Создание роботизированного технологического комплекса (РТК)

/

/

Роботизация возникла как реакция на потребность автоматизации вспомогательных ручных операций на производствах с вредными условиями труда и на производствах с высоким уровнем автоматизации технологических процессов. Основной задачей роботов в автоматизированном производстве является выполнение в производственном процессе двигательных функций, осуществляемых в неавтоматизированных производствах руками человека. Эффективное решение этой задачи в автоматизированном производстве расширило область применения роботов в непроизводственной сфере (например, при выполнении транспортно-складских операций). Повышение качественных показателей воспроизведения движения привело к тому, что роботы стали использоваться в таких важных областях основного производства, как сварка, нанесение покрытий, сборка и контроль.

В данном проекте РТК робот предназначен для обслуживания основного технологического оборудования и выполняет операции загрузки и разгрузки основного оборудования, транспортно-складские операции.

Наряду с разработкой технологических процессов, ориентированных на применение РТК, для организации среды необходимо изготовление вспомогательного оборудования, дополняющего систему «пресс — робот» до комплекса. Производство заданной детали крупносерийное. В таких случаях к основному и вспомогательному оборудованию предъявляются требования быстрой переналадки и перекомпоновки, так как оно характеризуется, прежде всего, ограниченным временем производства продукции при большом ее объеме и ограниченной номенклатуре. Крупносерийное производство характеризуется значительными капиталовложениями, которые не могут окупиться за срок выпуска изделий одной номенклатуры. Поэтому снижение времени подготовки производства и себестоимости продукции зависит от заложенной в проект гибкости использования оборудования. Эффективным методом построения этого производства являются ГАЛ на основе универсальных станков и станков с ЧПУ, объединяемых с помощью промышленных роботов в предметные робототехнические комплексы.

ЗАДАНИЕ

Разработать технологическое предложение (по ГОСТ 2.103−68 и СТП ИрГТУ 05−2000) на создание роботизированного технологического комплекса (РТК) для изготовления заданной детали методом механической обработки, штамповки или литья. Задание представлено в таблице 1:

Таблица 1. Задание на курсовой проект.

1. АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

В качестве заготовок используются штучные заготовки в виде пластин размером 90×90 мм и толщиной 2,5 мм.

Подготовка материала для штамповки заключается в удалении с поверхности окалины и следов коррозии (травление).

Поверхность материала, поступающего на штамповку, должна быть свободной от окалины, так как она не позволяет успешно проводить любую из операций холодной штамповки. При резке, вырезке, пробивке окалина приводит к быстрому затуплению режущих кромок ножей и является причиной шероховатости и неровности поверхности среза. При формоизменяющих операциях (рельефная штамповка) окалина, вдавливаясь в материал, вызывает разрыв штампуемой детали и портит полированные рабочие поверхности штампов (пуансонов и матриц).

Коррозия материала также оказывает вредное влияние на полированную рабочую поверхность формоизменяющих штампов, так как снижает их стойкость.

Заданную деталь нужно получить из стали 45. Физико-механические свойства этого материала приведены в таблице 2 [11]:

Таблица 2. Физико-механические свойства стали 45.

где: _т — физический предел текучести;

_ср - напряжение среза;

— относительное удлинение;

— относительное сужение;

а — удельная теплоемкость.

Дальнейшая обработка детали проводится на прессовом оборудовании за одну операцию, что позволяет использование универсального станка и комбинированного штампа.

Так же данную деталь можно получить из цельных заготовок механообработкой.

В случае штамповки и в случае механообработки можно достичь одинаковой точности JT14 и шероховатости поверхности Rz40. Метод обработки давлением, в отличие от механообработки, позволяет экономнее использовать материал. Второе его преимущество в том, что в результате его пластического деформирования не нарушается сплошность металла в поверхностных слоях, а значит такая деталь прочнее полученной механообработкой.

При обработке заготовка устанавливается на нижнюю ровную плоскость, которая является установочной, измерительной и главной базой, что позволяет достичь высокой точности размера. Заданная деталь имеет простую конструкцию и не требует использования специальных инструментов, оснастки и дополнительных приспособлений.

Деталь симметрична относительно вертикальной оси, имеет небольшие габаритные размеры и это позволяет ориентировать ее автоматически. В то же время заготовка весит:

Где:

— объем заготовки;

— площадь заготовки;

— толщина заготовки;

— плотность материала заготовки (7800 кг/м³ для материала сталь)

Данная заготовка относится к бункеруемым. Подача к месту обработки может производиться магазинным, шиберным, бункерным загрузочным устройством. Для перемещения детали может быть использован манипулятор с вакуумным или магнитным схватом.

