Роботизированныетехнологические комплексы (ртк) механообрабатывабщего и заготовительногопроизводства Характеристикаи критерии выбора деталей, предназначенных для механической обработки на РТКтипа «станок – промышленный робот (ПР)»
Около 60%заготовок деталей (полученные методами прокатки, ковки, штамповки, литья,сварки) подвергаются механической обработке.
Дляопределения номенклатуры деталей, механическая обработка которых техническивозможна и целесообразна на РТК типа «станок – ПР», необходимо учитыватьследующие факторы:
· конструкциюдетали (т.е. геометрическую форму и взаимное расположение ее элементов);
· вид исостояние заготовки, поступающей на обработку;
· техническиетребования,
· предъявляемыек детали;
· габаритыи массу детали.
Конструкциидеталей, предназначенных для обработки на РТК типа «станок – ПР», должныобеспечивать:
1) наличиеоднородных по форме и расположению поверхностей для базирования и захвата,позволяющих без дополнительной выверки устанавливать детали на станок с помощьюуниверсальной технологической оснастки (центров, патронов, пневмотисков и т.п.);
2) наличие явновыраженных поверхностей, с помощью которых детали можно транспортировать искладировать около станков в ориентированном виде, используя для этогостандартизованную вспомогательную оснастку (ящики, поддоны и т.п.);
3) возможностьунификации технологических процессов и типов технологического оборудования вцелях применения группового метода обработки.
Учитываяуказанные требования, а также технические параметры и уровень автоматизациисовременных ПР и станков, для механической обработки на РТК типа «станок – ПР»рекомендуются следующие детали:
1) гладкие иступенчатые валы (прямоосные и эксцентриковые) диаметром до 160 мм идлиной до 2000 мм;
2) диски,фланцы, кольца, гильзы и втулки диаметром до 400 мм и длиной до 250 мм;
3) плоские иобъемные детали простейшей формы (планки, крышки, шпонки, угольники, коробчатыедетали и т.п.) размерами (длина х ширина) до 1000X1000 мм.
Поскольку привыборе ПР определяющим фактором является его грузоподъемность, важнымпоказателем обрабатываемых на РТК деталей становится их масса, рекомендуемыезначения которой составляют 1 – 250 кг для деталей типа тел вращения и 1 -500 кг для плоских и объемных деталей.
Детали типател вращения по размерам (наружный диаметр D, длина L) и массе т условно подразделяютсяна следующие группы:
Деталитипа валов (L /> 2D)
№ группы 1 2 34 5
D, мм – до 5030–80 40–125 50–160 50–160
L, мм – до500 500–1000 710–1400 1000–1400 1400–1200
m, кг – до 10до 40 до 80 до 100 до 250
Деталитипа фланцев (L /> 2D)
№ группы 1 2 34
D, ММ – до160 до 250 до 320 до 400
L, мм – до200 до 200 до 250 до 250
m, кг – до 40до 80 до 160 до 250
Деталиплоские и объемные по размерам (длина L, ширина В) и массе m условноподразделяются на следующие группы.
Деталикоробчатой формы (L /> В /> Н, где Н – высота детали)
№ группы 1 2 34
ВхL, мм – До300x300 До 500x500 До 800x800 До 1000x1000
m, кг До40 До 160 До 250 До 500
Деталиплоские (L />В;Н
№ группы 1 2 34
BxL, mm – До300x300 До 500x500 До 800x800 До 1000x1000
m, кг – До 20До 40 до 80 до 160Анализ технологических процессов механической обработки
Автоматизациямеханической обработки с помощью ПР осуществляется как путем создания РТК набазе имеющегося на предприятиях оборудования, так и путем оснащения предприятийсерийными РТК, выпускаемыми станкостроительными заводами. Создание РТК на базеимеющегося оборудования требует модернизации станков, предназначенных длявстраивания в РТК, а также соответствующей организации хранения итранспортирования деталей, обрабатываемых на РТК. Поэтому созданию РТК должныпредшествовать предварительный технологический анализ и разработка необходимойтехнологической и технической документации.
В условияхсерийного производства применение РТК целесообразно только на базе групповогометода обработки деталей. Для реализации этого метода необходимо:
1) на основесоответствующих критериев установить номенклатуру деталей-представителей;
2) разработатьтиповые технологические процессы обработки таких деталей;
3) выбратьтехнологическое оборудование, обеспечивающее механическую обработку основныхповерхностей деталей и пригодное (по уровню автоматизации) для встраивания вРТК.
Приразработке технологического процесса обработки деталей в условиях РТКнеобходимо предусмотреть:
1)максимально возможную концентрацию технологических операций на станках с ЧПУ,позволяющую сократить число переустановки деталей в процессе обработки,повысить точность обработки и уменьшить время производственного цикла;
2)укомплектование станков технологической оснасткой, обеспечивающей при легкой ибыстрой переналадке точное базирование и надежное крепление деталей (в широкомдиапазоне их размеров) в процессе обработки;
3) тщательнуюподготовку баз на обрабатываемых изделиях, гарантирующую выполнение заданныхчертежами технических требований (обработка базовых поверхностей можетпроизводиться как на оборудовании РТК, так и вне РТК перед поступлением деталина комплекс).
На РТКрекомендуется выполнять только отработанные, проверенные технологическиеоперации, время выполнения которых не превышает нормативного периода стойкостирежущего инструмента.
Технологическоеоборудование, входящее в состав РТК, желательно выбирать таким образом, чтобыположение оси детали при ее транспортировании и обработке было постоянным(горизонтальным или вертикальным).
Кзаготовкам, обрабатываемым на РТК, предъявляются повышенные требования:
1) отсутствиезаусенцев на кованых и катаных заготовках и прибылей на литых заготовках;обязательная зачистка швов на сварных заготовках;
2) заготовкииз легированных труднообрабатываемых сталей должны быть подвергнуты отжиму(улучшению);
3) литыезаготовки из чугуна и цветных металлов должны быть зачищены и не иметьлитников, прошпатлеваны, проверены на размерную точность (последнее относится кответственным отливкам).
При созданииРТК рекомендуется их специализация по двум группам выполняемых операций:
1) РТК длячерновых и получистовых операций, на которых снимается основной объем стружки;
2) РТК дляотделочных (финишных) операций, на которых достигается требуемая точностьобработки.Требования к оборудованию РТК механообработки
Общиетребования к РТК заключаются в следующем:
1) планировкаРТК должна обеспечивать свободный, удобный и безопасный доступ обслуживающегоперсонала к основному и вспомогательному оборудованию и органам управления РТК;
2) планировкадолжна исключать пересечение трасс следования ПР и оператора в процессе работыПР по программе;
3) РТК долженбыть обеспечен средствами защиты от возможного проникновения человека в зонудействия ПР (светозащита, ограждения, звуковая сигнализация, защитные сетки и др.),причем автономно функционирующие средства защиты должны работать одновременно,подстраховывая друг друга;
4) размещениесредств защиты РТК не должно: ограничивать технологических возможностейосновного оборудования и ПР; ухудшать удобство их обслуживания; препятствоватьвизуальному наблюдению оператора за ходом технологического процесса;
5) размещениесредства управления РТК должно обеспечивать свободный и быстрый доступ корганам аварийного отключения ПР и безопасность оператора при управлении ПР в наладочномрежиме;
6) планировкаРТК должна обеспечивать беспрепятственное перемещение оператора вне рабочегопространства ПР в течение работы ПР по программе, а также возможностьнаблюдения оператором за ходом выполнения производственных операций и состояниемоборудования;3.1 Требования к металлорежущим станкам,входящим в состав РТК
При выборестанков, рекомендуемых для встраивания в РТК, следует руководствоватьсяопределенными критериями, основные из которых следующие.
1. Распространенностьи перспективность станков, выпускаемых серийно», а также планируемых ксерийному выпуску. Целесообразно также создавать РТК на базе широкораспространенных в машиностроении моделей станков, имеющихся на данномпредприятии.
2. Возможность реализации заданноготехнологического процесса обработки типовых деталей в условиях разнойсерийности их выпуска. Исходя из этого рекомендуется включать в состав РТКследующие станки-полуавтоматы, предназначенные для обработки деталей из штучныхзаготовок: токарные патронные и центровые (горизонтальной и вертикальнойкомпоновки); токарно-револьверные; токарные многорезцовые и многошпиндельные;токарно-лобовые; фрезерно-центровальные и подрезные центровальные; вертикально-сверлильные;многоцелевые; фрезерные с крестовыми столами; плоско-, внутри- икруглошлифовальные станки (горизонтальной и вертикальной компоновки); шлице-фрезерныеи шлице-шлифовальные; шпоночно-фрезерные; протяжные (для внутреннего инаружного протягивания); резьбо-фрезерные и резьбо-шлифовальные;отделочно-расточные станки; агрегатные (состоящие из унифицированных узлов);зубообрабатывающие.
3. Размерныепараметры станков. Поскольку РТК создаются в основном для обработки изделиймассой до 500 кг, в состав комплексов рекомендуется включать станки, имеющиеследующие основные размеры: диаметр обрабатываемой детали при установке надстаниной Dy до 320 мм и расстояние между центрами до 2000 мм – дляцентровых станков (токарных, круглошлифовальных и др.); Dy до 630 мм – длястанков токарных патронных, токарно-лобовых, внутришлифовальных,зубообрабатывающих; размер стола в плане (длинах ширина) до 1600X630 мм – длясверлильно-фрезерно-расточных станков с прямоугольными столами; диаметр столадо 2000 мм – для станков с круглыми столами.
