Полная версия

Главная arrow Техника arrow Вопросы автоматизации в машиностроении

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РОБОТОЗ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

В машиностроении доля заработной платы персонала, занятого в технологических процессах металлообработки и сборки, составляет значительную долю в себестоимости продукции. Многие машиностроительные производства требуют дополнительных затрат на обеспечение безопасных условий труда. Эти проблемы породили создание автоматических линий и гибких производственных систем, работающих по так называемой «безлюдной» технологии.

Многие технологические операции, требующие участия оператора, могут быть автоматизированы при помощи роботов. К подобным операциям относятся подача и загрузка деталей в зону обработки, сборочные и сварочные операции. Применяются они также для смены инструмента и уборки стружки. В гибких переналаживаемых системах при среднесерийном и мелкосерийном производстве замены роботам практически нет. В отличие от манипулятора робот имеет свою систему управления, выполненную на микропроцессоре (микропроцессорах).

Робот - переналаживаемая автоматическая машина, состоящая из механизма, информационно-измерительной, управляющей и исполнительной систем и предназначенная для выполнения механических действий. Если робот используется совместно с другим оборудованием с целью получения определенного изделия или изделий определенного типа, то такое объединение называют робототехническим комплексом (РТК).

Все промышленные роботы, манипуляторы и РТК можно разделить по назначению на три условные группы : 1) автоматические -применяются в промышленном производстве; 2) дистанционноуправляемые - предназначены для работы в экстремальных условиях (токсичные вещества, радиоактивность, повышенные температуры, работы со взрывчатыми веществами и т.п.); 3) ручные - используются на погрузочно-разгрузочных работах. Автоматические роботы-манипуляторы разделяют на четыре вида: жестковстраиваемые,

программируемые, адаптивные и «интеллектуальные».

Жестковстраиваемые манипуляторы содержат механические руки (автооператоры) и не имеют перенастраиваемых или программируемых устройств, они получают команды от системы управления станком или комплексом. Подобные манипуляторы используют в станках для подачи

простых деталей, смены инструмента, уборки стружки.

Программируемые роботы можно перенастраивать путем задания или изменения рабочей программы, они не имеют собственных органов чувств. Такие роботы заменяют оператора на тяжелых и опасных работах, позволяют избавляться от тяжелого механического труда.

Адаптивные роботы, оснащенные комплексом датчиков, приспосабливаются к условиям окружающей среды или производств. Такие роботы имеют более сложный алгоритм управления.

«Интеллектуальные» роботы имеют совершенные системы управления, оснащены комплексом датчиков и способны самостоятельно принимать решение, без вмешательства персонала.

Дистанционно-управляемые роботы и манипуляторы делят на следующие группы: с командным управлением, когда оператор с помощью коммутационных аппаратов управляет приводами каждого звена манипулятора; копирующие, управление которыми осуществляется с помощью задающего устройства, кинематически подобного манипулятору (механическая рука); полуавтоматические - позволяющие задавать требуемый набор алгоритмов с помощью простейшего вычислительного устройства; супервизорные, в которых все операции робота запрограммированы, а оператор имеет возможность в зависимости от ситуации вмешиваться и изменять программу; диалоговые (интерактивные), в которых робот не только принимает команды оператора, но и вырабатывает информацию для принятия решения.

Ручные манипуляционные роботы подразделяются на шарнирно-балансировочные, у которых в пределах грузоподъемности при любой величине груза и любом расположении звеньев механизм находится в равновесии и оператор, перемещая рукоятку манипулятора, вырабатывает сигналы управления приводами перемещения груза; экзоскелетроны, представляющие собой многозвенные механизмы, непосредственно сопряженные с руками или ногами человека, причем последние формируют лишь сигналы управления, а перемещение производят двигатели, помещенные в соответствующие звенья механизма.

Промышленные роботы по характеру выполняемых операций делят на две группы: 1) технологические, производственные роботы, непосредственно участвующие в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих устройств (покраска, сварка, сборка и т.п.); 2) подъемно-транспортные роботы, выполняющие операции загрузки, разгрузки, перемещения деталей, смены инструмента, уборки стружки. Один из таких роботов изображен на рис. 10.1.

Таким же образом можно разделить комплексы по производству изделий на технологические и технические. Например, робототехнологический комплекс по сборке механизма подачи бумаги в печатающее устройство; робототехнологический комплекс по изготовлению деталей типа ступицы.

К основным показателям, определяющим типы промышленных роботов, относятся: грузоподъемность, число степеней свободы, характеристика рабочей зоны, мобильность, погрешность позиционирования, система управления.

