Промышленные роботы в роботизированныхтехнологических комплексах (РТК) механообработкиОбщая характеристика промышленных роботов для обслуживанияметаллорежущих станков
Промышленныероботы по конструктивному исполнению подразделяются на подвесные,устанавливаемые на портале; напольные, устанавливаемые на полу цеха;встраиваемые, устанавливаемые непосредственно на обслуживающем оборудовании(например, на станке).
Подвесныероботы,применяемые для обслуживания металлорежущих станков, как правило, работают впрямоугольной системе координат, т.е. имеют два основных движения – вдоль оси(осей) портала (движение каретки) и в направлении, перпендикулярном оси портала(выдвижение руки по вертикали или под углом к вертикали); в цилиндрическойполярной системе координат, т.е. имеют три основных движения – вдольвертикальной оси портала, поворот руки вокруг горизонтальной оси (качание руки)и выдвижение руки; в цилиндрической угловой системе координат, т.е. имеют триосновных движения – вдоль оси портала и качание каждого из звеньев шарнирнойруки.
Подвесныепромышленные роботы бывают различных исполнений. Кроме основных движений,определяющих систему координат, подвесной робот может выполнять следующиеориентирующие движения: вращение кисти с захватным устройством вокруг оси руки;поворот кисти вокруг оси (одной или двух), перпендикулярной оси руки.
Напольныероботы,применяемые для обслуживания станков, работают, как правило, в цилиндрическойсистеме координат, т.е. имеют три основных движения – подъем руки, поворот рукивокруг вертикальной оси и радиальное выдвижение руки в горизонтальнойплоскости. Они выполняют движения, характерные для подвесных роботов, и, крометого, сдвиг захватного устройства.
Промышленныероботы, встраиваемые в станки, могут иметь компоновку, аналогичную подвеснымпромышленным роботам, работающим в плоской прямоугольной и полярной цилиндрическойсистемах координат (с тем отличием, что монорельс, по которому движетсякаретка, крепится непосредственно на станке), а также компоновку,предусматривающую крепление робота спереди к станку и обеспечивающуювозможность поворота руки вокруг вертикальной и горизонтальной осей.
Промышленныероботы типа М40П
Роботывыпускаются в двух модификациях: М40.П. 05.02 и М40.П. 05.03.
Промышленныйробот с ЧПУ модели М40.П. 05.02 (Рис. 1) предназначен для выполнения операцийзагрузки-разгрузки металлорежущих станков и другого оборудования. Устройство сЧПУ позиционного типа позволяет осуществлять различные циклы работы.Промышленный робот может обслуживать группу станков. Наибольшая массазагружаемых деталей 40 кг. Он может быть оснащен двухместными захватнымиустройствами. Число степеней подвижности пять (без учета движения губок), в томчисле три – управляемые от ЧПУ. Имеются устройства для автоматическогозакрепления и замены рабочего органа в головке робота.
Промышленныйробот модели М40.П. 05.03 не имеет механизма привода качания головки.Число степеней подвижности – четыре (без учета движения губок захвата), в томчисле три – управляемые от ЧПУ.
Промышленныйробот имеет портальную конструкцию. Каретка перемещается по монорельсу иприводится в действие электрогидравлическим шаговым двигателем, который черезредуктор и зубчатое колесо соединен с рейкой.
На кареткезакреплен корпус ползуна, по которому перемещается на опорах качания ползун. Наконце ползуна, на его оси закреплена рука в виде двуплечего рычага. Рукасовершает качательные движения вокруг этой оси с помощью линейногоэлектрогидравлического привода, размещенного на кронштейне, закрепленном накорпусе. На конце руки закреплена головка, в которой устанавливается захватноеустройство. Внутри головки размещаются привод поворота шпинделя, в которомустанавливается захватное устройство, и привод перемещения его губок.
Опорнаясистема разбита на ряд небольших узлов, что позволяет создавать различныемодификации робота, отличающиеся друг от друга общей длиной (одно-, двух- итрехпролетные).
Захватныеустройства и другие механизмы устанавливаемые в шпинделе, оснащены хвостовиком,опорным фланцем, имеющим клиновое гнездо под ролик фиксатора, а такжецентрирующим фланцем для базирования устройства в магазине. На опорном фланцеможет закрепляться кронштейн с элементами пневмо- и электроразъемов. Черезхвостовик проходит тяга, передающая движение захватному устройству.
Промышленныероботы типа М20Ц
Роботы типаМ20Ц (рис. 2) построены на агрегатной основе и предназначены длявыполнения операций загрузки-разгрузки металлорежущих станков и другогооборудования, в том числе с ЧПУ.
