Автоматизированное Проектирование-Михеев ВА

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

В. А. Михеев, Д. В. Савин

Автоматизированное проектирование и управление

технологическими процессами ОМД

Электронное учебное пособие к курсовому проектированию

САМАРА

2011

2

Авторы: Михеев Владимир Александрович,

Савин Дмитрий Валерьевич

Рецензенты:

Иголкин А. А., доцент кафедры автоматических систем энергетических установок;

Тихонов С. В., директор Камоцци Пневматика ООО Филиал (Самара).

Михеев, В. А. Автоматизированное проектирование и управление технологическими

процессами ОМД [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие к курс. проектированию/ В. А.

Михеев, Д. В. Савин; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац.

исслед. ун-т). - Электрон. текстовые и граф. дан. (9,57 Мбайт). - Самара, 2011. - 1 эл. опт. диск

(CD-ROM).

Рассмотрены вопросы автоматизации листовой штамповки мелких и средних деталей с помощью

роботов. Приведены общие сведения об робототехнологических комплексах листовой штамповки

и промышленных роботов, а также краткое техническое описание промышленных роботов,

кривошипно–штамповочных прессов и вспомогательных устройств РТК. Приведено обоснование

схемы выбора технических устройств РТК и его оптимальной компоновки, информационной

схемы РТК, построения цикловой диаграммы и алгоритма управления РТК.

Учебное пособие предназначено для студентов инженерно-технологического факультета по

направлению подготовки бакалавров 150400.62 «Металлургия», профиль «Обработка металлов

давлением», по дисциплине «Автоматизация процессов ОМД» в 7 семестре на кафедре ОМД и для

специалистов 150201.65 «Машины и технологии обработки металлов давлением», по дисциплине

«Автоматизированные системы проектирования и управления технологическими процессами

ОМД» в 9 семестре на кафедре ОМД.

Учебное пособие разработано на кафедре технологии металлов и авиационного материаловедения.

©Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2011

3

Содержание

ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ .......................................................................... 5 ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................. 6 ГЛОССАРИЙ ............................................................................................................................................... 7 1 Общие сведения об РТК и промышленных роботах ............................................................................ 8

1.1 Роль роботов и РТК в листовой штамповке .................................................................................. 8 1.2 Эволюционная классификация промышленных роботов ............................................................ 8 1.3 Структура и функции промышленных роботов .......................................................................... 10 1.4 Этапы проектирования РТК .......................................................................................................... 13

2 Номенклатура деталей ........................................................................................................................... 16

2.1 Детали для вытяжки ....................................................................................................................... 16 2.2 Детали для гибки ............................................................................................................................ 23

3 Расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей ........................................................... 32 4 Расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса ............................................................................... 35 5 Анализ выбора типовой схемы РТК ..................................................................................................... 37

5.1 Структура, состав и компоновка РТК .......................................................................................... 37 5.2 Метод выбора оптимальной компоновки РТК, типовые схемы ................................................ 39 5.3 Типовые компоновки РТК ............................................................................................................. 40 5.4 Расчет производительности РТК .................................................................................................. 43 5.5 Пример выбора оптимальной компоновки РТК .......................................................................... 43

6 Выбор пресса, схемы штампа ............................................................................................................... 46

6.1 Требования к прессам и штампам ................................................................................................ 46 6.2 Типовые конструкции штампов .................................................................................................... 47

6.2.1 Штамп вытяжной ................................................................................................................... 47 6.2.2 Штамп гибочный .................................................................................................................... 49

6.3 Пример выбора пресса и схемы штампа ...................................................................................... 52

7 Выбор промышленного робота ............................................................................................................. 57

7.1 Технические характеристики промышленных роботов ............................................................. 57 7.2 Применение промышленных роботов в листовой штамповке .................................................. 61 7.3 Требования к промышленным роботам ....................................................................................... 62 7.3 Номенклатура промышленных роботов ...................................................................................... 64

7.3.1 Напольные роботы с горизонтальной выдвижной рукой и консольным механизмом

подъема ............................................................................................................................................ 64 7.3.2 Малогабаритные..................................................................................................................... 67

7.4 Пример выбора промышленного робота ..................................................................................... 68

8 Выбор вспомогательного оборудования .............................................................................................. 70

8.1 Вспомогательные устройства РТК ............................................................................................... 70 8.2 Шиберные подачи .......................................................................................................................... 73 8.3 Револьверные подачи ..................................................................................................................... 74 8.4 Загрузочное устройство с поворотным столом ........................................................................... 75 8.5 Загрузочное устройство револьверного типа .............................................................................. 77 8.6 Пример выбора подающего устройства РТК............................................................................... 78

9 Выбор захватного устройства промышленного робота ...................................................................... 81

9.1 Общие сведения о схватах промышленных роботов .................................................................. 81 9.2 Механические схваты .................................................................................................................... 81 9.3 Вакуумные схваты ......................................................................................................................... 84 9.4 Электромагнитные схваты ............................................................................................................ 85 9.5Схваты с сенсорными датчиками .................................................................................................. 85

4

9.6 Пример выбора захватного устройства промышленного робота .............................................. 85

10 Информационная система РТК ........................................................................................................... 87

10.1 Сенсорная система промышленных роботов (система датчиков) ........................................... 87 10.2 Пример установки системы датчиков РТК ................................................................................ 87

11 Характеристики системы управления РТК ........................................................................................ 89

11.1 Общая структура системы управления РТК .............................................................................. 89 11.2 Цикловое программное управление ........................................................................................... 90 11.3 Позиционное и контурное программное управление ............................................................... 92 11.5 Характеристики системы управления промышленного робота .............................................. 93

12 Разработка компоновочной схемы РТК ............................................................................................. 94 13 Расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма ............................................................... 96

13.1 Цикловая диаграмма работы РТК............................................................................................... 96 13.2 Пример составления цикловой диаграммы РТК ....................................................................... 97

14 Разработка алгоритма управления РТК ............................................................................................. 99

14.1 Условные графические обозначения алгоритмов ..................................................................... 99 14.2 Пример выполнения алгоритма управления РТК ..................................................................... 99

15 Построение пневматической схемы РТК ......................................................................................... 102

15.1 Условные обозначения в пневматике ....................................................................................... 102 15.2 Правила выполнения схем ........................................................................................................ 103 15.3 Основные логические функции в пневмосхемотехнике ........................................................ 106 15.4 Реализация логических функций в электропневмосхемотехнике ......................................... 107 15.5 Пример выполнения пневматической схемы РТК .................................................................. 110

Приложение 1 Номенклатура прессов. ................................................................................................. 112 Приложение 2 Номенклатура роботов .................................................................................................. 116 Приложение 3 Условные графические обозначения элементов пневмоприводов ........................... 125 Библиографический список .................................................................................................................... 129

5

ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта. Задание к

курсовому проектированию выдается в виде определенной группы деталей, изготавливаемых

вытяжкой и гибкой.

Законченный курсовой проект представляется в виде расчетно–пояснительной записки,

отражающей все необходимые разделы. Законченный курсовой проект помимо расчетно–

пояснительной записки должен содержать графическую часть (5 листов формата А3). Расчетно–

пояснительная записка содержит следующие разделы:

титульный лист;

задание на курсовое проектирование;

реферат;

содержание;

введение;

расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей;

расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса;

анализ выбора типовой схемы РТК;

расчет производительности РТК;

выбор пресса, схемы штампа;

выбор промышленного робота;

кинематическая схема промышленного робота;

выбор вспомогательного оборудования;

выбор захватного устройства;

информационная система РТК;

характеристики системы управления РТК;

разработка компоновочной схемы РТК;

расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма;

разработка алгоритма управления РТК;

пневматическая схема РТК;

заключение;

список используемых источников;

приложение.

В приложении обязательно помещаются:

компоновочный чертеж РТК в формате А3;

чертеж РТК с указанием местоположения датчиков и рабочей зоны робота в формате А3;

цикловая диаграмма РТК в формате А3;

пневматическая схема РТК в формате А3;

алгоритм управления РТК в формате А3.

6

ВВЕДЕНИЕ

Большую роль в техническом перевооружении предприятий играют промышленные роботы,

на базе которых можно формировать быстропереналаживаемые комплексы, предназначенные в

свою очередь для встраивания в гибкие автоматизированные участки и линии. Высокая

эффективность автоматизации за счет промышленных роботов (ПР) может быть достигнута

только за при комплексном подходе к созданию и внедрению роботов, штамповочного

оборудования, средств управления, вспомогательных устройств и т.д. Проводить значительный

объем организационно–технологических мероприятий ради единичного внедрения ПР не выгодно.

Только расширенное применение ПР в составе сложных роботизированных систем оправдано

технически, экономически и социально.

