Программированиероботов робототехнических комплексов (РТК) механообработки
Дляпромышленных роботов (ПР), обслуживающих металлообрабатывающее оборудование,непосредственному программированию предшествует разработка алгоритмафункционирования управляющей программы. Этот алгоритм формируется сучетом специфики конкретного технологического процесса и оборудования, Вуказанном алгоритме определяется последовательность использования всейтребуемой для функционирования ПР информации, включая очередность выполненияотдельных операций и длительность их реализации. Помимо этого в алгоритмепредусматривается информация, необходимая для обеспечения взаимодействия ПР соборудованием.
Особенностипрограммирования ПР в значительной степени определяются их назначением.Управляющая программа ПР, обслуживающего металлорежущие станки, в значительнойстепени определяется как его конструкцией, так и числом единиц оборудования.
В составодностаночного РТК входят станок, ПР и два магазина-накопителя (одни длязаготовок, другой для изделий). Основные функции ПР в этом случае – разгрузка изагрузка станка. На рис. 1 представлена схема типового алгоритмауправления одностаночным РТК. Существует определенное время простоястанка, связанное как с его загрузкой-разгрузкой, так и с выполнением ПР другихподготовительных операций. Некоторое сокращение времени простоя достигаетсяпутем оснащения ПР двухпозиционным захватом.
В алгоритмеуправления ПР (рис. 2) предусмотрено ожидание запроса станка наего обслуживание. Результатом выполнения этой операции является переход кобслуживанию станка (его разгрузке-загрузке) либо переход к выполнениювспомогательных функций (укладке детали в тару и взятию заготовки из магазина),совмещенных по времени с циклом обработки детали на станке.
В составтипового многостаночного РТК. (рис. 3) входят, два-триметаллообрабатывающих станка; ПР; транспортные устройства; накопители.
Особенностьюработы ПР, обслуживающего многостаночный РТК, по сравнению с ПР, обслуживающийодностаночный РТК, является необходимость реализации дополнительной функции – транспортированиядеталей между станками. Назначение тар-накопителей аналогично их назначению и водностаночном РТК. Первая тара (магазин заготовок) предназначена для накоплениязаготовок, поступающих на вход РТК, последняя – для обработанных деталей. Тара,располагаемая между станками, используется для хранения деталей, прошедшихчастичную обработку. Специальным вспомогательным оборудованием длямногостаночных РТК являются ложементы, расположенные вблизи станков. Ониприменяются в целях сокращения времени простоя станков, связанного свспомогательными операциями, выполняемыми ПР при их обслуживании (взятие деталииз тары, перемещение детали в рабочую зону станка и т.п.). Ложементы имеют двепозиции: 1) для установки обработанной на станке детали при его разгрузке; 2)для размещения заготовки, которой загружается станок. Такая схема работы РТКпозволяет сократить время простоя станков при их обслуживании ПР.
Как правило,система управления РТК включает в себя отдельные управляющие устройства (длякаждого из видов применяемого технологического оборудования), связанные междусобой соответствующими информационными потоками. Подобная структура построенияпозволяет сохранить работоспособность части применяемого оборудования привыходе из строя отдельных элементов устройств управления РТК.
Дляобеспечения согласованной работы подобного комплекса необходимо синхронное функционированиеотдельных единиц оборудования. Роль такого синхронизирующего устройствавыполняет устройство управления ПР.
Число исодержание сигналов обмена между ПР и металлообрабатывающими станками,входящими в многостаночный РТК. в основном те же самые, что и для одностаночногоРТК. Дополнительным входным сигналом на ПР может быть сигнал так называемого«предварительного вызова», который предназначается для сокращения временипростоя станка в результате перемещения робота в зону, требующую обслуживания.Такой сигнал формируется устройством управления станка за определенное (доокончания цикла обработки) время, достаточное для перемещения ПР в зону данногостанка из любой точки обслуживаемого им пространства.
Дляразработки алгоритма управления ПР необходим технологический процесс обработкидеталей на станках РТК. Алгоритм управления ПР должен предусматривать какманипуляции ПР, связанные с загрузкой-разгрузкой станков, захватом и укладкойдеталей в тары, так и операции ПР, связанные с межстаночным транспортированием.
Наборстандартных подпрограмм управления ПР в каждом конкретном случае в соответствиис требованиями технологического процесса может меняться либо модифицироваться.Условия технологического процесса могут предусматривать совмещение некоторых основныхи вспомогательных операций, выполняемых ПР. В любом случае в основе созданияпрограммы управления лежит разделение операций ПР на основные(загрузка-разгрузка станков) и вспомогательные (транспортирование,ориентирование и т.п.), а также применение подпрограммы ожидания.
