Оборудование автоматизированного производства

Рис. 5.1. Типовые компоновки однопозиционных агрегатных станков со стационарным приспособлением для обработки заготовки с одной (а), двух (б,в) и трех (г-ж) сторон:

1 - стационарные приспособления; 2 - силовые узлы

В компоновке многопозиционного агрегатного станка с прямолинейным движением заготовок от позиции к позиции стол перемещается прямолинейно относительно силовых головок.

Аналогичны и компоновки агрегатных станков с ЧПУ.

Рис. 5.2. Типовые компоновки многопозиционных агрегатных станков с поворотным делительным столом (а, в - вертикальные; б, г, е - горизонтальные; д - вертикально-горизонтальные), с центральной колонной (ж) и с кольцевым столом (з) :

Все агрегатные станки чаще всего работают в полуавтоматическом цикле. Если они снабжены загрузочными и разгрузочными устройствами или промышленными роботами, то они работают как автоматы и могут встраиваться в автоматические линии.

Силовые головки

Силовая головка -- это узел агрегатного станка, который несет инструментальную насадку и выполняет все движения инструмента: главное вращательное движение, движение подачи, ускоренный подвод и ускоренный отвод.

Силовые головки, шпиндель которых совершает одновременно главное движение и движение подачи, называются самодействующими.

Если шпиндель совершает только главное движение, а движение подачи осуществляется другими механизмами, то силовые головки называются несамодействующими. Применение несамодействующих головок увеличивает площадь, занимаемую станком, но упрощает обслуживание и ремонт.

По роду привода силовые головки подразделяются на

· электромеханические,

· гидравлические

· пневмогидравлические.

По номинальной мощности на шпинделе силовые головки делятся на малогабаритные (мощностью 0,08...0,5 кВт), малые (0,15...2,8 кВт) и нормальные (1,6...30 кВт).

Силовые головки выпускают с выдвижной пинолью и с перемещаемым корпусом.

По точности выполнения силовые головки бывают нормальной и повышенной точности.

Силовая головка с электромеханическим приводом. На рис. 5.3 показана кинематическая схема силовой головки, предназначенной для сверления, нарезания резьбы метчиком, торцового фрезерования.

Рис. 5.3. Кинематическая схема силовой головки с электромеханическим приводом

а, Ь -- сменные колеса для настройки главного вращательного движения; с,с1 -- колеса для настройки движения подачи

Движение подачи осуществляется перемещением корпуса головки. Данная силовая головка может быть выполнена в двух вариантах:

· при передаче движения от двигателя М с помощью зубчатой пары (как показано на рисунке) - в этом случае головка может работать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении;

· при реализации передаточного отношения / ременной передачей -- тогда головку можно эксплуатировать только в горизонтальном или наклонном положении.

Головка имеет две однопарные гитары со сменными колесами а и б для настройки главного вращательного движения, а также с колесами с и d-- для настройки движения подачи.

Обычно такие головки имеют предохранительные муфты, которые в случае возникновения перегрузок при обработке отключают двигатель.

Пневмогидравлическая силовая головка. Для одношпиндельной и многошпиндельной обработки отверстий сверлами, зенкерами и развертками применяется пневмогидравлическая головка.

Автоматический цикл: ускоренный ход пиноли влево -- рабочий ход -- обратный ход пиноли в исходное положение.

Рис. 5.5. Схема пневмогидравлической силовой головки:

Сменные колеса а, в, с и d служат для настройки необходимой частоты вращения шпинделя 1. Движение подачи и холостой ход осуществляется перемещением пиноли 13 шпинделя 1 от пневмогидравлического привода. Воздух, поступая из сети, давит на поршень 12, перемещая пиноль 13 шпинделя влево. При этом масло из полости 2 поступает в камеру 3. Когда клапан 4 при перемещении пиноли 13 сойдет со шпонки 5, масло будет поступать в камеру 3 только через редукционный клапан 6 и дроссель 7. В конце хода пиноли 13 упор 8 включает кнопку 9 -- происходит реверсирование направления движения воздуха в камеру 10, а пневмополость цилиндра пиноли соединяется с атмосферой. Воздух в камере 10 давит на диафрагму 11, которая вытесняет масло из камеры 3 в клапан полости 2. Давление в клапане повышается и пиноль двигается вправо ускоренным ходом. Затем цикл повторяется.

Ручное перемещение пиноли осуществляется реечной передачей; рейка выполнена на штанге, несущей упор 8 и жестко связанной с пинолью 13. Реечное колесо приводится во вращение вручную (от рукоятки).

Агрегатные станки с ЧПУ

Агрегатные станки с ЧПУ предназначены для выполнения сверления, зенкерования, растачивания, развертывания, резьбонарезания, прямолинейного и контурного фрезерования в заготовках типа корпусов, арматуры, плит, панелей, строительных балок и других изделий в условиях изменяющегося производства. Иногда их применяют для увеличения концентрации операций в массовом производстве, тогда они комплектуются сменными силовыми многошпиндельными головками. Как правило, это многоинструментальные станки, оснащенные револьверными головками или инструментальными магазинами, а различные заготовки, устанавливаемые на координатно-силовом столе, могут обрабатываться с пяти сторон за один установ. Силовые головки и столы управляются от систем ЧПУ по трем либо двум координатам. Исполнение станков -- с горизонтальной или вертикальной осью шпинделя, с поворотным, наклонно-поворотным или продольным столом.

