Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Промышленные роботы (ПР) и роботизированные технологические комплексы (РТК)

Назначение и классификация промышленных роботов

Промышленный робот (ПР) - это автоматическая машина, состоящая из манипулятора и перепрограммируемого устройства программного управления, для выполнения в производственном процессе двигательных и управляемых функций.

Если задача автоматизации обработки деталей решается путем применения специальных станков-автоматов и автоматических линий в условиях массового производства и станков с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства, то устранение ручного труда на вспомогательных операциях, особенно при изготовлении деталей малыми партиями, сопряжено с громадными трудностями. Это связано с многообразием движений при выполнении вспомогательных операций.

Попытки автоматизировать вспомогательные операции делались давно. Например, в токарных автоматах управление всеми вспомогательными движениями обеспечиваются от кулачков. В автоматических линиях установка заготовки на каждый станок и возвращение ее на транспортное устройство обеспечивает автооператоры или многооперационные манипуляторы, движения которых автоматизируются так же при помощи жестких связей. Переналадка существенно усложнена. Решать задачу переналадки можно, если применить промышленный робот, управляемый по заданной программе.

Промышленные роботы при обработке деталей на станках выполняют следующие основные манипуляции:

взять заготовку из тары;

перенести ее к станку;

установить в приспособление;

взять обработанную деталь;

перенести ее и уложить в тару или перенести к другому станку.

По конструктивным признакам ПР можно разделить на следующие группы.

Напольные ПР с горизонтальной выдвижной рукой и консольным механизмом подъема.

Напольные ПР с горизонтальной выдвижной рукой, установленной на подъемной каретке, перемещающейся по направляющим поворотной колонны.

Напольные ПР с многозвеньевои рукой.

Портальные ПР с рукой, установленной на каретке, перемещающейся по монорельсу.

Специализированные ПР.

Напольные транспортные тележки (робокары).

ПР для обслуживания автоматизированных складов.

Напольные ПР с выдвижной рукой и консольным механизмом подъема руки, (рис. 1) являющиеся наиболее распространенными, функционируют в цилиндрической или прямоугольной системе координат: привод - пневматический, электромеханический и в ряде случаев гидравлический; грузоподъемность 0,05…20 кг (отдельные ПР с гидроприводом имеют грузоподъемность до 60 кг).

ПР данной группы, предназначенные, как правило, для выполнения транспортно-загрузочных операций, отличаются большим быстродействием, оснащены цикловыми системами управления и оснащены упорами, ограничивающими перемещения их подвижных узлов.

промышленный робот захватный привод



Рис. 1. Напольный пневматический ПР с выдвижной рукой и консольным механизмом подъёмом: а - базовая компоновка, б - варианты исполнения, в - основные движения.

На основании 5 установлена рама 4, в нижней части которой размещен механизм 3 поворота колонны вокруг вертикальной оси, а в верхней - механизм 2 вертикального подъема руки. Поворот вокруг вертикальной оси осуществляется двумя пневмоцилиндрами 7, соединенными цепной передачей с блоком звездочек, установленным на поворотной колонне (в других конструкциях поворотный механизм выполняется на базе пневмотурбины или поворотного пневмодвигателя). Плавный подход к заданной точке при повороте колонны обеспечивается гидродемпферами 6. Механизм подъема состоит из колонны 8, нижняя часть которой выполнена в виде плунжера, перемещающегося в гидроцилиндре или пневмоцилиндре.

Рука 1 монтируется на верхнем фланце колонны и представляет собой пневмоцилиндр с выдвижным штоком, на конце которого закрепляется захватное устройство 9, а если понадобится, то механизмы для различных движений захватного устройства (кантования, сдвига и т.п.).

Напольные ПР с выдвижной рукой, установленной на подвижной каретке, имеют компоновку, показанную на рис. 2. Грузоподъемность таких ПР от 1 до 1000 кг, число степеней подвижности от 3 до 7.

Рис.2. Компоновка напольного ПР с выдвижной рукой, установленной на подвижной каретке

Робот работает в цилиндрической системе координат. На основании 1 ПР, в котором располагается гидростанция, размещена колонна 2, поворот которой осуществляется цепью, охватывающей звездочку, и натянутой двумя однополостными гидроцилиндрами. Такая схема обеспечивает беззазорное зацепление, что особенно важно для точности рабочих перемещений ПР при большом вылете его руки.

По направляющим колонны с помощью гидроцилиндра перемещается каретка 3, несущая выдвижную руку 4, которая приводится в действие реечной передачей: движение ведущему зубчатому колесу передается через шлицевой вал от гидромотора 5, расположенного в верхней части колонны. По особому заказу робот выпускают с перемещением по рельсам б, что позволяет существенно расширить его рабочую зону.

Напольные роботы с качающейся выдвижной рукой (рис. 3) работают в полярной сферической системе координат и имеют не менее пяти степеней подвижности. На основании 1 смонтированы гидростанция и механизмы поворота руки вокруг вертикальной оси. В верхней части поворотной колонны 2 установлена выдвижная рука 3, которая под действием гидроцилиндра может совершать качательные движения в вертикальной плоскости.

Рис 3. ПР с выдвижной рукой, работающей в сферической системе координат.

В напольных ПР с многозвенной рукой (рис. 4) все движения осуществляются путем относительных угловых поворотов звеньев руки, имеющих постоянную длину. Привод - следящий, электромеханический или электрогидравлический. Основными преимуществами многозвенной руки являются ее компактность и возможность обслуживания большой зоны при малых габаритах механизма.

Рис 4. Основные варианты исполнений напольных ПР с многозвенной рукой

Такие ПР применяют для автоматизации операций окраски, сварки, сборки, обдирки литья, загрузки оборудования.

Портальные ПР с рукой, установленной на каретке (рис.5.), перемещающейся по монорельсу, применяются для обслуживания металлорежущих станков, автоматических линий гальванопокрытий, а также для выполнения транспортных операций. Достоинства таких ПР - экономия производственной площади и удобство обслуживания оборудования.