4. Уровеньавтоматизации ставка – основной критерий, определяющий возможность включениястанка в состав РТК. Чем выше уровень автоматизации, тем с меньшимиконструктивными переделками (как правило, путем незначительной модернизации)возможен переход станка на работу в автоматическом режиме, в комплексе с ПР;при этом станок может достаточно быстро переналаживаться на обработку новогоизделия. Следует также учитывать степень автоматизации вспомогательных операций(контроль деталей, отвод и подвод заграждений, вывод стружки и др.). Поэтому всостав РТК рекомендуется в первую очередь включать станки с ЧПУ и цикловымпрограммным управлением и станки-полуавтоматы.
Совместнаяработа станков с ПР требует доработки электрической схемы станка в целях обеспеченияобмена необходимой информацией между станком и ПР. Такой обмен осуществляется спомощью команд, поступающих из электросхемы станка в электросхему ПР инаоборот.
Расположениеи размеры зоны загрузки станка. Под зоной загрузки понимается часть рабочейзоны станка, в которую поступает заготовка перед ее загрузкой в зажимноеприспособление станка.
Типовыесхемы зон загрузки станков приведены в табл. 1. Принадлежность к той илииной схеме определяется направлением подачи заготовок в зону загрузки (сверху,сбоку, спереди, сзади) и манипуляционными перемещениями захватного устройстваПР, необходимыми для установки заготовки в зажимное приспособление станка.
Как видно изтаблицы 1 все двенадцать схем имеют определенные ограничения с точки зрениявозможности входа заготовки в зону загрузки. Каждая из этих зон рассматриваетсякак куб, в который заготовка может войти с пяти сторон по трем осям координат (X,Y и Z). Точка пересечения этих осей привязана к оси симметрииустановочного приспособления станка, а ось X условно направлена по ходуруки ПР. т.е. перпендикулярно передней стороне станка.
Схема 10,обеспечивающая вход заготовки по трем осям с пяти сторон, характерна длястанков, в зону загрузки которых детали подаются установленными наприспособления-спутники. Последующие схемы (в связи с наличием ограничительныхплоскостей, что обусловлено конструктивными особенностями станков) постепенносужают возможности входа заготовки е зону загрузки (например, схема 120обеспечивает вход заготовки только по одной оси и только с одной стороны).Анализ показывает, что наибольшее число станков (около 30%) имеет зону загрузкипо схеме 60 (загрузка возможна по двум осям с двух сторон), а 25% общего числастанков – зону загрузки по схеме 30 (загрузка возможна по трем осям с четырехсторон).
Процессзагрузки станков с помощью ПР условно подразделяется на три этапа:
1)транспортирование заготовки от места хранения к станку (способ реализации этогоэтапа зависит от компоновки РТК и конструктивного исполнения ПР);
2) перемещениезаготовки в зону загрузки станка (способ реализации этого этапа зависит отформы и взаимного расположения ограничительных плоскостей зоны загрузки;
3) вводзаготовки в базирующее (установочное) приспособление станка, осуществляемыйпосредством ориентирующих движений ПР (способ реализации этого этапа зависит отрасположения приспособления на одной из ограничительных плоскостей зонызагрузки и принципа действия самого приспособления).
Такимобразом, станки, включаемые в состав РТК, должныобеспечивать:
1) автоматическийзажим и освобождение детали на станке;
2) точное инадежное базирование детали в установочном приспособлении станка;
3) отделениеотходов (стружки, шлама) от детали в процессе резания и механизированноеудаление их из зоны обработки;
4) автоматизациюконтроля отдельных параметров детали в процессе обработки;
5) автоматизированнуюсмену инструмента в процессе обработки;
6) связьсистем управления и электросхем станка и ПР, обеспечивающую полностьюавтоматический цикл работы РТК;
7) возможностьбезопасного (для обслуживающего персонала) и беспрепятственного доступа(желательно сзади или сверху) руки ПР в рабочую зону станка в процессе загрузки– разгрузки последнего;
8) автоматизациюперемещения ограждения; 19) надежность работы станка и всего РТК.Таблица 1Типовые схемы зон загрузки станков Типовые схемы зон загрузки станков Обозначение Эскизы Обозначения Эскизы 10
/> 70
/> 20 80 30 90 40 100 50 110 60 120
Кроме того,станки должны быть укомплектованы легко переналаживаемой технологической оснасткой,обеспечивающей точное базирование и надежное крепление деталей в широкомдиапазоне их размеров в процессе обработки.Требования к промышленным роботам
ПРдолжны осуществлять:
1) установкузаранее ориентированных заготовок в рабочую зону станка;
2) снятиедеталей со станка и раскладку их в тару или укладку в магазин (конвейер);
3) кантованиедеталей;
4) выдачутехнологических команд для управления технологическим оборудованием;
5)транспортирование деталей между станками.
