Анализ и обобщение опыта и тенденций создания промышлен­ных роботов в отечественной и зарубежной робототехнике показы­вает, что все большее распространение получает электромеханиче­ский привод промышленных роботов. Впоследние год

Вид материала

Документы

Содержание Роботизированные технологические комплексы (ртк) 5.2. РТК в кузнечно-прессовом производстве 5.3. РТК в механообработке

Подобный материал:

• Дипломная работа студента, 601.76kb.
• Исать собственные приложения для управления роботами на примере Lego nxt, а также использовать, 76.9kb.
• С применением grid-технологий, 81.79kb.
• История роботов, написанная роботом, 101.24kb.
• Sdfield> Самостоятельная подготовка, 455.42kb.
• Вдокладе описывается технология обучения распределенной системы автономных мобильных, 45.47kb.
• Внушающих уверенность жилищ люди живут в обличии роботов-суррогатов сексуальных, физически, 367.79kb.
• Возможное участие родителей, 108.84kb.
• Анализ работы шмо учителей физики, химии, биологии за 2010-2011 учебный год, 113.58kb.
• Лега В. П. Наука и вера, 152.3kb.

Глава 5

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ (РТК)

5.1. Структура, состав, назначение РТК

В этой главе приведены материалы, в которых содержатся от­веты на три основных вопроса: что такое роботизированный техно­логический комплекс и какое место он занимает в общей проблеме автоматизации; какие бывают РТК с точки зрения их структуры; где и в каких условиях машиностроительного производства они при­меняются. В конце главы помещены данные об испытаниях, эконо­мической эффективности применения и надежности промышленных роботов РТК.

Опыт издания и применения промышленных роботов в СССР и за рубежом однозначно свидетельствует о том, что один отдельно установленный промышленный робот может использоваться только с целью изучения его технических характеристик, для демонстра­ции, обучения обслуживающего персонала и т. д. Никакого значе­ния в производственном плане такой робот не имеет.

Главная идея роботизированного технологического комплекса заключается в том, что промышленный робот должен использовать­ся в сочетании с определенным технологическим оборудованием, как, например, пресс, металлорежущий станок, сварочная установ­ка и т. д., и предназначен для выполнения одной или нескольких конкретных технологических операций.

Впервые понятие роботизированный комплекс появилось в спе­циальной литературе примерно в 1980 г. Некоторое время употреб­лялись термины робототехншеские или роботизированные систе­мы, роботизированные технологические и роботизированные произ­водственные комплексы и др.

В 1985 г. издан ГОСТ 26228—85 «Системы производственные гиб­кие. Термины и определения», в котором сказано:

«Роботизированный технологический комплекс (РТК) — сово­купность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осу­ществляющая многократные циклы.

Примечания.

1. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь ав­томатизированную переналадку и возможность встраиваться в си­стему.

2. В качестве технологического оборудования может быть ис­пользован промышленный робот.

3. Средствами оснащения РТК могут быть: устройства накопле­ния, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и дру­гие устройства, обеспечивающие функционирование РТК».

В этой формулировке обращает на себя внимание категоричность определения: «... единицы технологического оборудования, промышленного робота...», т. е. подразумевается одна единица технологи­ческого оборудования и один промышленный робот.

Если количество промышленных роботов и единиц технологиче­ского оборудования больше, то тогда это будет роботизированный технологический участок (РТУ) (ГОСТ 26228—85) — совокупность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или не­сколько единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности исполь­зования технологического оборудования.

Рассмотрим проблему автоматизации машиностроения с целью установить место, которое занимают в ней роботизированные техно­логические комплексы.

В книге «Роботизированные производственные комплексы» Ю. Г. Козырева и др. (М. : Машиностроение, 1987) приводятся сле­дующие пять уровней автоматизации:

— первый уровень — автоматизация цикла обработки, заключа­ющаяся в управлении последовательностью и характером движений рабочего инструмента с целью получения заданной формы обраба­тываемой детали. Наиболее полное воплощение автоматизация это­го уровня получила в станках с ЧПУ;

— второй уровень — автоматизация загрузочно-разгрузочкых операций (установки и снятия детали со станка), позволяющая рабочему обслуживать несколько единиц технологического обору­дования, т. е. перейти к многостаночному обслуживанию. Наиболь­шей универсальностью и быстротой переналадки характеризуются промышленные роботы, используемые для автоматизации вспомога­тельных и транспортных операций. Второй уровень автоматизации все чаще обеспечивается созданием роботизированных технологи­ческих комплексов;

— третий уровень — автоматизация контроля, ранее выпол­няемого человеком: состояния инструмента и своевременной его за­мены; качества обрабатываемых изделий; состояния станка и уда­ления стружки, а также подналадки технологического процесса (адаптивное управление). Такая автоматизация освобождает чело­века от постоянной связи с машиной и обеспечивает длительную ра­боту оборудования по обработке деталей одного типоразмера при минимальном участии или далее без участия человека в течение одной-двух смен.