	б)
в)	г)
д)	Рис.5. Портальный ПР с выдвижной рукой, установленной на каретке, перемещающейся по монорельсе: а - общая компоновка, б - с вертикальной выдвижной рукой, в - с двумя выдвижными руками (одна наклонная), г - с двумя (или тремя параллельными) выдвижными руками, д - с многозвенной рукой: 1 - монорельс, 2 - каретка, 3 - рука, 4 - стойка.

Портальные ПР можно разделить на две группы:

ПР с цикловым программным управлением, работающие в декартовой системе координат и предназначенные, как правило, для загрузки одного станка в условиях крупносерийного производства;

ПР с ЧПУ, обеспечивающие перемещение захватного устройства в направлении, перпендикулярном монорельсу (и имеющие вследствие этого более широкие технологические возможности), предназначенные для обслуживания нескольких единиц оборудования

Транспортный ПР мод. ТРТ-250-1 (рис. 6), предназначенный для транспортирования деталей, уложенных в тару, выполнен на базе тельферных тележек, перемещающихся по монорельсу. Грузоподъемность ПР 250 кг.

Рис.6.Транспортный ПР мод.ТРТ-250-1.

Специальные роботы выполняют определенные технологические операции, поэтому их конструкция зависит от модели обслуживаемого оборудования. К числу специальных относятся ПР, предназначенные для обслуживания машин для литья под давлением, некоторых типов кузнечно-прессового оборудования, а также ПР, встраиваемые в металлорежущие станки.

Напольные транспортные тележки (робокары) на колесном или гусеничном ходу перемещаются по монорельсу или искусственно обозначенной трассе. Диспетчер переключением тумблеров на панели управления задает программу, устанавливая конечный пункт назначения, число и место остановок (адресов). При передвижении по монорельсу позиции остановок формируются по командам датчиков релейного типа, приводимых в действие сигналами предварительно набранной программы. Аналогично действуют сигналы о том, когда тележка получает энергию от аккумуляторов или приводится в действие цепью, или получает энергию от токоприемника (троллея): специальный ролик под тележкой (считывающее устройство), перекатываясь через выступы в полу, выполненные на каждом остановочном пункте, формирует ответные сигналы для задающей программы.

В конструкциях тележек используют оптические, электромагнитные, ультразвуковые и другие системы автоматического задания и стабилизации курса перемещения. При применении оптической системы на полу цеха наносится белая линия, служащая указателем фотоэлектрическому дальномеру. Останов происходит в местах разрыва белой линии. Наибольшее применение нашли тележки с электромагнитной системой стабилизации курса, где по трассе прокладывается токопровод; конструктивная схема такой тележки показана на рис. 7.

Рис.7. Робокара с электромагнитной стабилизацией курса: 1 - тормозная катушка, 2 - транзисторное устройство управления, 3 - рукоятка торможения, 4 - привод, 5 - сигнальная лампа, 6 - устройство обеспечения безопасности движения, 7 - буферный щит, 8 - привод устройства управления, 9 - панель программирования, 10 - аккумуляторная батарея.

Захватные устройства ПР

Захватные устройства ПР предназначены для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими .свойствами, поэтому захватные устройства являются сменными элементами.

Как правило, ПР комплектуют набором типовых (для данной модели) захватных устройств, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. Иногда на типовой захват устанавливают сменные рабочие элементы (губки, присоски и т.п.). В случае необходимости ПР оснащают специальными захватными устройствами, предназначенными для выполнения определенных операций.

К числу обязательных требований, предъявляемых к захватным устройствам, относятся:

надежность захватывания и удержания объекта;

стабильность базирования.

Особое внимание следует обращать на надежность крепления захватных устройств к руке ПР.

Наиболее распространенными являются механические захватные устройства.

Неуправляемые захватные устройства типа пинцета (рис. 9,а) или типа клещей (рис. 9, в,г) удерживают деталь благодаря упругим свойствам зажимных элементов, а освобождают ее принудительно с помощью дополнительных устройств. Захваты такого вида применяют в условиях массового производства при манипулировании с объектами небольших масс и размеров.



Рис.9. Неуправляемые захватные устройства: а - типа пинцета в виде упругого разрезного валика, б - типа пинцета в виде разрезной упругой втулки, в - типа клещей с одной подвижной губкой, г - типа клещей с двумя подвижными губками; 1 - заготовка, 2 - рабочие элементы.

Не приводные захватные устройства со стопорными механизмами (рис.10), обеспечивающими чередование циклов зажима и освобождения деталей, являются автономными и не требуют специальных команд от системы управления и дополнительного подвода энергии. Детали удерживаются усилиями пружин в результате самозатягивания или запирающего действия губок. Как правило, подобные устройства работают в вертикальном положении.

На рис. 10,а представлена схема устройства для захвата деталей (типа валов или фланцев) по наружному диаметру.

На корпусе 7 закреплена направляющая 5, несущая запирающую планку 4. По направляющей может скользить головка 3, в которой шарнирно закреплены губки 1. Когда деталь удерживается губками захватного устройства, планка 4 входит между верхними концами губок 1, препятствуя их раскрытию. При укладке детали на разгрузочную позицию технологического агрегата захватное устройство перемещается вниз до контакта детали с поверхностью, на которую устанавливают деталь. При этом головка 3 упирается (планкой 2) в деталь и останавливается, а корпус 7 продолжает опускаться. Планка 4 опускается и высвобождает губки 1, которые расходятся под действием пружин 13. Одновременно срабатывает стопорное устройство, состоящее из свободно вращающейся защелки 11 (помешенной на оси 12). нижней втулки 9 (закрепленной на корпусе 7) и верхней втулки 8.

Втулка 8 имеет выступы только снизу, а втулка 9 имеет зубцы 6 сверху и снизу и, кроме того, снабжена прорезью по форме защелки 11, у которой имеются треугольные выступы, смещенные относительно зубцов.

Рис. 10. Не приводные захватные устройства со стопорными механизмами; а- для захвата деталей по наружному диаметру, б- для захвата деталей, лежащих стопкой, в- для захвата деталей по внутреннему диаметру.

