Анализ типовых роботизированных технологических комплексов (РТК) сборки
Экспериментальныйсборочный РТК на базе ПР мод. РВ — 50Ф2 (рис.1), созданный в ЭНИМСе,обеспечивает автоматическую сборку подшипниковой опоры комбайна. Собираемыйузел состоит из корпуса, крышки, двух резиновых манжет, подшипника, картоннойпрокладки, трех болтов (с шайбами).
/>
Рис.1 — Экспериментальный РТК набазе ПР модели РВ — 50Ф2
Последовательность сборкиследующая: установка базовой детали (корпуса) в технологическоеприспособление; установка крышки в технологическое приспособление; запрессовкаманжеты в крышку; запрессовка манжеты в корпус; установка подшипников в корпус;установка картонной прокладки на корпус; сборка крышки с корпусом; установкатрех болтов (с шайбами), их наживление и завинчивание с требуемым усилием.
В состав РТК входитследующее оборудование: ПР 2; магазины 5 сборочных инструментов,выполненные в виде пятипозиционных поворотных столов; рабочие сборочные позиции3, обеспечивающие установку и фиксацию основных деталей (корпуса и крышки); конвейер4, подающий корпус и крышку на рабочую позицию; питатели 1.
Различают конструкции,содержащие соответственно манжеты, подшипники, прокладки и болты (с шайбами).
Установка сменного сборочногоинструмента на руке ПР, а также передача его на хранение в требуемые ячейкиповоротного стола осуществляются автоматически. Для крепления инструментов наруке ПР применена конструкция типа «байонет».
Процесс взятия из питателейдеталей (кроме болтов с шайбами) однотипный: соответствующий сборочныйинструмент осуществляет сканирование питателей сверху вниз и захватываетверхнюю деталь из стопы, для чего все захватные устройства и инструментыоснащены пневматическими струйными датчиками. Последние установлены такимобразом, чтобы при подходе к верхней детали формировался сигнал на прекращениедвижения и захват детали.
Технологический процесссборки включает в себя две группы операций:
1) загрузочно-установочные — установкакорпуса и крышки в соответствующие сборочные приспособления (операции 1 и 2) изагрузка выходного магазина-накопителя собранными узлами;
2) сборочные — запрессовкарезиновых манжет в корпус и крышку (операции 3 и 4); запрессовка подшипника вкорпус (операция 5), установка картонной прокладки на корпус (операция 6); установкакрышки на корпус (операция 7); установка, наживление и завинчивание трех болтовс шайбами (операция 8).
Операции 1, 2 и 3, 4 выполняютсяпопарно с помощью одного комплекта сборочного инструмента, и поэтому припереходе с одной операции на другую не требуется замена инструмента. Во всехдругих случаях при переходе с одной сборочной операции на другую необходимаавтоматическая смена сборочного инструмента.
В состав набора сборочныхинструментов входят: широкодиапазонный пневматический захват для установки корпусаи крышки; запрессовщик резиновых манжет; запрессовщик подшипников качения всборе; пневматический вакуумный захват для подачи картонных прокладок; гайковертс пневматическим приводом.
Инструменты — запрессовщикирезиновых манжет и подшипников, а также гайковерт позволяют в определенныхпределах компенсировать погрешности позиционирования сопрягаемых деталей.
Последовательность работы ПР приреализации операций 1 — 8 следующая: взятие из магазина требуемого сборочногоинструмента; захват требуемой детали, выполнение технологической операции (запрессовка,установка и т.п.); установка обратно в магазин сборочного инструмента (привыполнении операций 1, 2 и 3, 4 этого не требуется).
Специальные датчики на сменныхсборочных инструментах контролируют наличие деталей в соответствующих магазинахи наличие детали в инструменте в процессе ее транспортирования.
Особый интерес представляетвыполнение операции установки, наживления и завинчивания трех винтов (с шайбами)с требуемым усилием. В конструкции гайковерта, осуществляющего эту операцию,предусмотрен струйный датчик перемещений. С его помощью обеспечиваются контрольпопадания переносимого болта в резьбовые отверстия крышки и корпуса изделия; синхронизацияскорости поступательного движения ПР при завинчивании болтов и частоты вращениягайковерта; контроль качества сборки резьбового соединения. Гайковерт имеетнасадку с постоянным магнитом, которая может пассивно перемещаться вдоль осигайковерта под действием внешних возмущений. Определенная, исходно выбраннаявеличина этого перемещения регистрируется струйным датчиком. Если болт попадаетв резьбовое отверстие, то при поступательном движении вниз не происходитперемещения насадки относительно гайковерта. В противном случае насадканачинает перемещаться, что и регистрируется струйным датчиком, сигнал которогопоказывает, что оси болта и резьбового отверстия не совпали. Синхронизацияскорости поступательного движения ПР и частоты вращения гайковертаосуществляется при остановке насадки, т. с. при совпадении осей болта ирезьбового отверстия.