Агрегатный станок с ЧПУ с тремя силовыми головками. На рис. 5.11 показан станок, предназначенный для выполнения традиционных операций агрегатной обработки. Станок оснащен одним крестовым столом 5 и тремя силовыми головками 3 со шпинделями 4. Силовые головки перемещаются в вертикальном направлении (координаты Y, V, Q). Стойки 2 со шпиндельными бабками 3 устанавливают либо на крестовом столе 5, как на агрегате I (координаты X, Z), либо на станине 1, как стойки агрегатов II и III (координаты R, D и V, W). Соответственно шпиндельная бабка агрегата I перемещается по координатам X, Y, Z, а шпиндельные бабки агрегатов II и III перемещаются соответственно по координатам Q, R и V, W и совершают поворот (координаты D и Е).

Рис. 5.11. Агрегатный станок с ЧПУ с тремя силовыми головками:

Агрегатный станок с ЧПУ состоит из унифицированных узлов: стоек со шпиндельными бабками, столов, механизмов автоматической смены инструмента, агрегатов гидрооборудования.

Бабки перемещаются по направляющим качения; привод главного движения и вертикальной подачи -- от двигателей постоянного тока.

Станок оснащен позиционным УЧПУ (на рисунке не показано), которое в автоматическом режиме управляет механизмами смены инструмента, координатными перемещениями подвижных органов станка, выбором режимов резания, т.е. работой станка.

Агрегатные станки с ЧПУ со сменными шпиндельными коробками

На рис. 5.12, а показан станок с двумя столами: силовым 2 и поворотным 7. На поворотном столе на колонне смонтированы четыре шпиндельные коробки 4, каждая из которых предназначена для использования при обработке определенной заготовки 5. При переналадке станка УЧПУ 3 выдает команду на замену многошпиндельной головки, оснащенной

Рис. 5.12. Агрегатные станки с ЧПУ со сменными шпиндельными коробками (а) и с магазином шпиндельных коробок (б):

Станок, оснащенный двумя магазинами для хранения одиночного инструмента и шпиндельных коробок, изображен на рис. 5.12, б. С правой стороны станка установлены магазин 9 со шпиндельными коробками 8, а также механизм 10 их смены. С левой стороны силовой головки 12 установлен инструментальный магазин 7 с механизмом 6 смены инструмента.

Стол-спутник 11 жестко фиксируется на крестовом столе с основанием 13. Силовой агрегат установлен на основании 14.

На станке предусмотрено движение подачи по осям X, Y, Z а поворотный стол отсутствует; он может быть применен при обработке деталей специально подобранной номенклатуры или для выполнения определенных видов обработки (фрезерования, сверления, растачивания), для обеспечения полной механической обработки различных заготовок, например корпусных деталей, рычагов и др.

Дальнейшим развитием концентрации операций является новое конструктивное решение, когда на агрегатном станке устанавливаются силовые узлы, оснащенные револьверными головками, причем в гнездах револьверной головки могут размещаться не только единичный режущий инструмент, но и шпиндельные коробки.

Тема 5. Автоматические линии

Структура автоматической линии

Автоматическая линия (АЛ) представляет собой совокупность технологического оборудования, установленного в последовательности технологических операций, соединенного автоматическим транспортом, оснащенного автоматическими загрузочно-разгрузочными устройствами, управляемого одной общей или несколькими взаимосвязанными системами управления (рис.6.1).

Цель создания автоматических линий, как и любого автоматизированного оборудования, - обеспечение высокого качества и заданного количества продукции, избавление человека от монотонного и тяжелого физического труда, создание комфортных условий обслуживания.

Автоматические линии предназначены для массового и крупносерийного производства в отраслях промышленности с установившимся характером производства.



Рис. 6.1. Структурная схема АЛ

Загрузка, разгрузка и межоперационное перемещение заготовок и деталей от станка к станку осуществляется, как правило, автоматической транспортной системой, имеющей накопитель первичной загрузки. АЛ должна содержать не менее двух автоматических станков.

Линия, в каждом цикле работы которой выполнение части операций происходит с непосредственным участием оператора, называется полуавтоматической.

Часть АЛ, технологическое и транспортное оборудование в которой объединены общим назначением или компоновочным решением, называется участком автоматической линии. Участок АЛ может действовать самостоятельно.

Классификация автоматических линий

АЛ классифицируются по различным признакам, влияющим на их структуру и организацию эксплуатации.

1. По непрерывности действия обрабатывающих инструментов или среды на объект обработки АЛ делятся на:

· непрерывные,

· дискретные (с паузами).

2. По непрерывности транспортирования обрабатываемых объектов АЛ различают на:

· непрерывные, когда обработка объектов ведется во время движения транспортера,

· дискретные (шаговые), когда объект обрабатывается в остановленном состоянии, с закреплением и фиксацией в рабочих зонах;

3. По виду связи между станками (агрегатами) АЛ бывают:

· сблокированные (с жесткой связью)

· несблокированные.(с гибкой связью)

Сблокированная автоматическая линия - это АЛ, в которой автоматический транспорт и система управления объединяют работу встроенного технологического оборудования общим циклом.

В сблокированной АЛ, показанной на рис. 6.2, а, изделия загружаются, обрабатываются, разгружаются и передаются от станка к станку одновременно или через кратные промежутки времени, В этих линиях нет межоперационных активных заделов, поэтому в случае выхода из строя любого станка все другие станки выключаются и линия простаивает.

Рис. 6.2. Схемы сблокированной (а) и несблокированной (б) автоматических линий:

Несблокированная автоматическая линия -- это АЛ, в которой автоматический транспорт и система управления обеспечивают в определенных пределах независимый цикл работы каждой единицы встроенного технологического оборудования.