Роботывыпускаются восьми модификаций, отличающихся компоновкой обслуживаемогооборудования, характером (серийность) производства, в котором это оборудованиеиспользуется, а также числом рук (одна или две), наличием движении наклона рукии кантователя. Все движения исполнительных элементов роботов могутосуществляться в любой последовательности и независимо друг от друга.Очередность их выполнения устанавливается кнопочным набором программы на пультесистемы управления промышленного робота. Максимальная масса загружаемой детали 10 кг. Типовые детали: фланцы 40 – 200 мм и высотой до 100 мм; валы />20 – 60 мм и длинойсвыше 150 мм.
Для работы сдеталями типа фланцев применяют роботы с двумя руками и одноместными захватнымиустройствами для работы с деталями типа валов – роботы с одной рукой идвухместным захватным устройством. Промышленный робот приспособлен для работы снакопителем при укладке фланцев стопками переменной высоты.
/>
Рис. 1 – Промышленный робот М40.П. 05.03
/>
Рис. 2 –промышленный робот М20Ц.1 – монорельс, 2,3 – руки, 4 – каретка
/>
Рис. 3 –Мостовой промышленный робот
Промышленныероботы восьми модификаций имеют портальную конструкцию. Каретка 1 перемещаетсяпо монорельсу 2. Привод каретки осуществляется от электродвигателя 4 череззубчатый редуктор 5. Выходной вал редуктора несет реечную шестерню, котораязацепляется с зубчатой рейкой 3. С другим концом вала связан электромагнитныйтормоз 6.
На кареткезакреплены (в зависимости от исполнения может и отсутствовать) одна или двеодинаковые поворотным плиты, к которым крепятся корпуса выдвижных рук (такжеодинаковых). На основании поворотной плиты шарнирно закреплен пневматическийцилиндр, при срабатывании которого плита вместе с рукой отклоняется отвертикали.
Рукаперемещается в корпусе на роликах. В нижней части руки установлен шпиндель, вкотором закрепляется захватное устройство.
Мостовыеи портальные электромеханические агрегатно-модульные промышленные роботы
Мостовые ипортальные электромеханические агрегатно-модульные роботы предназначены для автоматизацииобслуживания, включая элементы переналадки, металлорежущего оборудования,входящего в гибкие производственные модули и роботизированные технологическиекомплексы, в условиях мелкосерийного и серийного многономенклатурногопроизводства. Они могут применяться и для других технологических операций,например для переналадки штабелирования.
Модификациимостовых и портальных промышленных роботов отличаются друг от друга:количеством рук (одно- и двурукие); степенями подвижности кисти (1, 2, 3);наличием устройств автоматической смены захватов; длиной ходов переносныхстепеней подвижности. Модификации промышленных роботов образуются наборомунифицированных единиц (модулей и узлов), к которым относятся: эстакада, мост идр.
Модули этихпромышленных роботов, в свою очередь, образованы набором унифицированныхагрегатных узлов: колонны, балки с направляющими, каретки, руки, кисти,механизм смены захватов и т.д. Мостовой электромеханический агрегатно-модульныйпромышленный робот представлен на рис. 3. На колоннах 1, закрепленных наполу, установлены два ряда балок 2 с направляющими продольного перемещения,зубчатыми рейками, целью энергоподвода и т.д. По направляющим движутся двекаретки, соединенные между собой траверсой 3, на которой установленынаправляющий поперечного перемещения со своими зубчатыми рейками, приводом,цепью энергоподвода и т.д.
Понаправляющим траверсы перемещается каретка 4 с закрепленной на ней рукой 5 среечным механизмом вертикального перемещения, приводом каретки и цепьюэнергоподвода. К нижней части руки крепится кисть, приводы которой закрепленына верхнем фланце руки. На выходном фланце кисти смонтирован механизмавтоматической смены захватов со всеми коммуникационными розетками.
Промышленныероботы данных моделей сконструированы по агрегатно-модульному принципу, врезультате чего возможно создание модификаций роботов с требуемымифункциональными возможностями и оптимальным уровнем автоматизации.
Применениевысокоэффективных электроприводов с транзисторными преобразователями в сочетаниис позиционно-контурной системой управления обеспечивает высокиеэксплуатационные характеристики промышленных роботов, а также надежность работыпри применении их в автоматизированных производственных системах.
Промышленныйробот модели М10П.62.01
Промышленныйробот с числовым программным управлением модели М10П.62.01 предназначен дляавтоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущихстанках с ЧПУ.
