56
отдельные роботы со скоростями до 2 м/с и более. Угловые скорости движений рабочих органов находятся преимущественно в диапазоне 15...360 Vc (0,25...6,3 рад/с).
7.4. Манипуляционная система промышленных роботов
Манипуляционная система (МС) промышленного робота является составной частью манипулятора ПР, обеспечивающей перенос и ориентацию рабочего органа или объекта манипулирования в заданной точке пространства и определяющей форму и объем рабочей зоны ПР, а также характер движений рабочего органа. В совокупности с опорной конструкцией, приводом, передаточными механизмами и рабочим органом манипуляционная система образует манипулятор ПР; при этом часть элементов опорной конструкции, привода и передаточных механизмов может непосредственно входить в состав манипуляционной системы в качестве ее звеньев, что обусловливает применения в робототехнике общего понятия «манипулятор», как в отношении собственно манипулятора ПР, так и его манипуляционной системы.
7.5. Примеры промышленных роботов
Промышленный робот с числовым программным управлением модели М20П.40.01 предназначен для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с автоматическим циклом обработки детали.
Робот может обслуживать один или два станка, образуя с ними комплекс станок — промышленный робот, который может являться базой для создания гибких производственных модулей, предназначенных для продолжительной работы без участия оператора.
Промышленный робот работает в цилиндрической системе координат, оснащен устройством программного управления «Контур-1» или РБ241Б с вводом программы с пульта обучения, кассеты внешней памяти и от ЭВМ высшего ранга. Робот работает в трех режимах: обучение, повторение, редактирование.
7.6. Общие сведения о робототехнологических комплексах
При механической обработке деталей с помощью ПР автоматизируют:
•установку заготовок в рабочую зону станка и (при необходимости) контроль правильности их базирования;
•снятие готовых деталей со станка и размещение их в таре (накопитель);
•передачу деталей от станка к станку;
•кантование деталей (заготовок) в процессе обработки;
•контроль размеров деталей;
•очистку базовых поверхностей деталей и приспособлений;
•смену инструментов.
Опыт эксплуатации ПР показывает, что наиболее целесообразной формой роботизации в условиях серийного производства является создание роботизированных технологических комплексов (РТК), на базе которых в перспективе могут быть созданы роботизированные участки, цехи и заводы.
РТК — это автономно действующая совокупность технологических средств производства, обеспечивающая полностью автоматический цикл работы внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства и включающая в себя единицу или группу технологического полуавтоматического оборудования (например, металлорежущие станки), взаимодействующего с этим оборудованием ПР, вспомогательное оборудование.
На базе одних и тех же моделей станков могут создаваться РТК различных компоновок, комплектуемые ПР, обладающими различными технологическими и техническими возможностями.
Наибольшее распространение получили РТК следующих компоновок: одностаночные, состоящие из одного станка, обслуживаемого подвесным (расположенным над станком), напольным (расположенным рядом со станком) или встроенным в станке ПР; многостаночные РТК линейной или линейно-параллельной компоновки, обслуживаемые подвесными ПР; многостаночные РТК круговой компоновки, обслуживаемые напольными ПР.
Многостаночные РТК линейной и линейно-параллельной компоновки, обслуживаемые подвесными ПР, имеют следующие достоинства: занимают меньшую (по сравнению с РТК круговой компоновки) производственную площадь; обеспечивают возможность переналадки и ремонта оборудования без остановки работы всего РТК; обеспечивают возможность визуального наблюдения
57
за работой оборудования; обеспечивают безопасные условия работы обслуживающего персонала; обеспечивают возможность обслуживания одним ПР трех или более станков.
Достоинством РТК круговой компоновки, обслуживаемого напольным ПР, является то, что ПР этого типа характеризуется малой материалоемкостью и простотой обслуживания.
Основное достоинство одностаночного РТК со встроенным в станок промышленным роботом
— минимальная (по сравнению с РТК других компоновок) производственная площадь, требующаяся для размещения комплекса.
7.7. Роботизированные технологические комплексы для механической обработки деталей
Требования к промышленным роботам. ПР должны осуществлять: установку заранее ориентированных заготовок в рабочую зону станка; снятие деталей со станка и раскладку их в тару или укладку в магазин (конвейер); кантование деталей; выдачу технологических команд для управления технологическим оборудованием; транспортирование деталей между станками.