В несблокированной АЛ изделия обрабатываются и передаются от станка к станку не одновременно. На рис. 6.2,б показано, как после обработки на станке изделие попадает в межоперационный накопитель: в этих линиях имеются межоперационные активные заделы, что позволяет в случае выхода из строя любого станка всем другим продолжать работу до окончания межоперационных заделов.

Межоперационный задел составляют заготовки, расположенные между двумя станками (или участками) АЛ и предназначенные для обеспечения бесперебойной работы станков (или участков) при их различной производительности или в случае поломки одного из них.

Устройство для приема, хранения и выдачи межоперационного задела, расположенное между станками или между участками станков (см. рис. 6.2, б) АЛ, называется накопителем заделов.

Из рис. 6.3 очевидно, что несблокированная АЛ может обеспечивать несинхронную связь между станками (рис. 6.3, а) или между участками (при синхронной связи между станками участка -- см. рис. 6.3, б).

Рис. 6.3. Схемы автоматических линий с накопителями, расположенными между станками (а) и между участками (б):

4. По виду обрабатываемых изделий различают АЛ для обработки корпусных деталей, валов (прямоосных, коленчатых, распределительных), дисков, деталей подшипников и др.

5 По характеру транспортирования изделий АЛ делятся на спутниковые и бесспутниковые.

Спутниковая АЛ такая, в которой заготовки базируются, обрабатываются и транспортируются на приспособлениях-спутниках (ПС). В транспортную систему таких линий входят транспортеры для возврата ПС на позицию загрузки.

На рис. 6.4 показана АЛ для обработки корпуса клапана, который из-за формы, неудобной для непосредственного базирования, устанавливают на ПС. Данная АЛ имеет замкнутую транспортную систему, состоящую из продольных и поперечных шаговых конвейеров 2, 3, 5 и 10, перемещающих обрабатываемые детали 4 по рабочим позициям Б, В, Г, Д и возвращающих ПС 6 к позиции А ручной загрузки-выгрузки обрабатываемых изделий (на позициях А, В и Г верхняя плита у ПС не показана). Последовательная обработка детали происходит на станках 7, 8 и 1. На позиции Б растачиваются отверстия и подрезаются торцы левого и среднего фланцев. На позиции В сверлятся отверстия и подрезается торец правого фланца. На столе 9 ПС вместе с деталью поворачивается в горизонтальной плоскости на 180° и поступает на позицию Г для сверления отверстий в торцах правого и среднего фланцев. После обработки ПС с деталью поступает на позицию Д для очистки от стружки, а затем на позицию А для контроля отверстий, снятия с ПС обработанной детали и установки на ПС новой заготовки.

При компоновке АЛ из вертикальных станков, когда на одной станине монтируются с противоположных сторон два силовых узла изделие транспортируется в горизонтальной плоскости. По такой схеме строятся АЛ для обработки крупных изделий.

6. По типу встроенных станков различают АЛ из

· универсальных (автоматов или полуавтоматов),

· специальных ,

· агрегатных станков.

Иногда АЛ компонуется из станков различных типов.

7. По способу передачи изделий со станка на станок различают следующие АЛ:

Рис. 6.4. Однопредметная автоматическая линия для обработки корпуса клапана с приспособлением-спутником:

· со сквозным транспортированием через рабочую зону. Преимущество такого способа -- удобство компоновки, недостаток - усложнение обслуживания оборудования. Такие АЛ применяются при обработке корпусных деталей, при обработке наружных колец подшипников на бесцентровых круглошлифовальных автоматах и т.д.;

· с верхним транспортированием. Преимущество - облегчение обслуживания станков АЛ, недостаток - усложнение транспортной системы. Такие АЛ применяются при шлифовальной обработке коленчатых валов;

· с боковым (фронтальным) транспортированием. При этом требуется дополнительное устройство для поперечной загрузки заготовок в рабочую зону и съема готовых деталей. Такие АЛ применяются при обработке валов электродвигателей, зубчатых колес железнодорожных подшипников;

· с комбинированным транспортированием.

8, По числу типов одновременно обрабатываемых деталей АЛ делятся на

· однопредметные,

· многопредметные.

Пример спутниковой АЛ для обработки одного изделия, называемой однопредметной, или однономенклатурной, приведен ранее (см. рис. 6.7).

АЛ, предназначенная для производства изделий нескольких типоразмеров или наименований, называется многопредметной, или многономенклатурной.

Многопредметная АЛ должна быть переналаживаемой - ее технологическое и транспортное оборудование за счет автоматического или ограниченного по времени и трудоемкости ручного регулирования или замены элементов технологической оснастки, автоматического транспорта и автоматических загрузочно-разгрузочных устройств должны позволять проводить обработку разных изделий в заранее установленном диапазоне размеров.

Рис, 6.7. Схемы однопоточных АЛ из одного (а) и двух (б) участков

9, По числу потоков АЛ бывают

· однопоточные,

· многопоточные.

Обработка, при которой каждая операция (переход) выполняется только на одном изделии, называется однопоточной, а работающая по этому принципу АЛ -- линией последовательного действия (рис. 6.7).

Обработка, при которой одна и та же операция (переход) выполняется одновременно на нескольких изделиях, называется многопоточной, а работающая по такому принципу АЛ - линией параллельно-последовательного действия (рис. 6.8). Увеличение числа потоков связано с необходимостью увеличения выпуска изделий.

Рис. 6.8. Схема многопоточной АЛ:

10. По ветвлению потоков АЛ делятся на:

· неветвящиеся,

· ветвящиеся.

Неветвящиеся АЛ применяются когда длительности операций выполняемых на АЛ одинаковые (равная такту), а ветвящиеся - длительности операций разные, отличающиеся друг от друга в разы.