Ю.КТранспортный робот

Рис. Ю.КТранспортный робот

Под грузоподъемностью робота понимают максимальную суммарную подъемную силу, развиваемую его «руками». Число степеней свободы равно количеству всех возможных координатных перемещений кисти 2 руки робота (рис. 10.2), без учета движения захвата. Рабочая зона характеризуется максимальным радиусом обслуживания от оси захвата до оси симметрии корпуса 4 робота, а также перемещением руки 5 и корпуса манипулятора 6. Мобильность робота характеризует его способность совершать глобальные У, региональные X, Дср.^, фу-, ф-* локальные 5 движения. К глобальным относят движения, за счет которых робот перемещается на расстояния, превышающие его размеры и размеры обслуживаемого оборудования. Региональными называют движения захватов робота в различные зоны рабочего пространства, определяемые размерами звеньев руки 5 и станины 1. Локальными называют движения механизма захвата 3, соизмеримые с его размерами. Погрешность позиционирования характеризуется отклонением от заданной позиции исполнительного органа до фактического при многократном повторении движения.

Технические характеристики некоторых роботов приведены в табл.

10.1.

Для загрузки автоматических станков часто используются манипуляторы с ручным управлением, например сбалансированный (см. рис. 10.2). Принцип его действия основан на уравновешивании груза, находящегося на конце рычага исполнительного устройства, силой, развиваемой электро-, пневмо- или гидроприводом, и перемещении груза при приложении относительно небольшого усилия, необходимого для преодоления сил трения в шарнирах и опорах исполнительного устройства.

Основные движения рабочих органов робота

Рис. 10.2. Основные движения рабочих органов робота

Технические характеристики промышленных роботов

Модель

промышленного

робота

Страна-производитель

Число степеней подвижности

Число программируемых координат

Основной привод

Система управления

Грузоподъемность, кг

Погрешность позиционирования (±), мм

МРУ-901

Россия

2

2

Э

Ц

0,02

0,22

Универсал-5

Россия

6

4

Э

п

5

1

РКТБ

Россия

4

4

Э

п

7

1

Универсал-60

Россия

6

6

э,

Г

п

60

0,3

СМ160 Ф2.81.01

Россия

4

4

Г

п

160

0,5

Контур

Россия

6

6

э,

г

к

3

3

Versatran F-FL

США

7

7

г

П,

к

ПО

1,27

Unimate 2000В

США

5

4

г

п,

к

136

2,03

Кика IR6/60

Германия

3-6

4

э,м

к

100

1

Fanuc Robot

Model-3

Япония

5

5

э,м

п

50

1

Motohand

Япония

3

3

э

п

70

1

В большинстве случаев манипулятор устанавливают рядом со станком. Заготовки ' должны быть предварительно ориентированы. Промышленность выпускает достаточно широкий спектр подобных манипуляторов с грузоподъемностью от нескольких килограммов до

нескольких сотен килограммов и соответствующей точностью позиционирования. Они применяются от единичного до серийного производства.

Шарнирно-балансировочный манипулятор

Рис. 10.3. Шарнирно-балансировочный манипулятор: 1 - основание;

2 - блок устройства управления; 3 - привод вертикального перемещения; 4 - поворотная головка; 5 — устройство уравновешивания; 6 -

исполнительный орган; 7 - рукоятка управления; 8 - грузовой блок; 9 -

сменный схват

Представленный на рис. 10.3 шарнирно-балансировочный манипулятор грузоподъемностью до 500 кг позволяет осуществлять загрузку-разгрузку заготовок корпусных деталей. Манипулятор снабжен сменными схватами. Управление может быть как ручным, так и

автоматизированным дистанционным.

В качестве загрузочно-разгрузочных устройств станков-автоматов различного типа используют автооператоры, выполняющие следующие функции; предварительное ориентирование заготовок для подачи их в шпиндель станка, удаление готовых деталей из зоны обработки, а также передачу их в отводящее устройство. Область применения автооператоров - массовое производство. Транспортируемые объекты представляют собой штучные заготовки и обработанные детали типа фланцев, колец, валов, зубчатых колес, цилиндров и т.п., их также применяют для загрузки инструмента в шпиндели обрабатывающих центров.

Существуют разнообразные конструкции автооператоров, но все они, как правило, выполняют одни и те же типовые действия: выделяют одну или несколько заготовок из общего потока; подают заготовку соосно шпинделю станка; устанавливают заготовку в зажимной патрон (или оправку); снимают обработанную деталь со шпинделя; удаляют деталь из зоны обработки. Каждый автооператор имеет определенную циклограмму функционирования, по которой устанавливают несовмещенно с обработкой время на загрузочно-разгрузочные операции. Сокращение этого времени - одна из выжнейших задач при конструировании автооператора. При этом необходимо уделять внимание обеспечению его работоспособности (защита от попадания стружки и СОЖ, предотвращение сбоев при работе).