По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение роботов

обеспечивает высокую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков

создания и запуска в производство гибких автоматизированных систем. По предварительным

данным, использование роботов для автоматической установки заготовок в штамп и снятия из

штампа деталей позволяет оператору обслуживать от четырех до восьми единиц оборудования.

При определении целесообразности применения роботов в том или ином случае превалирующими

должны быть интересы человека, его безопасность и удобство в работе. Роботы должны

освободить человека от выполнения бездумной механической работы и скомпенсировать

потребность в низкоквалифицированном труде.

Робототехнологические комплексы (РТК) являются одним из новых видов

производственной техники. Их применение требует новой организации технологического

процесса и, следовательно, новой специальной подготовки специалистов в этой области. Учебный

план подготовки студентов по робототехнологическим комплексам содержит ряд специальных

дисциплин, читаемых на старших курсах: «Автоматизация, робототехника и гибкие

производственные системы штамповочного производства», «Автоматизированные системы

проектирования и управления технологическими процессами обработки металлов давлением»,

«Кузнечно–штамповочное оборудование» и «Технология листовой штамповки». Назначение

данного учебного пособия состоит в кратком изложении первоначальных основ робототехники и

методического материала для курсового проектирования по созданию и разработке

робототехнологического комплекса листовой штамповки.

В учебном пособии даются сведения о выборе типовой компоновки РТК с последующим

проектированием роботизированной производственной системы с учетом данных, полученных

при анализе номенклатуры деталей. Предложенная номенклатура деталей является заданием к

курсовому проектированию. Рассмотрены вопросы построения цикловой диаграммы РТК, его

информационной схемы, а также алгоритм управления РТК с учетом особенностей

пневматических систем приводов ПР и систем управления основным и вспомогательным

оборудованием. Важнейшую роль в системах управления роботов и РТК имеют программные

устройства, поэтому в учебном пособии даются основные понятия о цикловых, позиционных и

контурных системах управления.

Учебное пособие подготовлено по курсу "Автоматизированное проектирование и

управление технологическими процессами ОМД" и предназначено для студентов высших

учебных заведений по направлению подготовки магистров 150700 «Машиностроение», профиль

«Машины и технологии обработки металлов давлением» (5 курс, 9 семестр). Предназначено для

формирования у студентов твердых теоретических знаний и практических навыков для

системного анализа и синтеза автоматизированных систем управления технологическими

процессами обработки металлов давлением, в частности при выполнении курсового проекта по

разработке роботизированного технологического комплекса (РТК) листовой штамповки мелких и

средних деталей.

7

ГЛОССАРИЙ

РТК – робототехнологический комплекс;

РТЛ – робототехнологическая линия;

ПР – промышленный робот;

ПУ – пульт управления;

УУ – устройство управления;

СС – система связи робота;

ИУ – исполнительное устройство;

ИС – информационная система;

УВ – управляющее воздействие;

УВВ – устройство ввода/вывода;

УП – управляющая программа;

КВ – конечный выключатель;

ГАП – гибкое автоматизированное производство;

ГПС – гибкая производственная система;

ЧПУ – числовое программное управление;

ЦПУ – цикловое программное управление;

АЦП – аналого–цифровой преобразователь;

САУ – автоматизированная система управления;

ПЛК – программируемый логический контроллер;

КБУ – контрольно блокирующее устройство;

ГАЛ – гибкая автоматизированная линия;

ГАУ – гибкий автоматизированный участок;

НЗР – нормально закрытый распределитель;

НОР – нормально открытый распределитель;

НЗК – нормально замкнутый контакт (в электропневмосхемотехнике);

НРК – нормально разомкнутый контакт (в электропневмосхемотехнике).

8

1 Общие сведения об РТК и промышленных роботах

1.1 Роль роботов и РТК в листовой штамповке

Особенностью листовой штамповки является незначительное машинное время,

затрачиваемое на обработку одной заготовки. У современных листоштамповочных прессов число

ходов ползуна в минуту доходит до 190 и более. Вспомогательными операциями являются

операции транспортирования, загрузки и выгрузки штучных заготовок и полуфабрикатов в

технологическом оборудовании. Именно они и определяют в основном производительность

листоштамповочных комплексов. Поэтому решение вопросов автоматизации процессов загрузки и

выгрузки штучных заготовок, полуфабрикатов и деталей в штамповочном производстве

приобретают особо важное значение.

Одним их важных средств автоматизации листовой штамповки в этом случае являются ПР и

РТК. Это принципиально новые технические средства, которые внедрили в производство около

20–ти лет назад и выгодно отличаются от традиционных средств автоматизации своей

универсальностью и гибкостью. Функции, выполняемые ПР в производственном процессе,

состоят главным образом в автоматическом захвате и перемещении предмета производства

(заготовки, полуфабриката и детали) на требуемую рабочую позицию в нужный момент времени,

а также в определенной ориентации его на этой позиции или в процессе перемещения.

Традиционные средства автоматизации имеют жесткую техническую основу и требуют

долгую переналадку. В этих условиях применяют промышленные роботы на вспомогательных и

транспортных операциях, которые в комплексе с оборудованием позволяет создавать

робототехнологические комплексы. Применение роботов в РТК позволяет освободить человека от

участия в производственном цикле, создается жесткая система выполнения технологических

режимов. Это повышает степень использования технологического оборудования, например,

коэффициент использования числа ходов листоштамповочного пресса можно поднять до

значения, равное 0,80…0,85.

Применение ПР позволяет создавать новые технологические процессы, которые не будут

связаны с ограниченными физическими способностями человека. Создаются условия для

повышения производительности в 5-7 раз, а срок окупаемости уменьшается в 2-3 раза. Новые

технологии позволяют создавать новое оборудование для использования промышленных роботов,

а не человека и требуют разработки новых принципов автоматизации производства. Эффективное

использование ПР в изолированном варианте очень низкая, так как стоимость ПР высокая. В

автоматизированных производственных системах с использованием роботов число работающих в

них людей уменьшается в несколько раз, изменяется сам характер труда. Вместо,

непосредственного участия в процессе штамповки, человек стал заниматься только наладкой и

контролем. Уменьшился уровень травматизма и профессиональных заболеваний на производстве.

Первые роботы и РТК на их основе были разработаны в 60х годах в Америке. Это были

простые роботизированные ячейки, в основном для механической сборки (пресс для сборки и

манипуляционный робот, выполняющий функции загрузки–выгрузки заготовок). Впоследствии

появились транспортные роботы и робототехнические системы с искусственным интеллектом.

1.2 Эволюционная классификация промышленных роботов

Главными особенностями ПР является гибкость, адаптивность и универсальность.

Гибкость – способность управляющей системы робота быстро перестраиваться на

выполнение новых операций, достигаемое путем перепрограммирования или смены программы с

помощью режима обучения.

Адаптивность – способность быстро реагировать на внешние и внутренние изменения и

автоматически к ним приспосабливаться через несколько циклов. Адаптивная возможность ПР

определяется наличием в его системе адаптивных датчиков (система «очувствления), а также

наличие специального алгоритмического или программного обеспечения УУ. Эта способность ПР,

а именно, быстро переналаживаться на другие операции и перестраиваться, отличает их от

традиционных средств автоматизации. Например, пресс–автомат, который выполняет одну и ту же

операцию, имеет жесткую структуру и неизменный алгоритм управления, применяется для

крупносерийного и массового производства.

9

Универсальность – отличает ПР от традиционных средств автоматизации. Роботы

многофункциональны. Функциональность определяется кинематической схемой манипулятора,

динамикой приводов и наличием датчиков внутренней и внешней информации и уровнем

интеллекта. В принципе это позволяет автоматизировать почти любые операции в условиях

современного предприятия, имеющего большую номенклатуру и частую сменяемость

изготавливаемых деталей.

Робот является универсальной машиной для автоматизированного производства, которая

способна быстро переналаживаться с одних операций на другие и адаптироваться к

изменяющимся условиям путем взаимодействия с оборудованием и другими объектами

производственного участка. В зависимости от типа движения и характера технологических

операций промышленные роботы бывают манипуляционными, транспортными, измерительными.

Эволюционное совершенствование такого вида технических устройств предусматривает

наличие следующего ряда устройств: механические руки, манипуляторы, автооператоры,

промышленные роботы, интерактивные роботы, адаптивные роботы, интеллектуальные роботы.

Механические руки выполняют только удаление крупногабаритных тонколистовых деталей,

в основном, автокузовного производства на автоматизированных штамповочных линиях. Иногда

они могут применяться и для загрузки полуфабриката в штамп. Механическая рука совершает

движения только в одной плоскости, чаще всего в вертикальной. Переналадка механической руки

происходит за счет замены или регулирования кинематических звеньев. Управление выполняется

за счет релейных схем, переключателей по жесткой цикловой программе через систему

управления прессом. Манипулятор выполняет те же функции, что и механическая рука,

переналадка и управление одинаковое, но может, в отличие от механической руки, совершать

движения в двух плоскостях.

