Файл: Учебное пособие Учебное пособие разработано в Омском государственном тех ническом университете.pdf

117 са и сведение его роли к наладке оборудования и к наблюдению за его рабо- той.
В классическом варианте повышение уровня автоматизации решало все вышеуказанные задачи, но резко снижалась универсальность автоматических производств, что и привело к необходимости создания гибких автоматизиро- ванных производств.
В процессе развития средств автоматизации на автоматический режим выполнения переводились различные этапы и операции технологических процессов.
Первый уровень автоматизации - это автоматизация цикла обработки.
Он сводится к автоматическому управлению последовательностью и харак- тером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности обрабатываемой детали.
Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня нашла в стан- ках с ЧПУ. При этом обеспечивается возможность осуществлять управление практически для неограниченной номенклатуры деталей, то есть такие стан- ки фактически являются универсальными с автоматической обработкой де- талей.
Применение таких станков повышает производительность труда в 2-4 раза. Существенно повышается также качество продукции. Загрузка – раз- грузка таких станков, однако, производится вручную, и они относятся к кате- гории станков – полуавтоматов.
Второй уровень автоматизации - это автоматизация загрузки – разгрузки станков-автоматов, в том числе и станков с ЧПУ. Наибольшей универсально- стью и быстротой переналадки обладают промышленные роботы (ПР), ис- пользуемые в качестве загрузочно – разгрузочных устройств.
По мере снижения требований к быстроте переналадки загрузочных устройств и увеличения размера партии обрабатываемых деталей упрощают- ся средства загрузки - разгрузки деталей в рабочую зону основного техноло-

118 гического оборудования (ОТО). На многоцелевых обрабатывающих центрах такими средствами часто служат автооператоры.
Второй уровень автоматизации обеспечивается с помощью роботизиро- ванных технологических комплексов (РТК), в которых ПР обслуживает еди- ницы или группу ОТО.
Третий уровень автоматизации - автоматизация контроля обрабатывае- мых деталей, состояния инструмента, состояния станков, а также контроля и подналадки технологического процесса.
При таком типе автоматизации возможна длительная работа оборудова- ния (в течение одной - двух смен) без участия человека.
Третий уровень автоматизации обеспечивается созданием адаптивных
РК, а также гибких производственных модулей, представляющий собой ком- плекс, состоящий из многооперационного станка (обрабатывающего центра), устройств приема и перемещения спутников (паллет), ПР (или автооперато- ров), устройств контроля, диагностирования и других вспомогательных ме- ханизмов и устройств, управляемых от общей системы автоматизированного управления.
Четвертый уровень автоматизации - автоматическая переналадка обору- дования с выпуска одного изделия на другое.
На существующем оборудовании переналадка пока осуществляется вручную и занимает значительную часть календарного времени (от несколь- ких часов до целой смены и больше). То есть этот этап производства до настоящего времени не автоматизирован и является слабым звеном в цепи средств автоматизации (автоматизированного производства).
Пятый уровень автоматизации - гибкие производственные системы
(ГПС), представляющие собой совокупность в различных сочетаниях обору- дования с ЧПУ, РТК, гибкие производственные модули (ГПМ), отдельных единиц ОТО и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени и обладающие свойством ав-

119 томатизированной переналадки при производстве изделий произвольной но- менклатуры в установленных пределах их характеристик.
При быстрой переналадке ГПС с выпуска одного изделия на другое (пе- реналадка вспомогательного технологического оборудования (ВТО), инстру- мента, замена управляющей программ) они должны обеспечивать производи- тельность, близкую к той, что обеспечивается в современном массовом про- изводстве при изготовлении деталей одного наименования.
Необходимо отметить, что повышение уровня автоматизации техноло- гического оборудования (ТО) тесно связано с ростом уровня организации всего производства на данном предприятии.
Изолированный станок с ЧПУ, ПР, ГПМ или РТК при одиночном ис- пользовании на предприятии, где не применяется в достаточно широких масштабах такое оборудование, не эффективен, так как в таких случаях, как правило, вся организация производства на таком предприятии не соответ- ствует требованиям, предъявляемым новой высокопроизводительной и нуж- дающейся в высококвалифицированном обслуживании техникой.
Таким образом, наиболее приемлемыми уровнями автоматизации, обес- печиваемыми непосредственно РТК, являются 2-й и 3-й.
11.2. Состав и классификация робототехнических комплексов
Робототехнический комплекс - это автономно действующая сово- купность технологических средств производства, включающая основное и вспомогательное технологическое оборудование и промышленные робо- ты, выполняющие технологические основные и вспомогательные опе- рации, а также обеспечивающая полностью автоматический цикл роботы внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства.
РК классифицируют по 5-и признакам:

120

по функциональному признаку,

по области применения,

по структурному признаку,

по компоновочному признаку,

по типу производственного подразделения.
По функциональному признаку различают роботизированный техно- логический комплекс (РТК) и роботизированный производственный ком- плекс (РПК).
Роботизированный технологический комплекс – это автономно дей- ствующая совокупность технологических средств производства, включаю- щая единицу или группу технологического полуавтоматического оборудова- ния, взаимодействующего с одним или несколькими ПР и набор вспомога- тельного оборудования, обеспечивающая полностью автоматический цикл работы внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства.
Роботизированный производственный комплекс - это автономно дей- ствующая совокупность технологических средств производства, включаю- щая как минимум один промышленный робот, выполняющий основные опе- рации технологического процесса (сборку, сварку, окраску и т. п.) и набор вспомогательного оборудования, обеспечивающая полностью автоматиче- ский цикл выполнения технологических операций внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства. При этом автоматизация вспомогательных операций внутри комплекса может выпол- няться с помощью других ПР.
По области применения различают роботизированные комплексы: ме- ханообработки; холодной штамповки; ковки; литья; прессования пластмасс; термической обработки и гальванопокрытий; сварки; окраски; транспортиро- вания; контроля и испытаний; сборки.
По структурному признаку различают:

121

однопозиционные РТК, включающие один ПР в комплекте с едини- цей технологического оборудования станок - робот, пресс – робот, то есть "оборудование - робот" (рис. 11.2).

групповые РТК, включающие один ПР, обслуживающий группу од- нотипного или разнотипного технологического оборудования (рис. 11.3);

многопозиционные РК (роботизированные центры РТЦ или РПУ), включающие группу ПР (рис. 11.4), выполняющих взаимосвязанные или взаимо- дополняющие функции (например, один ПР заливает металл в машину литья под давлением, а другой снимает готовые отливки; группа ПР осуществляет ряд сбо- рочных операций на многопозиционном поворотном столе).
Таким образом, структурный признак отражает взаимодействие ТО внутри комплекса.
Рисунок 11.2 – Однопозиционные РТК
Рисунок 11.3 – Групповые РТК

122
Рисунок 11.4 – Многопозиционные РТК
По компоновочному признаку различают 6 типовых схем. Тип компо- новки комплекса зависит от конструктивно - кинематического исполнения ПР, а именно: от типа основных (переносных) координатных перемещений ПР, определяющих характер его рабочей зоны, а также от схемы расположения тех- нологического оборудования.
1-я компоновочная схема РТК (рис. 11.5) – включает комплексы, характе- ризующиеся линейным расположением ОТО и ВТО. Такой тип компоновки создается на основе ПР, работающих в плоской прямоугольной системе координат, он применяется в основном в механообрабатывающем производстве для однопозиционных комплексов «станок - робот».
Рисунок 11.5 – Первая компоновочная схема РТК
2-я компоновочная схема РТК (рис. 11.6) характеризует линейно – парал- лельным расположением ОТО и ВТО. Она создается на базе ПР тельферного
(портального) типа с плечелоктевой конструкцией манипулятора. Применя- ется в основном в механообработке для комплексов группового типа (до 6-ти станков).

123
Рисунок 11.6 – Вторая компоновочная схема РТК
3-я компоновочная схема РТК включает комплексы (рис. 11.7), созданные на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат с горизонтальной осью вращения («качанием» манипулятора). Применяются в механообработке и кузнечнопрессовом производстве при однопозиционной структуре комплексов.
Имеет линейно - параллельную схему расположения оборудования.
Рисунок 11.7 – Третья компоновочная схема РТК
4-я компоновочная схема РТК (рис. 11.8) создается на базе ПР, работаю- щих в цилиндрической системе координат с вертикальной осью вращения, и ха- рактеризуется круговым расположением ОТО и ВТО. Применяется в основном в кузнечнопрессовом производстве при создании технологических комплексов
«пресс - робот», а также в механообработке при создании групповых комплексов
«группа станков - робот» (до 3-х станков).

