Роботизовані технологічні комплекси РТК механообрабативабщего і заготівельного виробництва

Роботизовані технологічні комплекси (РТК) механообрабативабщего і заготівельного виробництва

Характеристика та критерії вибору деталей, призначених для механічної обробки на РТК типу «верстат - промисловий робот (ПР)»

Близько 60% заготівель деталей (отримані методами прокатки, кування, штампування, лиття, зварювання) піддаються механічній обробці.

Для визначення номенклатури деталей, механічна обробка яких технічно можлива і доцільна на РТК типу «верстат - ПР», необхідно враховувати наступні фактори:

• конструкцію деталі (тобто геометричну форму і взаємне розташування його елементів);

• вигляд і стан заготовки, що надходить на обробку;

• технічні вимоги,

• пред'являються до деталі;

• габарити і масу деталі.

Конструкції деталей, призначених для обробки на РТК типу «верстат - ПР», повинні забезпечувати:

1) наявність однорідних за формою і розташуванням поверхонь для базування і захоплення, що дозволяють без додаткової вивірки встановлювати деталі на верстат з допомогою універсальної технологічної оснастки (центрів, патронів, пневмотісков і т.п.);

2) наявність явно виражених поверхонь, за допомогою яких деталі можна транспортувати і складувати близько верстатів в орієнтованому вигляді, використовуючи для цього стандартизовану допоміжну оснастку (ящики, піддони тощо);

3) можливість уніфікації технологічних процесів і типів технологічного обладнання з метою застосування групового методу обробки.

Враховуючи зазначені вимоги, а також технічні параметри і рівень автоматизації сучасних ПР і верстатів, для механічної обробки на РТК типу «верстат - ПР» рекомендуються такі деталі:

1) гладкі і ступінчасті вали (прямоосние й ексцентрикові) діаметром до 160 мм і довжиною до 2000 мм;

2) диски, фланці, кільця, гільзи і втулки діаметром до 400 мм і довжиною до 250 мм;

3) плоскі і об'ємні деталі найпростішої форми (планки, кришки, шпонки, косинці, коробчаті деталі і т.п.) розмірами (довжина х ширина) до 1000X1000 мм.

Оскільки при виборі ПР визначальним чинником є його вантажопідйомність, важливим показником оброблюваних на РТК деталей стає їх маса, рекомендовані значення якої складають 1 - 250 кг для деталей типу тіл обертання і 1 -500 кг для плоских та об'ємних деталей.

Деталі типу тіл обертання за розмірами (зовнішній діаметр D, довжина L) і масі т умовно поділяються на такі групи:

Деталі типу валів (L 2D)

№ групи 1 2 3 4 5

D, мм - до 50 30-80 40-125 50-160 50-160

L, мм - до 500 500-1000 710-1400 1000 -1400 1400-1200

m, кг - до 10 до 40 до 80 до 100 до 250

Деталі типу фланців (L 2D)

№ групи 1 2 3 4

D, ММ - до 160 до 250 до 320 до 400

L, мм - до 200 до 200 до 250 до 250

m, кг - до 40 до 80 до 160 до 250

Деталі плоскі і об'ємні за розмірами (довжина L, ширина В) і масі m умовно поділяються на такі групи.

Деталі коробчатої форми (L У Н, де Н - висота деталі)

№ групи 1 2 3 4

ВхL, мм - До 300x300 До 500x500 До 800x800 До 1000x1000

m, кг До 40 До 160 До 250 До 500

Деталі плоскі (L В; Н <В / 2)

№ групи 1 2 3 4

BxL, mm - До 300x300 До 500x500 До 800x800 До 1000x1000

m, кг - До 20 До 40 до 80 до 160

Аналіз технологічних процесів механічної обробки

Автоматизація механічної обробки за допомогою ПР здійснюється як шляхом створення РТК на базі наявного на підприємствах обладнання, так і шляхом оснащення підприємств серійними РТК, що випускаються верстатобудівними заводами. Створення РТК на базі наявного обладнання потребує модернізації верстатів, призначених для вбудовування в РТК, а також відповідної організації зберігання і транспортування деталей, оброблюваних на РТК. Тому створення РТК повинні передувати попередній технологічний аналіз та розробка необхідної технологічної і технічної документації.