2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В качестве основного оборудования используется гидравлический пресс-автомат с комбинированным штампом. Наличие гидравлического привода позволяет развить большие усилия штамповки значительно снизить шумность. Это позволяет снизить затраты на дальнейшую разработку устройств звукопоглощения и виброизоляции.

Для данной детали потребное усилие вырубки определится по формуле:

Ниже приведена сравнительная таблица характеристик гидравлических прессов.

Таблица 3. Параметры гидравлических прессов.

Все прессы в данной таблице обладают номинальными одинаковыми усилиями, однако имеют отличия, а следовательно, свои достоинства и недостатки.

Пресс ПБ6326Б-01 имеет меньшую по сравнению с остальными прессами мощность привода, однако, его быстродействие так же ниже, чем у остальных прессов.

Пресс П6326Б имеет большую мощность двигателя и соответственно, большее быстродействие, меньшую по сравнению с остальными прессами занимаемую площадь. Однако, у данной модификации отсутствует дополнительное оборудование.

Пресс П3226 В имеет большие габариты, но при этом, данная модификация пресса оснащена станиной для крепления шиберного загрузочного устройства, что позволит значительно снизить время производства детали за счет того, что заготовка в матрицу будет подаваться не роботом, а шиберным загрузочным устройством.

Исходя из этого, выбираем автоматизированный гидравлический пресс П3226 В (поз.1 в графической части на чертеже 01.004.00.03).

3. ВЫБОР ТИПА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

При плоской обработке давлением находят свое применение относительно простые типы промышленных роботов. Применение промышленных роботов преследует следующие цели: удаление человека из опасных зон прессов, освобождение его от монотонной работы и повышение производительности труда. В данном проекте речь идет об установке заготовок в инструмент машины для обработки давлением и снятии готовых штамповок.

Для выбора требуемой модели робота определяю некоторые его необходимые параметры:

а) сменная программа выпуска деталей:

где:

— годовая программа выпуска деталей, которую принимаем равной 500 000 шт;

— продолжительность смены, принимаем равной 7,2 ч;

— действительный годовой фонд времени работы участка, принимаем равным 2148,4 ч.

б) длительность технологического цикла ПР:

где:

— машинное время, затрачиваемое на штамповку детали, принимаем равным 3 с;

— заготовительное время, затрачиваемое на установку заготовки в штамп и снятие готовой детали, которое принимаем равным 7 с, т.к. пресс оснащен шиберным подающим устройством, операция подачи должна быть исключена. Подача заготовки в рабочую позицию будет производиться шибером синхронно со снятием заготовки.

в) производительность комплекса:

где:

— время наладки оборудования в течение одной смены, которое принимаем равным 1ч=3600с.

Так как Пк>Nсм, то необходимо использовать однорукий ПР.

г) грузоподъемность робота:

где:

— масса заготовки, равная 0,16 кг

— масса готовой детали, равная примерно 0,14 кг;

— масса предполагаемого захватного устройства, которую принимаем равной 0,75 кг.

Тогда:

Число степеней подвижности ПР определяю по необходимому уровню ориентации детали и конструкции предполагаемой вспомогательной оснастки. При работе необходимо осуществлять поворот руки влево/вправо, их подъем/опускание и втягивание/вытягивание. Таким образом, робот должен иметь не менее 3-х степеней подвижности.

Тип рабочей зоны ПР и величины перемещений по отдельным степеням подвижности определяется по параметрам рабочей зоны основного технологического оборудования.

Тип привода выбирается в зависимости от грузоподъемности. Данный робот будет производить транспортировку детали и схвата с общей массой около 1 кг. Для таких работ приемлем пневматический и сервопривод. Они наиболее распространен в конструкциях ПР грузоподъемностью до 20 кг. Обладают высоким быстродействием, способны реализовать требуемые движения; надежны при работе в широком диапазоне температур.

Наиболее широкое распространение в наше время получили так называемые SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm) роботы. Название переводится как «Селективный робот-рука».

Кинематическая структура данного робота была приложена японским ученым Хироши Макино в 1981 году. Её отличительной особенностью является то, что робот является подвижным в плоскости ХУ и жестким в направлении оси Z. Два последовательно сочлененных звена поворачиваются в плоскости ХУ, что делает робот похожим на человеческую руку. Это дает возможность роботу брать и передавать предметы, огибая препятствия.

Кинематическая схема данного робота изображена на рисунке 2. [1]

Рисунок2. Кинематическая схема селективного робота.

Современные сервоприводы в сочетании с высокоточными подшипниками обеспечивают высочайшее быстродействие и точность. Небольшая масса, габаритные размеры и относительная простота конструкции делают этот робот очень приемлемым в сочетании «цена-качество».