Подпрограммаожидания обеспечивает анализ информации с оборудованием РТК в целях выборацикла последующего действия ПР. По существу, эта подпрограмма являетсяосновной, определяющей деятельность ПР в соответствии с требованиями технологическогопроцесса.
Опытпоказывает, что для правильного выбора последующего действия ПР требуетсяанализ следующей информации: запрос станков на их обслуживание; наличие либоотсутствие деталей в станках; наличие деталей в тарах и ложементах, позволяющихосуществить их захват, наличие свободных мест в тарах, позволяющих осуществитьукладку деталей и т.п.
Этот анализосуществляется в два этапа. Первый этап предназначен длянепосредственного обслуживания станков РТК (реализации подпрограмм загрузки иразгрузки станков) и осуществляется после получения ПР запросов на обслуживаниеотдельных станков. Переход ко второму этапу производится приотсутствии запросов на обслуживание. Результатом выполнения операций,предусмотренных этим этапом, является выполнение вспомогательных операций,включая межстаночное транспортирование. Особенность второго этапа заключается,как правило, в минимальном совмещении по времени выполнения соответствующихподпрограмм с работой станков.
В целяхсокращения возможного времени простоя станков, связанного с выполнением всехосновных и вспомогательных операций, алгоритм предусматривает переход (возврат)к анализу запросов (первый этап подпрограммы) после выполнения каждой изподпрограмм.
Способывозврата могут быть различными и определяются требованиями конкретногопроизводства.
Наличие в РТКстанка, лимитирующего производительность комплекса, приводит к появлениюсистемы приоритетов на обслуживание станков РТК, реализуемой несколькимиспособами. Простейший из них – первоочередной анализ в подпрограмме «Ожидание»данных о станке, лимитирующем производительность РТК.
Один изнаиболее распространенных способов сокращения времени простоя станков,применяемых в настоящее время, состоит в организации дополнительногопредварительного вызова. Это позволяет ПР заранее совершить необходимыеподготовительные операции (в частности, перемещение в зону станка, взятиезаготовки из ложемента), т.е. начальные операции подпрограмм разгрузки-загрузкистанков, Дальнейшая отработка этих подпрограмм в этом случае осуществляетсяпосле появления сигнала окончательного вызова, т.е. по окончании всего циклаобработки детали: повышение производительности ртк может быть достигнуто врезультате рациональной организации управления пр путем реализации болеесовершенной подпрограммы ожидания, в основе ее может лежать прогнозированиепоступления заявок на обслуживание станка ртк, определение возможностиобслуживания станков до прихода другой заявки с более высоким приоритете атакже определение возможности и целесообразности выполнения отдельныхвспомогательных подпрограмм управления ПР с учетом его текущего положения доприхода заявок на обслуживание от станков ртк.
Примеры РТК механообработки
В данномразделе рассмотрены примеры компоновочных решений РТК типа «станок – ПР».
ОднопозиционныйРТК на базе токарного станка мод. 16К20ФЗ с ЧПУ и ПР мод. М20П40.01 (рис. 5)предназначен для обработки деталей типа валов (с диаметром до 120 мм идлиной до 500 мм, массой до 10 кг) и фланцев (диаметром до 150 мм идлиной до 110 мм, массой до 5 кг). РТК оснащен тактовым горизонтальныммагазином-накопителем замкнутого типа вместимостью 12 – 24 заготовки. ПРвыполняет операции загрузки и разгрузки станка, а также дает команду на пускстанка.
ОднопозиционныйРТК на базе токарного станка мод. 16К20ФЗ с ЧПУ и встроенного ПР мод.СМ80Ц48.11 портального типа (рис. 6) предназначен для токарной обработкидеталей типа валов диаметром до 120 мм и длиной до 710 мм и массой до 40 кг. ПР, оснащенный двумя руками, выполняет операции загрузки – разгрузкистанка. Система управления ПР – цикловая.
РТК токарной обработки деталей массой до 160 кг
МногопозиционныйРТК предназначеные для токарной обработки валов в условиях серийногопроизводства.
Способыустановки обрабатываемых деталей: в самоцентрирующем патроне; всамоцентрирующем патроне и заднем центре; в центрах.
ПрименениеРТК обеспечивает; увеличение производительности оборудования на 20 – 25% врезультате высокой концентрации операций на станках с ЧПУ и сокращениявспомогательного времени; сокращение простоев оборудования благодаря гибкойсистеме транспортирования и параллельной работе оборудования; сокращение затратна средства автоматизации, так как один ПР обслуживает несколько станков;ликвидацию тяжелого, неквалифицированного труда операторов путем автоматизациизагрузки – выгрузки деталей массой до 160 кг в условиях частой смены обрабатываемых изделий; быструю и легкую переналадку оборудования при смене объектовпроизводства; высвобождение четырех производственных рабочих.