В умовах серійного виробництва застосування РТК доцільно тільки на базі групового методу обробки деталей. Для реалізації цього методу необхідно:

1) на основі відповідних критеріїв встановити номенклатуру деталей-представників;

2) розробити типові технологічні процеси обробки таких деталей;

3) вибрати технологічне устаткування, що забезпечує механічну обробку основних поверхонь деталей та придатне (за рівнем автоматизації) для вбудовування в РТК.

При розробці технологічного процесу обробки деталей в умовах РТК необхідно передбачити:

1) максимально можливу концентрацію технологічних операцій на верстатах з ЧПК, що дозволяє скоротити число перевстановлення деталей в процесі обробки, підвищити точність обробки і зменшити час виробничого циклу;

2) укомплектування верстатів технологічним оснащенням, забезпечує при легкого і швидкого переналагодженні точне базування і надійне кріплення деталей (в широкому діапазоні їх розмірів) в процесі обробки;

3) ретельну підготовку баз на оброблюваних виробах, що гарантує виконання заданих кресленнями технічних вимог (обробка базових поверхонь може вироблятися як на обладнанні РТК, так і поза РТК перед надходженням деталі на комплекс).

На РТК рекомендується виконувати тільки відпрацьовані, перевірені технологічні операції, час виконання яких не перевищує нормативного періоду стійкості ріжучого інструменту.

Технологічне обладнання, що входить до складу РТК, бажано вибирати таким чином, щоб положення осі деталі при її транспортуванні та обробці було постійним (горизонтальним або вертикальним).

До заготівлях, оброблюваним на РТК, пред'являються підвищені вимоги:

1) відсутність задирок на кованих і катаних заготовках і прибутків на литих заготовках; обов'язкова зачистка швів на зварних заготовках;

2) заготовки з легованих сталей важкооброблюваних повинні бути піддані віджиманню (поліпшення);

3) литі заготовки з чавуну і кольорових металів повинні бути зачищені і не мати літників, прошпатлевать, перевірені на розмірну точність (останнє відноситься до відповідальних відливок).

При створенні РТК рекомендується їх спеціалізація за двома групами виконуваних операцій:

1) РТК для чорнових і получістовой операцій, на яких знімається основний обсяг стружки;

2) РТК для оздоблювальних (фінішних) операцій, на яких досягається необхідна точність обробки.

Вимоги до обладнання РТК механообробки

Загальні вимоги до РТК полягають у наступному:

1) планування РТК повинна забезпечувати вільний, зручний і безпечний доступ обслуговуючого персоналу до основного і допоміжного обладнання та органам управління РТК;

2) планування повинне виключати перетинання трас проходження ПР і оператора в процесі роботи ПР за програмою;

3) РТК повинен бути забезпечений засобами захисту від можливого проникнення людини в зону дії ПР (світлозахист, огорожі, звукова сигналізація, захисні сітки і ін), причому автономно функціонують засоби захисту повинні працювати одночасно, підстраховуючи один одного;

4) розміщення засобів захисту РТК не повинно: обмежувати технологічних можливостей основного обладнання та ПР; погіршувати зручність їх обслуговування; перешкоджати візуальному спостереженню оператора за ходом технологічного процесу;

5) розміщення засоби управління РТК має забезпечувати вільний і швидкий доступ до органів аварійного відключення ПР і безпеку оператора при управлінні ПР в налагоджувальному режимі;

6) планування РТК повинна забезпечувати безперешкодне переміщення оператора поза робочим простору ПР протягом роботи ПР за програмою, а також можливість спостереження оператором за ходом виконання виробничих операцій і станом обладнання;

3.1 Вимоги до металорізальних верстатів, що входять до складу РТК

При виборі верстатів, рекомендованих для вбудовування в РТК, слід керуватися певними критеріями, основні з яких наступні.