Точность позиционирования ПР определяется по требуемой точности установки деталей в основное технологическое оборудование. Для установки детали в штамп пресса в нашем случае будет использовано шиберное загрузочное устройство. Следовательно, точность изготовления исполнительных элементов ШЗУ напрямую повлияет на точность позиционирования детали в штампе. К ПР особых требований по точности предъявляться не будет, т.к. в функции ПР будет входить только снятие детали с матрицы.

Для обслуживания пресса может быть использован ПР, установленный стационарно.

Робот подбираем, используя литературу и интернет-ресурсы [4],[6].

Таблица 4. Параметры промышленных роботов.

Из приведенных выше параметров промышленных роботов разных производителей можно сделать следующие выводы:

Современный робот с сервоприводом:

· сравним по быстродействию с пневматическими роботами.

· имеет большую гибкость благодаря кинематической структуре (позволяет огибать препятствия).

· имеет несравненно большее количество программируемых точек по сравнению с пневматическим роботом (работа только по упорам).

· быстрее перепрограммированию благодаря наличию контроля над всеми координатами.

На основе полученных параметров по каталогам выбираем наиболее подходящую модель промышленного робота: LS-6−602S SCARA (рис.3) производства фирмы EPSON. (поз.3 в графической части на чертеже 01.004.00.03). Данный робот имеет больший вылет руки (на 50 мм) легче приведенного выше аналога по массе, имеет схожее быстродействие.

Рисунок 3. Промышленный робот LS-6−602S SCARA.

4. ВЫБОР СТУКТУРЫ РТК

Структура РТК зависит от состава основного и вспомогательного технологического оборудования, модели ПР, вида обработки и продолжительности технологических операций, годовой программы выпуска. Учитывая особенности выбранного технологического оборудования и робота, определяю его компоновку.

Данный РТК имеет структуру РТК-1, т. е. один робот обслуживает одну единицу технологического оборудования или одно рабочее место, при этом используется автоматизированный пресс и тара для готовых деталей. ПР установлен на отдельном фундаменте между прессом и тарой. При работе рука робота переносит готовую деталь от пресса в тару для готовых деталей. В это время шиберное загрузочное устройство проталкивает новую заготовку в пресс. В качестве загрузочного устройства принимаю шиберное загрузочное устройство, которым укомплектован пресс. Компоновка РТК-1 изображена на рисунке 4.

Рисунок 4. Компоновка РТК-1:

1 — пресс; 2 — устройство подачи заготовок; 3 — шибер; 4 — ПР; 5 — устройство приема деталей;

5. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА

Шиберное загрузочное устройство (поз.14 в графической части на чертеже 01.004.00.03) вынимает заготовку из стопы на фиксированную позицию, с которой рука ПР снимает ее и устанавливает в рабочую зону станка. Пневмоцилиндр ШЗУ вытягивает шибер с заготовкой, после того, как робот забрал заготовку, шибер проталкивается в исходное положение. Этот цикл повторяется заново.

Конструктивная схема шиберного загрузочного устройства показана на рисунке 5.

Рисунок5. Шиберное загрузочное устройство:

1 — накопитель с заготовками; 2 — основание; 3 — пневмоцилиндр;

4 -поршень; 5 — шток; 6 — толкатель (шибер)

Исходными данными для расчета элементов шиберного загрузочного устройства являются: количество и материал заготовок, коэффициент трения. В процессе расчета определяются габаритные размеры накопителя и основные параметры привода. В случае использования пневмопривода этими параметрами являются диаметр и ход штока поршня.

При условии загрузки заготовок 4 раза за рабочую смену, количество заготовок в стопе составит:

Усилие шибера

Где Р_пр -усилие, необходимое для проталкивания заготовки;

Р_дин — динамическое усилие.

Усилие проталкивания

где = 1,6 … 1,9;

F_тр — сила трения.

Сила трения

где f_тр — коэффициент трения, для пары сталь-сталь без смазки, f_тр=0,15.

N — сила нормального давления стопы заготовок.

Сила нормального давления

где m_з — масса заготовки;

Q — количество заготовок;

g — ускорение свободного падения.

Динамическое усилие

где m_ш— масса подвижных частей шиберного устройства;

.

Тогда:

Расчет цилиндра проталкивания шибера:

1) Внутренний диаметр цилиндра:

где: F — усилие проталкивания,

P_M - давление в магистрали, P_M = 0,63 МПа

Из каталога стандартных пневмоцилиндров принимаю пневмоцилиндр с диаметром поршня. Данное изделие может быть куплено в виде стандартного изделия. Одной из фирм, широко представленным на рынке и зарекомендовавшей своё качество является итальянская фирма «Camozzi».