Кинематическая схема сборочногоРТК на базе ПР мод. РВ-50Ф2 показана на рис.2.
РТК на базе ПМР. Набазе рассмотренных ранее промышленных минироботов (ПМР) разработано ряд РТК. Одиниз них, РТК для сборки клапанов, изображен на рис3, а. При разработке РТКиспользован ряд оригинальных решений, в том числе автоматическая сменазахватов, семь степеней подвижности, горизонтальный самоукладывающийся магазинспутников и ряд других.
Работа комплекса заключается вследующем. Робот 1 типа ПМР-0,5-254-КПВ в автоматическом режиме производит вопределенной последовательности захват ориентированных деталей изсоответствующих устройств-накопителей (пружин 3, прокладок 4, клапанов 5,крышек 6), для чего осуществляется автоматическая смена захватов (цангового 2,вакуумного 12 и клещевого 11) в кисти робота в зависимости от обслуживаемогокласса деталей. В магазине 9 установлены также инструменты и сборочноеприспособление 10, на котором производится сопряжение собираемых деталей. Пружины3 подаются самоукладывающимся магазином спутников 7 по направляющим 8. На базеробота пмр-0,5-254 кс, работающего в прямоугольной системе координат,разработан комплекс для укладки заготовок постоянных магнитов в кассеты (рис.3,б).
Первичное ориентирование заготовокмагнитов 4 и подача их в зону обслуживания робота 1 осуществляется ввибробункере 3. Выход лотка вибробункера снабжен отсекателем 5 для поштучнойвыдачи деталей. Настройка робота 1 заключается в привязке координатрасположения платформы 2 робота (угол поворота), установке вибробункера 3 истойки 7, а также в подъеме кассеты б. Привод поворота кисти робота применяетсяв качестве привода установочного движения, используемого при настройке системы.В дальнейшем используются только возвратно-поступательные перемещения по тремкоординатам. После захвата крайней со стороны отсекателя 5 заготовки захватперемещается к дальнему гнезду первого ряда кассеты б и за счеттехнологического вертикального (вниз) перемещения захват устанавливаетзаготовку в гнездо кассеты. Одновременно отсекатель принимает очереднуюзаготовку и подает ее на позицию захвата. Эта заготовка укладывается впредпоследнее гнездо ряда. Когда заполнится весь ряд, каретка горизонтальногоперемещения робота смещается на один шаг, соответствующий переходу наобслуживание очередного ряда кассеты. После заполнения кассеты комплексавтоматически останавливается для смены кассеты.
/>
Рис.2. Кинематическая схемасборочного РТК на базе ПР мод. РП-50Ф2: 1 — правая рука для выполненияопераций, требующих значительных затрат мощности; 2 — левая рука (вспомогательная);3 — вертикально рас положенные телекамеры; 4 — горизонтально расположенныетелекамеры; 5 — телекамера на захвате ПР; 6 — фильтр пылесоса, 7 — моторныйблок; 8 — камера для пыли
/>
Рис.3. Компоновка РТК: а — длясборки клапанов; б — для укладки заготовок постоянных магнитов в кассеты
Рассмотренные концепции созданиягибких технологических систем высокой и сверхвысокой производительности дляусловий современного состояния обрабатывающего и вспомогательного оборудованиядают возможность увидеть, что без существенных затрат с учетом организационных,системных, технических возможностей, обеспечив переоснащение станочного идругого обрабатывающего оборудования на компьютерное управление и снабдивобрабатывающее оборудование дополнительными суппортами, обрабатывающими иагрегатными головками, появилась возможность для украинского производствареализовать интегрированное производство с гибкими технологическими системамивысокой и сверхвысокой производительности.
В заключение рассмотрим,насколько программно и аппаратно готовы все составляющие синтеза гибкихтехнологических систем высокой и сверхвысокой производительности:
Организация потоков попространственно-временной схеме — технические решения организации потоковдеталей, заготовок, приспособлений, контрольно-измерительных приборов,оснастки, вспомогательного оборудования и информационно-управляющих потоковпрактически есть. Необходимо обеспечить достаточную формализацию описанияоптимальной организации таких потоков для получения высокой и сверхвысокойпроизводительности.