1. Поширеність і перспективність верстатів, що випускаються серійно », а також планованих до серійного випуску. Доцільно також створювати РТК на базі широко поширених в машинобудуванні моделей верстатів, що є на даному підприємстві.

2. Можливість реалізації заданого технологічного процесу обробки типових деталей в умовах різної серійності їх випуску. Виходячи з цього рекомендується включати до складу РТК наступні верстати-напівавтомати, призначені для обробки деталей з штучних заготовок: токарні патронні та центрові (горизонтальної і вертикальної компоновки); токарно-револьверні; токарні багаторізцеві і багатошпиндельні; токарно-лобові; фрезерно-центровальние і підрізні центровальние; вертикально-свердлильні; багатоцільові; фрезерні із хрестовими столами; плоско-, внутрішньо-і круглошліфувальні верстати (горизонтальної і вертикальної компоновки); шліці-фрезерні та шліці-шліфувальні; шпоночно-фрезерні; протяжні (для внутрішнього і зовнішнього протягування); різьбо -фрезерні та різьбо-шліфувальні; обробно-розточувальні верстати; агрегатні (що складаються з уніфікованих вузлів); ​​зубообробні.

3. Розмірні параметри верстатів. Оскільки РТК створюються в основному для обробки виробів масою до 500 кг, до складу комплексів рекомендується включати верстати, що мають такі основні розміри: діаметр оброблюваної деталі при установці над станиною Dy до 320 мм і відстань між центрами до 2000 мм - для центрових верстатів (токарних, круглошліфувальних та ін); Dy до 630 мм - для верстатів токарних патронних, токарно-лобових, внутрішньошліфувальних, зубообробних; розмір столу в плані (довжинах ширина) до 1600X630 мм - для свердлильно-фрезерно-розточувальних верстатів з прямокутними столами; діаметр столу до 2000 мм - для верстатів з круглими столами.

4. Рівень автоматизації ставка - основний критерій, що визначає можливість включення верстата до складу РТК. Чим вище рівень автоматизації, то з меншими конструктивними переробками (як правило, шляхом незначної модернізації) можливий перехід верстата на роботу в автоматичному режимі, в комплексі з ПР, при цьому верстат може досить швидко переналагоджувати на обробку нового виробу. Слід також враховувати ступінь автоматизації допоміжних операцій (контроль деталей, відведення та підведення загороджень, висновок стружки та ін.) Тому до складу РТК рекомендується в першу чергу включати верстати з ЧПУ і циклових програмним управлінням і верстати-напівавтомати.

Спільна робота верстатів з ПР вимагає доопрацювання електричної схеми верстата з метою забезпечення обміну необхідною інформацією між верстатом і ПР. Такий обмін здійснюється за допомогою команд, що надходять з електросхеми верстату в електросхему ПР і навпаки.

Розташування та розміри зони завантаження верстата. Під зоною завантаження розуміється частина робочої зони верстата, до якої надходить заготівля перед її завантаженням в затискні пристрої верстата.

Типові схеми зон завантаження верстатів наведені в табл. 1. Належність до тієї чи іншої схемі визначається напрямком подачі заготовок в зону завантаження (зверху, збоку, спереду, ззаду) і маніпуляційними переміщеннями загарбного пристрої ПР, необхідними для встановлення заготовки в затискні пристрої верстата.

Як видно з таблиці 1 всі дванадцять схем мають певні обмеження з точки зору можливості входу заготівлі в зону завантаження. Кожна з цих зон розглядається як куб, в який заготівля може увійти з п'яти сторін по трьох осях координат (X, Y і Z). Точка перетину цих осей прив'язана до осі симетрії інсталяційного пристосування верстата, а вісь X умовно спрямована по ходу руки ПР. тобто перпендикулярно передній стороні верстата.