Данный пневмоцилиндр имеет следующую маркировку: 31M2A032A200

Где: 31 — номер серии;

М — модификация штока (с наружной резьбой);

2 — двустороннего действия;

А — материалы (корпус из анодированного алюминия и шток из нержавеющей стали);

032 — диаметр поршня, мм;

А — тип крепления (стандартный);

200 — ход штока, мм.

Рисунок6. Общий вид пневмоцилиндра Camozzi 31M2A032A200

6. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЗАХВАТНЫХ ОРГАНОВ

Для ПР, использующегося в разрабатываемом РТК, необходимо выбрать универсальный либо спроектировать специальный захватный орган.

К захватным органам предъявляются следующие требования:

— высокая точность;

— достаточная величина хода;

— высокое быстродействие;

— возможность регулирования силы схватывания;

— возможность захвата объектов с изменяющейся формой и размером;

— отсутствие повреждений поверхностей;

— надежность и долговечность.

По способу удержания объектов захватные устройства делятся на механические, вакуумные и магнитные.

Магнитный схват можно использовать трудностей с отделением заготовок не возникнет, т.к. ШЗУ отделит заготовку от стопы. Так же для удержания данной заготовки (детали) можно использовать вакуумное захватное устройство. Использование механического схвата будет затруднено в связи с трудностью удержания данной заготовки из-за ее формы.

Вакуумный схват сложнее магнитного по своей конструкции и требует подвода сжатого воздуха. Магнитный схват проще в исполнении, не требует дополнительного расхода сжатого воздуха. На основании этого применю для транспортировки заготовок магнитный схват.

В конструкциях магнитных захватных устройств применяют постоянные магниты и электромагниты (рис. 7).

Преимущества магнитных захватных устройств:

-простота конструкции, малый вес и компактность;

— независимость от формы объектов;

— отсутствие повреждений поверхности объектов;

— большие (по сравнению с вакуумными) усилия зажима, быстродействие и точность.

Рисунок7. Электромагнитный схват.

D — наружный диметр; H — высота; d — диаметр полюса; s — толщина стенки.

Недостатки:

-невозможность захвата детали из немагнитного материала;

— наличие остаточного магнетизма материалов;

— высокие требования к чистоте поверхности;

-трудность поштучного отделения заготовок из стопы.

Подсчитав с помощью программы MatLAB, описанной в приложении 4 пособия получаем следующие геометрические размеры электромагнитного схвата:

Диаметр полюса, м d=0,0066

Наружный диаметр, м d_n=0,0664

Толщина стенки, м s=0,465

Высота, м h=0,033

Принимаю:

Диаметр полюса, d=8 мм Наружный диаметр, d_n=68 мм Толщина стенки, s=4 мм Высота h=34мм

7. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКОЙ СИСТЕМЫ

Для механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ на складах применяют разнообразное подъемно-транспортное оборудование общего назначения, а также специализированное складское оборудование, специально сконструированное и выпускающееся для механизированных и автоматизированных складов тарно-штучных грузов.

Для складирования полученных деталей такое оборудование выбираем на основании разработанного технологического процесса складирования и переработки грузов. При этом наиболее предпочтительным является покупное, серийно выпускаемое промышленное оборудование.

Готовые детали укладываются в тару ящичную типа Р972−000−01 (поз.7 в графической части на чертеже 01.004.00.03), которая выбирается из параметров размера и массы деталей.

Рисунок8. Тара ящичная типа Р972−000−01

Ее характеристики приведены в таблице:

Таблица 5. Характеристики ящичной тары типа Р972−000−01

Установка и снятие транспортной тары с тележки будут осуществляется штатным манипулятором цеха.

Перемещение кассет от РТК к складу и обратно будет осуществляться с помощью электрокары. Широкое распространение на современном рынке получили электрокары производства России, Болгарии и Италии. Ниже приведены основные технические характеристики тележек грузоподъемностью 2000 кг от различных фирм-производителей [2], [3], [7]:

Таблица 6. Технические характеристики электрических тележек.

Все представленные выше электрические тележки обладают схожими техническими характеристиками: собственная масса, грузоподъемность, размеры грузовой платформы, емкость аккумуляторной батареи. Однако хочу отметить, что российский производитель ОАО «Сарапульский электрогенераторный завод» предоставляет покупателю возможность укомплектовать электротележку аккумуляторными батареями большей емкости, что продлит срок службы данного оборудования. Так же территориальная близость к заводу-изготовителю обеспечит стабильные поставки необходимых комплектующих и разумные цены.

На основании этого в качестве транспортного оборудования выбираю электрическую тележку ET-20 132.