При сближении корпуса 7 и головки 3 между собой защелка входит в зацепление с верхними зубцами и поворачивается на 45°. Когда корпус и головка расходятся, защелка входит в зацепление с верхними зубцами втулки 9, поворачивается еще на 45° и ее выступы 10 попадают в. прорезь. При этом запирающая планка 4 перемещается между верхними концами губок 1, обеспечивая зажим детали.

Для того чтобы разомкнуть систему, необходимо произвести еще одно сближение корпуса и головки: защелка опять войдет в зацепление с зубцами верхней втулки и повернется на 45°, а когда корпус 7 и головка 3 станут расходиться, защелка 11 войдет в зацепление с зубцами верхней втулки 8, повернется еще на 45° и будет удержана ею. Губки захватного устройства при этом окажутся раскрытыми.

На рис. 10,б представлено устройство для захвата деталей (типа фланцев, зубчатых колес и втулок), лежащих стопкой. Принцип работы этого устройства аналогичен описанному выше.

На рис. 10,в показано узко диапазонное устройство для захвата деталей по внутреннему диаметру отверстия (разница в диаметрах 1,5…2 мм). Захватная часть состоит из конуса 1 и шариков 2, расположенных по окружности в обойме 3. Угол конуса (5…6°) должен быть меньше угла трения между шариками и деталью. Принцип работы устройства аналогичен описанному выше. Командные захватные устройства в основном бывают клещевого типа. Движение губок обеспечивается пневматическим, гидравлическим или электромеханическим приводом.

Широкое применение получили клещевые командные захватные устройства с рычажными передаточными механизмами, обеспечивающими выигрыш в силе зажима детали.

На рис. 11 показаны клещевые захватные устройства с гидравлическим приводом и системой рычажных передаточных механизмов. В конструкциях, приведенных на рис. 11,а,б, гидроцилиндр расположен между шарнирно закрепленными планками, связанными с рычажным механизмом. Зажимные губки выполнены сменными и крепятся к этим планкам. Путем смены губок обеспечивают захват детали за внутреннюю или за наружную поверхность. В захватном устройстве, показанном на рис. 11,б, одна из губок установлена на качающейся планке, угловое положение которой относительно рычага может регулироваться винтом, что позволяет производить изменение взаимного расположения губок. На рис. 11,г приведена конструкция захватного устройства, где для удержания детали используется усилие упругой деформации пальцев.

На рис. 12,а показана схема пневматического устройства со сменными рабочими губками, что позволяет использовать его для работы с объектами различной формы.

Аналогичное захватное устройство для фланцев и колец показано на рис. 12,б. На штоке 4 пневмоцилиндра 1 установлена планка 5, на которой шарнирно закреплены тяги 2, связанные с поворотными рычагами 3. К рычагам крепятся держатели 6, несущие сменные губки 7. Переналадка на другой диапазон захватываемых поверхностей осуществляется: перестановкой осей тяг 2 в дополнительные отверстия планки 5; с помощью сдвига держателей б по рычагам 3; сменой держателей или губок.

На рис.12,в показано центрирующее широкодиапазонное захватное устройство с параллельным перемещением губок. К корпусу 3 шарнирно крепятся рычаги 1. В направляющих корпуса перемещается тяга 4, связанная с приводом, на котором закреплены оси рычагов 2 и 5. К средним точкам рычагов 2 присоединены концы рычагов 1. Длина рычагов 2 вдвое больше длины рычагов 1, и шарнирные треугольники, образованные этими рычагами, являются равнобедренными, чем и обеспечивается прямолинейность перемещения губок 6, которые составляют вместе с тягой 4 и рычагами 2 и 5 шарнирные параллелограммы.

В конструкциях механических захватных устройств широкое применение нашли реечные передачи. По сравнению с рычажными, они имеют меньший габарит, обеспечивают большее раскрытие губок, однако не дают выигрыша в силе зажима детали. На рис. 7.13 представлены примеры конструкций реечных широкодиапазонных захватных устройств для деталей типа тел вращения.

Устройство (рис. 13,а) - однопозиционное, предназначенное для захвата гладких и ступенчатых валов. Профиль губок обеспечивает центрирование валов в широком диапазоне размеров. Две пары поворотных губок 1 свободно сидят на осях 7. На губках выполнены зубчатые секторы 8, входящие попарно в зацепление с рейками 3, которые связаны рычагами 4, образующими шарнирный параллелограмм. Рычаги 4 шарнирно связаны с тягой 2 привода. Такое устройство обеспечивает независимую работу каждой дары губок, что необходимо при захватывании и центрировании ступенчатых валов. Участки 5 профиля губок имеют меньшую (по сравнению с участками 6) толщину. Это обеспечивает подхватывание и центрирование деталей, расположенных с угловым смещением, а также гарантирует центрирование ступенчатой детали.

На рис. 13,б показано двухпозиционное центрирующее широкодиапазонное устройство для захвата валов, обеспечивающее относительно короткий цикл установки - снятия заготовок и обработанных деталей.

Работа его осуществляется следующим образом. Захватное устройство с заготовкой 11, зажатой губками 10 (позиция I), сомкнутыми под действием пружины 8, переносится на линию центров станка. При этом губки захватного устройства на позиции II под действием толкателя 3, имеющего свой привод 4, раскрыты (пружина 8 на позиции II сжата). При перемещении толкателя вверх пружина разжимается, приводя в действие рычаги 1 и рейку 9, вследствие чего губки на позиции II сжимаются, захватывая обработанную деталь. После высвобождения детали (например, из патрона станка) вращением шпинделя 5 (через коническую шестерню б и зубчатый сектор 2) корпус 7 с губками поворачивается вокруг оси 12 так, что позиция I занимает положение позиции II и заготовка может быть установлена в патрон или центры станка.

На рис. 13, в,г приведены двухпальцевые центрирующие широкодиапазонные захватные устройства для деталей типа колец и фланцев, принцип действия которых аналогичен описанному выше. Устройство на рис. 13,г отличается тем, что одна из его губок выполнена укороченной, чем обеспечивается компактность конструкции и достигаются меньшие зазоры между деталями, лежащими в ориентирующей таре.