Применение инструментальных схемс максимальной концентрацией технологического воздействия на деталь за счетприменения одновременно работающих суппортов, обрабатывающих и агрегатныхголовок (возможна реализация на обрабатывающих центрах и модернизированномпереоснащенном оборудовании времен СССР. Слабым звеном этого процесса являетсяотносительно низкая стойкость РИ, работа на максимально возможных режимахобработки: для каждого конкретного обрабатываемого материала существует РИ спокрытием или упрочненным слоем с максимальной стойкостью для данных режимов. Правда,аналитического описания получения таких режимов практически нет. Обеспечениетребуемых качественных показателей детали возможно за счет соответствующеговыбора режимов обработки, стойкости РИ и геометрических размеров РИ (например,державки резца и т.п.), а также согласования результатов механической иэлектрофизической обработки. Применение повышенной жесткости системы СПИЗ засчет ряда технических решений, например использования дополнительных упоров дляРИ и других методов, особенно важно для случая съема больших припусков (этотнедостаток можно устранить за счет соответствующего выбора метода получениязаготовки). Технические решения по этому направлению частично выполнены,частично прорабатываются конструктивно или разрабатывается идеология, и присоответствующей поддержке госбюджетными средствами может быть выполненадовольно быстро и эффективно.
Использование результатовфундаментальных исследований и открытий в области естественных наук длянахождения новых физических, химических и биологических эффектов для разработкиновых технологий и видов техники требует создания национального (а может быть,и международного) банка данных об эффектах, которые были обнаружены учеными икоторые, на первый взгляд, может быть ничего общего не могут иметь с техникой. Дляэтого необходимы незначительные средства для поддержки руководителей научныхшкол, которые будут участвовать в создании такого банка данных, т.е. этотвопрос также решаем. Применение метода безаналогового синтеза технологий итехники базируется на формализации знаний для получения интегральной функциисистемы, ее цикличности и ограничениях как внешних (организационно-экономических,временных, пространственных, коммуникационных), так и внутренних (геометрических,поверхностных, полевых, инфраструктурных, поведенческих), а также критериев ихоптимизации. Далее необходима декомпозиция интегральной функции системы насоставляющие до уровня элементарных функций, выбор из базы данных функций,требуемых для описания эффектов, способных реализовать эти функции. Такжепроводится синтез неконкретизированной структуры технологической системы илитехнологического процесса, унификация и объединение структур, реализуетсязарождение новых интегральных образований, полифункциональных элементов,конкретизация структур до элементарных (Фреймовый вид), на основе которыхполучаем уравнения и неравенства, дающие конкретизацию параметров, аследовательно, и общий алгоритм безаналогового синтеза гибких технологическихсистем высокой и сверхвысокой проводимости. Состояние этой части синтезанаиболее изученное, и нами предложено в основном только системное решение,которое надо совершенствовать, обеспечивать математический скелет ииспользовать фундаментальные знания. Для реализации этой части нужны глубокиематематические исследования и совершенствование ее системной части.
Многоуровневое размещениеоборудования и выбор оптимальных уровней размещения обрабатывающегооборудования в целях максимальной концентрации технологического воздействия (например,несколько сварочных или окрасочных роботов, размещенных на разных уровнях,существенно повысят производительность), т.е. это направление требует развитиякак для создания банка данных по оборудованию и его возможности работы наразных уровнях, так и по конструированию нового оборудования с учетом возможностиработы на всех четырех уровнях. Состояние таких разработок в основномзачаточное, хотя примеры использования этой идеи есть в международномавтомобилестроении. На это направление также необходимо выделение денежныхсредств.
Переоснащение станочного ивспомогательного оборудования на компьютерное управление в настоящее время ужепроводится на различных предприятиях г. Харькова (ГП ХМЗ ФЭД, ГП «Завод им.Малышева», ХГАПП и др.). Аппаратное и программное обеспечение разработанои требует адаптации к переоснащаемому оборудованию и соответствующих новыхверсий тяжелых («Юниграфикс», «Эвклид», «Кати») илегких («Компас», «АДЕМ» и др.) компьютерных систем. Созданиеже технологических систем, обеспечивающих высокую концентрацию технологическоговоздействия (обрабатывающих и агрегатных головок и одновременно работающихсуппортов, технологических роботов, одновременно обрабатывающих одну деталь,узел, изделие), требует также соответствующих расходов для создания опытныхобразцов или модернизации существующих.
Проведенный анализ состоянияразработок, перспектив создания и использования синтеза гибких технологическихсистем высокой и сверхвысокой производительности показал, что для современногосостояния промышленности Украины решение этой задачи позволит вывести страну науровень передовых технических и технологических стран при затратах в сотни итысячи раз меньших, чем в случае покупки зарубежного станочного иробототехнического оборудования, при этом также будет нужна разрабатываемая идеология.