11. По расположению оборудования АЛ различают

· замкнутые,

· незамкнутые.

Замкнутые АЛ загружаются и разгружаются с помощью транспортного устройства, ПР или оператора в одном месте, что является их достоинством; недостаток -- затрудненный доступ к оборудованию, что усложняет его обслуживание. Большинство АЛ -- незамкнутые, т. е. расположение оборудования может быть прямолинейным, Т-образным, П-образным, Ш-об-разным и т.д. Такие АЛ позволяют выполнять много операций, обеспечивают удобный доступ при обслуживании и ремонте, но требуют большого числа обслуживающих рабочих.

12. По технологическому назначению различают АЛ

· механообрабатывающие,

· механосборочные, сборочные,

· заготовительные, штамповочные,

· термические,

· контрольно-измерительные,

· электроэрозионные,

· упаковочные,

· консервационные,

· комплексные.

Для АЛ комплексной обработки характерно сочетание технологических операций: обработка резанием, давлением, сборка, контроль, мойка и т.д.

Транспортно-накопительные системы

Одним из основных элементов АЛ является транспортно-накопительная система.

Транспортно-накопительные системы автоматических линий по принципу действия, конструкции и компоновке зависят от вида обрабатываемых изделий, в меньшей степени - от выполняемых операций.

Рассмотрим в качестве примера системы для двух видов дискретных изделий:

корпусных, неподвижных при обработке, которые могут иметь только принудительное транспортирование. Такие изделия обрабатываются, как правило, на линиях с жесткой межагрегатной связью (по линии целиком или в пределах одного участка-секции);

изделий типа тел вращения (кольца, втулки, фланцы и т.п.), способных перемещаться качением или скольжением, принудительно или под действием сил собственной тяжести. Такие изделия обрабатываются в основном на линиях с гибкой межагрегатной связью, т.е. с накоплением заделов между каждой парой станков.

Автоматические линии из агрегатных станков, как правило, относятся к линиям с жесткой межагрегатной связью, на которых станки и элементы транспортной системы должны работать в едином жестком ритме, а отказ любого элемента (инструмента, механизма, устройства) вызывает останов всей линии. В линиях, разделенных на отдельные секции межоперационными накопителями, жесткая связь осуществляется в пределах одной секции.

Типовая планировочная схема автоматической линии из агрегатных станков представлена на рис.6.9. Линия скомпонована из однопозиционных двухсторонних агрегатных станков, работающих на проход, и разделена на две независимые секции, между которыми находится межоперационный накопитель.

Рис. 6.9. Автоматическая линия с жесткой связью агрегатных станков:

В линии имеется 11 рабочих позиций, на которых обрабатываемые одновременно с двух сторон изделия зажимаются и фиксируются в стационарных приспособлениях. Между отдельными технологическими участками 1; 2; 3 располагаются механизмы (поворотные столы) изменения ориентации в вертикальной 5 и горизонтальной 11 плоскостях. Установка изделий на первую позицию и съем с последней производятся вручную или с помощью подъемно-транспортных средств.

В линиях с жесткой межагрегатной связью транспортно-накопительная система включает в себя следующие виды механизмов и устройств:

шаговые линейные транспортеры для перемещения изделий из позиции в позицию;

поперечные транспортеры для подачи изделий при боковом транспортировании;

механизмы изменения ориентации между позициями;

механизмы зажима и фиксации на рабочих позициях;

накопители межоперационных заделов;

приспособления-спутники для закрепления и транспортирования
изделий с неустойчивым базированием;

механизмы транспортирования и уборки стружки.

На рис.6.10 показаны конструктивные варианты шаговых транспортеров.

Наибольшее применение нашли шаговые штанговые транспортеры с собачками (см. рис. 6.10, а). При перемещении обрабатываемых деталей 3 вперед (по схеме вправо) штанга 1 транспортера совершает возвратно-поступательное движение (медленное вперед и быстрое назад). В качестве привода обычно служит гидроцилиндр. При движении вперед собачки 2 с пружинами захватывают детали, перемещая их на следующую позицию. При движении назад собачки утапливаются и проходят под деталями.

Основное достоинство шагового штангового транспортера с собачками - штанга совершает простое прямолинейное возвратно-поступательное движение; конструкция пневмо- или гидропривода транспортера простая.

Главный недостаток шаговых штанговых транспортеров с собачками - сложность обеспечения точного позиционирования деталей на рабочих позициях станков.

Рис. 6.10. Шаговые транспортеры линий с жесткой межагрегатной связью

Штанговые транспортеры с флажками (см. рис. 6.10, б) обеспечивают более точное перемещение и базирование обрабатываемых деталей на рабочих позициях линии. Точность положения деталей на рабочих позициях при перемещении их флажковыми транспортерами определяется в основном допуском зазора между флажками 1 и деталью 3. Эти транспортеры вследствие более точного обеспечения конечного положения деталей допускают и большую скорость перемещения.

Штанги 2 таких транспортеров совершают прямолинейное возвратно-поступательное движение и поворотное движение вокруг своей оси. Обрабатываемые детали перемещаются только при движении штанги вперед.

Конструктивно транспортеры с флажками гораздо сложнее, чем с собачками, так как для штанги кроме возвратно-поступательного движения требуется и поворотное движение вокруг своей оси. Поворот штанги с флажками вокруг оси для освобождения детали осуществляется дополнительным приводом, вследствие чего управление усложняется.

