расфасованными изделиями и продуктами, при разгрузке контейнеров, при передаче изготовляемого изделия с одной робототехнической линии на другую. 34 На рисунках 14 и 15 показаны манипулятор и паллетоукладчик применяющиеся для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ как в складах так и при загрузке заготовок Манипулятор СМ-15 предназначен для передачи изделия по горизонтали и вертикали с поворотом его на 180 градусов и выполнен на базе изделий фирмы Festo с пневматическими и электрическими приводами Паллетоукладчики серии M-410iB, разработанные компанией Fanuc, первой в мире создавшей специализированный робот для паллетирования, позволяют повысить скорость операций паллетирования и погрузочно-разгрузочных работ. Рисунок 14 - Манипулятор для передачи изделий СМ15 Рисунок 15 - Паллетоукладчик большой грузоподъемности серии M-410iB Эти невероятно быстрые, универсальные и обладающие лучшими в своем классе характеристиками повторяемости операций пятиосевые роботы справятся с любыми операциями по паллетированию. Для обработки деталей широко применяются роботы для обслуживания станков. На рисунке 15показан робот FANUC (Япония), который обслуживает несколько станков. Роботы могут не только перемещать деталь по заданной траектории, но и полировать, шлифовать, фрезеровать, а также способны производить автоматическую замену инструмента и других расходных материалов. Одной из самых распространенных областей применения промышленных роботов является обслуживание станков токарно-фрезерной группы и гибочных прессов. Для этих задач используются роботы различной грузоподъемности в зависимости от поставленной задачи. Роботизированные комплексы могут быть полностью интегрированы в производственную линию для выполнения рутинных, однотипных операций и работать в автоматическом режиме. Возможны различные варианты: от 35 простейшей интеграции промышленного робота с металлообрабатывающим станком до создания сложных систем для производства объемных листовых конструкций. К преимуществам таких РТК относятся повышение точности и качества выполняемых операций, увеличение производительности оборудования, а также возможность перенастройки на широкий ряд типоразмеров изделий. Система управления роботом имеет возможность интеграции со станками основных мировых производителей металлообрабатывающего оборудования. Роботизированные сварочные комплексы обеспечивают высокую эффективность и производительность, а также сокращение производственных издержек. Использование современных роботизированных комплексов сварки обеспечивает создание качественного сварного соединения с высокой точностью и производительностью, сокращает затраты на переналадку производства и персонал. Рисунок 16- Робот FANUC (Япония) 36 Рисунок 17 - Роботизированная сварка кузова автомобиля на базе роботов FANUC (Япония Применение ПР выравнивает и стабилизирует работу оборудования, увеличивает загрузку оборудования, обеспечивает гибкость (быструю переналадку) при смене изделия, улучшает условия труда в автоматизированном производстве. При этом ПР должны иметь: - достаточный технический уровень для обслуживания сложного технологического оборудования; - соответствующие технические характеристики (грузоподъемность, скорость срабатывания, точность позиционирования, тип программного устройства); - стыкуемость с обслуживаемым оборудованием по всем параметрам; - высокую надежность, универсальность, малое время переналадки; - возможность повышения технико-экономических показателей обработки (низкий уровень брака, высокая производительность). При выборе ПР необходимо учитывать: - соответствие массы манипулируемого объекта грузоподъемности ПР; - соответствие зоны, в которой должно проводиться манипулирование, рабочей зоне робота; - соответствие траектории, скорости и точности движений кинематическим и точностным возможностям ПР; - возможность захватывания детали захватным устройством; возможность построения траектории перемещения схвата робота между заданными точками в рабочей зоне. Для автоматизированного участка целесообразно использовать группу однотипных ПР, так как упрощается их обслуживание и наладка. к окружающей среде и повышает износостойкость оборудования. Применение роботов в отдельных производственных процессах 1 Сварка считается наиболее типичным процессом для внедрения роботов. Исторически роботизированная сварка начала широко применяться в 37 автомобилестроении, и в настоящее время практически все автомобильные производства в мире оснащены конвейерами, которые могут состоять из нескольких сотен роботизированных комплексов (Рисунок18). Рисунок 18 - Робот для лазерной сварки По данным исследований, около 