РТК для токарной обработки деталей типа вал массой до 160 кг
РТКпредназначен для обработки гладких и ступенчатых валов (с конусными икриволинейными поверхностями, резьбами, канавками, пазами) в условияхмелкосерийного и серийного производств. Материал заготовок – сталь твердостьюНВ/>300.Возможны три варианта последовательности обработки:
1) черновая ичистовая обработка вала с одной стороны, а затем с другой стороны;
2) черновая,а затем чистовая обработка вала;
3) черновая ичистовая обработка вала параллельно на двух станках.
РТК можетиспользоваться как автономно, так и в составе комплекса более высокого уровня.
РТК могутвыпускаться в трех исполнениях, различающихся типом и расположениемнакопителей.
/>
Рис. 5 –Однопозиционный РТК на базе токарного станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3 и промышленногоробота М20П40.01: 1 – токарный станок 16К20Ф3; 2 – промышленный робот; 3 –тактовый горизонтальный магазин-накопитель
/>
Рис. 6 –Однопозиционный РТК на базе ПР мод. СМ80Ц48.11: 1 – станок; 2 – ПР; 3 –магазин-накопитель; 4 – кран-штабелер
/>
Рис. 7 –Многопозиционный РТК мод. АСВР-05
РТК дляшлифования валов
РТКпредназначен для шлифования гладких и ступенчатых валов (длиной 700–1400 мм,диаметром 40–160 мм, массой до 1000 кг) в условиях мелкосерийного и серийного производства. При обработке гладких валов диаметром до 140 мм можетбыть использован прибор активного контроля.
В состав РТКвходят: ПР 1 мод. УМ160Ф2.81.04; полуавтомат 2 мод. МА3296 для обработкицентровых отверстий; два крутошлифовальных станка 3 мод. МАЗМ162Ф2; устройство4 свето-защиты; УЧПУ 5, управляющее ПР; устройства 6 и 7 связи;магазины-накопители 8.
Наполуавтомате 2 обрабатывают центровые отверстия, а затем на станках 3производят наружное шлифование валов. При шлифовании вала по всей длине (или поего концам) вал обрабатывают на двух круглошлифовальных станках; сначала напервом станке обрабатывают одну сторону вала, а затем вал кантуется (с помощьюПР) и на втором станке обрабатывают другую сторону вала. На РТК вавтоматическом режиме осуществляется врезное и строчное шлифование споследующей зачисткой продольным ходом стола, а также шлифование торцовступеней вала.
Установкадеталей на станках производится в центрах, приводимых во вращение с помощьюплавающих зажимных патронов или поводковых устройств. РТК имеетлинейно-параллельную компоновку. Вспомогательное оборудование РТК состоит изчетырех магазинов-накопителей и трех устройств связи./>
РТК для обработки призматических деталей
РТК мод. И5.02(рис. 8) предназначен для обработки корпусных деталей. В состав РТКвходят: пять многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков 3 мод.ИР500МФ4; ПР 7 мод. УМ160.Ф2.81.01, оснащенный УЧПУ 2; манипулятор 4; роликовыйконвейер 5; ограждение 6; поворотный стол 7; кран-штабелер; склад-накопитель.Заготовки, установленные на приспособлениях-спутниках, из склада-накопителяпередаются (краном-штабелером) на поворотный стол, который доставляет их взону, обслуживаемую ПР. После окончания механической обработки деталиразмещаются на роликовом конвейере 5, откуда манипуляторы 4 передаются намойку.
/>
Рис. 8.РТК для обработки призматических деталей
Список литературы
1. Роботизированные технологическиекомплексы/ Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев– Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. – 214 с.
2. Н.П. Меткин, М.С. Лапин,С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкие производственные системы. –М.: Издательство стандартов, 1989. – 309 с.
3. Гибкие производственныекомплексы /под. ред. П.Н. Белянина. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.
4. Гибкое автоматическоепроизводство/под. ред. С.А. Майорова. – М.: Машиностроение, 1985. – 456 с.
5. Иванов А.А. ГПС вприборостроении. – М.: Машиностроение, 1988. – 282 с.
6. Управлениеработотехническими системами и гибкими автоматизированными производствами /под.ред. Н.М. Макарова, – М.: Радио и связь, 1981, ч. 3 – 156 с.
7. Широков А.Г. Складыв ГПС. – М.: Машиностроение, 1988. – 216 с.