Автооператор является не перепрограммируемым, автоматическим устройством для

загрузки и выгрузки штучных заготовок и полуфабрикатов средних разметов между прессами с

изменением их транспортной ориентации. Они устанавливаются на станине в верхней части

пресса и работают по жесткой цикловой программе через систему управления прессом.

Промышленный робот является автономной автоматической машиной, сочетающий в своей

системе манипулятор и перепрограммируемое устройство управления. Интерактивные роботы

имеют устройство памяти для автоматического выполнения блока отдельных действий.

Роботы на основе РТК делятся на 3 поколения, что связано с изменением электронных баз,

программы управления и наличия менее или более развитой сенсорной системы датчиков.

1 поколение. Это роботы с программным управлением. Они предназначены для выполнения

запрограммированной последовательности движений. Управление выполняется по жесткой

программе, которая формируется в режиме обучения с помощью оператора. Созданы эти роботы

универсальными, быстро переналаживаются на различные технические задачи. Они применяются

в РТК и ГАП с программным управлением основным оборудованием с ЧПУ. Роботы

осуществляют установку, снятие, транспортировку, загрузку, выгрузку, сборку и другие операции.

Из–за малого количества датчиков они имеют ограниченные функциональные возможности.

Поэтому полностью автономно функционировать не могут.

2 поколение. Роботы с адаптивным управлением, имеющие большой ассортимент

сенсорных устройств: датчики внешней информации, зрения, оптическая система, силовые,

силомоментные, локационные и др., а также более сложное устройство управления. В систему

включено управление от ЭВМ и имеют развитую систему «очувствления». Они формируют

сигналы обратной связи и сигналы для адаптации. Способы адаптивного управления сводятся к

синтезу законов управления через систему «очувствления», сенсорное управление, алгоритм

автоматической настройки параметров управления. Может манипулировать предварительно не

ориентируемыми и неупорядоченными полуфабрикатами и деталями.

3 поколение. Роботы выполняют команды от общего ЭВМ и имеют интеллектуальную

систему управления. Выполняет сложные функции и имеет совершенную систему управления,

включающую элементы искусственного интеллекта. Они не только имитируют возможные

движения человека, но и предназначены для решения производственных и технологических задач.

Отличительные способности этих роботов касаются склонности к самообучению и адаптации в

процессе работы, они имеют большие функциональные возможности и могут реализовать

творческие элементы, проанализировать и распознавать производственные ситуации,

спланировать и построить программные движения манипуляторов для выполнения поставленной

цели. Осуществляет задачи в условиях неполной информированности об изменениях

10

производственных условий. Современное развитие робототехники претерпевают грань

качественного скачка. Начинают разработку и серийный выпуск адаптивных роботов, и создание

унифицированных РТК второго и третьего поколения.

1.3 Структура и функции промышленных роботов

В исполнительное устройство промышленного робота входит манипулятор, который

состоит из кинематических звеньев, имеющих несколько степеней подвижности своих

сочленений, каждая имеет свое приводное (пневмо –, гидро –, электро –) устройство.

Рисунок 1.1 – Структура промышленного робота и его рабочая зона

Манипулятор – механическая рука, выполняет ориентирующие и транспортные движения.

Имеет кинематический шарнирный открытый механизм. Рабочим органом является захватное

устройство (клещевой, пальчиковый, вакуумный, электромагнитный). Движения манипулятора

делятся на манипуляционные и ориентирующие движения. Манипуляционные движения

манипулятора делятся на линейные движения по оси: XX и ZZ и угловые движения: φxy и φzx. К

ориентирующим движениям относится: YY, φYZ и δ. Манипуляционные движения определяются

размерами звеньев руки манипулятора, зависят от их приводов, служат для перемещения

захватного устройства в различные точки пространства. Ориентирование придают захватному

устройству необходимое положение в точке рабочего пространства. Основной сферой

использования роботов является РТК.

УУ, СС, ИУ входят в состав системы робота. ИС – это программные, адаптивные и

сенсорные роботы, имеющие менее или более развитую сенсорную систему датчиков для сбора,

восприятия и преобразования информации о состоянии робота и обслуживания оборудования в

11

соответствии с системой автоматического управления. В качестве элементов сенсорной системы

робота рассматриваются датчики положения, скорости, сил, моментов, акселерометры (изменение

нагрузок во время движения), контактные датчики, индуктивные, емкостные, ультразвуковые,

оптикоэлектронные устройства, телевизионные устройства внешнего зрения.

САУ роботом служит для выработки законов управления приводами, вырабатывают УВ

(управляющее воздействие) на приводе движущейся системы на основе сигналов обратной связи

от информационной системы. Основная функция САУ это программирование движений, принятие

целенаправленных решений (действий). САУ робота обычно реализуется на базе микро–ЭВМ или

ПЛК. Имеет входные (аналого–цифровые) и выходные (цифро-аналоговые) преобразователи,

много каналов прямой и обратной связи. Микро–ЭВМ - это управляющая ЭВМ, состоящая из

микропроцессора, постоянного и оперативного устройства памяти, а ПЛК это программируемый

логический контроллер. Их применяют в случаях, когда управление производится по результатам

логической обработки входных сигналов без проведения вычислительных операций.

Адаптационные и интеллектуальные возможности определяются теми программами, которые

заложены в память СУ робота.

Рисунок 1.2 – Структура и функции роботов в составе РТК

ИС – информационная система; УУ – устройство управления (САУ); СС – система связи

робота; ИУ – исполнительное устройство (двигательная система).

СС служат обмена информацией между роботом, РТК, оборудованием и оператором,

связанной с передачей роботу заданий с учетом изменения технологий производства, контролем

функций робота, диагностикой неисправностей, регламентированной проверкой, настройкой

системы робота.

Двигательная система робота должна учитывать динамические свойства манипулятора,

способность совершать те движения, которые необходимы для технологического процесса.

Управляющие сигналы поступают от САУ робота на исполнительные привода манипулятора.

Появляется возможность роботизации широкого класса технологических операций листовой

штамповки.

Создание РТК потребовало уточнения понятия робот. По определению американского

института роботов: робот – это перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, а в

российском стандарте (ГОСТ 2586–83) робот – автоматическая машина, которая представляет

собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления.

Робот–это универсальная машина для автоматического производства, которая способна

перестраиваться с одних технологических операций на другие и адаптироваться к изменяющимся

производственным условиям путем информационного взаимодействия с обслуживающим

оборудованием и другими объектами производства.

12

Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема промышленного робота

В обобщенной структурной схеме промышленного робота показаны следующие

структурные блоки:

Блок 1 – внешняя среда, где действуют рабочие органы, роботы вместе с объектами

манипулирования (заготовки, полуфабрикаты, детали);

Блок 2 – рабочие органы, обеспечивающие захват и перемещение объекта манипулирования;

Блок 3 – система приводов для движения рабочих органов робота (количество степеней

подвижности);

Блок 4 – устройство управления, исполняющее команды СУ.

Блоки 2, 3, 4 входят в состав манипулятора (исполнительный механизм, движущаяся

система).

Основные структурные блоки, которые входят в состав системы автоматического

управления роботом:

I – роботы с программным устройством управления (Блок 5). Выполняет последовательность

жестко запрограммированных движений. Среда действия должна быть определенным образом

организована. Объект манипулирования должен быть в заданном положении, определяемом

задающими уставками (Блок 9). Программное устройство легко перестраиваться на другой

комплекс движений, строго организованный. Они могут переносить груз от 10г до тонны. В

запоминающем устройстве может включаться около 1000 движений.

II – сенсорные роботы. Снабжаются различными датчиками. Эти датчики информируют о

состоянии манипулятора и объекте манипулирования, об основных параметрах среды, в которой

работает рабочий орган (Блок 6). Обеспечивает обратные связи для управления действиями

робота. Они могут быть вне манипулятора. Сигналы датчиков преобразуются с помощью Блока 7

и обрабатываются ЭВМ (Блок10), или более простыми логическими устройствами (Блок 5). Блоки

5 и 10 формируют сигналы управления, которые подаются на исполнительное устройство (Блок 4).

В результате робот совершает движения манипулятором с учетом обстановки.

Роботы II поколения могут изменять программу действий. Это осуществляется путем

переключения из одной подпрограммы в другую, которые входит в набор общей программы. По

13

сравнению с I поколением они обладают повышенной маневренностью. Могут хранить в памяти

большое число сложных программ. Могут использоваться для управления оборудованием,

заменить операторов средней квалификации. Имеют упрощенную систему переналадки, почти до

смены подпрограммы.