20% всех промышленных роботов используются в сварочных процессах (в США около половины). Вторым по значимости применением считается укладка грузов на поддоны, применяемая на предприятиях с высоким объемом продукции, в особенности в пищевых производствах Аргонно-дуговая (TIG, MIG, MAG) или точечная сварка (RWS) с использованием робота обеспечивает более высокое качество изделий по сравнению с принятым сварочным процессом ручной или полуавтоматической сварки. Возможности периферийного оборудования позволяют обеспечивать полный контроль процесса, например, реализовать функцию бесконтактного слежения за сварным швом. В настоящее время активно развивается применение роботизированной лазерной сварки (LBW), позволяющей лазеру сфокусироваться на точке с варьированием от 0,2 мм, с минимизированием теплового воздействия на изделие и высокой точностью и качеством сварки. Возможность выдержать сверхвысокие длины фокусировки (до 2 метров) и тем самым обеспечить дистанционную сварку существенно расширяет границы применимости сварочного процесса и увеличивает производительность изготовления изделия. Лазерная сварка активно применяется в авиастроении, автомобилестроении, приборостроении, медицине и т.д. Переход на автоматическую сварку с использованием роботов минимизирует время цикла в несколько раз. Это достигается эргономичной конструкцией или модернизацией сварочной оснастки для обеспечения быстрого 38 цикла сбора изделия, высокими скоростями перемещения робота и организацией поточного производства с обеспечением единовременной сборки-сварки изделий. Необходимо отметить тот факт, что роботизированные системы являются единственной возможностью совмещения обрабатывающих операций, к примеру, обеспечения плазменного или лазерного раскроя, и последующей сварки с помощью смены горелки или режимов сварки без переустановки детали. Также роботизация сварочного процесса позволяет интегрировать программы сварки в применяемые на предприятии CAD/CAM системы для обеспечения процесса цифрового производства. 2 Загрузка, выгрузка, позиционирование изделий Автоматизация загрузки и выгрузки изделий – процесс, имеющий значение на любом современном производстве с высокой производительностью или большим весом и габаритами изделий. Так, роботы применяются для загрузки заготовок в металлообрабатывающие станки, выгрузки готовых изделий и укладки на соответствующие паллеты. Причем достаточно часто один робот обслуживает сразу нескольких машин и работает с разными изделиями, что удешевляет инвестиции в подобную автоматизацию и расширяет функционал внедряемого робота. В Европе прослеживается тенденция к максимальному увеличению производительности за счет безостановочной круглосуточной работы, внедряется философия безлюдного производства, связанная со стремлением минимизировать расходы на персонал. Внедрение автоматизации в литейных и кузнечнопрессовых цехах обусловливается необходимостью устранения тяжелых условий для рабочих и повышения качества производства: выгрузка тяжелых поковок, литейных заготовок, последующее охлаждение, загрузка в штампы для пресса и т.д. Не случайно, третье место применения роботов после загрузки-выгрузки занимает именно совмещение с кузнечно-прессовым и литейным оборудованием. Практически все процессы литья под давлением в Европе сопровождаются автоматизацией с использованием роботов Применение технологических систем на базе роботов может стать альтернативой использованию обычного специализированного на каком-либо технологическом процессе оборудования В среднем, цена внедрения робота с установкой и необходимым пакетом для взаимодействия с оборудованием обойдется предприятию в 50 млн. тенге, представляя собой действительно гибкое решение, которое может в будущем использоваться и для иных задач или реализовывать вспомогательные операции, к примеру, сортировку различных изделий, удаление заусенцев, сборочные операции и т.д. 3 Металлообрабатывающие процессы с использованием роботов Помимо сварочных и вспомогательных операций роботы могут применяться в самих процессах обработки, выступая альтернативой обрабатывающему оборудованию. Промышленные роботы активно используются для операций раскроя металла с помощью плазмы, лазера и гидроабразивной резки. В отличие от традиционной установки плазменного раскроя плазменные горелки с 39 применением робота могут осуществлять 3-хмерную резку, что актуально для обработки металлоконструкций, металлопроката (двутавров, уголков и т.д.), а также подготовки поверхностей под углом для дальнейшей сварки, вырезки различных отверстий и т.