Третий уровень автоматизации обеспечивается созданием адап­тивных РТК., а также гибких производственных модулей. Согласно ГОСТ 26228—85, гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования для производства изделий произ­вольной номенклатуры в установленных пределах значений их ха­рактеристик с программным управлением, автономно функциони­рующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему;



Рис. 5.1. Роботизированные технологические комплексы: а — однопозицнонный; п — групповой: ч — многопознционный

— четвертый уровень — автоматизация переналадки оборудова­ния. На существующем оборудовании переналадка осуществляется вручную, что требует значительного времени. Поэтому важной зада­чей является совершенствование систем переналадки оборудова­ния — применяемых приспособлений, инструмента и оснастки, а также методов задания циклов и режимов обработки. В идеале сле­дует стремиться к созданию автоматических систем переналадки оборудования для выпуска новых изделий;

— пятый уровень — гибкие производственные системы (ГПС). Поскольку описанию ГПС специально посвящена гл. 6, то отметим только то, что, по существующему мнению, такая форма организа­ции производственного процесса является высшей.

Приведенная классификация не претендует на исчерпывающую полноту и стройность, но очень четко показывает место роботизи­рованных технологических комплексов в общей проблеме автома­тизации машиностроительного производства.

В состав роботизированного технологического комплекса входят:

1) технологическое оборудование (пресс, металлорежущий ста­нок, установка для термообработки и т. д.);

2) промышленный робот;

3) вспомогательное, транспортное оборудование. Роботизированные технологические комплексы бывают: однопоаиционные (рис. 5.1, а), имеющие наиболее простую структуру (ТО — технологическое оборудование, ПР — промышленный ро­бот, ВО — вспомогательное оборудование); групповые (рис. 5.1, б) и многопозиционные (рис. 5.1, в).

Эта классификация не охватывает всех возможных структур РТК и может рассматриваться как классификация типовых структур.

Следует отметить, что, несмотря на относительную простоту однопозиционных РТК, они весьма распространены, поэтому рас­смотрим их подробнее.

РТК работает следующим образом. Заготовка, предварительно ориентированная во вспомогательном оборудовании (ВО), захватывается рабочим органом промышленного робота, переносится в рабочую зону технологического оборудования и устанавливается в нужном положении. Иногда этот процесс достаточно активный, как, например, при обработке заготовки на токарном станке. Нужно остановить шпиндель станка, дать команду на открытие зажимного приспособления (патрона, цанги и т. д.), точно установить заго­товку в зажимное приспособление, зажать его, отвести рабочий ор­ган робота и включить станок на обработку детали. По окончании цикла обработки необходимо остановить станок, взять обработан­ную деталь и перенести во вспомогательное оборудование В0₂. Об­работанные детали либо устанавливаются ориентированными в про­странстве, либо помещаются в тару навалом.

Технологическое оборудование, рекомендо­ванное для применения в составе РТК, должно быть достаточно распространенным и перспективным с точки зрения конструкции, технологичности, эксплуатационных параметров и степени автома­тизации. Этот самостоятельный вопрос широко освещен в соответ­ствующей литературе и поэтому не будем на нем останавливаться. Отметим лишь одно важное соображение. Технологическое обору­дование должно иметь устройство числового программного или хотя бы циклового управления. Если это условие не соблюдено, то могут возникнуть непредвиденные трудности при стыковке ТО с промыш­ленным роботом, которые приведут к неоправданным затратам вре­мени и средств.

Вспомогательное оборудование предназна­чено для:

1) накопления определенного количества ориентированных за­готовок на начальной позиции комплекса;

2) поштучной выдачи заготовки в определенную точку простран­ства для взятия ее схватом робота (при необходимости);

3) транспортирования заготовок и изделий между последова­тельно расположенным оборудованием внутри комплекса с сохра­нением ориентации;

4) переориентации заготовок и изделий, если это нужно;

5) хранения межоперационного задела и задела между комплек­сами.