Рисунок 9. Общий вид электрокары ЕТ-20 132

8. ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Для обеспечения надежной и безопасной работы РТК необходим непрерывный контроль за состоянием отдельных механизмов и устройств. Для этого в схему управления встраиваются устройства контроля и сигнализации, информирующие о работе и состоянии этих механизмов, с выходом сигналов на пульт управления комплексом с целью останова РТК в аварийных ситуациях. Для повышения производительности РТК стремятся к полной автоматизации процессов контроля.

Задачами системы автоматического контроля РТК являются: фиксирование и коррекция технологических параметров; контроль режимов работы основного технологического оборудования; обеспечение безопасной работы. В качестве технических средств контроля в данном РТК используются датчики.

Для обеспечения бесперебойной работы РТК холодной штамповки необходимо обеспечить следующие виды контроля:

контроль наличия заготовок в накопителе;

контроль крайних положений шибера;

контроль наличия заготовки в штампе;

контроль наличия захваченной заготовки;

контроль положения заготовки в матрице штампа;

контроль положения пуансона в верхней точке;

контроль выхода руки из рабочей зоны пресса перед штамповкой;

контроль выхода детали и отходов из штампа;

Для исключения возможности поломки штамповой оснастки служит также устройство контроля положения заготовки в штампе. Контроль положения заготовки в штампе производится автоматически за счет профиля матрицы штампа.

В данное время широкое распространение получили бесконтактные емкостные и индуктивные контактные датчики. Их широкое применение обусловлено простотой конструкции, компактными размерами, высокой надежностью, герметичности стабильностью работы. Исходя из этого, построю управление технологическим процессом на основе бесконтактных датчиков российского производства фирм «Теко».

В накопителе будет производиться контроль наличия заготовок, достаточного на 10 минут непрерывной работы РТК. Для этого необходимо 60 заготовок, или стопа высотой 150 мм. На указанной высоте от шибера установим оптический датчик типа «D», состоящий из источника и приемника, смонтированных в одном корпусе. Оптический луч будет возвращаться на приемник при наличии заготовок в шибере или не будет при их недостаточном количестве. Датчик OV A25A-31N-100-LZ (поз.12 в графической части на чертеже 01.004.00.03).

Рисунок10.Общий вид и габаритный чертеж датчика OV A25A-31N-100-LZ.

Таблица 7. Технические характеристики датчика OV A25A-31N-100-LZ.

Для контроля крайних положений шибера (полностью задвинут и полностью выдвинут) использую индуктивные бесконтактные выключатели модели ISN EC13B-21−2,5-LPS4 (поз.13 в графической части на чертеже 01.004.00.03). В основе его действия лежит изменение магнитного потока при приближении к якорю (объекту контроля).

Рисунок11. Общий вид и габаритный чертеж датчика ISN EC13B-21−2,5-LPS4.

Таблица 8. Технические характеристики датчика ISN EC13B-21−2,5-LPS4.

Данный датчик является невстраиваемым, нормально разомкнутым.

Наличие детали в штампе будет контролироваться встроенным в штамп (поз.4 в графической части на чертеже 01.004.00.03) индуктивным датчиком ISB A11B-31N-1,5-L.

Рисунок 12. Общий вид и габаритный чертеж датчика ISB A11B-31N-1,5-L.

Таблица 9. Технические характеристики датчика ISB A11B-31N-1,5-L.

Захват детали роботом будет определяться датчиком на схвате робота.

В качестве датчика, установленного на схвате, использую невстраиваемый емкостной датчик CSN E41A5−31P-6-LZ (поз.16 в графической части на чертеже 01.004.00.03), который является нормально-разомкнутым.

Рисунок 13. Общий вид и габаритный чертеж датчика CSN E41A5−31P-6-LZ

Таблица 10. Технические характеристики датчика CSN E41A5−31P-6-LZ

Удаления отходов из рабочей зоны можно произвести использованием наклонной поверхности под матрицей.

Контроль положения ползуна пресса производится датчиком модели ISN EC13B-21−2,5-LPS4 (поз.2 в графической части на чертеже 01.004.00.03). Он обеспечивает работу РТК только в верхнем положении пресса, причем сам пресс может сработать, только когда захват находится вне рабочего пространства пресса.

Контроль отсутствия исполнительного устройства в рабочей зоне осуществляется оптической многолучевой линейкой (поз.6 в графической части на чертеже 01.004.00.03), состоящей из источника EPJ-16−40−9-С, и приемника световых лучей RPJ-16−40−9-С.

Таблица 11. Технические характеристики оптической линейки EPJ-16−40−9-С

Рисунок 14. Габаритный чертеж оптической линейки EPJ-16−40−9-С

А =947 мм; В =807 мм; С =857 мм.