Грейферные шаговые транспортеры с флажками (см. рис. 6.10, в) перемещают обрабатываемую деталь 3 флажками 2. Конструкция таких транспортеров получается сложной, потому что штанга 1 транспортера совершает два возвратно-поступательных движения: в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Транспортеры подобного вида применяют обычно в тех случаях, когда захват обрабатываемых деталей может быть проведен лишь с одной стороны, т.е. когда обрабатываемые детали установлены на рабочих позициях станков таким образом, что сначала их необходимо поднять, а затем переместить на следующие операции для дальнейшей обработки.

Цикл работы транспортера: ход вверх (подъем всех заготовок), перемещение заготовок на один шаг вправо (по схеме), опускание их на направляющие и возврат транспортера в первоначальное положение. В качестве привода такого транспортера может быть использован гидроцилиндр с применением механических устройств.

К шаговым транспортерам относятся и толкающие шаговые транспортеры (см. рис. 6.10, г). Они просты по конструкции, так как шток 2 гидроцилиндра 1, перемещая изделия 3 вплотную друг за другом, воздействует лишь на последнее из них. При движении штока 2 вперед все находящиеся на транспортере обрабатываемые детали перемещаются одновременно вдоль линии благодаря взаимному давлению деталей или транспортных устройств.

Недостатками таких систем являются возрастание накопленной ошибки положения каждой последующей детали и усложнение вследствие этого фиксации на рабочих цилиндрах.

Для сквозного транспортирования деталей в автоматических линиях широко применяются цепные транспортеры (см. рис. 6.10, д). Цепь 1 получает возвратно-поступательное движение. Изделия 3 на тележках 2 перемещаются с помощью собачек. Из-за невозможности обеспечения точности базирования деталей цепные транспортеры, как правило, не используются в качестве шаговых, хотя близки к ним.

Необходимыми условиями надежной работы являются контроль правильной фиксации и достаточная сила зажима, осуществляемого автоматически. Постоянство силы зажима в течение всего периода обработки обеспечивается применением активного зажима, при котором сила гидро- или пневмопривода поддерживается постоянной.

Автоматические линии с гибкой связью строятся преимущественно для обработки изделий типа коротких тел вращения (кольца подшипников, шестерни, всевозможные колпачки, втулки, гильзы, фланцы и др.). Их особенностью является возможность перемещения под действием силы собственной тяжести, что широко используется при межстаночном транспортировании, накоплении заделов и т.д.

Широкое применение нашли так называемые групповые автоматические линии как системы последовательно-параллельного действия. Каждая линия - это, по существу, блок коротких линий с единой транспортно-накопительной системой .

По способам перемещения изделий и распределения общего потока по параллельно-работающим машинам-автоматам можно отметить следующие виды транспортных систем линий с гибкой межагрегатной связью:

транспортные с гравитационным перемещением - простейшие системы, где перемещение и распределение деталей по станкам происходит под действием сил тяжести в наклонных лотках качением либо скольжением;

транспортные принудительного перемещения деталей качением - системы, в которых используется свойство деталей типа дисков и колец катиться в направляющих;

транспортные принудительного перемещения деталей скольжением - системы, где детали транспортируются проталкиванием, скольжением по направляющим;

транспортные принудительного перемещения деталей на транспортирующем органе - системы, в которых детали перемещаются фиксированными либо покоящимися на движущихся и колеблющихся органах транспортных устройств.

Основные виды механизмов и устройств групповых АЛ

В групповых автоматических линиях используются следующие основные виды механизмов и устройств:

- транспортеры-распределители, расположенные обычно над технологическим оборудованием;

транспортеры-подъемники, поднимающие изделия на транспортер-распределитель от позиции загрузки или после обработки;

подающие устройства - от транспортера-распределителя или от подъемника непосредственно к технологическому оборудованию;

механизмы загрузки-съема изделий в рабочих позициях (автоматические манипуляторы);

отводящие транспортеры для обработки изделий;

накопители межоперационных заделов;

механизмы отвода и транспортирования технологических отходов (стружка, облой, смазочно-охлаждающие жидкости и т.д.).

В системе, изображенной на рис. 6.14, а, транспортирование деталей осуществляется путем проталкивания их скольжением по направляющим с применением возвратно-поступательного движения механизма с откидными захватами или кулачками. Деталь перемещается при поступательном движении приводного органа, кулачки которого проталкивают детали по лотку или плоскости желоба к окнам выдачи. При обратном движении кулачки откидываются, пропуская очередную деталь, а затем захватывают их, повторяя цикл движений.



Рис. 6.14. Типовые варианты схем транспортеров распределителей

На рис. 6.14, в представлена схема ленточного транспортера для подачи деталей вплотную с подпором, когда они перемещаются до заслонок окна выдачи, при этом лента проскальзывает под деталями; детали с окон направляются стенками лотка. Транспортная лента может представлять собой прорезиненное полотно, стальную ленту, различного рода цепи.

Схема, показанная на рис. 6.14, б, отличается от схемы на рис. 6.14, в тем, что детали лежат здесь торцом на ленте и могут проскальзывать только при наличии препятствия в виде упоров или заслонки. На схеме рис. 6.14, в при движении ленты детали контактируют с ней и со стенками лотка, в результате чего они могут перекатываться, а скорость перемещения - уменьшаться. Детали, дошедшие до упора, останавливаются, и лента транспортера проскальзывает под ними.

На схеме, приведенной на рис. 6.14,д, изображен штыревой транспортер, в котором детали типа колец перемещаются подвешенными на штыри, в этом случае детали транспортируются в пространстве и снимаются в нескольких местах выдачи.

Система с гравитационным перемещением изделий показана на рис. 6.14, е. Это лотковый транспортер, по которому изделия скатываются к окнам выдачи.