124
Рисунок 11.8 – Четвертая компоновочная схема РТК
5 - я компоновочная схема РТК (рис. 11.9) создается на базе ПР, работаю- щих в сферической системе координат. В данную группу могут входить, например, ПР, имеющие широкие функциональные возможности (до 6-ти сте- пеней подвижности). Комплексы используются в наиболее сложных условиях – при групповом обслуживании разнотипного по схеме загрузки механообрабаты- вающего оборудования, при выполнении окрасочных и других работ. Схема рас- положения оборудования – двухрядная – линейно – параллельная либо круго- вая.
Рисунок 11.9 – Пятая компоновочная схема РТК
6 - я компоновочная схема РТК - смешанная. Используется при созда- нии многопозиционных комплексов литейного, сборочного, иногда кузнечно- прессового производства. В таких комплексах применяются, как правило, не- сколько ПР с различными конструктивно - компоновочными исполнениями.
По типу производительного подразделения различают:

роботизированные технологические ячейки (РТЯ);

125

роботизированные технологические участки (РТУ);

роботизированные технологические цеха (РТЦ).
Здесь классификационным признаком служит количество выполняе- мых в РК технологических операций.
РТЯ – в ней выполняется одна основная технологическая операция. Количе- ство единиц ТО и ПР в составе РТЯ не регламентируется. В РТЯ может совсем отсутствовать ТО, когда основную технологическую операцию выполняет непосредственно ПР, или, наоборот, могут отсутствовать как самостоя- тельные ПР, когда они конструктивно объединены с ТО.
РТУ – здесь выполняются несколько основных технологических опера- ций, которые объединены технологически, конструктивно (оборудованием) или организационно (управлением). Операции могут быть одинаковыми или разными.
РТЛ – это разновидность РТУ, в которой разные операции связаны друг с другом технологически.
В РТУ операции могут быть объединены по различным признакам, например, по принадлежности к одному виду технологического процесса, по выполнению на однотипном оборудовании и т.д.
РТУ не есть простое соединение РТЯ и может не иметь их совсем, как обособленных структурных единиц. Например, РТУ может включать несколь- ко единиц ТО, обслуживаемых одним ПР. В простейших РТУ может быть несколько ПР, последовательно выполняющих основные операции, например, сборку одного изделия.
Развитые РТУ содержат несколько единиц ТО и несколько единиц ПР.
РТЦ – это РТК, состоящий из нескольких РТУ, объединенных транспортной системой, межцеховым автоматизированным складом, системой управления и календарного планирования. Кроме того, РТУ оснащаются системами контроля качества продукции.

126
Вопросы к лекции 11:
1. Каково назначение робототехнических комплексов в промышленно- сти?
2. Каковы уровни автоматизации машиностроительного производства?
3. Какие уровни автоматизации целесообразно обеспечивать на основе использования робототехнических комплексов?
4. Поясните понятие робототехнический комплекс.
5. Приведите классификацию РК по функциональному признаку.
6. Приведите классификацию РК по области применения.
7. Приведите классификацию РК по структурному признаку.
8. Приведите классификацию РК по компоновочному признаку.
9. Приведите классификацию РК по типу производственного подразде- ления.
Лекция 12. Компоновка РТК и возможные траектории схвата
манипулятора
12.1. Компоновочные схемы РТК
Компоновка РТК и состав его оборудования являются наиболее существенными факторами, влияющими на траектории схвата. Важным фактором являются также функции, выполняемые роботом в РТК.
Различают несколько типов производственных ситуаций.
1. Промышленный робот только загружает или только разгружает обо- рудование, а также, если робот обслуживает РТК с объединенными входом и выходом.
Примеры:

127 1.1. ПР из входного накопителя подает заготовки в штамп (рис. 12.1а), а после изготовления детали она сдувается сжатым воздухом, сталкивается дополнительным приспособлением или забирается другим роботом.
1.2. Робот снимает деталь после обработки на токарном станке при ис- пользовании в качестве заготовки пруткового материала. а) б)
Рисунок 12.1 – РТК с объединенным входом и выходом
1.3.
Робот забирает заготовку с тактового стола, ставит ее в приспо- собление станка, а на освободившееся место кладет деталь, вынесенную при обратном движении из зоны станка (рис. 12.1б).
В этом случае траектории схвата в прямом и обратном направлениях совпадают.
2. Робот обслуживает РТК, в котором входной и выходной накопители
(или позиции захвата заготовки и разгрузки детали) расположены на небольшом расстоянии друг от друга.
Примеры:
2.1.
Заготовка берется с одного транспортера, а деталь укладывается на другой, расположенный рядом (рис. 12.2 а). Ситуация вызвана тем, что деталь после существенного изменения ее формы в процессе обработки или с целью сохранения чистоты обработки поверхности не может быть уложена в транспортер заготовок.