III – роботы с искусственным интеллектом. Состав блоков может быть таким же, как у

роботов II поколения. Отличие состоит в более развитом программном, математическом

обеспечении. Очень сильно развита система датчиков и высокая степень "очувствления". Могут

воспринимать и распознавать обстановку. СУ робота способна вырабатывать решение, проводить

контроль операции, автоматическое планирование. Роботы работают от ЭВМ. В состав СУ могут

входить несколько ЭВМ, сопрягающихся по иерархическому принципу. Способны изменять свои

действия в операторском плане. Могут одновременно управлять многими видами оборудования и

следить за состоянием этого оборудования.

1.4 Этапы проектирования РТК

Внедрение ПР в штамповочное производство представляет собой создание РТК. Процесс

создания РТК сложный и трудоемкий. Это связано с недостатком информации и малым опытом в

решении подобных проблем.

ПР – универсальная машина. Это определяет специфику проведения работ по созданию

РТК. РТК относятся к классу сложных систем. Поэтому существует несколько вариантов РТК и

вариантов применения ПР. В итоге имеем многовариантность проблемы. Нужно учитывать

технологические, технические и организационные факторы.

Основные этапы создания РТК:

Анализ технологических процессов изготовления деталей на РТК с целью подбора

номенклатуры. Формируем предварительную номенклатуру.

Выбор типовой структуры РТК.

Разработка технологических требований.

Проектирование (компоновка) РТК. В масштабе в двух проекциях (в плане и сбоку).

Доработка технических средств.

Создание системы датчиков.

Построение циклической диаграммы. Этап нормирования, расчет времени.

Нормирование штучного времени изготовления детали на РТК.

Алгоритм управления.

В первом пункте возможны два варианта: 1) Имеются конкретные объекты роботизации:

детали, процессы, оборудования; 2) Конкретные модели роботов. Оптимальное решение может

быть получено на основе нахождения взаимосвязей между параметрами или характеристиками

робота, технологического процесса, деталями и оборудованием. Для этого нужна информация:

1. о техпроцессе – место базирования заготовки и детали на рабочих, приемных (или

вспомогательных) позициях; маршрут обработки (операции);

размеры заготовки, качество и состояние; траектория движения полуфабриката, заготовки;

производительность (годовая программа) часовая, сменная;

2. о детали – масса, форма, размеры, их изменение по переходам; серийность и годовая

программа; размер партии запуска и периодичность; пресс и штамп (усилие, размеры штампового

пространства, тип пресса, типы выталкивателей, съемных и удаляющих устройств, конструкция

штампа, число ходов ползуна); число переналадок для пресса в смену (время);

3. о ПР – грузоподъемность; погрешность позиционирования; перемещения манипулятора

по координатным осям; вращающие движения; кинематическая схема; скорость перемещения

звена для каждой степени подвижности; СУ; время перепрограммирования; схват (тип, усилие,

масса, стабильность работы при схвате. размеры, способ схвата, скорость схвата, число схватов в

магазине, время замены и переналадки);

4. о подающем устройстве – вид; метод ориентирования заготовки; стабильность

позиционирования заготовки на установочной базе; способ штучной подачи заготовки под схват

робота; объем питателя; время ориентации детали; переналадка и их число;

5. о РТК – крепим ли робот к прессу или устанавливаем около него; точность размещения

оборудования по разметочным осям; одно– или многооперационный; компоновка; надежность;

производительность РТК; число переналадок и их время.

14

При проектировании РТК необходимо учитывать особенности автоматизации

штамповочного оборудования. Автоматизация штамповки развивается за счет оснащения

универсальных прессов средствами автоматизации. Чуть позже стало создаваться

специализированное и специальное, автоматическое и автоматизированное оборудование.

Тенденция развития определялась типом производства и особенностями технологических

процессов штамповки. Для крупносерийного и серийного производства разрабатывают

многономенклатурные и быстропереналаживаемые средства автоматизации, которые

устанавливаются на универсальное оборудование, имеющее подготовку для автоматизации.

(наматывающие, разматывающие устройства, универсальные подачи, автоматические бункерные

загрузочные устройства для мелких штучных деталей (АБЗОУ), штампы–полуавтоматы (штамп–

автомат с шибером ).

В массовом производстве используется специальное оборудование: многопозиционные

листоштамповочные пресс–автоматы, автоматы для горячей штамповки, специализированные

линии прессов и комплексы. При серийном производстве стали применять специальное

оборудование: координатно–револьверный пресс и листогибочный пресс программного

управления. Оснащение прессов системами программного управления, системами ЧПУ, создание

штамповочных центров с управлением от ЭВМ – новый подход в автоматизации. Широкие

возможности для штамповочного производства открыли ПР. Они позволили автоматизировать

большое количество различных технологических процессов штамповки, обеспечили быструю

переналадку на новый технологический процесс и тем самым гибкость производства. В результате

появились комплексные автоматические участки, цехи, управляемые от ЭВМ.

Анализ номенклатуры деталей, предполагаемых для изготовления на РТК и их

технологических процессов является первым этапом при разработке и применении РТК. Как

показывает опыт, недостаточное внимание к анализу номенклатуры и технологических процессов

приводит к неудачной компоновке РТК, к излишнему разнообразию заготовок и недостаточному

внедрению роботов в производство.

Все разнообразие заготовок, подлежащих автоматическому ориентированию и

последующей загрузке роботом, может быть приведено к нескольким группам по следующим

признакам: геометрическая форма и конструктивные элементы; абсолютные размеры и их

соотношения; масса заготовки; свойства материала заготовки. Геометрическая форма заготовки

является наиболее характерным признаком при описании детали. Она характеризует

непосредственно деталь, независимо от ее назначения и принадлежности к другим изделиям.

Размеры и их соотношения оказывают влияние, с одной стороны, на устойчивость

преобладающего положения при ориентировании и на размеры захвата робота, а с другой стороны

– на размерные габариты штампа. Масса заготовок имеет значение для выбора типа ПР,

загрузочно-ориентирующих и захватывающих устройств. Свойства материала заготовки

определяют выбор метода ориентирования и тип захватывающего устройства. Кроме того, на

выбор метода ориентирования и тип захвата робота влияет технологичность детали. Поэтому

выбор типа пресса, варианта штампа, промышленного робота, подающего, ориентирующего и

захватывающего устройства должен основываться на групповой классификации деталей.

Поэтому при подготовке индивидуального задания для каждого студента возникли

первоначальные методические трудности. Прежде всего, это было связано с заданием на курсовой

проект номенклатуры в виде группы с минимальным количеством деталей для обработки на РТК.

Типовыми операциями листовой штамповки, для которых осуществляется роботизация, являются

процессы гибки, вытяжки и др. Как правило, это вторичные операции штамповки. На первичных

операциях (вырубка и отрезка) применение промышленных роботов ограничено. При этом

применение роботов для операций штамповки связано только с манипуляционными движениями

загрузки заготовки в штамп и с удалением деталей из штампа. Поэтому эффективное изготовление

деталей из листовых материалов определяется номенклатурой деталей, планируемых для

обработки на РТК.

Попытки преподавателя выдать задание студенту в виде одной или двух типовых деталей

не привело к пониманию гибкой автоматизации, связанной с созданием роботизированного

технологического комплекса с эффективным применением робототехники. Современное

листоштамповочное производство, ввиду многономенклатурности и многообразия технологий

изготовления деталей на прессах, требует создания методов групповой технологии обработки

деталей. Для этого требуется решить основные задачи, которые оказались нерешаемые студентами

самостоятельно:

15

выбрать прессовое оборудование с учетом возможностей групповой обработки;

распределить штампуемые детали по группам в зависимости от геометрии и формы;

установить количество и порядок выполнения штамповочных операций;

выбрать типовую компоновку РТК с учетом критерия минимизации времени

технологического цикла и характеристик оборудования и робота.

Кроме того, смена деталей из предполагаемой номенклатуры приводит к пониманию

необходимости замены или переналадки штампа и технических средств роботизации: захватного

устройства манипулятора робота, подающего и приемного устройства РТК, а также

перепрограммирование системы управления ПР. Это оценивается гибкостью РТК и

универсальностью оборудования и робота. Под этим понимается способность приспосабливаться

к изменениям, возникающим как в производственной системе, так и вне системы.

Поэтому для оценки гибкости РТК была использована форма технологической гибкости.