В системах, представленных на рис. 6.14, г и ж, перемещение деталей происходит поштучно качением поводками цепи тягового органа. Схема на рис. 6.14, ж отличается от схемы на рис. 6.14, г замкнутой траекторией качения деталей с распределением их по станкам на нижней ветви.

Наверх, к транспортеру-распределителю, детали подаются разнообразными подъемниками шахтного типа.

На рис. 6.15 показана конструктивная схема цепного элеваторного подъемника непрерывного действия. Подъемник состоит из корпуса 2, по концам которого смонтированы натяжные 11и приводные 1 звездочки. Через них переброшены две параллельные цепи 13с захватами 10, выполненными в виде перекладин В зависимости от числа приемных 1 лотков цепь снабжается утолщенными перекладинами для привода синхронизирующего механизма через одно, два и т.д. звена цепи.

Рис. 6.15. Транспортер-подъемник синхронизирующими механизмами,
элеваторного типа

Рабочие ветви цепей проходят между направляющими пластинами. В верхней части корпуса имеется лоток выдачи 16, а в нижней - один или несколько лотков приема 4, расположенных друг над другом. Лотки приема снабжены отсекателями 5, укрепленными на общем валике и связанными подпружиненными в продольном направлении тягами 6 и 7, одна из которых соединена с рычагом 9, свободно укрепленным на оси. Этот рычаг имеет отросток, связанный серьгой 8 с рычагами 12, также свободно укрепленными на другой оси.

Во время работы подъемника в приемные лотки 4 изделия поступают под действием собственной силы тяжести и задерживаются левыми отсекателями. Утолщенная перекладина цепи 10 отклоняет левое плечо рычага 9 вверх. Вследствие этого рычаг 12 отклоняется вниз, навстречу движению перекладины. Одновременно отсекатели 5 поворачиваются на определенный угол и пропускают в подъемник по одному изделию из каждого лотка. Остальные изделия задерживаются отсекателями. Изделия, попавшие в подъемник задолго до прихода захватов, ориентируются на языке 14 и откидной собачке 15, опираясь на стенку корпуса подъемника.

Когда утолщенная перекладина оказывается за рычагом 9, она отклоняет рычаг 12 и, тем самым, ставит отсекатели 5 в прежнее положение; при этом отсекатели пропускают очередные изделия. При дальнейшем движении цепи изделия, находящиеся в подъемнике, транспортируются в лоток выдачи к транспортеру-распределителю.

В ряде конструкций цепных элеваторных подъемников вместо перекладин применяют захваты, на которые ложатся обрабатываемые заготовки, соприкасающиеся с боковыми стенками шахты. По сравнению с толкающими цепные элеваторные подъемники обеспечивают более плавную работу с меньшей вероятностью отказов.

Передача изделий из окон выдачи от транспортеров-распределителей (см. рис. 6.14) в рабочие зоны станков под захваты автоматических манипуляторов, а после обработки - на отводящие транспортеры проводится обычно устройствами лоткового типа, в которых изделия перемещаются под действием сил собственной тяжести скольжением или качением.

Компоновочная схема автоматической линии с гибкой межагрегатной связью и параллельно работающими станками приведена на рис. 6.16.

Транспортная система состоит из транспортера-подъемника 5, транспортера-распределителя 8 с приводом 12, отводящего транспортера 16 с приводом 14, подводящих и отводящих лотков 4.

Транспортер-распределитель 8 составлен из секций, посредством которых можно собирать транспортеры разной длины. Внутри секций расположен удлиненный кольцевой канал. Там же смонтированы натяжная и приводная звездочки, через которые переброшена втулочно-роликовая цепь 9 с прикрепленными к ней с определенным шагом поводками 7, образующими ячейки.

Рис. 6.16. Компоновочная схема автоматической линии с гибкой межагрегатной связью:

Заготовки, поступая в приемный лоток 1, поштучно выдаются отсе-кателями на подающий орган транспортера-подъемника 5 и по лотку выдачи поступают в механизм загрузки 6, который перемещает их в свободные ячейки верхней ветви транспортера-распределителя. Поводками 7 цепи 9 заготовки отправляются на нижнюю ветвь транспортера, откуда механизмами 11 выгрузки заготовок подаются по подводящим лоткам 10 в станки 17. В случае переполнения подводящих лотков механизмы 11 выгрузки заготовок пропускают их и они циркулируют в транспортере-распределителе.

Обработанные кольца по отводящим лоткам 4 поступают в отводящий транспортер 16, который перемещает их к следующему участку обработки.

Циркулирующее движение деталей в транспортере-распределителе позволяет намного упростить систему управления и распределения деталей по станкам и создать условия независимой работы встроенных станков-автоматов.

Достоинством системы является относительная легкость наращивания ее по секциям, что позволяет компоновать линии с различным числом станков.

Автоматические роторные линии

По структуре автоматические роторные линии (АРЛ) существенно отличаются от рассмотренных выше АЛ.

Автоматическая роторная линия -- это совокупность роторных машин, установленных в принятой последовательности технологического процесса, объединенных системой привода транспортного движения и управления, которая функционирует без участия человека.

Роторная машина -- это совокупность технологического ротора с инструментом и транспортных роторов, связанных общим приводом для синхронного вращения, обеспечивающая автоматическое выполнение технологической операции в процессе непрерывного транспортирования предметов производства и инструмента.

Технологический ротор -- система исполнительных органов, обеспечивающая выполнение технологической операции и вспомогательных переходов в процессе своего непрерывного вращения.

Транспортный ротор -- система захватных органов, обеспечивающая прием, транспортирование и выдачу предметов производства в процессе своего непрерывного вращения.