Основныетребования к ПР, используемым для автоматизации металлорежущих станков,следующие:
1) конструктивныеи технологические параметры ПР (грузоподъемность, скорость перемещения рабочихорганов, точность позиционирования, размеры рабочей зоны, тип программногоуправления) должны соответствовать параметрам станков, для обслуживания которыхони предназначаются;
2) применениеПР должно обеспечить: повышение производительности станков не менее чем на 20%;повышение качества обработки; повышение коэффициента загрузки станков в 2 – 2,5раза; снижение трудоемкости на единицу продукции в 2 – 2,5 раза;
3) ПР должениметь число степеней подвижности, обеспечивая при этом необходимый объемоперации при обслуживании как станка, так и вспомогательного оборудования РТК;
4)достаточная степень универсальности, позволяющая при переходе РТК на обработкунового изделия обходиться минимальной переналадкой ПР;
5) высокаянадежность, обеспечивающая наработку ПР на отказ не менее 1000 ч;
6) наличиезоны безопасности, находясь в которой обслуживающий персонал можетбеспрепятственно наблюдать за процессом резания и в случае аварийной ситуациипринимать соответствующие меры, не подвергаясь при этом возможности бытьтравмированным ПР.
Автоматизацияметаллорежущих станков с помощью ПР может осуществляться в двухнаправлениях. Первое направление – созданиеоднопозиционных РТК, в которых ПР обслуживает один станок. При этом ПР можетбыть автономным или встроенным в станок. Автономные ПР применяют дляобслуживания станков различного технологического назначения, имеющих единуюсхему манипуляционных перемещений при загрузке – выгрузке деталей, причемобрабатываемые на этих станках детали должны входить в одну группу по такимпараметрам, как тип, размеры и масса. Встроенные манипуляторы создают, какправило, для одной определенной, модели станка. Второе направление– создание многопозиционных (групповых) РТК, в которых ПР обслуживает группу из2 – 6 станков. В многопозиционных РТК в функции ПР помимо загрузки оборудованиятакже входят транспортирование деталей между станками, переориентация деталей,управление станками.Требования к вспомогательному оборудованию и технологическойоснастке РТК
Вспомогательноеоборудование входящее в РТК типа «станок-ПР», состоит из транспортно-накопительныхустройств, обеспечивающих непрерывную работу РТК в автоматическом цикле втечение заданного времени.
Функциитранспортно-накопительных устройств следующие:
1) накоплениеопределенного числа ориентированно расположенных заготовок на исходной позицииРТК;
2) поштучнаявыдача заготовок в определенное место, где они захватываются ПР;
3)транспортирование изделий внутри РТК с сохранением их ориентации и передача ихна последующие участки;
4)переориентация изделий между станками РТК (при необходимости);
5) хранениемежоперационного задела и задела, предназначенного для другого РТК.
Требования квспомогательному оборудованию определяются: типом РТК;параметрами (тип, форма, материал, размеры) обрабатываемых деталей; типом ичислом входящих в РТК станков; серийностью выпуска и штучным временем обработкидеталей на станках. Типом РТК и входящих в его состав станков определяются:функции вспомогательного оборудования (хранение, непрерывное транспортирование,шаговая подача и т, д.); положение оси изделия при хранении итранспортировании; конструктивное исполнение вспомогательного оборудования(магазин, тактовый стол, конвейер и др.).
Параметрамиобрабатываемых деталей определяются форма и размеры ложементов (призмы, штыри,отверстия и т.д.) для установки деталей. Серийностью и штучным временемобработки определяется вместимость вспомогательных устройств. Вспомогательноеоборудование должно создаваться на базе унифицированных элементов длявозможности его быстрой переналадки
Выбортехнологической оснастки РТК осуществляют с учетом следующих положений:
1) ПР сам посебе не обеспечивает требуемую для обработки точность базирования детали вприспособлении. Поэтому технологическая оснастка должна обеспечивать:возможность установки в ней детали с помощью ПР заданной модели; требуемуюточность базирования; надежность закрепления детали в процессе обработки;
2) чтобыгарантировать правильное положение детали в базирующем приспособлении станка,желательно оснастить РТК контрольными датчиками, фиксирующими положение деталиперед началом обработки и расположенными как на захватном устройстве ПР, так ина самом станке;
3) необходимопредварительно проверить, можно ли имеющуюся на станке технологическую оснасткуприспособить для работы в условиях РТК без ее модернизации.
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. Широков А.Г. Склады в ГПС. – М.:Машиностроение, 1988. – 216 с.