Вспомогательное оборудование, входящее в состав транспортно-накопительной системы, как правило, не имеет между собой ни кон­структивных, ни информационных связей и все команды получает от технологического оборудования и промышленных роботов. В ка­честве накопительных устройств в комплексе могут применяться лотки (скаты, склизы), шаговые конвейеры различного типа, цеп­ные конвейеры, круговые накопительные устройства, тупиковые накопители, роликовые конвейеры и многоместная тара. Соответ­ствующий тип транспортно-накопительного устройства выбирают, тщательно анализируя заготовку и изделия, особенности техноло­гического оборудования и промышленных роботов.

В литературе часто встречается термин «бункерные загрузочно-ориентирующие устройства», который точнее определяет назначение этих устройств в функциональном плане, но не охватывает все возможные варианты, и поэтому в дальнейшем будем пользоваться термином «вспомогательные устройства». Вспомогательные устрой­ства РТК можно разделить на несколько типов [8].



Рис. 5.2. Стационарные бункерные вспомогательные устройства РТК

Стационарные вспомогательные устройства, жестко устанавли­ваемые в определенном положении, предназначены для подачи ориентированных заготовок в зону обслуживания промышлен­ного робота.

Во вспомогательных устройствах лоткового или бункерного типа (рис. 5.2) изделия могут предварительно загружаться оператором, подаваться в рабочую позицию под собственным весом или с по­мощью специальных устройств.

Подвижные (сменные) технологические приспособления, как правило, имеют прямоугольную, плоскую форму, на их верхней поверхности располагаются изделия в специальных гнездах (рис. 5.3).



Рис. 5.3. Подвижные (сменные) технологиче­ские приспособления — паллеты

Такие устройства позволяют производить загрузку вне PTK, например, на складе, и могут быть поданы в рабочую зону автома­тически, скажем с помощью робокара.

Вращающиеся вспомогательные устройства представляют собой вращающийся круглый стол с шаговым приводом. Заготовки распо­лагаются по периферии стола в специальных гнездах или на штырях в зависимости от ее конфигурации. На рис. 5.4 показаны различные варианты компоновки таких накопителей. Недостаток накопителей такого типа — их ограниченная емкость.

Транспортные вспомогательные устройства представляют собой цепной, многозвенный конвейер, перемещающийся в горизонталь­ной плоскости на двух звездочках, одна из которых — ведущая — с шаговым приводом (рис. 5.5). Преимущество таких накопителей — относительно большая емкость и возможность соединения с дру­гим РТК или иным оборудова­нием.

Несмотря на то, что такие бункерные загрузочно-ориентирующие устройства (в этом слу­чае термин соответствует их функциональному назначению) характеризуются высокой сте­пенью автоматизации и освобож­дают рабочего от процедуры установки изделий, они не могут применяться во всех случаях из-за хрупкости и повышенной сцепляемости заготовок, требо­ваний к качеству поверхности и т. д. Как правило, эти устрой­ства осуществляют первичное ориентирование и поштучное от­деление заготовок.

Существует несколько спосо­бов выноса деталей из навала, в том числе карманчиковый, крючковый (штырьевой), секторные лопастной, щелевой, отбор под действием собственного веса и т. д. Достаточно широко применяются вибрационные бункерные устрой­ства, которые наряду с рядом преимуществ имеют и некоторые недо­статки (вибрации, повышенный шум, сложность настройки и т. д.).



Рис. 5.4. Вращающиеся накопители



Рис. 5.5. Транспортные накопители (конвейеры) РТК


5.2. РТК в кузнечно-прессовом производстве

Промышленные роботы давно и успешно применяются в кузнеч­но-прессовом производстве. Это объясняется тем, что процессы кузнечно-прессового производства весьма кратковременны и промыш­ленный робот достаточно полно загружен. Кроме того, в кузнечно-прессовом и штамповочном производстве очень велик удельный объем вспомогательных и транспортных операций, особенно когда изделие обрабатывается последовательно на нескольких прессах. Наконец, одной из важных причин широкого применения промыш­ленных роботов в этом производстве является желание понизить опасность и травматизм, связанные с особенностями производст­ва. Нельзя не отметить и тот факт, что заготовки часто имеют высокую температуру и острые края, повышающие трудность и опасность их транспортирования. Гуманное желание освободить человека от од­нообразной, монотонной и трудной работы требует от разработчи­ков особого внимания к этому типу производства.