Схема 10, що забезпечує вхід заготовки по трьох осях з п'яти сторін, характерна для верстатів, в зону завантаження яких деталі подаються встановленими на пристосування-супутники. Наступні схеми (у зв'язку з наявністю обмежувальних площин, що обумовлено конструктивними особливостями верстатів) поступово звужують можливості входу заготівлі е зону завантаження (наприклад, схема 120 забезпечує вхід заготівлі тільки по одній осі і тільки з одного боку). Аналіз показує, що найбільше число верстатів (близько 30%) має зону завантаження за схемою 60 (завантаження можливе по двох осях з двох сторін), а 25% загального числа верстатів - зону завантаження за схемою 30 (завантаження можливе по трьох осях з чотирьох сторін ).

Процес завантаження верстатів з допомогою ПР умовно поділяється на три етапи:

1) транспортування заготівлі від місця зберігання до верстата (спосіб реалізації цього етапу залежить від компонування РТК і конструктивного виконання ПР);

2) переміщення заготовки в зону завантаження верстата (спосіб реалізації цього етапу залежить від форми та взаємного розташування обмежувальних площин зони завантаження;

3) введення заготівлі в базує (установче) пристосування верстата, що здійснюється за допомогою орієнтувальних рухів ПР (спосіб реалізації цього етапу залежить від розташування пристосування на одній з обмежувальних площин зони завантаження і принципу дії самого пристрою).

Таким чином, верстати, що включаються до складу РТК, повинні забезпечувати:

1) автоматичний затискач і звільнення деталі на верстаті;

2) точне і надійне базування деталі в інсталяційному пристосуванні верстата;

3) відділення відходів (стружки, шламу) від деталі в процесі різання і механізоване видалення їх із зони обробки;

4) автоматизацію контролю окремих параметрів деталі в процесі обробки;

5) автоматизовану зміну інструменту в процесі обробки;

6) зв'язок систем управління та електросхем верстата і ПР, що забезпечує повністю автоматичний цикл роботи РТК;

7) можливість безпечного (для обслуговуючого персоналу) і безперешкодного доступу (бажано ззаду або зверху) руки ПР у робочу зону верстата в процесі завантаження - розвантаження останнього;

8) автоматизацію переміщення огородження; 19) надійність роботи верстата і всього РТК.

Таблиця 1

Крім того, верстати повинні бути укомплектовані легко переналагоджуваної технологічним оснащенням, які забезпечують точне базування і надійне кріплення деталей у широкому діапазоні їх розмірів у процесі обробки.

Вимоги до промислових роботів

ПР повинні здійснювати:

1) установку заздалегідь орієнтованих заготовок у робочу зону верстата;

2) зняття деталей з верстата і розкладку їх у тару або укладання в магазин (конвеєр);

3) кантування деталей;

4) видачу технологічних команд для управління технологічним обладнанням;

5) транспортування деталей між верстатами.

Основні вимоги до ПР, використовуваним для автоматизації металорізальних верстатів, наступні:

1) конструктивні та технологічні параметри ПР (вантажопідйомність, швидкість переміщення робочих органів, точність позиціонування, розміри робочої зони, тип програмного керування) повинні відповідати параметрам верстатів, для обслуговування яких вони призначаються;

2) застосування ПР повинне забезпечити: підвищення продуктивності верстатів не менше ніж на 20%, підвищення якості обробки; підвищення коефіцієнта завантаження верстатів у 2 - 2,5 рази; зниження трудомісткості на одиницю продукції в 2 - 2,5 рази;

3) ПР має мати число ступенів рухливості, забезпечуючи при цьому необхідний обсяг операції при обслуговуванні як верстата, так і допоміжного обладнання РТК;

4) достатній ступінь універсальності, що дозволяє при переході РТК на обробку нового виробу обходитися мінімальною переналадкой ПР;

5) висока надійність, що забезпечує наробіток ПР на відмову не менше 1000 год;

6) наявність зони безпеки, перебуваючи в якій обслуговуючий персонал може безперешкодно спостерігати за процесом різання і в разі аварійної ситуації приймати відповідні заходи, не наражаючись при цьому можливості бути травмованим ПР.