На рис. 6.17. показана схема АРЛ, состоящей из многочисленных технологических роторов 7, связанных между собой транспортными роторами 4, производящими с помощью клещей 3 загрузку заготовок на первый автомат, передачу их между технологическими роторами и выгрузку деталей после обработки. Детали посредством толкателей 2 переносятся из клещей 3 в патроны 6 рабочих шпинделей. Последние совместно с суппортами 5 и закрепленным на них инструментом смонтированы на барабане, медленно вращающемся на центральной неподвижной колонне 8 автомата. Необходимые перемещения суппортов осуществляются через тяги от неподвижного кулачка 7, являющегося программоносителем.

Рис. 6.17. Схема АРЛ:

На рис. 6.18. показана схема многономенклатурной АРЛ для параллельной

Рис. 6.18. Схема многономенклатурной АРЛ для параллельной обработки деталей:

обработки деталей четырех различных типов. В этом случае АРЛ снабжается загрузочным ротором.

Загрузочный ротор -- это совокупность специально оборудованной емкости и механизмов, совершающих вращательное движение вокруг общей оси, обеспечивающих выдачу предметов производства в ориентированном положении на позицию ротора или в конвейерное устройство.

Дальнейшим развитием АРЛ являются автоматические роторно-конвейерные линии (АРКЛ).

Автоматическая роторно-конвейерная линия - это совокупность роторно-конвейерных машин или роторно-конвейерных и роторных машин, установленных в принятой последовательности технологического процесса, объединенных системой привода транспортного движения и управления, которая функционирует без участия человека.

В этих линиях помимо роторных машин функционирует роторно-конвейерная машина - совокупность технологических роторов, огибаемых конвейерным устройством с инструментом, связанных общим приводом для синхронного перемещения по замкнутым траекториям, обеспечивающая автоматическое выполнение технологической операции в процессе непрерывного транспортирования предметов производства и инструмента.

Рис. 6.19. Схема АРКЛ:

При движении предметов обработки и инструмента в АРКЛ некоторая часть траектории свободна от каких-либо технологических или вспомогательных функций. Предметы обработки и инструмент переносятся отдельными цепными конвейерами, движущимися непрерывно по замкнутой траектории, и собираются в нужном сочетании на позициях технологических роторов. По окончании технологической операции инструмент отделяется от изделия и продолжает движение на своем конвейере, а изделие передается на другой конвейер, который связан с последующим технологическим ротором. Фрагмент (одна технологическая операция) АРКЛ показан на рис. 6.19.

На технологическом роторе 5 производится операция штамповки дна стаканчика 2, которая осуществляется с помощью матрицы 4 и пуансона 12. Заготовки стаканчика цепью конвейера 1 по стрелке А подаются на ротор 3, далее по стрелке Б на ротор 10, где принимаются и устанавливаются на пуансоне, который подается цепью конвейера 11. Матрицы подаются цепью конвейера 6 по стрелке В; в роторе 10 смыкания производится сборка инструмента и заготовки. Таким образом, на технологический ротор 5 поступает комплект инструмента (блок) и заготовка. Приводной орган технологического ротора осуществляет технологическое перемещение. После снятия нагрузки комплект инструмента перемещается в двух цепях (11 и 6) на ротор 9 размыкания, после чего матрица по цепи 6 перемещается по стрелке Г, а пуансон со стаканчиком - по стрелке Д к ротору 7 выдачи изделий. В роторе 7 изделие снимается с пуансона 12 и передается на цепь конвейера 8, который транспортирует изделие к следующей технологической операции.

АРКЛ имеют ряд преимуществ перед АРЛ:

· возможность осуществления автоматической смены инструмента;

· увеличение производительности, так как необходимое время на передачу заготовки обеспечивается с помощью специального ротора с необходимым числом позиций;

· большая производительность, так как шаги технологического и транспортного роторов могут быть разными.

Тема 6. Робототехника

Что такое робот и области их применения

Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до наших дней образцом для них служат возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых и опасных работах породило идею создания робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения.

На рис. 7.1 показана функциональная схема робота. В общем виде она включает исполнительные системы - манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения (транспортную), информационно-управляющую, сенсорную, дающую информацию о внешней среде и систему связи с оператором, а также с другими взаимодействующими с роботом машинами.

Исполнительные системы состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора - это кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается каким-нибудь рабочим инструментом или захватным устройством.

Со временем понятие робот расширилось и под ним часто стали понимать любую автоматическую машину, заменяющую человека и чем-то напоминающую его разумное поведение

Робот это машина автоматического действия, которая объединяет свойства машин - рабочих и информационных. Роботы также принципиально отличаются от других машин своей универсальностью (многофункциональностью) и гибкостью (быстрым переходом к выполнению новых операций.)

Рис. 7.1. Функциональная схема робота

Примечание. Термин "робот" славянского происхождения. Его ввел известный чешский писатель Карел Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе "Россумовские универсальные роботы", в которой так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Название "робот" образовано от чешского слова гоЬоtа, что означает тяжелый подневольный труд.

Помимо роботов для тех же целей широкое применение получили манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т. п.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а также однопрограммные (не перепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Эти устройства явились в значительной степени предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. п.).

Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, принято называть роботизированными.

Роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции, называются робототехническими.

Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и, прежде всего, в машиностроении. Предназначенные для этой цели роботы называют промышленными роботами (ПР).