Автооператор токарного многошпиндельного автомата

Рис. 10.4. Автооператор токарного многошпиндельного автомата: 1 - станок;

2 - заготовка; 3 - подводящий лоток; 4 - реечная передача; 5, 9, 10 -гидравлические цилиндры; 6 - отводящий лоток; 7 - кантователь; 8 -отсекатель; 11 - шпиндельный блок станка; 12 - питатель; 13 - схват

Автооператор, представленный на рис. 10.4, применяют для обслуживания токарных многошпиндельных автоматов. Такой автооператор может иметь механический привод от кулачков распределительного вала автомата либо автономный гидравлический или пневматический привод с управлением по пути.

На одношпиндельном токарном автомате(рис. 10.5) и на внутришлифовальном автомате (рис. 10.6) автооператор служит для загрузки-разгрузки заготовок деталей типа колец или втулок. Часто автооператоры снабжаются накопителями заготовок и обработанных деталей, которые могут быть выполнены в виде стационарных кассетных конструкций.

Автооператор внутришли-фовального автомата

Рис. 10.6. Автооператор внутришли-фовального автомата: 1 - подводящий лоток; 2 - рычаг; 3 - клиновой упор; 4 -заготовка; 5 - эксцентриковый палец; 6 - качающаяся планка; 7 - деталь; 8 -магнитный патрон; 9 - базирующий элемент; 10 - питатель; 11 -

гидравлический цилиндр; 12 -

толкатель; 13-корпус; 14-отводящий лоток

Рис. 10.5. Автооператор одношпиндельного токарного автомата: 1 -

пружина; 2 - патрон; 3 - заготовка; 4 - отводящий лоток; 5 - поворотный питатель; 6 - подводящий лоток; 7,9, 10 - гидравлические цилиндры; 8 -подводящий механизм

Автооператоры имеют более простую конструцию и систему управления, по сравнению с роботами и манипуляторами, следовательно, более низкую себестоимость, что делает их использование более привлекательным в крупносерийном и массовом производстве, но в то же время

они имеют меньшую гибкость, по сравнению с роботами .

Использование автооператоров позволяет совместить только отдельные элементы цикла загрузки-разгрузки станка и устройства для межоперационного транспортирования, что оказывает влияние на общую длительность цикла. Длительность ТзРУ цикла работы портального автооператора (рис. 10.7), как и любого другого ЗРУ, складывается из времени Тнс несовмещенных элементов цикла работы ЗРУ, используемых

на загрузочных операциях, и времени Тс совмещенных элементов, используемых на транспортных операциях: ТЗРу=ТН(:с. Во избежание простоев станка необходимо, чтобы Тс0 , где Та - основное (машинное) время обработки заготовки.

Портальный автооператор

Рис. 10.7. Портальный автооператор: 1 — станок; 2 - патрон; 3 - обработанная деталь; 4 - траверса; 5 - схват; 6 - каретка; 7,8 - манипуляторы; 9 - заготовка; 10 - ПС; 11 - конвейер (в исходном положении каретка находится над станком, манипулятор 7 разгружен, манипулятор 8 загружен)

При работе портального автооператора по циклограмме, приведенной на рис. 10.8,

Тни=//+ *2+ ЇЗ+ /./+ /5+ /7+ Ь+ 1ю+ ///+

+І13+ ІЦ+ 0+ І15+ І16+ І17+ ^/в+ І19+ І20+ *21-

Как видно из циклограммы, все составляющие времени Тс совмещены С //2 - временем резания.

Продолжительность цикла работы портального автооператора зависит от числа захватных устройств. При одном захватном устройстве цикл длиннее, чем при двух, на величину дополнительного несовмещенного времени, затрачиваемого на повторные перемещения подвижных узлов в горизонтальном и вертикальном направлениях и срабатывание захватных устройств. По этой причине возрастают простои станка.

Механизм

Элемент цикла

Включение станка

(Чайок

Патрон

Карелка

Мани

пуля

тор

Схваты

Конвейер

Выключение станка

Патрон зажат

Патрон разжат

Подвод к станку Подвод к конвейеру Ввод заготовки в патрон

Вывод дет али из патрона

Подъем манипулятора

Опускание манипулятора

Подъем манипулятора Опускание манипулятора

Зажим детали

Освобождение детали

Зажим заготовки

Освобождение заготовки

Перемещение Г1С

Циклограмма работы портального манипулятора

Рис. 10.8. Циклограмма работы портального манипулятора

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>