Основные требования к ПР, используемым для автоматизации металлорежущих станков, следующие:
•конструктивные и технологические параметры ПР (грузоподъемность, скорость перемещение рабочих органов, точность позиционирования, размеры рабочей зоны, тип программного управления) должны соответствовать параметрам станков, для обслуживания которых они предназначаются;
•применение ПР должно обеспечить: повышение производительности станков не менее чем на 20%; повыгиение качества обработки деталей; повышение коэффициента загрузки станков в 2 — 2,5 раза; снижение трудоемкости на единицу продукции в 2 — 2,5 раза;
•ПР должен иметь число степеней подвижности, обеспечивающее необходимый объем операций при обслуживании как станка, так и вспомогательного оборудования РТК;
•достаточная степень универсальности, позволяющая при переходе РТК на обработку нового изделия обходиться минимальной переналадкой ПР;
•высокая надежность, обеспечивающая наработку ПР на отказ не менее 1000 ч;
•наличие зоны безопасности, находясь в которой обслуживающий персонал может беспрепятственно наблюдать за процессом резания и в случае аварийной ситуации принимать соответствующие меры, не подвергаясь при этом возможности быть травмированным ПР.
58
8.Автоматизация технологических процессов сборки
8.1.Технологичность конструкций для условий автоматической сборки
Многие механизмы и машины в настоящее время имеют такую конструкцию, которая не позволяет автоматизировать их сборку. При разработке этих конструкций предполагалось, что сборка будет производиться вручную, в лучшем случае — с применением механизированного инструмента. В связи с этим при подготовке к автоматизации процесса сборки, т.е. к проектированию автоматического оборудования, приходится анализировать технологичность конструкции изделия исходя из условий автоматической сборки. В случае неудовлетворительной технологичности конструкции ее необходимо пересматривать и изменять.
Прежде чем рассматривать отдельно особенности конструкций, определяющие технологичность, отметим, что технологичность конструкции для условий автоматической сборки не всегда совпадает с технологичностью изготовления отдельных деталей. Технологичность конструкции не может рассматриваться вообще, а лишь применительно к определенному способу сборки. Это означает, что при изменении способа сборки, когда, например, условия базирования оказываются другими, суждение о технологичности также может измениться. Однако можно сформулировать некоторые общие требования к технологичности деталей для автоматической сборки, выполнение которых в большинстве случаев улучшает и технологичность конструкции.
Первое требование — блочность конструкции. Конструкция, расчленяющаяся на отдельные блоки, уже сама по себе представляет определенные удобства для производства, так как из блоков она может изготовляться на определенном участке. При автоматизации процесса сборки блочная конструкция позволяет автоматизировать сборку отдельных блоков, если конструкция изделия достаточно сложна, чтобы автоматизировать его сборку в целом.
Второе требование — простота конструкции. Имеется в виду конфигурация деталей, их число, расположение в конструкции. Требование простоты конфигурации деталей совпадает с соответствующим требованием, выдвигаемым при обработке деталей. Действительно, при автоматической сборке деталь более простой конфигурации требует и более простых ориентирующих устройств, меньше ступеней ориентирования, более простых питателей и базирующих устройств. Уменьшение числа деталей осуществляется, например, заменой методов крепления и, следовательно, уменьшением числа крепежных деталей, а также объединением деталей, в результате чего образуются более сложные детали, которые могут быть изготовлены современными технологическими методами (пластмассовые детали; детали, отлитые под давлением).
Наиболее удобным для сборки на автоматическом оборудовании является такое расположение деталей в конструкции, при котором в процессе сборки не требуется изменения положения базовой детали, а присоединяемые к ней детали подаются в одном направлении, например сверху. В связи с этим наиболее широко распространена автоматическая сборка изделий и их узлов, имеющих осесимметричную конструкцию, в которой на стержневую базовую деталь надевается несколько других, а также узлов, в которых базовая деталь (плоская или корпусная) имеет отверстия с параллельно расположенными осями, в которые устанавливаются другие детали, как, например, при автоматической сборке блоков и головок цилиндров двигателей.
Точностные требования к конструкции могут быть сформулированы следующим образом. Допуски на сопрягаемые поверхности должны обеспечивать сборку методом полной взаимозаменяемости. Кроме того, должны быть обоснованы расчетом допуски на относительное расположение сопрягаемых и базовых поверхностей, если базирование не может быть осуществлено по сопрягаемым поверхностям. Например, если нет особых требований к конструкции, при ручной сборке соосность наружной и внутренней поверхностей втулки можно особо не оговаривать. Однако при автоматической сборке в случае базирования втулки в приспособлении или в захватном органе автомата по наружной цилиндрической поверхности эксцентриситет этих поверхностей должен быть строго ограничен.
