Разработка роботизированного технологического комплекса для изготовления детали «Крестовина» (ДШАК.741244.91)

Устройство ЧПУ позиционного типа обеспечивает управление перемещениями руки в цилиндрической системе координат, цикловое управление движениями кисти и зажимом-разжимом схвата, а также подачу команд пуска циклов работы станков, другого технологического оборудования и приема ответных команд после выполнения этих циклов.

Типовой рабочий цикл ПР при смене заготовки на токарном станке с ЧПУ включает в себя следующие этапы: подвод руки ПР к патрону станка -- захват обработанной детали -- отвод руки в исходную точку -- подвод руки к тактовому столу -- опускание детали -- захват очередной заготовки -- подвод заготовки к патрону станка -- освобождение заготовки после зажима ее в патроне -- отвод руки в исходную точку -- начало цикла обработки на станке.[4]

 

5. Выбор и описание компоновки РТК

 

Схема планировки разрабатывается на основе имеющегося оборудования, его габаритных размеров и рационального расположения оборудования.

Планировка роботизированного комплекса неразрывно связана с его структурой. В однопредметных комплексах с одним роботом можно выделить две разновидности планировки - линейную и кольцевую. При линейной планировке обслуживаемое роботом оборудование располагается в один или два прямолинейных ряда. Такие РТК строятся на базе напольных или подвесных подвижных роботов. При кольцевой (полярной) планировке оборудование устанавливают вокруг робота в один (реже в два) дугообразный ряд. Здесь используются роботы с полярной системой координат (цилиндрической или сферической).

Сравнительно часто вход РТК (подводящий транспортёр или накопитель заготовок) и выход (отводящий транспортёр или накопитель обработанных деталей) выполняют раздельно: при значительном изменении формы и размеров изделий в процессе их обработки, а также при таких типах накопительных и транспортных устройств, которые не допускают одновременную работу с обработанными и необработанными деталями.

При расстановке оборудования необходимо обеспечить возможность подхода рабочего к станку для наблюдения за работой и вмешательства в процесс загрузки или работы станка.

Совместная работа ПР и технологического оборудования должна быть обеспечена согласованием работы системы программного управления ТС, ПР и электроавтоматики станка. К функции электроавтоматики станка по обеспечению рабочего цикла должна добавиться функция осуществления диалога между ПР, ТС и станком. Реализация диалога должна осуществляться посредством прямых и обратных команд.

Металлорежущее оборудование должно быть снабжено устройствами, блокирующими его работу при открытых защитных устройствах зоны резания и незакрепленной или неправильно закрепленной заготовке.

Станки должны иметь блокировку, допускающую перемещения элементов при отсутствии вращения заготовки и при исходном положении инструмента.

В общем случае в РТК входит следующее оборудование: ПР, основное и вспомогательное (выполняющее транспортные функции, функции накопления и хранения заготовок) технологическое оборудование; специальное оборудование типа контрольно-измерительных устройств, установок для размагничивания, клеймения и т.д.; системы автоматики РТК.

Надежность функционирования РТК оценивают путем нахождения комплексного показателя надежности - коэффициента технического использования РТК, определяемого с учетом собственных простоев входящего в его состав основного и вспомогательного оборудования. Для РТК механической обработки коэффициент технического использования равен 0,8 - 0,85.[5]

В РТК можно включить оборудование работающее с полной автоматизацией цикла и требующее мало времени на переналадку. Оборудование должно обеспечивать высокий уровень концентрации и совмещения переходов обработки. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют станки с ЧПУ. Для повышения надежности РТК необходимо обеспечить автоматизацию контроля в процессе обработки, автоматизацию подачи смазочно-охлаждающих сред в зону резания, автоматическую смену инструмента. На станках должна быть предусмотрена надежная система дробления стружки и удаления ее активным или пассивным способом.

Компоновки и параметры рабочей зоны станков, конструкции приспособлений должны обеспечивать свободный доступ руки ПР для установки и снятия заготовки. Станки должны оснащаться вспомогательными приспособлениями, компенсирующие низкие технологические возможности существующих ПР: приспособлениями для предварительного базирования заготовки, для досылки заготовок до технологических баз приспособлений. Все перемещающиеся при работе узлы станков, связанные с функционированием ПР (пиноль задней бабки, суппорты, ограждения, устройства для предварительного базирования заготовок и т.п.), должны оснащаться датчиками, фиксирующими их конечное положение.