Она определяется возможностью выполнить на выбранном прессовом оборудовании несколько

технологических операций, что обеспечивается многоцелевыми штампами и универсальными

прессами, наличием технологических модулей, охватывающих обработку группы различных

заготовок без переналадки оборудования или с незначительными затратами на переналадку. При

этом индекс гибкости целесообразно определять из среднесуточных (сменных) характеристик

РТК. В результате преодоления указанных методических трудностей в разрабатываемом учебном

пособии предлагается следующая номенклатура деталей, где вес каждой детали рассчитан с

помощью программного обеспечения КОМПАС 3D, а максимальное усилие вытяжки и гибки

рассчитывается для наиболее габаритных деталей из номенклатурного ряда. При этом высоты

деталей из номенклатуры унифицированы под наибольший ход ползуна пресса, выбираемого по

усилию штамповки. В результате были созданы группы деталей, приведенные ниже в разделе 2:

получаемых вытяжкой осесимметричной формы (3 группы) и прямоугольной

формы (3 группы) с фланцами и без фланцев;

получаемых гибкой односторонняя (1 группа), двухсторонняя (2 группы),

многосторонняя (2 группы).

Задание для каждого студента предложено формировать по три группы деталей либо две

вытяжки и одна гибка либо, наоборот, одна вытяжка и две гибки методом перебора. В результате

появилась та номенклатура деталей и технологическая база, которая позволила уделить внимание

инновационным разделам курсового проектирования.

16

2 Номенклатура деталей

2.1 Детали для вытяжки

1. Коробка без скруглений

Таблица 2.1 – Характеристики детали коробка без скруглений

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 40 50 63 70 75 80 100

L, мм 50 63 70 75 80 100 125

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

Материал Ст20 Ст20 Ст20 Ст20 Л63 Ст20 АМг2

Масса, г 97,7 233,5 329,4 376 401,8 448,3 275,8

17

2. Коробка со скруглениями

Таблица 2.2 – Характеристики детали коробка со скруглениями

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 40 50 63 70 75 80 100

L, мм 50 63 70 75 80 100 125

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

R, мм 3 5 7 9 10 11 13


Масса, г 97,3 231,8 326 371,2 395,8 441,7 272

18

3. Стакан с раздачей

Таблица 2.3 – Характеристики детали стакан с раздачей

1 2 3 4 5 6 7

D1, мм 40 50 63 70 75 80 100

D2, мм 60 68 83 90 95 96 120

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

R, мм 3,0 5,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11

L, мм 10 9 10 12 15 15 18


Масса, г 105 146,8 222,5 260,8 289,4 296,1 224,4

Раздача под углом 45о.

19

4. Стакан с фланцем

Таблица 2.4 – Характеристики детали стакан с фланцем

1 2 3 4 5 6 7

D1, мм 40 50 63 70 75 80 100

D2, мм 66 80 90 100 110 120 150

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

R, мм 6,0 6,0 6,0 7,0 9,0 10,0 11,0


Масса, г 113,5 172 237 279,3 372,2 319,5 192,5

21

5. Стакан с фаской

Таблица 2.5 – Характеристики детали стакан с фаской

1 2 3 4 5 6 7

D1, мм 40 50 63 70 75 80 100

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

L, мм 3,0 5,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11


Масса, г 64,6 103 160,9 186,2 206,5 201,1 122,2

22

6. Стакан

Таблица 2.6 – Характеристики детали стакан

1 2 3 4 5 6 7

D1, мм 40 50 63 70 75 80 100

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,4

R, мм 3,0 5,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11


Масса, г 64,9 103,8 162,6 188,5 209 204 123,6

23

2.2 Детали для гибки

1. Двойной уголок

Таблица 2.7 – Характеристики детали двойной уголок

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 25 30 45 50 60 65 70

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,4

L, мм 80 87 95 95 102,5 100 120


Масса, г 29,4 52,8 110,5 122,8 181,5 137,9 72

26

2. Скоба

Таблица 2.8 – Характеристики детали скоба

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 25 30 45 50 60 65 70

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,4

L, мм 80 85 95 95 100 100 120


Масса, г 34,5 61,7 132,6 147,4 217,8 169,6 87,8

28

3. Скоба с фланцем

Таблица 2.9 – Характеристики детали скоба с фланцем

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 25 30 45 50 60 65 70

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,4

L, мм 61,5 69 79,5 82,5 82,5 82 102


Масса, г 29,4 55,1 121,1 137,5 198 153,2 80,8

29

4. Уголок

Таблица 2.10 – Характеристики детали уголок

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 25 30 45 50 60 65 70

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,4

L, мм 80 85 95 95 100 100 120


Масса, г 29 50,9 108,3 120,3 174,9 135,8 70,9

31

5. Скоба с фланцами

Таблица 2.11 – Характеристики детали скоба с фланцами

1 2 3 4 5 6 7

B, мм 25 30 45 50 60 65 70

H, мм 20 25 30 30 35 35 40

S, мм 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,4

L, мм 80 84 94 100 100 100 120


Масса, г 35,3 63,2 136,2 157,2 224,4 173,7 90,1

32

3 Расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей

Проведем расчет формы, размеров и веса исходной заготовки на примере деталей уголок,

стакан и стакан с раздачей.

Для расчѐта формы и размера заготовки в каждой из трѐх групп выделим по одной детали с

самой большой массой. Все дальнейшие расчѐты будем проводить для этих деталей. Из деталей

первой группы выбираем деталь 5. Далее будем называть еѐ деталь № 1. Чертѐж детали и еѐ

массово–центровочные характеристики (МЦХ) приведены ниже.

Рисунок 3.1 – Деталь № 1

Деталь 1

Материал Л63 ГОСТ 15527–2004

Плотность материала Ro =0.0088 г/мм3

Масса M = 174.90 г

Площадь S = 16862.50 мм2

Объем V = 19875.00 мм3

Длину нейтрального слоя определили графически в программном продукте КОМПАС–3D:

Рисунок 3.2 – Заготовка детали № 1

Из деталей второй группы выбираем деталь 5. Далее еѐ будем называть деталь №2. Чертѐж

детали и еѐ массово–центровочные характеристики (МЦХ) приведены ниже.

33


Деталь 2



Масса M = 104.515 г


Объем V = 11876.73 мм3

Основным правилом для определения размеров заготовок при вытяжке является равенство

объемов заготовки и готовой детали, так как в процессе пластической деформации объем металла

остается постоянным. При вытяжке без утонения стенок изменением толщины материала обычно

пренебрегают, и определение размеров заготовки производят по равенству площади поверхности

заготовки и готовой детали с припуском на обрезку.

Для определения диаметра исходной заготовки необходимо определить площадь

поверхности готовой детали F (которую определяем при помощи программы KОМПАС – 3D

функция МЦХ):

11581 F мм 2,

1,13 1,13 11581 121,6загD F мм

Принимаем 122загD мм

Рассчитаем коэффициент вытяжки:

1221,6

75

загв

DK

d

Из деталей третей группы выбираем деталь 5. Далее еѐ будем называть деталь № 3. Чертѐж

детали и еѐ массово–центровочные характеристики (МЦХ) приведены ниже.


Деталь 3



Масса M = 289.43 г


Объем V = 32890.41 мм3

Определим диаметр заготовки:

1.13 1.13 32101 202,5загD F мм ,

34

где F – площадь заготовки.

Принимаем 203загD мм

Найдѐм коэффициент вытяжки:

1

2032,7

75

загDк

d

35

4 Расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса

Проведем расчет усилия штамповки и хода ползуна, на примере деталей уголок, стакан и

стакан с раздачей. (См. раздел 3)

Расчѐт усилия штамповки и хода ползуна для детали №1

Усилие гибки определяется из условия равенства внешнего изгибающего момента моменту

внутренних сил.

M P l ,

1,2 1 1,2 2,5 4l r S мм – расстояние между опорами,

15903 4 63612M P l Н мм .

Кроме того к усилию гибки необходимо прибавить усилие прижима, составляющее 0,25 –

0,3 усилия изгиба. В некоторых случаях целесообразно применять усилие прижима большей

величины 0,5 0,6 изгP .

Установлено, что в зависимости от геометрических соотношений максимальное усилие

изгиба возникает при величине угла α от 45 до 80º, когда именно плечо изгиба имеет наименьшую

величину. В результате имеем более точную формулу для расчета усилия гибки (без учѐта

прижима):

2

2

cos (cos sin )0,5 2

( ) (1 sin )

2 60 2,5 38 0,09 1026 10260

изг В K

m п

P B S B S kr r S n S

кг Н

60B мм – ширина детали (длина линии изгиба),

2,5S мм – толщина детали,

238 /В кг мм – предел прочности,

09,02 k – коэффициент гибки.

0,55 1026 564,3 5643прижP кг Н .

Тогда имеем:

15903изг прижР P Р Н .


Усилие штамповки определится из суммы усилий вытяжки и прижима:

шт выт прP P Q .