Роботизированные технологические комплексы в кузнечно-прес­совом и штамповочном производстве создают для автоматизации следующих операций: холодной листовой штамповки; горячей и хо­лодной объемной штамповки; ковки; штамповки изделий из пласт­масс и порошков.

Методом холодной листовой штамповки выполняются некоторые разделительные и формообразующие операции. Поскольку для раз­делительных операций исходной заготовкой, как правило, служит непрерывный материал (ленты, рулоны, полосы, прутки и т. д.), с которым использование современных конструкций промышленных роботов пока нецелесообразно, создание роботизированных техно­логических комплексов предусматривается только для формообра­зующих штамповочных операций, выполняемых на штучных заго­товках.

При создании РТК в листоштамповочном производстве промыш­ленные роботы должны выполнять вспомогательные и транспортные операции по переносу заготовки из подающего устройства в рабочее пространство штампа пресса и удалению изделия после штамповки в приемное устройство или в последующий пресс. Исходными заго­товками для листоштамповочных РТК могут быть плоские и объем­ные штучные заготовки, имеющие правильную геометрическую форму и позволяющие использовать подающее устройство с поштуч­ной выдачей заготовок в соответствующий схват робота.

Процесс объемной штамповки включает в себя следующие опе­рации: получение исходной заготовки; нагрев ее до температуры ковки; штамповку; отделение отходов от поковки, термообработку поковки; очистку ее поверхности, а иногда и калибровку.

Автоматизация технологического процесса горячей штамповки предусматривает организацию ориентированной передачи заготов­ки и полуфабриката по всем позициям, установку заготовки в штам­пы, включение пресса, а также нанесение технологической смазки на рабочую поверхность штампа. Весь перечисленный объем вспо­могательных операций может выполняться современными промыш­ленными роботами при условии обеспечения ориентированной по­дачи заготовки на исходную позицию пресса в положении, удобном для захвата роботом и выталкивания изделия после выполнения каждого перехода с соблюдением тех же условий.

В качестве исходного материала при объемной штамповке ис­пользуются штучные заготовки, отрезанные из проката круглого, квадратного или прямоугольного сечения, которые могут захваты­ваться и удерживаться универсальными устройствами, используе­мыми промышленными роботами.

Захват и перенос деталей промышленным роботом после штам­повки возможен при наличии у детали соответствующего располо­жения базовых поверхностей. Это накладывает ограничения на но­менклатуру деталей, штамповка которых может быть автоматизиро­вана с использованием промышленных роботов. Применение промышленных роботов может вызвать и некоторые изменения фор­мы детали— введение технологических прибылей, платиков и т. д. В свою очередь, к промышленным роботам, применяемым на опера­циях объемной штамповки, предъявляются специальные требования по тепло-, пыле- и виброзащищенности, которые должны обеспечи­вать надежность работы комплекса. Планировка робототехнического комплекса в кузнечно-прессовом и штамповочном производстве должна осуществляться с учетом типа пресса, модели промышлен­ного робота, конкретных конструкций вспомогательных механиз­мов и формы изделия. Для этих целей часто используются двурукие роботы.

Составные части РТК должны иметь:

1) возможность управления работой прессов, роботов и вспомо­гательного оборудования с помощью системы программного управ­ления;

2) возможность переналадки на штамповку различных изделий; продолжительность переналадки желательно иметь не более 60... 90 мин, что позволит использовать комплексы в серийном и даже мелкосерийном производстве;

3) обезжиривание перед загрузкой на исходную позицию листо­вых заготовок из немагнитного материала в о избежание их слипания;

4) минимальные заусенцы во избежание сцепления заготовок;

5) искривление заготовок из плоскости, не превышающее 2 % длины и ширины заготовки.

Промышленные роботы должны иметь: возможность быстрой смены ЗУ при переходе на штамповку нового изделия; регулировку, обеспечивающую быструю перестройку на работу с новыми изделия-

ми, а также разъемы и места подключения энергоносителя и линий связи с технологическим оборудованием и вспомогатель­ными устройствами.