Наряду с использованием в промышленности роботы применяются и в других областях народного хозяйства и вообще человеческой деятельности:

· на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин),

· в сельском хозяйстве,

· медицине (протезирование, хирургия - обслуживание больных и инвалидов),

· в сфере обслуживания,

· для исследования и освоения океана и космоса и выполнения работ в других экстремальных условиях (стихийные бедствия, аварии, военные действия), в научных исследованиях.

Применение роботов не только приносит конкретный технико-экономический эффект, связанный с повышением производительности труда, сменности работы оборудования и качества продукции, но и является важным средством решения социальных проблем, позволяя освобождать людей от тяжелого, опасного и монотонного труда.

Развитие робототехники

Робототехника развивается по назначению можно разбить на три группы:

· промышленные;

· информационные;

· человекоподобные (реклама, развлечения).

Первое место в мире по производству и применению роботов уверенно занимает Япония, где сосредоточена большая часть мирового парка роботов. Большая часть этого парка используется в промышленности, примерно половина -- для выполнения основных технологических операций,

В развитие робототехники во времени можно выделить 3 этапа, которым соответствует появление роботов соответствующего поколения.

Технический прогресс в развитии роботов направлен, прежде всего, на совершенствование систем управления. Первые промышленные роботы имели программное управление, в основном заимствованное у станков с числовым программным управлением (ЧПУ. Эти роботы получили название роботов первого поколения. Они работают по «жестко» заданной программе, т.е. должны быть заданы координаты и положения объектов обслуживания.

Примечание. Каждое поколение роботов соответствует определенному этапу развития техники во времени.

Второе поколение роботов - это очувствленные роботы, т.е. снабженные сенсорными системами, главными из которых являются системы технического зрения (СТЗ). Роботы второго поколения не требуют точного позиционирования объектов (заготовок, деталей)

На рубеже XXI в. робототехника подошла к следующему этапу своего развития -- созданию интеллектуальных роботов - роботов третьего поколения. Они самостоятельно принимают решения в зависимости от условий внешней среды для достижению конечной цели. Интеллектуальный робот -- это робот конкретного назначения, в основных функциональных системах которого используются методы искусственного интеллекта, что позволяет расширить сферу применения робототехники практически на все области человеческой деятельности.

В 1968 г. в СССР (Институтом океанологии Академии наук СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами) был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот "Манта" с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. -- следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания на телевизионном экране

В 1969г. в США (Станфордский научно-исследовательский институт) был разработан работ с искусственным интеллектом "Шейки" с развитой системой сенсорного обеспечения, включая техническое зрение, обладавшего элементами искусственного интеллекта, что позволило ему целенаправленно передвигаться в заранее неизвестной обстановке, самостоятельно принимая необходимые для этого решения ,

В 1971 г. в Японии также были разработаны экспериментальные образцы роботов с техническим зрением и элементами искусственного интеллекта: робот "Хивип", способный самостоятельно осуществлять механическую сборку простых объектов по предъявленному чертежу.

Одним из основных направлений применения роботов является комплексная автоматизация производства, создание гибких автоматизированных производств, прежде всего, в машиностроении. Роботы как универсальное гибкое средство для выполнения в первую очередь манипуляционных действий -- важный компонент таких производств.

Первые серьезные результаты по созданию и практическому применению роботов в СССР относятся к 1960-м гг. В 1966 г. в институте ЭНИКмаш (г. Воронеж) был разработан автоматический манипулятор с простым цикловым управлением для переноса и укладывания металлических листов. Первые промышленные образцы современных промышленных роботов с позиционным управлением были созданы в 1971 г. (УМ-1, "Универсал-50", УПК-1).

Первые промышленные роботы второго поколения со средствами очувствления появились в отечественной промышленности на сборочных операциях в приборостроении с 1980г. Первый промышленный робот с техническим зрением МП-8 был создан в 1982 г.

Состав, параметры и классификация роботов

Робот как машина состоит из двух основных частей -- исполнительных систем и информационно-управляющей системы с сенсорной системой. В свою очередь исполнительные системы включают манипуляционную систему (обычно в виде механических манипуляторов) и системы передвижения, имеющиеся только у мобильных (подвижных) роботов.

Классификация роботов

Классификация роботов по назначению. т. е. область применения. Основные области применения роботов.

Промышленные роботы (ПР), которые предназначены для применения в промышленности и составляют до 80% всего парка роботов в мире.

По типу выполняемых операций все ПР делятся на

· роботов технологических, которые выполняют основные технологические операции, и

· роботов вспомогательных, предназначенных для выполнения вспомогательных технологических операций по обслуживанию основного технологического оборудования.

Технологические роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные можно отнести к средствам автоматизации.

По широте перечня операций, для выполнения которых предназначен робот, различаются роботы

· специальные,

· специализированные

· универсальные.

Специальные роботы предназначены для выполнения одной конкретной технологической операции (например, сварка, нанесение покрытий, определенная сборочная операция или обслуживание определенной марки технологического оборудования).

Специализированные роботы могут выполнять несколько однотипных операций (сборочный робот со сменными рабочими инструментами, робот для обслуживания определенного типа технологического оборудования и т. п.).

Универсальные роботы могут выполнять различные основные и вспомогательные операции в пределах их технических возможностей.

Классификация роботов по показателям, определяющим их конструкцию.

К таким показателям относятся:

· тип приводов;

· грузоподъемность;

· количество манипуляторов;

· тип и параметры их рабочей зоны;

· подвижность и способ размещения;

· исполнение по назначению.

Приводы, которые используются в манипуляторах и системах передвижения роботов, могут быть электрическими, гидравлическими и пневматическими. Часто их применяют в комбинации.

Грузоподъемность робота -- это грузоподъемность его манипуляторов, а для транспортного робота еще и его шасси.

...