Элементы вакуумных и электромагнитных захватных устройств показаны на рис. 14. Основой вакуумных захватных устройств являются присоски и устройства для создания вакуума. Простым и распространенным способом создания вакуума является применение эжекторов. В этом случае разрежение получается без специальной установки за счет энергии сжатого воздуха, поступающего из заводской сети.

Одна из конструкций эжектора представлена на рис. 14,а. Основой эжектора является тройник, в который вклеены или впаяны пробки с отверстиями малого диаметра.

Рис. 14. Элементы вакуумных и электромагнитных захватных устройств: а- схема эжектора, б- пневмоприсоска с шаровой опорой, в- схема электромагнита, г- крепление вакуумных присосок или магнитов.

Присоски изготовляют из резины или пластмассы. На рис. 14,б показана конструкция присоски с шаровой опорой, которую можно закреплять к патрубку в любом нужном положении. Обычно для захватывания детали используют несколько присосок.

Подъемные электромагниты (рис. 14,в) состоят из корпуса 3, выполненного из низкоуглеродистой стали, внутри которого размещены катушки магнита 2, защищенные от повреждений листом 1 из марганцовистой стали или латуни.

Электромагнитные захватные устройства компонуются из небольших электромагнитов, устанавливаемых на общей раме. Такие устройства обычно применяют для переноса фасонных, круглых, ребристых и решетчатых поверхностей, захватить которые вакуумными устройствами трудно или невозможно.

Устройство для крепления присосок или магнитов показано на рис. 14,г. Оно содержит корпус 4 с отверстиями, в которые помещены резьбовые втулки 8, имеющие поперечные сверления, куда вставляются держатели б, несущие вакуумные присоски 7 или магниты 9. К плоскости корпуса 4 держатели 6 прижимаются винтами 5, проходящими через втулки 8. Передвигая держатели в сверлениях втулок 8 и поворачивая их на нужные углы относительно корпуса 4, можно в широких пределах менять относительное расположение присосок (магнитов).

Крепление захватных устройств на руке ПР может быть:

постоянное,

сменное,

быстросменное.

В качестве конструктивного исполнения мест крепления сменных захватных устройств используется фланцевое крепление, причем на руке ПР выполняется фланец с центрирующим отверстием по оси и с резьбовыми отверстиями вокруг него. При такой конструкции часть элементов захватного устройства размещается внутри руки ПР, осуществляется связь устройств, не имеющих встроенного привода, с приводом, находящимся в руке. Такая конструкция является простой и универсальной.

Для быстрой ручной смены захватных устройств, а также для их автоматической смены применяют байонетное крепление (рис. 15), включающее в себя гнездо 1 (выполненное на руке ПР), хвостовик 2 захватного устройства и приспособление 3 для его угловой фиксации.

При установке хвостовик захватного устройства вводится в гнездо с одновременным отжимом упора 3; затем захватное устройство поворачивается на 90° (см. вид А-А на рис. 15) и упор 3 заскакивает в отверстие, выполненное на фланце захватного устройства. Для смены захватного устройства требуется повернуть его относительно гнезда на 90°

Механизм автоматической смены захватных устройств (рис. 16) выполняется на основе нормализованного быстросменного крепления.

Захватное устройство, предназначенное для автоматической смены, помещается в магазин 1, который может быть выполнен в виде неподвижной стойки или поворотного диска с соответствующими гнездами. Каждое захватное устройство опирается на торцовую поверхность стойки фланцем 8 и центрируется цилиндрическим поясом 9 по гнезду, имеющему форму отверстия с вырезом для прохода верхней части корпуса захвата. Угловое положение захватного устройства определяется штифтом 2.



Угловая фиксация захватного устройства в руке 7 ПР осуществляется фиксатором (представляющим собой подпружиненную скалку 4 с роликом 3), который закреплен во втулке 3, смонтированной на руке 7. От поворота скалка 4 удерживается винтом и связана с рукояткой б, предназначенной для ручной расфиксации захватного устройства. На рис. 16 показан момент установки захватного устройства в гнездо магазина 7 перед раскрытием байонетного замка, т.е. момент, предшествующий взятию захватного устройства из магазина. Так как штифт 2 магазина входит в тот же паз 10 фланца 8, что и ролик 3 фиксатора, то в момент установки захватного устройства в магазин штифт 2 отжимает скалку 4, что обеспечивает поворот руки 7 ПР вместе с фиксатором на 90°, необходимый для раскрытия байонетного замка. При повороте руки 7 на 90° ролик 3 отжатого фиксатора катится по поверхности фланца 8. После поворота на 90° рука 7 уходит вверх, оставляя захватное устройство в гнезде магазина 1.

Взяв захватное устройство из магазина, рука 7, перемещаясь вертикально, надевается на его хвостовик. При этом фиксатор повернут на 90° относительно паза. Взаимодействуя с фланцем 8, фиксатор отжимается. При повороте руки на 90° байонетный замок замыкается, ролик 3 при этом катится по поверхности фланца 8. В конце поворота ролик 3 оказывается на торце штифта 2. Далее рука поднимается, увлекая за собой захватное устройство, причем паз 10 захватного устройства сходит со штифта 2, а фиксатор входит в него сверху под действием пружины.

Приводы ПР

Промышленные роботы оснащаются электрическими, пневматическими и гидравлическими приводами.

В ПР, оснащаемых позиционными, контурными, а также комбинированными УЧПУ, используют электроприводы, которые обеспечивают соответствующее управление по отдельным осям координат с позиционированием в любой точке рабочей зоны и включают в себя шаговые электродвигатели либо двигатели постоянного тока. Часто применяются комплектные шаговые электроприводы с гидроусилителем, реже - следящие гидроприводы.

Приводы ПР делятся на следующие группы:

нерегулируемые, обеспечивающие движение звеньев механизма с одной рабочей скоростью;

регулируемые, обеспечивающие сообщение изменяемой или неизменяемой скорости звену механизма, причем параметры привода могут меняться под воздействием управляющих устройств;

следящие, автоматически обеспечивающие отработку перемещения с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

адаптивные, автоматически избирающие параметры управления при изменении условий работы в целях выработки оптимального режима.