д. Раскрой металла с помощью лазерной резки выступает альтернативой для трехмерного лазерного комплекса, позволяя выполнить любой раскрой в трехмерном пространстве. Данная технология широко используется в автомобилестроении, а также достаточно эффективна для обрезки краев изделий после штамповочных и формовочных операций. Роботизированная ячейка для лазерной резки может использоваться и для лазерной сварки, а также в дальнейшем совмещать двух роботов, использующих один источник Гидро- или гидроабразивная резка роботом расширяет возможности раскроя до обработки любых трехмерных деталей, повышает производительность. Гидроабразивная резка отличается отсутствием теплового воздействия и возможностью обработки практически любых материалов. Так, гидроабразивная резка роботом используется для вырезки всех отверстий в стали толщиной 3 мм по корпусу автомобиля Renault Espace на заводе во Франции (Romorantin, France). Полный цикл вырезки отверстий занимает 2 минуты 30 секунд. Гибка труб роботом используется в ограниченном виде, представляя собой бездорновую гибку с помощью позиционирования заготовки роботом и использования сопутствующей гибочной головки. Преимуществом такой обработки является высокая скорость изготовления, возможность обработки изделий с уже существующими присоединительными элементами и одновременное совмещение с загрузкой выгрузкой изделий тем же роботом. Такие системы используются в автомобилестроении, изготовлении металлической мебели и других товаров народного потребления, где применяется бездорновая гибка 4 Фрезерование, сверление, удаление заусенцев и сварных швов Использование роботов для фрезерования, сверления и обработки кромок металлов, пластмасс, древесины и камня – новая, динамично развивающаяся технология. Она стала возможна, прежде всего, благодаря увеличению жесткости и точности современных манипуляторов. Основные преимущества заключаются в практически неограниченной рабочей зоне робота (систему можно оборудовать линейной осью в несколько десятков метров), высокой скорости обработки и большом количестве управляемых осей. Например, типичная фрезеровальная ячейка на базе промышленного робота имеет 8 – 10 управляемых осей и позволяет получить максимальную гибкость обработки Возможно использование самого разного приводного инструмента, пневматического и электрического, с воздушным и жидкостным охлаждением. Для снятия заусенцев с кромок деталей после фрезерования используются пневматический приводной инструмент с частотой вращения 35 000 об/мин, а для фрезерования металлов – электрический шпиндель с водяным охлаждением, мощностью 24 кВт. Отдельно стоит упомянуть такой тяжелый, трудоемкий процесс для человека, как зачистка сварного шва на изделии. Применение 40 автоматизации позволяет снизить воздействие вредных производственных факторов и существенно уменьшить время на выполнение зачистки. 5 Полирование и шлифование Шлифование металлических деталей – сложный и грязный процесс, крайне вредный для человека. В то же время его автоматизация довольно проста и не представляет проблемы для современных промышленных манипуляторов. Робот всегда сможет повторить траекторию движения шлифовальщика, обеспечив при этом неизменную повторяемость и отличное качество обработки (Рисунок19). Рисунок 19 - Робот для шлифования Процессы абразивной обработки поверхности можно разделить на два основных класса – шлифование и полирование. При шлифовании используют абразивные круги или ленты, съем материала может быть существенным, образуется много пыли. Полирование – более тонкий процесс, для которого применяются войлочные круги с абразивной пастой, съема материала при этом практически не происходит. Как правило, эти процессы комбинируют. Преимущество робота заключается в том, что он может обрабатывать деталь на нескольких абразивных инструментах поочередно, за один установ. Например, сначала снимается поверхностный слой на абразивной ленте, а потом деталь заполировывается на войлочном круге с автоматической подачей пасты. 6 Сборочные робототехнические комплексы. Этот тип робототехнических комплексов по своему значению является, пожалуй, наиболее важным. Трудоемкость сборочных операций в машиностроении достигает 40% себестоимости изделий, а в приборостроении еще больше – до50-60%. Вместе с этим степень автоматизации сборочных работ сегодня весьма низка в связи с ограниченными возможностями, которые имеют здесь традиционные средства автоматизации в виде специальных сборочных автоматов. Такие автоматы применимы главным образом в массовом производстве, в то время как, например, в машиностроении до80% продукции относится к мелкосерийному и серийному производству. Отвеить на вопросы: Опишите законы робототехники жүктеу/скачать 52,61 Kb. Достарыңызбен бөлісу: