Роботизированные комплексы (РТК), предназначенныедля технологического процесса сборки
Характеристики и структура РТК сборки
Промышленные роботы применяютдля автоматизации операций при выполнении всех видов сборочных работ. Наоперациях сборки под дальнейшую механическую обработку ПР используют: дляподачи, ориентации и соединения деталей в один комплект, их взаимногозакрепления, установки и снятия комплекта при обслуживании обрабатывающегооборудования.
При узловой сборкеПР применяют: для поиска и распознавания деталей, их транспортирования,ориентации и подачи на сборочную позицию, для контроля размеров, правильности икачества взаимного соединения и закрепления деталей, для транспортирования иукладки (а если потребуется — и упаковки) собранного узла.
Сборка под сварку можетрассматриваться как операция узловой сборки и как операция, предваряющаямеханическую обработку.
При общей, окончательнойсборке изделия ПР используют: для транспортирования, взаимной ориентации иустановки узлов, иногда для их соединения, а также для транспортированияготовых изделий.
ПР могут применяться и на операцияхразборки изделий.
К основным сборочнымоперациям, которые могут быть выполнены с помощью ПР, оснащенныхсоответствующими инструментами и приспособлениями, относятся следующие:
надеть — вставить;
наложить — вложить;
раздвинуть — развернуть;
установить — снять;
запрессовать;
свинтить — развинтить;
склеить;
склепать; — сжать — разжать.
Для выполнения основных операцийтребуется реализация ряда вспомогательных операций, к которым относятсятранспортирование, ориентирование, измерение и т.п.
При автоматизации сборки спомощью ПР выдвигается ряд общих требований: детали по качествуизготовления должны соответствовать техническим условиям чертежа, быть чистыми,не иметь забоин, вмятин; конструкция деталей должна исключать возможность ихсцепления друг с другом при выходе из подающего устройства (магазина); всоединяемых деталях должны быть предусмотрены фаски, конусы, проточки. Нерекомендуется также сборка деталей из легкодеформируемых, хрупких и необеспечивающих сохранения определенной геометрической формы материалов; передпоступлением на сборочную позицию необходимо предусмотреть контроль деталей наих соответствие техническим условиям.
К изделиям (сборочнымединицам), собираемым с помощью ПР, предъявляются следующие требования: расчлененностьна законченные, взаимозаменяемые сборочные единицы; минимальное числосоединяемых поверхностей и видов соединений, доступность мест соединенийсборочных единиц для контроля качества соединения; отсутствие необходимости вдополнительной обработке, пригонке и регулировке в процессе сборки; возможностьосуществления последовательной сборки, характеризуемой наличием базовой детали,с которой последовательно сопрягаются присоединяемые детали. Тип и конфигурациябазовой детали определяют конструкцию базирующего приспособления и схемубазирования. Условия собираемости, выбор базовых поверхностей при захвате имонтаже присоединяемой детали, а также последовательность сборки зависят от пространственногорасположения поверхностей сопряжения. Основным признаком классификации типовыхсборочных единиц и комплектов является деление их на комплекты типов «вал»(с охватываемой базовой деталью) и «корпус» (с охватывающей базовойдеталью).
В комплекте типа «вал»базовой деталью является вал или другая подобная деталь, на которуюустанавливаются подшипники, зубчатые колеса, втулки, пружинные стопорныекольца, уплотнительные манжеты. В комплекте типа «корпус» базовымидеталями являются корпус, фланец, стакан и другие элементы конструкции, вкоторые вкладываются присоединяемые детали.
Промышленные роботы,обслуживающие сборочные РТК. должны обеспечивать всю совокупность перемещений,необходимых для нормального протекания сборки. Характер и вид этих перемещенийзависят от требований, предъявляемых к процессу сборки, номенклатуры ипрограммы выпуска, частоты сменяемости собираемых изделий и габаритовтехнологического оборудования.
Специфика сборки, в процессекоторой необходимо компенсировать погрешности позиционирования, захвата иустановки деталей, обусловливает определенные требования к сборочным ПР.
Взаимные основные движениясопрягаемых деталей (как правило, это прямолинейные перемещения) должныосуществляться ПР в цилиндрической системе координат.
Размеры рабочей зоны ПРдолжны быть достаточными для размещения: вспомогательных устройств,приспособлений и оснастки, необходимых для реализации технологического процессасборки; магазинов с инструментами и захватными устройствами; подающих устройств;накопителей собираемых деталей; средств контроля качества сборки.
ПР должен иметь не менее трехстепеней подвижности, а также возможность увеличить их число до 8 врезультате дополнительных движений исполнительного органа ПР или сборочногоинструмента.
Система управления ПРдолжна обеспечивать возможность его работы со значительным числомвспомогательных механизмов (тактовые столы, транспортеры, устройства поштучнойвыдачи заготовок и т.д.).
Промышленные роботы,последовательно выполняющие несколько различных операций и переходов, должны иметьустройство, автоматически заменяющее захват и инструмент и подключающее ихк силовой и измерительной сетям (пневматическим или электрическим).
При необходимости выполненияв процессе сборки операций механической обработки (сверление, развертываниеи др.) исполнительный орган ПР должен обеспечить работу режущего инструмента стребуемыми скоростью и усилием подачи; если это невозможно, то в состав РТКследует включить соответствующее металлорежущее оборудование.
Следует отметить, что впромышленной робототехнике четко обозначились два направления созданияпереналаживаемых систем робото-технологических сборочных комплексов (РТСК).Первое связано с использованием ПР, работающих в условиях упорядоченнойсреды. В этом случае основное внимание при создании РТК уделяется выборуметодов подготовки среды и разработке средств, реализующих их. Такое решениепозволяет резко повысить надежность функционирования, снизить стоимость иупростить управление собственно ПР. На производстве при эксплуатации таких РТКне требуется специальной подготовки персонала, удешевляется организация ихсервисного обслуживания. Кроме того, упомянутое направление создания РТКобладает определенными преимуществами еще и потому, что на производстве вомногих отраслях накоплен значительный опыт применения типовых переналаживаемыхсредств упорядочения среды (деталей, соединений, технологической оснастки и т.д.),которые используются при автоматизации процессов загрузки и разгрузкитехнологического оборудования (например, бункерные загрузочно-ориентирующиеустройства).
Второе направлениесвязано с использованием ПР, обладающих широкими технологическими ифункциональными возможностями, намного превосходящими требуемый дляобслуживания конкретного процесса уровень. Такие роботы, используемые присоздании переналаживаемых РТК, успешно взаимодействуют с неупорядоченной средойза счет наличия в их составе элементов очувствления и логико-управляющихсистем, позволяющих приспосабливаться к изменяющимся условиям работы. Часто необходимовыявить минимально необходимые (целесообразные) структурные связи, объем памятии уровень адаптации у робота и технически достижимый уровень организацииобслуживаемой среды с целью создания эффективных условий для взаимодействияэлементов системы «робот — объект — среда». Это, безусловно, требуетизменения компоновки и конструктивного исполнения технологическогооборудования, режимов технологических процессов, условий и организациипроизводства.
В общем случае состав иструктура РТСК могут быть представлены схемой, изображенной на рис.1.
/>
Рис.1 — Структурная схемакомпоновки РТСК.
В качестве объектарассматривается корпус электроизмерительного щитового прибора, на токовыводящиеэлементы которого надеваются комплекты деталей — обыкновенная и пружиннаяшайбы, а также цилиндрическая гайка со шлицем. В комплект входят: загрузочные (питающие)устройства ЗУ для номенклатуры комплектующих изделие деталей; устройства,выполняющие функции первичного ориентирования УПО; транспортные системы ТС иэлементы создания однослойного потока деталей; устройства вторичногоориентирования УВО и фиксирования положении деталей в пространстве, например,кассетирующие устройства КУ, накопители кассет НК с упорядоченными деталями; транспортныеорганы ТО для подачи упорядоченных в кассетах деталей в зону обслуживаниясборочного робота (создание упорядоченной среды УС): сборочный (обслуживающий) ПР;конвейер базовых деталей КБД и сборочная позиция.
Технологические устройства сборочных РТК
Автоматизированнаяроботизированная сборка накладывает специфические требования на технологическиеустройства. Эти требования определяются двумя основными схемами построения РТСК.В первой схеме робот выполняет функции захвата деталей, в некоторыхслучаях — базирование при сборке и удаление собранного узла. В таких комплексахоперацию сборки осуществляет стационарное технологическое устройство. Вовторой схеме промышленный робот непосредственно выполняет операциикомплектования и сборки деталей.
Тип технологических устройствдля автоматической сборки узлов изделий определяется главным образом видомсоединения, для которого они предназначены. Различают технологическиеустройства для сборки разъемных и неразъемных соединений.
Детали при сборке соединяютследующими способами: стапелированием (укладкой) с большими и малымизазорами; пластической деформацией (с натягом); упругой деформацией (спредварительным упругим деформированием одной из сопрягаемых деталей); склеиванием;свариванием; по резьбе.
Для выполнения указанныхсоединений с помощью ПР необходимы различные сборочные инструменты,приспособления и оборудование, к которым предъявляются следующие основныетребования:
1) обеспечение надежногозахватывания детали, ее транспортирования на сборочную позицию, а такжеустановки в приспособление или сопряжения с базовой деталью;
2) унификация хвостовиков,поясков и других элементов, инструмента, служащих для его установки аисполнительном органе ПР;
3) возможность встраивания винструмент датчиков, контролирующих наличие детали, процесс сборки, размерысобираемых деталей, их относительное расположение, качество сборки и другиепараметры;
4) унификация мест подключения кизмерительным и силовым пневмо — и электросетям (для сменного инструмента);
5) обеспечение захватнымиэлементами инструмента заданной точности базирования детали;
6) оснащенность инструментаустройством автопоиска или элементами, способствующими самоустановкеприсоединяемой детали под действием сил, возникающих при сборке;
7) отсутствие деформаций деталив результате действия на нее усилий, возникающих при сборке, захватывании ификсации (если это не требуется по условиям технологического процесса);
8) возможность легкойпереналадки инструмента (в широком диапазоне размеров) при измененииноменклатуры собираемых деталей;
9) оснащенность блокировочнымиустройствами, предотвращающими поломку инструмента;
10) возможность расширениятехнологических возможностей инструмента;
11) захватные устройствасборочного инструмента по возможности должны быть автономными (т.е. выполненнымиотдельно от инструмента) и совмещенными с инструментом.
Отдельно можно отметить, что ктехнологическим устройствам, работающим в составе РТСК, построенным по первой схеме,предъявляются требования: применение единого источника энергии, возможностьуправления от общей системы, а также эти устройства должны обладать достаточнойуниверсальностью и быстро переналаживаться с одного типоразмера на другой. Ктехнологическим устройствам, работающим в составе РТСК, построенным по второйсхеме, предъявляются требования единства источника энергии робота итехнологического устройства и возможности работы от единой системы управления. Таккак технологическое устройство крепится на конец руки манипулятора, к немупредъявляются требования снижения массы, а следовательно, и размеров дляуменьшения инерционных нагрузок в приводах роботов. Технологические сборочныеустройства должны иметь высокую производительность, обладать достаточной универсальностьюи надежностью в работе.
Автономные захватныеустройства обеспечивают соединение деталей, изменение их положения, а такжеперенос деталей и собранного изделия. Захватные устройства, совмещенные синструментом, применяют для выполнения основных сборочных операций. Однойиз таких операций, наиболее часто встречающейся в машиностроительномпроизводстве, является соединение деталей по цилиндрическим поверхностям (например,при установке подшипников, валов, вкладышей и манжет в корпус). При этом требуетсявысокая точность взаимного расположения сопрягаемых поверхностей и траекторийих перемещения или возможность компенсации таких погрешностей. Компенсациюосуществляют двумя способами:
1) активным (с применениемдатчиков, измеряющих, усилия и моменты, возникающие при сопряжении деталей, ивыдающих команды на дополнительные перемещения исполнительных узлов ПР изагрузочного устройства);
2) пассивным (с применениемкинематических элементов и приспособлений, устанавливаемых обычнонепосредственно на сборочном загрузочном устройстве или на инструменте иобеспечивающих автопоиск сопрягаемых поверхностей; при этом для реализацииавтопоиска на сопрягаемых деталях необходимо иметь соответствующиевспомогательные поверхности — фаски, скосы и т.п.).
Установка плоских прокладокиз листового материала производится с помощью электромагнитных иливакуумных захватных устройств. Вакуумные захватные устройства обеспечиваютбольшую точность установки и могут работать с прокладками из любого материала.
Широкое распространение получилиразличные конструкции устройств для автоматической сборки резьбовыхсоединений. Эти устройства имеют ряд преимуществ, которые особенно важныдля роботизированной сборки. К ним можно отнести универсальность, многообразиеготовых конструкторских решений, небольшие габаритные размеры.
В резьбовом соединении следуетразличать детали, в которых стержень имеет наружную нарезку резьбы (болт, винт,шпилька), и детали, имеющие резьбовые отверстия (гайка, любая деталь срезьбовым или рядом резьбовых отверстий). Разделение деталей в резьбовомсоединении на два вида диктуют различные методы подачи, базирования и фиксациив процессе сборки.
Осуществление сборки резьбовыхсоединений требует выполнения двух движений: поступательного и вращательного. Припроектировании средств автоматизации существенное значение имеет выборпрогрессивного способа сборки, который определяется методами базирования иотносительного ориентирования собираемых деталей, методами воздействия наобъекты сборки (на резьбовые детали).
Существуют два основныхметода относительного ориентирования собираемых деталей: в первомиспользуется базирование по неподвижным базам, во втором — одну из собираемыхдеталей или обе сразу базируют в подвижных базах.
Список литературы
1. Роботизированные технологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов,И.Г. Левченко, В.А. Фадеев — Учеб. Пособие. — Харьков. Нац. аэрокосмическийуниверситет «ХАИ», 2003. — 214с.
2. Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкиепроизводственные системы. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 309с.
3. Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение,1984. — 384с.
4. Гибкое автоматическое производство / под. ред. С.А. Майорова. — М.: Машиностроение,1985. — 456с.
5. Иванов А.А. ГПС в приборостроении. — М.: Машиностроение, 1988. — 282с.
6. Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированнымипроизводствами / под. ред. Н.М. Макарова, — М.: Радио и связь, 1981, ч.3 — 156с.
7. Широков А.Г. Склады в ГПС. — М.: Машиностроение, 1988. — 216с.