Типичная компоновка робо­тизированного технологического комплекса в кузнечно-прессо­вом производстве приведена на рис. 5.6. В состав такого РТК входят: магазинное устройство 7, выдающее плоские заготовки на исходную (загрузочную) пози­цию промышленного робота; дву­рукий промышленный робот 5 с цикловым программным управлением, загружающий заготовки в штамп и снимающий с него от­штампованные полуфабрикаты; пресс 1, выполняющий собственно технологическую операцию; ЗУ 2 манипулятора пневматического или электрического типа (для плоских заготовок); приемная тара 3 с тележкой; устройство 6 циклового программного управления ком­плексом и ограждение 4, исключающее возможность проникновения человека в опасную зону во время работы РТК.



Рис. 5.6. Типовая компоновка РТК в кузнечно-прессовом производстве


5.3. РТК в механообработке

Механическая обработка — это завершающий этап производ­ственного процесса перед сборкой. Поэтому механическую обработ­ку проходит большинство заготовок и полуфабрикатов.

Отличительные особенности процессов механообработки с точки зрения роботизации:

1) относительно большое машинное время обработки изделий (от десятков секунд до нескольких десятков минут);

2) отсутствие высоких температур нагрева заготовок;

3) достаточно точная форма заготовок и особенно изделий.

Номенклатура деталей, обработка которых технически возмож­на и целесообразна на автоматизированных комплексах «станок — робот», определяется следующими факторами:

1) конструктивными параметрами деталей;

2) видом и состоянием заготовки, поступающей на обработку;

3) техническими требованиями, предъявляемыми к детали;

4) габаритными размерами и массой детали.

Детали, предназначенные для обработки в системе «станок — робот», должны иметь следующие параметры:

1) однородные по форме и расположению поверхности для ба­зирования и захвата, позволяющие без дополнительной проверки устанавливать их на станок, где для базирования и закрепления используется широкоуниверсальная технологическая оснастка (цен­тры, патроны, пневмотиски и др.);

2) ясно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющие организовать транспортирование и складирование заготовок около станков в ориентированном виде с использованием стандартной вспомогательной оснастки;

3) возможность унифицировать процессы обработки и типы обо­рудования для применения группового метода обработки.

В методических рекомендациях «Автоматизированные техноло­гические комплексы «оборудование — робот» (М-: НИИМаш, 1981.— 104 с.) приведены подробная классификация и номенклатура де­талей, рекомендуемых для обработки в роботизированных техноло­гических комплексах. Ограничения по геометрической форме дета­лей диктуются не столько применением промышленных роботов, сколько трудностями транспортирования деталей, сохранения их ориентированного положения при использовании стандартной тары и приемопередающих механизмов.

Автоматизация механообработки за счет применения промыш­ленных роботов может развиваться по пути создания: 1) роботизи­рованных технологических комплексов на базе имеющегося обору­дования и 2) отлаженных комплексов на заводах-изготовителях на базе современного технологического оборудования. Оба направле­ния могут развиваться параллельно, но второй путь нам кажется перспективнее.

Автоматизация станков методом стыковки их с роботами требует обязательно некоторой модернизации станков-автоматов и упоря­дочения хранения и транспортирования заготовок и изделий. По­этому особенно важно проводить предварительный технологический анализ и создавать технологическую и техническую документацию для подготовки и применения промышленных роботов.

Технологический процесс обработки деталей в роботизирован­ном технологическом комплексе характеризуется:

1) максимально возможной концентрацией операций на станках в ЧПУ, что позволяет сократить число остановок в процессе произ­водства, улучшает качество изделия за счет повышения точности, сокращает время производственного цикла;

2) оснащением станков легко переналаживаемой оснасткой, обес­печивающей без значительной переналадки высокоточное базирова­ние и надежное крепление детали в процессе обработки;

3) тщательной подготовкой баз на обрабатываемых изделиях, гарантирующей получение и сохранение заданных чертежами технических требований.



Рис. 5.7 Схема РТК с горизонтальной компоновкой направляющей робота



Рис. 5.8. Схемы компоновок РТК для обслуживания металлорежущих станков

Для роботизированных тех­нологических комплексов в пер­вую очередь нужно использо­вать станки с ЧПУ и цикло­вым программным управлением, а также станки-полуавтоматы. Совместная работа станка с про­мышленными роботами требует доработки его электрической схемы, чтобы обеспечить возможность обмена необходимой информа­цией между станком и роботом. Обмен осуществляется с помощью команд (ответов).

В механообработке существует много различных компоновок роботизированных технологических комплексов. Горизонтальная компоновка направляющей робота, расположенной над станками, показана на рис. 5.7. Три варианта компоновок РТК с обычными напольными промышленными роботами, обслуживающими один или несколько станков, приведены на рис. 5.8.