На практике получила применение инженерная формула для определения усилия вытяжки:

3,14 80 2 1,9 420 325выт ф вP d s K кН ,

420в МПа , 260т МПа .

Усилие прижима: 2 2 2 20,25 ( ( 2 ) ) 0,25 3,14 (250 (80 2 5) ) 0,2 8,9пр мQ D d r q кН

20,2q кг мм – среднее давление прижима,

В итоге, получим:

325 8,9 334штP кН .

Для выполнения нужной операции вытяжки необходим пресс с усилием 40т. Рабочий ход

принимаем равным высоте вытягиваемой детали: pS 85мм .

36


Первой операцией штамповки для детали №3 является вытяжка цилиндрического

стаканчика без фланца. Следовательно, определим усилие штамповки и величину рабочего хода

для операции вытяжки.

Усилие штамповки определится из суммы усилий вытяжки и прижима:

шт выт прP P Q .

На практике получила применение инженерная формула для определения усилия вытяжки:

3,14 75 2 1,9 380 310выт ф вP d s K кН ,

380в МПа , 230т МПа .

Усилие прижима: 2 2

2 2

0,25 ( ( 2 ) )

0,25 3,14 (260 (75 2 5) ) 0,2 10

пр мQ D d r q

кН

20,2q кг мм – среднее давление прижима,

В итоге, получим:

310 10 320штP кН .

Для выполнения нужной операции вытяжки необходим пресс с усилием 40т. Рабочий ход

принимаем равным высоте вытягиваемой детали: pS 80мм .

37

5 Анализ выбора типовой схемы РТК

5.1 Структура, состав и компоновка РТК

Необходимо выполнить технологический анализ или технологическую подготовку (выбор и

группирование объектов роботизации: детали, процессы и оборудование). При выборе

штампуемых деталей с использованием РТК желательно иметь плоские штучные заготовки, но

простой геометрической формы. Они получаются резкой на гильотинных ножницах или вырубкой

в штампе. Максимальные размеры карточки составляет 600x600мм.

Наилучшие условия создает штамповка на провал через отверстие матрицы. Либо

применять штампы для удаления детали или отхода из зоны штамповки. В этих двух случаях во

время рабочего хода пресса идет подготовка к загрузке следующей заготовки. Когда деталь

штампуется за два и более операции стараются применить штампы с выталкиванием детали или

полуфабриката на поверхность матрицы и последующей ее передачей. Выталкивание должно быть

плавным, чтобы обеспечить ориентировку положения детали и полуфабриката на поверхности

матрицы.

Трудности возникают при операциях вытяжки и формовки. Трудно обеспечить плавное

выталкивание. Применяются штампы совмещенного типа, используют выталкиватели и съемники.

В конструкции штампов, которые применяются в РТК, входят изменения в отличие от штампов

для ручной работы, например:

четкая фиксация с помощью ловителей заготовки;

сохранение ориентированного положения детали при съеме и выталкивании;

исключение застревания детали в верхнем и нижнем частях штампа;

возможность свободного входа и выхода руки манипулятора, поэтому расстояние между

зеркалом матрицы и верхней частью штампа должно составлять: hшт.≥hдет.+1,3hзахв.;

заднее расположение колонок (направляющих).

Результаты технического анализа сводятся в специальные карты «Сбор данных», в которых

отражаются конструкция и технически параметры деталей всей группы. Существует 10 групп

сложности деталей. Указываются характеристики оборудования (основного и вспомогательного),

технико–организационные параметры производства. На основании этих данных создается РТК. Их

делят на два типа: РТК (комплекс) и РТЛ (линия).

РТК – роботизированная ячейка, которая состоит из 1–го пресса и 1–го или 2–х роботов,

устройства подачи заготовок, устройства для удаления детали и отходов, системы датчиков (КБУ

– контрольно–блокирующее устройство). Также нужны специальные устройства стыковки

(опорные подставки).

РТЛ – роботизированная линия, в которой предусмотрена последовательная передача

полуфабриката с одного пресса на другой. РТЛ бывают: однородные (линии состоят из РТК

одного типа) и смешанные (линии состоят из РТК разного типа).

38

Рисунок 5.1 – РТК с одним роботом:

1 – подающее устройство с нижней выдачей; 2 – робот однорукий;

3 – кривошипный пресс открытый двухстоечный; 4 – электрический шкаф пресса;

5 – тара для деталей; 6 – штамп; 7 – пневмофорсунка; 8 – пульт управления роботом.

По схеме рисунка 5.1 робот в РТК может работать с помощью подающего загрузочного

устройства. Устройство обеспечивает подачу заготовки под схват манипулятора. РТК снабжается

КБУ. По схеме рисунка 5.2 один робот подает заготовку, второй удаляет деталь. Все эти

устройства соединяются электрическими связями. По схеме рисунка 5.3 РТЛ имеет 2 пресса.

Расстояние между прессами – важный параметр. Предусматривают систему, чтобы связать две

роботизированные ячейки. Для этого применяют передающее устройство.

Рисунок 5.2 – РТК с двумя роботами

1 – подающее устройство с нижней выдачей; 2 – робот однорукий;


5 – тара для деталей; 6 – штамп; 7 – стол пресса; 8 – пульт управления роботом.

39

Рисунок 5.3 – Роботизированная линия:

1 – подающее устройство с нижней выдачей; 2 – роботы двурукие;


5 – тара для деталей; 6 – штамп; 7 – детали; 8 – пульт управления роботом;

9 – пневмофорсунка; 10 – передающее устройство, которое связывает два робота.

При производственной необходимости РТЛ может быть разделена на пару РТК. Вместо

передаточного устройства 10 можно применять тару 5.

Основная особенность РТК – возможность автоматизированной переналадки, возможность

встраиваться в ГАЛ или в ГАУ. Сама структура РТК зависит от уровня автоматизации и характера

внутри внешних связей. Состав РТК определяется содержанием технологического процесса,

который включает информацию:

размеры и форма заготовки;

состав технологического оборудования;

состав вспомогательного оборудования;

перечень переналадок (список) оборудования, штампов, схватов;

наличие устройств контроля деталей и диагностики оборудования;

тип системы управления;

информация о транспортных потоках заготовок, полуфабрикатах, деталях, штампах и

информация о местах их промежуточного хранения.

Компоновка РТК – система взаимного расположения составляющих ее элементов. Бывает

компоновка конструктивная, технологическая, информационная. При компоновке необходима

минимальность пути перемещения полуфабриката и детали за счет оптимальной компоновки РТК,

а так же за счет переналадки комплекса. Особая сложность появляется при изменении

конфигурации детали, которая влияет на компоновку, на выбор схвата робота. Для оптимальных

компоновок нужно располагать траекторией перемещения заготовки, детали, полуфабриката и

строить циклическую диаграмму, выбирать варианты с минимальным временем на все

перемещения. Имеются типовые компоновки РТК (ЭНИКМАШ).

5.2 Метод выбора оптимальной компоновки РТК, типовые схемы

В основу положен метод оценки типовых схем. Он заключается в выборе оптимальной

компоновки из предложенных типовых схем. Критерием оценки выбора является экономическая

эффективность.

.

1тех

ТЦ

Qt

– производительность РТК, где ТЦt – время цикла работы РТК.

40

ТЦ МЦ ЦП ВЦПt t t t ,

где МЦt – машинный цикл, ЦМt – цикл манипулятора (суммарное время движения, которое

совершает робот во время перемещения предмета производства), ВЦПt – внецикловые потери.

Указанные составляющие времени технологического цикла РТК, а точнее их уменьшение,

характеризуют уровни автоматизации.

60МЦ

Н

tn

; ВЦП пер пр тех оргt t t t t , где:

перt – среднее время переналадки;

прt – среднее время простоев, связанных с ремонтом;

техt – среднее время, связанное с технологическим обслуживанием;

оргt – среднее время по организационным причинам.

Человек исключен при выполнении рабочего хода пресса. Автоматизация нулевого уровня –

автоматический рабочий ход. Здесь предусмотрено применение штампов для получения детали.

I уровень – связан с уменьшением холостого хода за счет уменьшения общего хода ползуна

пресса. Применяют так же средства автоматизации, которые исключают участие человека при

выполнении холостого хода. Такая автоматизация является автоматизацией машинного цикла

оборудования. Время холостого хода входит в норму штучного времени.

II уровень – связан с автоматизацией технологического процесса. Применяются средства

автоматической транспортировки заготовок (деталей) и средства контроля. В результате можно

создать автоматические линии прессов и роботизированные участки. Время транспортировки

входит в норму штучного времени.

III уровень – связан с внедрением ГПС. Применяются оборудование с ЧПУ, промышленные

роботы и современные средства вычислительной техники: микро–ЭВМ и ПЛК. В результате

можно создать гибкое автоматизированное производство. Время переналадки входит в норму

штучного времени.