Технологическая оснастка должна обеспечивать заданную точность установки заготовок, несмотря на то, что ПР подает заготовку в зону установки, ориентированную в недостаточной степени. В конструкции технологической оснастки предусматривают датчики, обеспечивающие закрепление заготовки только после поступления команды о ее правильном расположении в приспособлении. При обработке несимметричных заготовок оборудование должно обеспечивать останов шпинделя в заданном положении. Рабочая зона РТК должна быть защищена от стружки и брызг смазывающе-охлаждающей жидкости. Станки, при работе которых в течение смены образуется более 30 кг стружки, должны снабжаться автоматически действующими конвейерами для ее удаления. Если при работе образуется менее 30кг стружки, то станки должны снабжаться тарой для ее приема.

При применении патронных станков необходимо обеспечить поджим заготовки к базам приспособления. Это осуществляется установкой толкателей на подвижных узлах станка или соответствующей конструкцией захватного устройства. При расстановке оборудования необходимо обеспечить возможность подхода рабочего к станку для наблюдения за работой и вмешательства в процесс загрузки или работы станка.

Совместная работа ПР и технологического оборудования должна быть обеспечена согласованием работы системы программного управления ПР и электроавтоматики станка. К функции электроавтоматики станка по обеспечению рабочего цикла должна добавиться функция осуществления диалога между ПР и станком. Реализация диалога должна осуществляться посредством прямых и обратных команд (прямых - от ПР к станку и на зажим и разжим заготовки, включение станка и т.д.; обратных - от станка к ПР о выполнении команд, получаемых от ПР).

Металлорежущее оборудование должно быть снабжено устройствами, блокирующими его работу при открытых защитных устройствах зоны резания и незакрепленной или неправильно закрепленной заготовке.

Станки должны иметь блокировку, допускающую перемещения элементов при отсутствии вращения заготовки и при исходном положении инструмента.

На базе одних и тех же моделей станков могут создаваться РТК различных компоновок, комплектуемые ПР, обладающими различными технологическими и техническими возможностями.

Наибольшее распространения получили следующие компоновочные решения РТК: одностаночные - из одного станка, обслуживаемого ПР, расположенным над станком, рядом со станком или встроенным в станок; многостаночные круговой компоновки с применением ПР.[4]

Линейные компоновки РТК с применением ПР характеризуются следующими особенностями:

- занимают меньшую производственную площадь, чем комплексы круговой компоновки;

- обеспечивают переналадку и ремонт оборудования без останова работы всего комплекса, возможность визуального наблюдения за работой оборудования;

- обеспечивают переналадку и ремонт оборудования без останова работы всего комплекса, возможность визуального наблюдения за работой оборудования;

- обеспечивают безопасные условия работы обслуживающего персонала и обслуживание одним ПР трех станков и более.

 

5.1 Обзор промышленных роботов

 

Промышленным роботом (ПР) называют автоматические быстропереналаживаемые универсальные манипуляторы с программным управлением, способные с помощью механических рук производить захват, ориентацию и транспортирование обрабатываемых деталей или выполнять разнообразные операции, относящиеся к деятельности человека. Промышленные роботы применяют как для выполнения основных технологических операций (окраски, резки, точечной сварки и т.д.), так и для выполнения вспомогательных операций (обслуживания оборудования, выполнения погрузочно-разгрузочных работ при обслуживании металлорежущего, сборочного, кузнечно-прессового, литейного и другого оборудования, и т. д.).

Роботы позволяют освободить человека от выполнения тяжелого, быстро-утомляющего ручного труда, а также в тех случаях, когда работа связана с использованием вредных веществ.

Промышленные роботы позволяют интенсифицировать использование технологического оборудования, повысить сменность его работы, уменьшить дефицит вспомогательного персонала и рабочих основного производства. Робот не утомляется, он практически нечувствителен к условиям труда. Моральное старение промышленных роботов происходит очень медленно, так как при смене объектов производства достаточно заменить простую и недорогую сменную оснастку и программу. Поэтому роботы могут быть многократно использованы.