Кроме устройств контроля работы, РТК оснащается системой блокировки. Она срабатывает при нахождении человека на участке во время автоматической работы и является одним из обязательных средств обеспечения безопасности на участке. Контроль в данном случае будет осуществляется индуктивным бесконтактным выключателем ISN N3P-32N-10-LZ (поз.9 в графической части на чертеже 01.004.00.03), расположенными на створках ограждения. При попадании человека в рабочую зону любое движение ПР прекращается независимо от режима его работы, срабатывает звуковая сигнализация. Повторное включение ПР после аварийной остановки должно выполняться только после выхода всех исполнительных органов в исходное положение и только по команде оператора.

Рисунок 15. Общий вид и габаритный чертеж датчика ISN N3P-32N-10-LZ.

9. РАЗРАБОТКА ПЛАНИРОВКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

робот механический обработка Одной из задач проектирования РТК является разработка компоновки РТК. Среди большого числа требований, предъявляемых к планировке РТК, можно выделить ряд основных, выполнения которых является обязательным при построении комплексов.

Планировка должна обеспечить:

- оптимальное расположение оборудования с точки зрения экономии производственной площади и минимальных величин перемещений исполнительных органов манипуляционного оборудования;

- возможность профилактического обслуживания и текущего ремонта основного и вспомогательного технологического оборудования, т. е. обеспечивать проходы и минимально допустимые расстояния между оборудованием в соответствии с руководствами по эксплуатации, специальные зоны для обслуживания электро-, гидрои пневмосистем;

- планировка должна предусматривать зоны воздушного охлаждения для манипуляционного и другого оборудования;

- возможность визуального наблюдения за работой РТК;

- выполнение требований безопасной работы в соответствии с ГОСТ 12.2.072−82, т. е. свободный доступ к органам аварийного отключения,

- защитные ограждения в виде защитных сеток, световая и звуковая сигнализация от несанкционированного проникновения человека в рабочую зону, исключение пересечения трасс следования оператора и манипуляционного и другого оборудования, расположение пульта управления вне рабочей зоны и т. д.

Планировка роботизированного комплекса представлена в виде структуры РТК-1, где робот «LS-6−602S» работает в цилиндрической системе координат, что позволяет уменьшить рабочую зону комплекса. Гидравлический пресс и тара располагаются по радиусу вращения рук робота.

Рабочая зона РТК по всему периметру обнесена ограждением в виде металлических труб, обшитых металлической сеткой. Пульт управления РТК располагается за пределами ограждения рабочей зоны РТК. Компоновка РТК — угловая, что обеспечивает минимальную площадь размещения РТК.

Оборудование, входящее в состав РТК, группируется в три основные подсистемы: подсистему обработки, подсистему обслуживания и подсистему контроля и управления. В подсистему обработки входит основное технологическое оборудование — пресс. Обслуживающая подсистема содержит устройства для размещения деталей на входе в РТК (загрузочное устройство), автоматизированную транспортно-складскую систему, а также ПР. Подсистема контроля и управления содержит комплекс технических программных средств контроля, измерения, регулирования, вычисления, логического управления, регистрации, аварийной защиты, обеспечивающих в совокупности требуемую информационно-логическую структуру алгоритма функционирования РТК, надежность и стабильность выполнения всех операций технологического процесса.

Для защиты от проникновения человека в рабочую зону робота выполнены ограждения. Также предусмотрен индуктивный бесконтактный выключатель ISN N3P-32N-10-LZ (поз.9 в графической части на чертеже 01.004.00.01). Пульт управления РТК (поз.11 в графической части на чертеже 01.004.00.03) вынесены за ограждение и находятся вне рабочей зоны робота. Высота ограждения — 1300 мм от уровня пола. Расстояние от исполнительного устройства промышленного робота до ограждения составляет 800 мм.

Компоновка РТК представлена в графической части на чертеже 01.004.00.03.

10. РАЗРАБОТКА ЦИКЛОГРАММЫ РАБОТЫ И АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА

Циклограмма работы РТК составляется для того, чтобы иметь полное и детальное представление о необходимых перемещениях и функциях всего оборудования. Она позволяет:

уточнить требования к промышленным роботам, технологическому оборудованию, средствам загрузки и другому вспомогательному оснащению;

правильно распределить функции между роботами, технологическим оборудованием и средствами оснащения;

разработать аппаратную часть системы управления и программное обеспечение задач управления;

оптимизировать режимы работы РТК.

Как видно из циклограммы, основное машинное время на формообразующие операции в наибольшей степени определяет время всего цикла.