5.3 Типовые компоновки РТК

РТК 1

Робот осуществляет только загрузку пресса по оси X и Z. Исходное положение – рука

втянута и поднята колонка. Колонка опускается – закладывает заготовку, колонка поднимается –

выдвигается рука, заготовка загружается в штамп.

4 2 2ЦМ к сх рукt t t t

РТК 2

Для загрузки заготовки в пресс используется поворот руки, желательно проводить поворот

при втянутой руке. Захват заготовки производится при втянутой руке

4 2 2 2ЦМ к сх рук повt t t t t

РТК 3

Робот производит загрузку заготовки, снимает деталь и помещает в тару 5.


41

Рисунок 5.4 – Типовые компоновки РТК:

1 – пресс; 2 – устройство подачи заготовок; 3 – позиционирование заготовок; 4 – ПР.

РТК 4

Установку заготовки исполняет рука 1, удаление – рука 2.


РТК 5

Поворота нет, выполняется линейное перемещение рук параллельно фронтальной

плоскости. 6 – устройство перемещения вдоль фронта пресса.

4 2 4 2ЦМ к сх рук сдt t t t t

42

РТК 6

Применяется 2 робота. Один устанавливает заготовку, другой снимает деталь. Исходное

положение – левая рука находится на месте базирования заготовки, а другая в сторону пресса.


РТК 7

Имеется два одноруких робота. Установка и съем заготовки выполняется без поворота.

Исходное положение – обе руки втянуты и поднята колонка.

6 4 4ЦМ к сх рукt t t t

РТК 8

Комплекс для трехпереходной штамповки.

4 2 2 2ЦМ к сх рук сдt t t t t

РТК 9

Комплекс имеет веерное расположение прессов.


Машинный цикл – цикл работы пресса. ЦМt – время, связанное с манипуляцией; ВЦПt –

внецикловые потери РТК. Они объясняются следующими причинами: подготовка РТК к работе,

его переналадка, перепрограммирование, ремонт и техническое обслуживание, отсутствие

заготовки, штампа, сжатого воздуха, смазки. Это среднее время на один цикл работы РТК.

МЦ ЦМt t – цикл РТК;

.РТКЦ МЦ манип Цt t t

/ВЦП рем Т О орг переналt t t t t , где ремt и /Т Оt – собраны статистическим путем,

берутся из данных, вводятся нормальные показатели надежности оборудования.

/

1 гот РТКЦ

рем Т О

гот

К tt t

К

; 0,85...0,95готК .

Таблица 5.1 – Некоторые технические характеристики РТК листовой штамповки

Класс ПР Тип РПС

Производственная

площадь, занимаемая

техническими

средствами, м2

Время переналадки перt ,ч

ПР сверхлегкого

типа

РТК–1 0,6 1,0

РТК–2 0,8 1,0

РТК–3 0,9 1,0

РТК–4 1,0 1,5

РТК–5 1,2 1,5

РТК–6 1,2 1,5

РТК–7 1,1 1.5

ПР легкого типа

РТК–1 1,2 1.5

РТК–2 1,5 1,5

РТК–3 1,7 1,5

РТК–4 2,1 2,0

43

РТК–5 2,5 2,0

РТК–6 2,5 2,0

РТК–7 2,3 2.0

5.4 Расчет производительности РТК

Расчет ведется с учетом одной переналадки в смену.

Для РТК в составе РПС с жесткой связью номинальная (цикловая) производительность:

смН

р

tQ

t , где

смt – время работы оборудования в секундах (8 3600 ); рt – время

одного цикла работы оборудования в секундах (номинальный цикл).

Фактическая производительность РПС:

Ф Н перQ Q Q , где пер

пер

р

tQ

t ;

перt – время переналадки оборудования (См. таблицу 5.1).

Возможности повышения производительности РТК и уровень эксплуатации комплексно

оцениваются коэффициентом использования:

Ф

Н

QK

Q

5.5 Пример выбора оптимальной компоновки РТК

Выберем оптимальную компоновку на примере РТК листовой штамповки для деталей

уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 3)

Перед тем как выбрать промышленный робот, необходимо выбрать типовую схему

расположения оборудования в РТК. Существует большое количество схем расположения

оборудования в РТК. Проанализируем две схемы расположения оборудования.

Рисунок 5.5 – Первая схема РТК

Описание первой схемы расположения оборудования РТК: выбрана схема с одноруким

роботом, имеющим пять степени подвижности – поворот колонки, выдвижение/втягивание руки,

опускание/поднятие захватного органа. Подающее устройство расположено напротив

промышленного робота под углом к оси пресса, приемное устройство находится между прессом и

ПР.

44

Рисунок 5.6 – Вторая схема РТК

Описание второй схемы расположения оборудования РТК: выбрана схема с двуруким

роботом, имеющим пять степени подвижности – поворот колонки, выдвижение/втягивание руки,

опускание/поднятие захватного органа. Подающее устройство расположено напротив

промышленного робота под углом к оси пресса, приемное устройство находится диаметрально

противоположно относительно подающего устройства.

Характеристики роботов смотри в Приложении 2.

Расчет временных параметров первой схемы РТК

Номинальная производительность:

смН

р

tQ

t , где

смt – время работы оборудования; рt – время одного цикла работы

оборудования (номинальный цикл).

Фактическая производительность:

Ф Н перQ Q Q , где пер

пер

р

tQ

t ;

перt – время переналадки оборудования.

Цикл манипулятора определяются структурной схемой РТК и алгоритмом его работы. Для

выбранной типовой схемы цикловые манипуляции, при использовании совмещения движения

звеньев, определяются по формуле:

2 4 4 2 2 0,15 4 0,3 4 0,5 2 0,5 4,5мц к сх с пt t t t t сек,

8 36006400

4,5НQ шт

где кt – время подъема или опускания колонны; схt – время срабатывания схвата; сt – время

совместного перемещения звеньев (радиальное перемещение руки и подъем или опускание

колонки).

Внецикловые потери времени:

5400вц перt t сек,

54001200

4,5перQ шт

6400 1200 5200ФQ шт

45

где перt – среднее время переналадки при переходе на обработку другой детали.



.

52000,82

6400

Фисп РТК

Н

QK

Q

Расчет временных параметров второй схемы РТК

Цикловые потери определяются структурной схемой РТК и алгоритмом его работы. Для

выбранной типовой схемы цикловые потери, при использовании совмещения движения звеньев,

определяются по формуле:

4 4 4 2 4 0,15 4 0,3 4 0,5 2 1 5,8мц к сх с пt t t t t сек,

8 36004965

5,8НQ шт

4965 1200 4034ФQ шт

где кt – время подъема или опускания колонны; схt – время срабатывания схвата;

сt – время

совместного перемещения звеньев (радиальное перемещение руки и подъем или опускание

колонки).



.

40340,81

4965

Фисп РТК

Н

QK

Q

Из двух представленных схем выбираем первую схему расположения оборудования в РТК,

так как в ней время цикла работы промышленного робота меньше и выше производительность,

чем у второй и, а также коэффициент использования РТК выше.

46

6 Выбор пресса, схемы штампа

6.1 Требования к прессам и штампам

Основные требования к прессам в составе РТК:

Высокая производительность. Для увеличения производительности необходимо чтобы

ползун пресса с большей скоростью проходил холостой ход и с меньшей рабочий ход. Для этого

применяют двухскоростные приводы с двумя муфтами включения.

Высокий коэффициент использования ходов пресса. Существуют пресса, с возможностью

регулирования числа ходов ползуна. В этом случае вместо асинхронного электродвигателя

применяют синхронный электродвигатель или электродвигатель постоянного тока с тиристорным

управлением.

Быстроходность. Однако быстроходные пресса не всегда применимы для вытяжки, где есть

ограничения по скорости процесса.

Кроме этого необходимо обеспечить достаточное время для срабатывания средств

автоматизации РТК, для чего применяют пресса с увеличенным ходом ползуна, либо

предварительно увеличивают ход. Существуют пресса со встроенными манипуляторами с

приводом от вала пресса. При этом происходит отбор мощности от привода пресса, что приводит

к необходимости проведения дополнительных расчетов и снабжению пресса электронным

командоаппаратом. Если пресс работает в составе комплекса или линии, он должен иметь систему

предохранения от перегрузок либо пневматического, либо гидравлического типа. Так же пресс

должен иметь устройства, сокращающие время переналадки: выдвижные столы, сменные

подштамповые плиты, устройства для быстрого крепления штампов. В том числе необходима

установка на пресс счетчика ходов, средств мониторинга и диагностики.

Номенклатура прессов приведена в приложении 1.