ПР классифицируют (ГОСТ 25685-83) по следующим признакам: специализации, грузоподъемности, числу степеней подвижности, возможности передвижения, способу установки на рабочем месте, видам системы координат, привода, управления, способу программирования.

Роботы можно разделить на три типа (поколения):

Роботы I типа (роботы с обучением) - обладающие способностью запоминать программу по выполнению разнообразных операций, относящихся к сфере деятельности человека; обладающие автономными свойствами и имеющие очень ограниченные возможности по восприятию рабочей среды. Движения осуществляются по жесткой программе.

Роботы II типа (адаптивные роботы) - имеют датчики обратной связи, воспринимающие информацию от окружающей среды. Такие роботы имеют основную программу и подпрограммы, которые выбираются в зависимости от информации, полученной от внешней среды. Следовательно, такие роботы, имеющие ЭВМ или обслуживаемые ЭВМ, обладают «зрением» и «осязанием» и способны «ориентироваться» в окружающей обстановке.

Роботы III типа («интеллектуальные» роботы) - наделены искусственным интеллектом. Для их работы достаточно задать конечную цель работы, т.е. алгоритм поиска. Такие роботы могут воспринимать и логически оценивать окружающую обстановку и определять движения, необходимые для достижения заданной цели работы. Для управления интеллектуальными роботами требуются средства вычислительной техники.

Роботы I типа с цикловыми, контурными и позиционными системами программного управления успешно применяют для автоматизации загрузки-выгрузки обрабатываемых деталей, а также для выполнения транспортных и вспомогательных операций на металлорежущих станках. Применение этих роботов особенно эффективно на автоматизированных участках и в автоматических линиях из станков с ЧПУ при групповой обработке. Роботы I типа относительно просты, недороги и надежны.[6]

По степени универсальности промышленные роботы делят на три группы:

1) универсальные, предназначенные для выполнения комплекса как основных, так и вспомогательных операций независимо от типа производства с автоматической сменой захватного устройства и обладающие наибольшим числом степеней свободы;

2) специализированные, предназначенные для работы с деталями определенного класса, ограничиваемые видом производства (кузнечное, литейное, механосборочное и т.д.) с автоматической сменой захватного устройства и обладающие ограниченным числом степеней свободы;

3) специальные, предназначенные для выполнения работы только с определенными деталями по строго зафиксированной программе и обладающие одной-тремя степенями свободы.

По грузоподъемности их делят на роботы малой (до 50 Н), средней (50- 400 Н), большой (более 400 Н) грузоподъемности. Роботы могут иметь гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный силовые приводы рабочих органов. По степени конструктивной связи со станком роботы могут быть стационарными, передвижными, подвесными. Они могут работать в декартовой, цилиндрической, сферической и смешанной системах координат.[5]

5.2 Выбор промышленного робота

 

Технические характеристики промышленного робота согласно ГОСТ 25685-83 включают номинальную грузоподъемность, зону обслуживания роботом, рабочую зону ПР, число степеней подвижности, скорость перемещения по степени подвижности, погрешность позиционирования рабочего органа, погрешность отработки траектории рабочего органа.

Грузоподъемность - наибольшая масса захватываемого ПР объекта производства, при которой гарантируется захватывание, удерживание и обеспечение установленных значений эксплуатационных характеристик ПР.

Число степеней подвижности ПР - это сумма возможных координатных движений захваченной детали относительно неподвижного звена: стойки, основания и т. д. (движение зажима детали захватным устройством здесь не учитывается).

Зона обслуживания ПР - это пространство, котором рабочий орган выполняет свои функции в соответствии с назначением робота и установленными значениями его характеристик.

Рабочая зона ПР - это пространство, в котором может находиться рабочий орган при его функционировании. Рабочая зона может иметь объем от 0,01м3 (при особо точных операциях) и свыше 10м3 (для передвижных роботов).

Погрешность позиционирования - отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей программой. Большинство современных ПР имеет погрешность ± 0,1 ... 2,5 - мм (для грубых работ от ±1> до ±5 мм, для точных работ от ±0,1 до ±1 мм, для высокоточных работ до ±0,1 мм).[6]

Исходя из выше сказанного выбираем ПР модели «М20П.40.01», который обеспечивает необходимую грузоподъемность, рабочая зона достаточна для загрузки , разгрузки детали на станок.

 

 

6. Разработка конструкции захватного устройства