К приводам ПР предъявляются следующие требования:

обеспечение постоянной частоты вращения двигателя при изменении внешней

нагрузки;

поддержание постоянного момента на валу двигателя во всем диапазоне частот

вращения;

обеспечение процесса регулирования двигателя, без колебаний;

обеспечение высокой точности отработки двигателем управляющих воздействий.

Важным, с точки зрения обеспечения безопасности при эксплуатации ПР, является включение в состав комплектного привода электромагнитного тормоза для фиксации положения вала двигателя при случайных перерывах в питании.

Использование ПР для обслуживания станков

При использовании ПР для обслуживания металлорежущих станков решаются следующие задачи:

захват заготовок из накопителей;

загрузка заготовок в станок;

межстаночное транспортирование полуфабрикатов;

снятие деталей со станка;

загрузка накопителей готовыми деталями.

Дополнительные задачи, которые могут быть возложены на ПР, связаны с дальнейшим повышением производительности обслуживаемого оборудования путем оснащения ПР системами активного контроля размеров обрабатываемых деталей и организации соответствующей автоматической коррекции управляющих программ металлорежущих станков.

Станок (группа станков), обслуживаемый ПР, составляет так называемый роботизированный технологический комплекс (РТК).

В состав типовых РТК включаются:

Промышленные роботы.

Металлорежущие станки.

Вспомогательное транспортное оборудование, включающее накопители, магазины заготовок и изделий и т.п.

В зависимости от числа станков, обслуживаемых одним ПР, различают:

одно-станочные РТК;

многостаночные РТК.

Помимо указанного оборудования в состав любого РТК входят устройства управления как отдельным ПР, так и всем РТК. Число устройств управления, как правило, равно числу станков и других технологических машин (в том числе и ПР), входящих в состав РТК.

Вместе с тем для управления одно-станочного РТК в ряде случаев используют общую систему управления, особенно тогда, когда управление станком и ПР осуществляется раздельно во времени.

Требования к деталям, обрабатываемым на РТК. С помощью ПР автоматизируют операции установки - снятия и межстаночного транспортирования деталей, конструкции которых должны отвечать определенным требованиям.

Детали следует группировать по конструктивно-технологическим признакам в целях использования:

типовых форм организации производства;

типовых технологических процессов обработки;

типового основного и вспомогательного оборудования.

Детали должны иметь ярко выраженные технологические базы и признаки ориентации, позволяющие организовать их транспортирование и складирование в ориентированном виде с использованием стандартизованной оснастки.

Сгруппированные детали должны иметь однородные по форме и расположению поверхности для базирования и захвата, позволяющие без дополнительной выверки устанавливать их в рабочую зону, где для их базирования и закрепления должна использоваться широкоуниверсальная технологическая оснастка.

Конструкция детали должна обеспечивать ее надежное захватывание, удержание и перенос с помощью ПР. Группирование деталей по конструктивно-технологическим признакам должно предусматривать также ограничение номенклатуры захватных устройств, допускать возможность применения широкодиапазонных захватов. В пределах одного РТК переход от манипулирования деталями одного типоразмера к манипулированию деталями другого типоразмера должен сопровождаться минимальным числом смен захватных устройств и переналадок ПР.

Для манипулирования деталями сложной конфигурации (вилки рычаги, кулисы, сложные корпуса и т.п.) в условиях многономенклатурной обработки следует создавать специальные установочные, базирующие и захватные устройства.

Для установки - снятия деталей массой свыше 500 кг целесообразно использовать манипуляторы с ручным управлением или подъемно-транспортные средства, имеющиеся в цеху.

Требования к заготовкам.

Сварные заготовки, поковки, а также заготовки из проката необходимо зачистить от заусенцев, швов и прибылей. Чугунное и цветное литье должно подвергаться предварительной зачистке, удалению облоя и литников, а также шпаклевке. Кроме того, предъявляются повышенные требования к точности размеров (длина, диаметр) и формы (овальность, конусообразность и т.д.) заготовок.

Для комплектации РТК используют модернизированные серийные станки или станки-полуавтоматы, специально разработанные для встраивания в РТК.

Требования к станкам, встраиваемым в РТК.

Станки, встраиваемые в РТК, должны отвечать следующим требованиям.

Общие требования:

высокая производительность и высокий уровень концентрации операций:

автоматическая смена инструментов, совмещенная по времени с выполнением холостых ходов:

удобный отвод стружки из зоны резания, наличие устройств для дробления и уборки стружки.

Специальные требования, обусловленные работой станков совместно с ПР:

автоматический зажим детали;

автоматический поджим заготовки к патрону для правильного ее базирования;

автоматическое открывание и закрывание защитных экранов (щитков), ограждающих зону обработки;

обдув или обмыв под давлением базовых поверхностей сменных устройств для закрепления заготовок, патронов, центров, тисков, столов и т.д.;

контроль правильности и надежности базирования деталей в зажимных приспособлениях.

В системах управления станками необходимо предусмотреть каналы для обмена с ПР информацией о выполнении всех взаимосвязанных операций. |

Важную роль в обеспечении требуемых эксплуатационных характеристик РТК играет размерный контроль как заготовок и полуфабрикатов, поступающих на вход РТК, так и готовых изделий. На РТК первого поколения такой контроль осуществляется, как правило, рабочим-оператором (что снижает производительность РТК), а на РТК второго поколения - с помощью ПР или специальными устройствами активного контроля, которыми укомплектованы станки.

Для металлорежущих станков, используемых в составе РТК, характерно наличие разнообразной технологической оснастки, обеспечивающей требуемую точность обработки.

Универсальную станочную оснастку необходимо предварительно проверять и в ряде случаев дорабатывать для возможности ее использования в РТК. Без дополнительной конструктивной доработки можно применять: в токарных станках - центры, поводковые патроны с плавающими центрами, торцовые поводковые патроны, само центрирующие трех кулачковые патроны: во фрезерных, сверлильных, центровальных и протяжных станках - автоматические самозажимные тиски и приспособления с угловой фиксацией детали.