Значения затрат времени на транспортные операции робота определяются исходя из расстояний между оборудованием и максимально возможными скоростями перемещения исполнительных органов. С этой точки зрения компоновка участка РТК влияет на временные затраты вспомогательных операций и производительность комплекса в целом.

Алгоритм функционирования представляет собой совокупность правил, по которым информация, поступающая в управляющее устройство, перерабатывается в сигналы управления. В нем указаны все основные и вспомогательные перемещения и действия робота, переходы и операции. Алгоритм позволяет сформулировать требования к системе управления роботом, а также определить места установки датчиков и контрольных устройств. Основой для создания алгоритма является технологический процесс обработки деталей. При этом алгоритм управления должен охватывать манипуляции ПР по загрузке, разгрузке основного технологического оборудования и укладке деталей в тару.

Для разработки циклограммы необходимо рассчитать время использования каждого перехода работы ПР и время работы пресса. Время перемещения ПР по каждой степени подвижности определяется по формуле:

где t — время на выполнение одной операции, с;

S — перемещение по каждой степени подвижности, м;

н — скорость перемещения манипулятора по каждой степени подвижности, м/с.

Время выдвижения/задвижения рук

Время подъема/опускания каретки

Время поворота от штампа к МЗУ

Время захвата/разжима заготовки (детали)

Так как за один цикл роботу необходимо совершить выдвижение/задвижение 2 раза, подъем/опускание — 2 раза, поворот — 2 раза и захват/зажим — 2 раза, то формула времени цикла будет:

Где: t_ТП — время технологической паузы, необходимое для гашения вибраций, с.

Тогда с учетом машинного времени прессов и магазинного питателя, время цикла обработки одной детали будет равно:

Время обработки одной кассеты с заготовками, с учетом того, что в кассете 480 заготовок, будет равно:

Алгоритм и циклограмма работы представлены на чертеже 1.004.00.01. и 1.004.00.02. соответственно.

11. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Задачей системы управления РТК в целом является обеспечение совместной работы оборудования, входящего в состав комплекса. Для решения этой задачи могут быть использованы либо стойки управления ПР, либо системы управления основным технологическим оборудованием, либо автономные системы управления на основе персонального компьютера.

Выбор и проектирование автоматизированной системы управления РТК производится на основе алгоритма функционирования комплекса и задач управления.

К основным задачам, решаемым системой управления РТК или отдельными ГПМ, можно отнести:

приём, хранение и передача информации (УП, отдельных команд);

пуск (останов) оборудования;

тестирование оборудования;

ввод управляющих программ в оборудование;

синхронизация работы оборудования;

контроль заготовок (наличия, идентификации, размеров), измерение размеров обрабатываемой детали;

контроль инструмента;

проверка режимов обработки;

корректировка управляющих программ по результатам контроля режимов обработки, состояния инструмента, размеров детали;

формирование запросов на обслуживание транспортом; учёт готовых деталей;

контроль параметров СОЖ (наличия, расхода);

диагностирование оборудования и прогнозирование его технического состояния;

контроль наполнения сборника отходов;

формирование аварийного сигнала о наличии огня и дыма.

В последнее время выявилась тенденция к унификации систем управления РТК, широкому использованию стандартизованных элементов и узлов аппаратного и программного обеспечения, а также структур.

К таким системам относятся системы управления построенные на базе ПК. Они применяются для обслуживания кузнечно-прессового оборудования, литейных машин, линий гальванопокрытий, металлорежущих станков в условиях массового и крупносерийного производства.

Для данного РТК применим систему управления EPSON RC620+ (поз.11 в графической части на чертеже 01.004.00.03), характеристики которой приведены в таблице:

Таблица 12. Характеристики системы управления EPSON RC620+.

С пульта управления задаются режимы работы устройства, c помощью клавиатуры вводятся команды и записываются на жесткий диск устройства.

Рисунок 16. Общий вид контроллера EPSON RC620+

12. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА ПЛАНИРОВКА РТК

Безопасность персонала, работающего с комплексами, в состав которых входят промышленные роботы, обеспечивают с помощью различных мероприятий, целью которых является предупреждение аварийных и опасных для здоровья человека ситуаций. Роботы, выполняющие манипуляционные действия и транспортные перемещения в пределах комплекса являются устройствами повышенной опасности и могут стать основным источником травматизма обслуживающего персонала.

Безопасность при эксплуатации робототехнических комплексов достигается за счет их рациональной планировки, безопасности и безаварийной работы оборудования, а также с помощью специальных устройств, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала. Главная цель этих мероприятий и устройств состоит, прежде всего, в исключении возможности одновременного нахождения человека и механизмов робота в одном месте рабочего пространства.