Промышленныйробот устанавливается на станок, образуя с ним комплекс (станок – промышленныйробот), который может являться базой для создания гибких производственныхмодулей, предназначенных для продолжительной работы без участия оператора.Управление роботом и станком осуществляется от автономной системы управления.
Координатыперемещений захвата робота приведены на рис. 4. На основании роботаустановлен электродвигатель постоянного тока со встроенным датчиком обратнойсвязи. Через приводной ремень вращение передается на червячный вал и червячноеколесо. Червячный вал установлен в конических роликовых подшипниках, ачервячное колесо – в шариковом сдвоенном радиально-упорном подшипнике ишариковом радиальном подшипнике.
/>
Рис. 4.Координаты перемещения захвата робота мод М10П62.01: а – движение рукивперед и вниз; б – центральное положение; в-движение руки вниз ив сторону
Типовые схемы компоновок РТК механообработки
При созданииРТК используют станки с ЧПУ или станки-полуавтоматы, у которых машинное времясоставляет 3–15 мин и более. Как правило, технологический цикл обработкиизделий на металлорежущих станках осуществляется группой станков,обеспечивающих выполнение этого цикла. В связи с этим при создании РТК типа«станок – ПР» целесообразно использовать ПР для обслуживания группы однотипныхлибо разнотипных станков. Число станков, включаемых в РТК, зависит отконструктивного исполнения ПР (размеров его рабочей зоны), а также от машинноговремени станков, включаемых в состав РТК. При малом машинном времени (3 мин)обслуживание ПР нескольких станков приводит к простою технологическогооборудования, поэтому в данном случае, а также в условиях крупносерийногопроизводства целесообразно использование однопозиционных РТК на базе ПР сцикловым программным управлением, предназначенных для обслуживания одногостанка.
КомпоновкиРТК зависят от конструкции и кинематической схемы ПР, определяющих размеры иформу его рабочей зоны.
На базе однихи тех же моделей станков можно создавать РТК различных компоновок,комплектуемые ПР с различными техническими и технологическими возможностями. Восновном используют три вида компоновок РТК: 1) однопозиционный РТК, состоящийиз одного станка, обслуживаемого одним ПР (напольным, портальным или встроеннымв станок); 2) многопозиционный РТК круговой компоновки, состоящий из двух-трехстанков, обслуживаемых ПР напольного типа; 3) многопозиционный РТК линейной илинейно-параллельной компоновок, состоящий из двух и более станков,обслуживаемых портальным ПР.
Приодинаковых составе оборудования, производственной программе иноменклатуре обрабатываемых деталей, линейные компоновки по сравнению скруговыми имеют следующие преимущества: требуемая для размещения РТКпроизводственная площадь в 1,4 раза меньше; большие удобство и безопасностьобслуживания (переналадка и ремонт оборудования не требуют остановки всего РТК,более благоприятные условия для визуального наблюдения за работойоборудования); увеличивается число обслуживаемых станков (до 5–6 против 2–3 прикруговой компоновке); сокращается время передачи заготовки от станка к станку.
Комплексытипа РТК – 1 создаются на базе ПР, работающих в плоской прямоугольной системекоординат, из одного или двух однотипных станков с применением линейнойкомпоновки. Комплексы должны комплектоваться вспомогательным оборудованием дляавтоматической подачи ориентированной заготовки на загрузочную позицию(тактовыми столами, шаговыми транспортерами, приводными магазинами – накопителями),расположенными в плоскости работы ПР.
Комплексытипа РТК- 2 создаются на базе портальных ПР, работающих в ангулярнойцилиндрической системе координат, из однотипных и разнотипных станков вколичестве от двух до шести единиц технологического оборудования сиспользованием линейной и линейно-параллельной компоновки. Комплексы оснащаютсявходными, выходными и промежуточными (между станками) накопителями. ПосколькуПР могут брать заготовки из разных точек и укладывать изделия в тару, возможноиспользование вспомогательного оборудования, не имеющего приводных механизмов.
Комплексытипа РТК- 3 формируются на базе ПР, работающих в цилиндрической системекоординат, из одного станка с горизонтальной осью шпинделя и ПР. В качествевспомогательного устройства используется сменная тара, обеспечивающая хранениедеталей в ориентированном виде с заданным шагом расположения.
Комплексытипов РТК-4 и РТК- 5 строятся на основе ПР, работающих в цилиндрической исферической системах координат. Комплексы имеют преимущественно круговую либолинейно – параллельную двухрядную компоновку и могут состоять из одной – трехединиц технологического оборудования.
Список литературы
1. Роботизированныетехнологические комплексы/ Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко,В.А. Фадеев – Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет«ХАИ», 2003. – 214 с.