Станки ряда моделей комплектуются магнитными столами, автоматическими прихватами и т.п., которые также не нуждаются в доработке.

Стыковка ПР с металлорежущими станками, серийно выпускаемыми промышленностью, требует проведения работ по их модернизации, особенно в части электроавтоматики. Для обслуживания металлорежущих станков наиболее применимы ПР мод. М20Ц48.01, СМ40Ф2.80.01, УМ 160.80.01.

Вспомогательное оборудование, включаемое, в состав РТК.

К этому оборудованию относятся:

транспортно-накопительные устройства, обеспечивающие накопление, хранение, ориентацию, поштучную выдачу и транспортирование деталей внутри или между РТК; базирующие (ориентирующие);

контрольно-измерительные устройства;

средства обеспечения безопасности труда и безаварийной работы оборудования.

Транспортно-накопительные устройства, как правило, не имеют между собой информационных связей и обмениваются командами с основным технологическим оборудованием и ПР, но сопрягаются с общезаводским и внутрицеховым транспортом.

В транспортно-накопительную систему РТК входят:

устройства, выполняющие активные функции по транспортировке или изменению пространственной ориентации деталей (транспортеры, автоматические магазины и др.);

устройства, выполняющие пассивные функции по хранению заготовок и полуфабрикатов (накопители).

Накопитель простейшей конструкции (рис. 17) включает в себя ложементы 1, на которых располагаются детали 2.

Базирующие (ориентирующие) устройства обеспечивают безаварийность работы оборудования, обслуживаемого ПР, при возможных пространственных смещениях (относительно требуемых положений) обрабатываемых деталей в накопителе.

Рис. 17 Накопитель для деталей типа вал

Указанные устройства бывают трех типов:

обеспечивающие определенное пространственное положение детали путем ее принудительного перемещения;

обеспечивающие ориентирование несимметричных заготовок;

обеспечивающие установку требуемого пространственного положения детали и взаимодействующие при этом с ПР.

Устройство третьего типа показано на рис. 18. Оно включает в себя стойки 1 с размещенными на них конечными выключателями 2, которые могут быть расположены непосредственно на таре. ПР 4 с деталью 3 перемещается вдоль оси устройства до тех пор, пока не произойдет контакт конечного выключателя 2 с поверхностью детали, что характеризует требуемое пространственное положение детали по отношению к оборудованию РТК.

Устройства, обеспечивающие безопасность труда, являются необходимым компонентом РТК, так как ПР, выполняющие ряд транспортных функций, являются устройствами повышенной опасности и могут стать источником травматизма обслуживающего персонала.

Работа таких устройств основана на принципе формирования сигнала на остановку движения ПР, если человек оказался в зоне его рабочего пространства. Снимать такой блокирующий сигнал должен сам человек, осуществляющий наладку и обслуживание РТК.

Рис. 18. Базирующее (ориентирующее) устройство.

В качестве подобных устройств используют конструкции, в которых применяются различные сенсорные (чувствительные) элементы (например, переходные мостики, формирующие блокировочный сигнал под воздействием массы человека)

Наиболее перспективно применение специальных ограждений, выполненных на базе светолокационных датчиков и обеспечивающих эффективную защиту человека в РТК различной пространственной конфигурации. На рис. 19а,б,в приведены типовые конфигурации участков РТК и размещение стоек устройства ограждения.

При входе в зону рабочего пространства (робот 1 и станок 2) ПР человек пересекает световой луч, идущий от излучателя 3 к. приемнику 4. В результате подается команда на остановку ПР, а также на включение лампочек-светофоров, расположенных на стойках ограждения, что сигнализирует о запрещении работы ПР в автоматическом режиме в указанной зоне его рабочего пространства.

Рис. 19. Типовые конфигурации участков с размещением на них стоек устройств ограждения

Устройства, обеспечивающие безаварийную работу оборудования, служат для предотвращения аварийных ситуаций при работе ПР, а также для уменьшения тяжести последствий аварийных ситуаций, если они возникли.

Основными причинами возникновения аварийных ситуации в РТК являются:

неправильные (непредусмотренные) движения ПР во время обучения и в процессе автоматической работы (в том числе погрешности позиционирования рабочих органов ПР);

авария технологического оборудования на участке;

ошибочные действия оператора во время наладки и ремонта;

нарушение номинальной грузоподъемности ПР;

неудобное и тесное размещение технологического оборудования, пультов управления, накопителей и транспортных средств на участке и т.п.

Устройства, обеспечивающие безаварийную работу оборудования, делятся на три группы:

контролирующие правильность отработки управляющей программы ПР;

контролирующие параметры взаимодействия ПР с внешней средой;

осуществляющие диагностирование состояния питающих цепей, узлов и механизмов РТК.

Если устройства первой и второй групп в основном уменьшают тяжесть последствий аварийных ситуаций, то устройства третьей группы, кроме того, позволяют предотвратить их возникновение. Диагностирование производится путем измерения времени отработки перемещений ПР и сравнения этого времени с предельно допустимым; путем оценки конечного состояния РТК после отработки каждого кадра управляющей программы и сравнения этого состояния с заданным.

Типовые РТК "станок-робот"

РТК мод. АСВР-041 (рис. 20), созданный на базе ПР мод СМ40Ф2. 80.01, предназначен для обработки валов диаметром до 200 и длиной до 710 мм и массой до 40 кг.

Предусмотрены три варианта работы РТК:

последовательная обработка деталей на станках, налаженных на выполнение разных операции;

параллельная обработка деталей одного наименования на станках, налаженных на выполнение одинаковой операции;

параллельная обработка деталей двух наименований на станках, налаженных на выполнение соответствующих операций.

Магазины (заготовок и готовых изделий) сварной конструкции выполнены в виде коробчатых направляющих, к которым крепятся планки с призматическими пазами. Планки могут устанавливаться в различных положениях для возможности размещения валов разной длины. Шаг пазов выбирается исходя из диаметра заготовок с учетом промежутков, необходимых для прохода губок захватного устройства.

Промежуточные магазины представляют собой сварные металлические конструкции с двумя направляющими, к которым крепятся планки с двумя призматическими пазами. Планки могут устанавливаться в различных положениях для возможности установки валов разной длины Наличие валов в магазине контролируется путевыми выключателями промежуточный магазин имеет две позиции: для вала, устанавливаемого на станке: для вала, снятого со станка. На первой позиции промежуточного магазина предусмотрен конечный выключатель, контролирующий осевое положение вала. Наличие промежуточных магазинов в РТК уменьшает время загрузки станков.

Рис.20. Планировка РТК мод. АСВР-041; 1-ПР мод. СМ40Ф2.80.01, 2-токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Т1, 3-промежуточная позиция, 4-магазин, 5-система светозащиты, 6-электрошкаф, 7 - гидростанция ПР.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала РТК оснащен информационной системой и соответствующими каналами связи с УЧПУ, что позволяет исключить возможность движения ПР в зоне нахождения человека.

В РТК мод. АСВР-01, созданном на базе ПР мод. УМ160Ф2.81.01 (рис. 21), станки располагаются вдоль монорельса ПР (между его опорными колоннами).

Рис.21.Планировка РТК мод.АСВР-01; 1- магазин, 2- промежуточная позиция, 3- фрезерно-центровальный станок мод.МР-179, 4- гидростанция ПР, 5- электрошкаф, 6- ПР мод.УМ160Ф2, 7- ситстема светозащиты, 8- токарный станок с ЧПУ мод.1Б732Ф2.

Непосредственно перед станками расположены промежуточные загрузочные позиции, представляющие собой планки с парой призматических вырезов, закрепленные на направляющей плите, по которой их можно переставлять для настройки на валы нужной длины. Магазины выполнены в виде коробчатых направляющих, к которым крепятся планки с рядами призматических выемок (шаг выемок 90мм). Планки можно устанавливать в различных положениях для размещения валов разной длины. Станки в РТК работают последовательно или последовательно - параллельно, а в отдельных случаях параллельно.

РТК работает следующим образом: ПР налаживается на программы разгрузки - загрузки каждого из станков (в случае параллельной работы станков добавляются циклы перебазирования). В программах работы станков предусматриваются команды "Вызов ПР", поэтому ПР обслуживает станки в порядке поступления вызовов.

Оператор с помощью консольного крана загружает магазин заготовок и разгружает магазин готовых изделий. Краны используются также для загрузки станков при наладке или в случае остановки ПР.

РТК оснащен системой светозащиты, которая состоит из четырех секций (три с фронтальной стороны и одна с боковой, где возможен проход), создающих три зоны. Границы между зонами не ограждаются, так как проходы между ними заняты магазинами.

РТК мод. И5.01 (рис. 22), предназначенный для обработки корпусов гидроблоков, по комплексности охвата технологического процесса приближается к гибкой производственной системе. РТК включает в себя склад-накопитель (что в сочетании с большим временем цикла обработки деталей характерно для тяжелых корпусных деталей), обеспечивает длительное по времени функционирование комплекса без остановок для восстановления запаса заготовок.

Рис. 22. Планировка РТК мод.ИР5.02: 1- ПР мод.УМ160Ф2, 2- многоцелевой станок мод.ИР500МФ4, 3- манипулятор, 4- роликовый конвейер, 5- поворотный стол, 6- ограждение,7- кран-штабелер, 8- склад - накопитель.

РТК мод. БРСК-01 (рис. 23) предназначен для токарной обработки (в патроне) широкой номенклатуры деталей диаметром 40-160 мм и массой до 10 кг в условиях мелкосерийного и серийного производства. В состав РТК входят токарно-револьверный станок мод. 1В340ФЗО, ПР мод. М20Ц48.01, дисковый магазин для деталей и ограждение, обеспечивающее безопасность работы.

РТК с роботом напольного типа модели М20П.40.01 (рис. 24) включает токарный станок с ЧПУ 1 мод. 16К20ФЗ, 16К20РФЗ или 16К20Т1, УЧПУ 2 станком, УЧПУ роботом 3, пульт обучения робота 4, захват 5, поворотный блок б, шток 7 горизонтального перемещения охвата, поворотное устройство 8 в горизонтальной плоскости, каретка 9 вертикального перемещения охвата, тактовый стол 10, зажимный патрон 11, подвижное ограждение рабочей зоны 12, револьверная головка 13 с режущим инструментом и задняя бабка 14.

Рис.23. Планировка РТК мод. БРСК - 1: 1 - ПР мод. М20Ц48.01.2, 2 - магазин-накопитель(поворотный стол), 3 - токарно-револьверный станок мод. 1В340Ф30 с ЧПУ, 4 - устройство управления ПР.



Рис. 24. РТК 16К20Ф3Р с роботом напольного исполнения М20П.40.01.

Промышленный робот имеет пять программируемых перемещений:

вертикально ( z ) (вверх и вниз) каретки 9 в пределах 500 мм;

поворот в горизонтальной плоскости ( ) до 300°;

горизонтальное перемещение штока 7 ( R );

угловое положение поворотного блока 6 ( ) до 180⁰;

кроме того, схват имеет возможность регулирования углового положения ( ) относительно поворотного блока в горизонтальной плоскости.

Следует отметить, что установка и съем обрабатываемой детали в данном РТК осуществляется путем поворота робота устройством 8, так как расстояние между осью поворота ПР и патроном достаточно большое. Подпружиненный схват компенсирует погрешности поворотного вместо поступательного движения загружаемой детали в патрон. Поскольку, основные движения ПР программируются, наладчик может найти в зависимости от конкретной ситуации наиболее целесообразное решение.

Применение тактового стола (ТС) не обязательно. Можно, используя УЧПУ робота, запрограммировать съем и укладку обрабатываемых деталей на стационарном столе - режим палетирования деталей. Это достигается благодаря возможности программирования ПР по вертикали (устройство 9) и по углу (устройство 8). Применение ТС или стационарного стола зависит от конкретных производственных условий. В первом случае требуется больше производственной площади, в другом - программа работы ПР.

На рис. 25 показан РТК мод. РТК 16К20ФЗР с навесным (пристраиваемым) ПР мод. М10П.62.01.