Управление работой РТК ведется с центрального пульта управления. Условия труда на этом месте должны полностью отвечать правилам охраны труда для постоянных рабочих мест (воздух рабочей среды, освещение, шум, вибрация и т. д.). Повсеместно используются датчики, позволяющие вести постоянный контроль над ходом технологического процесса.

Для периодической смены инструмента, регулировки и подналадки прессов, их смазывания и чистки, а также мелкого ремонта в цикле работы РТК должно быть предусмотрено специальное время. Все перечисленные работы должны выполняться на обесточенном оборудовании.

Планировка РТК обеспечивает удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к основному и вспомогательному технологическому оборудованию, промышленному роботу и органам их аварийного отключения и управления.

Пульт управления промышленным роботом размещается вне рабочего пространства. Вокруг пульта предусмотрено достаточно места, чтобы оператору был обеспечен беспрепятственный доступ к кнопке аварийного отключения и хороший обзор. РТК имеет ограждения и обозначен сигнальными цветами и знаками безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.026−76*.

Вход в зону ограждения блокирован системой управления. Блокировка отключает промышленный робот, работающий в автоматическом режиме при входе человека в зону ограждения. В ограждаемой зоне предусмотрены разрывы между стационарным ограждением, элементами робота и технологического оборудования для удобного и безопасного выполнения операций программирования, обучения, ремонта и контроля промышленного робота.

Конструкция ограждения не затрудняет проведение визуального контроля оператором за работой участка.

Высота ограждения — 1300 мм от уровня пола. Расстояние от исполнительного устройства промышленного робота до ограждения составляет 800 мм. Ограждение выполнено из труб, обшитых металлической сеткой с ячейками 60Ч60 мм.

Ограждения окрашено в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.026−76* в виде чередующихся наклонных под углом 45−60° полос шириной 150−200 мм желтого сигнального и черного цветов при соотношении ширины полос 1:1.

Для обеспечения безопасных условий труда при эксплуатации РТК наряду с использованием технических средств обеспечения безопасности (оградительных, предохранительных, блокирующих, сигнализирующих и других устройств) применяются также безопасные приемы и методы проведения работы и строго соблюдаться регламентированные режимы эксплуатации промышленных роботов и другого технологического оборудования, а также трудовая дисциплина.

До начала работы промышленного робота из его рабочего пространства необходимо удалить посторонние предметы, инструменты, приборы. При невозможности вынесения их за ограждение они должны быть установлены вне досягаемости исполнительными устройствами робота.

Категорически запрещается находиться в рабочем пространстве промышленного робота при его работе в автоматическом режиме.

Скорость перемещения исполнительных устройств робота во время программирования и обучения не должна превышать 0,3 м/с.

13. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ РТК

Рабочий цикл начинается с установки рабочим стопы заготовок в шиберное загрузочное устройство (поз.14 в графической части на чертеже 01.004.00.03). После этого происходит контроль отсутствия схвата в рабочей зоне пресса и контроль положения ползуна. Контроль отсутствия схвата в рабочей зоне производится с помощью оптической линейки EPJ-16−40−9-С (поз.6 в графической части на чертеже 01.004.00.03), установленной непосредственно на гидравлическом прессе (поз.1 в графической части на чертеже 01.004.00.03). Если данные условия выполняются, ШЗУ подает заготовку в матрицу. Установка и фиксирование заготовки в матрице происходит автоматически, за счет профиля штампа. После того, как заготовка была подана шиберным загрузочным устройством, производится контроль ее наличия в матрице индуктивным датчиком ISB A11B-31N-1,5-L (поз.4 в графической части на чертеже 01.004.00.03). Если при задвижении шиберного устройства заготовка не попала в матрицу, цикл ее подачи повторяется, при 5ти неудачных попытках система управления останавливает работу и сигнализирует о неисправности.

Ели заготовка попала в штамп, производится контроль отсутствия схвата в рабочей зоне пресса и контроль положения шибера ШЗУ бесконтактным выключателем (поз.13 в графической части на чертеже 01.004.00.03). При выполнении данных условий осуществляется рабочий ход пресса. После того, как ползун оказался в верхней точке (контролируется бесконтактным выключателем ISN EC13B-21−2,5-LPS4, поз.2 в графической части на чертеже 01.004.00.03), рука робота, выдвигается, опускается и захватывает заготовку. После того, как на электромагнитный схват было подано напряжение, каретка ПР поднимается и производится контроль наличия детали в схвате (бесконтактный выключатель CSN E41A5−31P-6-LZ поз.16 в графической части на чертеже 01.004.00.03). Если деталь в схвате отсутствует, процедура захвата заготовки повторяется. После 5ти неудачных попыток система управления сигнализирует о неисправности.