Подготовка к автоматизации сборки изделия требует проведения анализа технологичности конструкции, для чего необходимо четкое установление признаков технологичности деталей и собираемого изделия в целом. Отдельным признакам необходимо дать оценки, которые, в свою очередь, позволят получить общую оценку технологичности. Такая оценка позволяет решить вопрос о возможности автоматизации процесса сборки существующей конструкции изделия, а также определить, по каким признакам оценки технологичности являются наиболее низкими, с тем, чтобы можно было наметить изменения конструкции, позволяющие автоматизировать процесс сборки.
Применительно к деталям можно установить следующие дополнительные признаки технологичности: отсутствие дефектов, образующих новые элементы формы деталей; отсутствие дефектов, мешающих базированию; отсутствие дефектов, мешающих соединению деталей. Кроме
59
признаков технологичности деталей отметим признаки технологичности изделий (или сборочных единиц): возможность узловой последовательной сборки; технологичность класса соединения; возможность автоматической сборки по точностным критериям.
60
9.Автоматизация контроля
9.1.Основные направления автоматизации контроля
Контрольные операции в машиностроении занимают большой объем работ. Множество контролеров проверяют заготовки, полуфабрикаты, готовые детали и изделия, чтобы не допустить бракованную продукцию на последующие операции или к потребителю изделия. Автоматизация контроля не только уменьшает необходимость в контролерах, но позволяет стабильно выполнять все запрограммированные действия по проведению контроля и более тщательно проверять контролируемые параметры (размеры, форму и др.) деталей и изделия в целом.
Контроль — это одна из действенных форм борьбы за улучшение качества изделий в соответствии с его основными функциями — профилактикой брака при изготовлении изделий и предотвращением выпуска бракованной продукции. Организационно-технический контроль может быть классифицирован:
•по назначению — проверка линейных размеров, формы, шероховатости поверхности, физикомеханических и химических свойств деталей, взаимного расположения и качества соединения деталей в сборочных единицах (соблюдение требуемых зазоров, натягов и т.п.), выполнения функциональных параметров изделия и т.п.;
•количеству измеряемых изделий — на сплошной и выборочный;
•количеству контрольных операций — на пооперационный и окончательный;
•степени автоматизации — на ручной, механизированный и автоматизированный;
•характеру влияния на технологический процесс —на активный и пассивный;
•способу измерения — на прямой, косвенный, комбинированный.
Применение автоматизации контроля, так же как и других операций производственного процесса, должно быть обосновано технически и экономически. Основные соображения, которыми нужно руководствоваться при выборе автоматизации контроля и применяемых измерительных средств:
•рациональная схема контроля, обеспечивающая проверку с заданной точностью и стабильность показаний измерения;
•наименьшие из возможных трудовые затраты на контрольные операции;
•достижение минимального времени на операцию контроля;
•совмещение контроля нескольких параметров в одном контрольном переходе, т.е. использование устройств для контроля нескольких величин одновременно;
•использование наиболее экономичных приборов и устройств;
•применение надежных и долговечных устройств простых в эксплуатации и ремонте с максимальной продолжительностью работы до повторного ремонта.
При выполнении контрольных операций возникают погрешности измерения, образующиеся в результате неправильного базирования контролируемой детали, ограниченной точности контрольноизмерительных средств, погрешностей отсчета, влияния температурных факторов, нерациональной схемы проведения измерения и др. Погрешности измерения разделяют на грубые, систематические и случайные.
Грубые погрешности — это погрешности, которые по абсолютному значению превышают допустимые и свидетельствуют о явном искажении результатов измерения. Они возникают при неправильно настроенном приборе, сбившейся шкале (в результате удара, толчка и др.), плохо закрепленных контрольных приборах, неустойчивых фундаментах и др. Обнаруживаются грубые погрешности измерения проведением контрольных промеров.
Систематические погрешности измерения — это погрешности, которые входят с постоянным значением и знаком в измерения всех деталей. Эти погрешности могут также изменяться по определенному закону и возникать в результате неправильной установки прибора и измеряемой детали, несовершенной конструкции и градуировки прибора, из-за изменения температуры в процессе измерения и других факторов.
Случайные погрешности измерения — это погрешности, которые по значению и знаку могут быть большими или меньшими у каждой из деталей. Они возникают из-за несовершенства конструкции прибора, погрешности отсчета, колебания измерительного усилия, деформации деталей прибора, трения деталей прибора и др.
Чтобы уменьшить влияние погрешностей, следует измерения выполнять при постоянном усилии и температуре (20±2)°С инструментом, цена деления которого не более 1/6 поля допуска измеряемого значения. Инструмент должен быть годным (срок действия прибора по паспорту не истек). Проверку его производят через установленное время. Наибольшее значение имеют систематические погрешности измерения: температурные и установки детали. Чтобы уменьшить