Рис.25. РТК станка с ЧПУ мод 16К20Ф3Р с роботом М10П.62.01.

В отличие от предыдущего случая ПР значительно приближается к станку. Этот вариант исполнения РТК более целесообразен при обработке деталей меньших размеров, чем в предыдущем случае. В этой связи грузоподъемность ПР составляет 10 кг вместо 20 кг. В этом исполнении поворотное движение при установке детали в патрон заменено на поступательное параллельно оси шпинделя посредством каретки 1, а перемещение обрабатываемой детали осуществляется путем поворота части 2 в плоскостях - перпендикулярной оси шпинделя и вертикальной. ПР в положении над столом имеет возможность поворота, так что при необходимости можно пользоваться стационарным столом.

Поворотные блоки отличаются величиной угла поворота и количеством фиксированных точек положения. В зависимости от блока, которым комплектуется РТК, деталь можно обработать с двух постановов без промежуточного кантования детали или с кантованием детали между двух постановов.

Тактовый стол (ТС) (рис. 26) комплекса предназначен для транспортирования деталей в зону захвата ПР. Заготовку можно устанавливать непосредственно на пластину стола, если форма и размеры заготовки позволяют это сделать, или на спутники, которые крепятся на пластинах ТС. Допускается установка заготовок валов в вертикальном положении.

Рис.26. Тактовый стол для обрабатываемых деталей.

При выборе способа установки заготовок на ТС и количества заготовок на пластине (спутнике), необходимо учитывать зону работы ПР, точность его позиционирования, размеры и компоновку захвата. Готовую деталь можно ставить на ТС или на предусмотренную для этого отдельную тару. Спутники разрабатываются применительно к конкретным деталям.

При установке РТК необходимо учитывать: размеры заготовок и номенклатуру деталей, допускаемую захватами нецентричность, возможный угол захвата. Тактовый стол подбирается исходя из габаритов и массы заготовок.

Следует учитывать, что при использовании ПР М10Г1.62.01 захват перемещается вдоль оси шпинделя, на 150 мм для установки детали в патрон. При обработке некоторых деталей выявляется необходимость применения столика для кантования детали или для перебазирования в захватах, который должен находиться в зоне действия ПР.

промышленный робот захватный привод

Ремонт, наладка и обслуживание ПР и РТК

Эффективность применения ПР во многом зависит от рациональной организации наладочных и ремонтных работ, а также технического обслуживания ПР в процессе их эксплуатации. Номенклатура и последовательность проведения указанных работ в значительной степени определяются типом применяемого ПР, его конструктивными особенностями и другими характеристиками.

При эксплуатации ПР необходимо проводить:

наладку ПР при переходе на обработку нового изделия;

текущее техническое обслуживание ПР и РТК;

плановое техническое обслуживание ПР, а также выполнение ремонтно-восстановительных работ при их отказах.

Перед проведением наладки может возникнуть необходимость проверить сохранение точности опорной системы ПР. В вертикальной плоскости опорные колонны устанавливают по отвесу или по уровню (погрешность установки не более 0,1…0,15 мм), а в горизонтальной плоскости - по струне (погрешность установки не более 0,25…0,5 мм на 1 м). Погрешность установки монорельсов не более 0,05…0,1 мм в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В составном монорельсе не допускаются перекосы направляющих в местах стыков.

Системы программного управления ПР проверяют (в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемого УЧПУ) при работе в режимах: ручного управления; программирования; автоматической работы; записи УП на внешнее запоминающее устройство и ее воспроизведение.

Электрооборудование ПР проверяют, как правило, при наладочном режиме управления. При этом с помощью соответствующих пультов формируют командные сигналы на управление отдельными узлами и механизмами ПР и проверяют правильность отработки команд-. Также проверяют электроцепи, связывающие ПР с обслуживаемым оборудованием.

Тестовые испытания, которые проводят после проверки работоспособности всех элементов и узлов ПР в наладочном режиме, позволяют определить правильность функционирования ПР в целом. Тестовые испытания выполняют на холостом ходу и под нагрузкой в режиме покадровой и автоматической обработки УЛ.

При испытаниях в покадровом режиме контролируют правильность составления УП.

При испытаниях на холостом ходу, содержащем все требуемые по технологическому процессу манипуляции, включая взаимодействие с оборудованием, некоторые функции могут выполняться без объекта манипулирования (изделия).

Испытания под нагрузкой осуществляют по рабочему циклу работы ПР с объектом.

Программирование работы ПР и РТК

УП для ПР, обслуживающего металлорежущие станки, в значительной степени определяется его конструкцией и численностью входящего в РТК оборудования.

Алгоритм управления одно станочным РТК, состоящим из станка, ПР и двух-трех накопителей, показан на рис. 27, а алгоритм управления ПР - на рис. 28. В алгоритме управления ПР предусмотрено ожидание запроса станка на его обслуживание. Результатом выполнения этой операции является переход к обслуживанию станка или к выполнению вспомогательных функций, совмещенных во времени с циклом обработки детали на станке.

Рис.27. Типовой алгоритм управления одностаночным РТК.

Рис. 28. Алгоритм управления ПР

В состав типового многостаночного РТК (рис. 29) входят два-три станка, ПР, транспортные устройства и накопители.



Рис. 29. Компановка многостаночного РТК: 1 - ПР, 2 - станок, 3 - ложемент, 4 - накопитель

Особенностью работы ПР в таком РТК (по сравнению с его работой в одностаночном РТК) является появление дополнительных функций, связанных с транспортированием деталей между станками. Так же, как в одностаночном комплексе, первый накопитель - магазин заготовок, а последний - магазин обработанных деталей. Накопители, расположенные между станками, используют для хранения деталей, прошедших частичную обработку, Специальным вспомогательным оборудованием для многостаночных РТК являются ложементы, расположенные вблизи станков и используемые в целях сокращения времени простоя станков. Ложемент имеет две позиции: в первой устанавливают обработанную на данном станке деталь, во второй - заготовку, загружаемую на станок. Такая схема работы РТК позволяет сократить время простоя станков при их обслуживании ПР.

...