Автоматизація металорізальних верстатів з допомогою ПР може здійснюватися в двох напрямках. Перший напрямок - створення однопозиційних РТК, в яких ПР обслуговує один верстат. При цьому ПР може бути автономним або вбудованим в верстат. Автономні ПР застосовують для обслуговування верстатів різного технологічного призначення, що мають єдину схему маніпуляційних переміщень при завантаженні - вивантаженні деталей, причому оброблювані на цих верстатах деталі повинні входити в одну групу за такими параметрами, як тип, розміри і маса. Вбудовані маніпулятори створюють, як правило, для однієї певної, моделі верстата. Другий напрямок - створення багатопозиційних (групових) РТК, в яких ПР обслуговує групу з 2 - 6 верстатів. У багатопозиційних РТК у функції ПР крім завантаження обладнання також входять транспортування деталей між верстатами, переорієнтація деталей, управління верстатами.

Вимоги до допоміжного обладнання і технологічної оснастки РТК

Допоміжне обладнання входить в РТК типу «верстат-ПР», складається з транспортно-накопичувальних пристроїв, які забезпечують безперервну роботу РТК в автоматичному циклі протягом заданого часу.

Функції транспортно-накопичувальних пристроїв наступні:

1) накопичення певної кількості орієнтовано розташованих заготовок на вихідній позиції РТК;

2) поштучна видача заготовок у певне місце, де вони захоплюються ПР;

3) транспортування виробів усередині РТК із збереженням їх орієнтації та передача їх на наступні ділянки;

4) переорієнтація виробів між верстатами РТК (при необхідності);

5) зберігання міжопераційного заділу і зачепила, призначеного для іншого РТК.

Вимоги до допоміжного обладнання визначаються: типом РТК; параметрами (тип, форма, матеріал, розміри) оброблюваних деталей; типом і кількістю що входять в РТК верстатів; серійністю випуску та штучним часом обробки деталей на верстатах. Типом РТК і входять до його складу верстатів визначаються: функції допоміжного обладнання (зберігання, безперервне транспортування, крокова подача і т, д.); положення осі виробу при зберіганні і транспортуванні; конструктивне виконання допоміжного обладнання (магазин, тактовий стіл, конвеєр і ін ).

Параметрами оброблюваних деталей визначаються форма і розміри ложементів (призми, штирі, отвори і т.д.) для встановлення деталей. Серійністю і штучним часом обробки визначається місткість допоміжних пристроїв. Допоміжне обладнання має створюватися на базі уніфікованих елементів для можливості його швидкого переналагодження

Вибір технологічної оснастки РТК здійснюють з урахуванням наступних положень:

1) ПР сам по собі не забезпечує необхідну для обробки точність базування деталі в пристосуванні. Тому технологічне оснащення повинна забезпечувати: можливість установки в ній деталі за допомогою ПР заданої моделі; необхідну точність базування; надійність закріплення деталі в процесі обробки;

2) щоб гарантувати правильне положення деталі в базує пристосуванні верстата, бажано оснастити РТК контрольними датчиками, що фіксують положення деталі перед початком обробки і розташованими як на захопно пристрої ПР, так і на самому верстаті;

3) необхідно заздалегідь перевірити, чи можна наявну на верстаті технологічне оснащення пристосувати для роботи в умовах РТК без її модернізації.

Список літератури

1. Роботизовані технологічні комплекси / Г.І. Костюк, О.О. Баранов, І.Г. Левченко, В.А. Фадєєв - Учеб. Посібник. - Харків. Нац. аерокосмічний університет «ХАІ», 2003. - 214 с.

2. Широков А.Г. Склади у ДПС. - М.: Машинобудування, 1988. - 216 с.