Основные требования к штампам:

Штампы должны обладать наивысшей надежностью и высокой стойкостью. Стойкость

штампов должна обеспечивать их бесперебойную работу в течение заданного времени, когда

должна быть проведена замена штампа, его контроль или планово–предупредительный ремонт.

Штампы должны быть быстросменными. Для этого должны быть использованы автоматические

зажимы, устройства вывода штампа из зоны пресса и его ввода.

В штампах должны быть предусмотрены выталкиватели, как в верхней, так и в нижней

половине штампа. Работа выталкивателей должна быть надежной, плавной и синхронной.

Выталкиваемая деталь в процессе выемки из штампа должна быть зажата между верхними и

нижними выталкивателями, что предохраняет от выскакивания детали ввиду наличия остаточных

упругих деформаций. Кроме этого, как правило, необходимы, так называемые отлипатели,

отделяющие прилипшую деталь от соприкасающихся частей штампа.

В штампах желательно предусмотреть датчики износа, а также наличия детали в штампе и

ее фиксации. В штампах должны быть предусмотрены выемки для входа и выхода схвата робота,

где схват захватывает деталь. Штампы должны быть по возможности простыми, в особенности

при мелкосерийном производстве. В этом случае после штамповки в первом штампе заготовки

складываются в специальные укладчики–накопители, которые после загрузки, при штамповке во

втором штампе играют роль питателей.

Проверка высоты штампа проводится в соответствии с характеристиками пресса:

max

.

min

. .

min max

;2

;

,

наиб наим

n nшт п пл

шт п пл

шт шт

S SH H H

H H Ш H

H ЗВШ H

где ЗВШ – закрытая высота штампа; max

штH , min

штH – максимальная и минимальная

высота штампа; H – номинальная закрытая высота пресса; наиб

nS и наим

nS – наибольший и

47

наименьший ход ползуна; .п плH – высота подштамповой плиты; Ш – регулировка закрытой

высоты пресса за счет шатуна.

6.2 Типовые конструкции штампов

6.2.1 Штамп вытяжной

Далее приведен пример исполнения штампа для вытяжки.

Рисунок 6.1 – Деталь

Рисунок 6.2 – Сборочный чертеж штампа в закрытом положении:

1 – плита нижняя; 2 – плита верхняя; 3 – матрица; 4 – пуансон; 5 – пуансонодержатель; 6 –

прижим; 7 – плита подкладная; 8 – ограждение; 9 – выталкиватель; 15 – буфер; 16 – втулка; 17 –

колонка; 18 – хвостовик; 19 – штырь; 21 – 24 – винт; 25 – 27 – штифт.

48

Рисунок 6.3 – Сборочный чертеж штампа в открытом положении

49

6.2.2 Штамп гибочный

Далее приведен пример исполнения штампа для гибки.



1 – плита нижняя; 2 – выталкиватель; 3 – матрица; 4 – планка; 5 – плита верхняя; 6 –

пуансонодержатель; 7 – прокладка; 8 – планка; 9 – пуансон; 15 – болт; 16 – 18 – винт; 19 – шайба;

20 – штифт; 21 – колонка; 22 – втулка; 23 – хвостовик; 24 – штырь; 25 – буфер.

50


Далее приведен пример исполнения штампа для гибки коробки.


51


1 – матрица; 2 – пуансон; 3 – выталкиватель; 4 – подкладная плита; 5 – пуансонодержатель; 6 –

прижим; 7 – плита верхняя; 8, 15 – винт; 9 – втулка; 10 – колонки; 11 – плита нижняя; 12 –

хвостовик; 13 – шток; 14, 16 – штифт.

52


6.3 Пример выбора пресса и схемы штампа

Проведем выбор пресса и схемы штампа на примере РТК листовой штамповки для деталей

уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

Выбор пресса:

При выборе пресса исходят из следующих соображений:

1) тип пресса и величина хода ползуна должны соответствовать технологической операции;

2) усилие, создаваемое прессом, должно быть равно или несколько больше усилия,

требуемого для штамповки;

53

3) мощность пресса должна быть достаточной для выполнения работы, необходимой для

данной операции;

4) закрытая высота пресса должна соответствовать или быть больше закрытой высоты

штампа;

5) габариты стола и ползуна пресса должны давать возможность установки и закрепления

штампов и подачу заготовок, а отверстие в столе пресса – позволять свободное

проваливание штампуемых деталей (при штамповке «на провал»);

6) число ходов пресса должно обеспечивать достаточно высокую производительность

штамповки;

7) в зависимости от рода работ должно быть предусмотрено наличие специальных устройств

и приспособлений (буфера, выталкиватели, механизмы подачи и т.п.);

8) удобство и безопасность обслуживания пресса должны соответствовать требованиям

техники безопасности.

Таким образом, основными техническими параметрами для выбора пресса являются усилие,

работа, величина хода, закрытая высота и размеры стола пресса.

В качестве используемого пресса используем однокривошипный пресс простого действия

модели КД23226Е с усилием 40т.

Рисунок 6.10 – Кривошипный пресс КД23226Е

Таблица 6.1 – Основные параметры пресса КД23226Е

Номинальное усилие пресса, тс 40

Ход ползуна, мм:

наименьший 10

наибольший 80

Число ходов ползуна в минуту 140

Размеры стола, мм:

слева–направо 600

спереди–назад 400

Размеры отверстия в столе, мм:

слева–направо 300

спреди–назад 200

диаметр 250

Расстояние от оси ползуна до станины (вылет), мм 220

Наибольшее расстояние между столом и ползуном

в его нижнем положении при наибольшем ходе, мм:

при верхнем положении стола 280

при нижнем положении стола –

54

Расстояние в свету между стойками станины, мм 280

Регулировка расстояния между столом и ползуном, мм:

шатуном 65

столом –

Толщина подштамповой плиты, мм 80

Угол наклона станины, град 30

Размеры ползуна, мм:

Слева–направо 350

Спереди–назад 285

Размеры отверстия в ползуне под хвостовик, мм:

диаметр 50А

глубина 70

Наибольший ход выталкивателя в ползуне, мм: 35

Наибольшее число ходов ползуна в минуту в одиночном режиме 50

Высота стола над уровнем пола, мм:

наименьшая –

наибольшая 900

Таблица 6.2 – Габаритные размеры пресса КД23226Е

Размеры, мм

D Е А В

690 970 1305 1880

Выбор схемы штампа

При выборе схемы штампа следует учитывать закрытую высоту пресса, наличие

подштамповых плит, необходимость свободного входа и выхода схвата промышленного робота из

зоны штамповки с заготовкой/деталью, наличие трафарета, исключающего неправильное

расположение заготовки в штампе.

Выбор схемы штампа для детали №1

Эскиз штампа для гибки представлен на рисунке 6.11:

55

Рисунок 6.11 – Штамп для гибки:

1 – нижняя плита; 2 – гибочная матрица; 3 – прижим; 4 – пуансон; 5 – верхняя плита; 6 –

хвостовик; 7 – колонки; 8 – втулки; 9, 10 – винт.

В штампе, для более точной гибки и удобной установки штампа на прессе, используются

блоки с осевым (симметричным) расположением направляющих колонок с проточкой 7

нормальной точностью. Нижняя часть штампа состоит из нижней плиты 1 и гибочной матрицы 2,

закреплѐнной винтами 10. Верхняя часть штампа состоит из гибочного пуансона 4, к которому

винтом 9 присоединѐн прижим 3. Пуансон прикреплѐн к верхней плите 5 винтами. Верхняя плита

5 соединена с ползуном через хвостовик с резьбой и буртиком 6. Также в штампе используются

втулки направляющие прецизионные 8.

При включении пресса ползун из крайнего верхнего положения перемещается в крайнее

нижнее. Во время холостого хода пружина, находящаяся на винте 9, не сжатая. Прижим 3 идѐт

чуть раньше гибочного профиля пуансона 4. По мере приближения пуансона 4, прижим 3

соприкасается с заготовкой, пружина сжимается, создавая усилие на прижим 3, а тот в свою

очередь на заготовку, тем самым удерживая еѐ в гравюре матрицы 2. После касания пуансона 4 и

заготовки совершается гибка. Ползун доходит до крайнего нижнего положения, а потом делает

обратный ход.


На рисунке 6.12 показан штамп для вытяжки детали без фланца.

56

Рисунок 6.12 – Штамп для вытяжки детали без фланца:

1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – обойма; 4 – пуансонодержатель; 5 – выталкиватель; 6 – хвостовик; 7

– прижимное кольцо; 8 – втулки; 9 – верхняя плита; 10 – колонки; 11 – нижняя плита; 12, 14 –

пружины; 13, 15 – винты.

Вытяжной пуансон 1 и обойма 3 – врезаны и прикреплены к нижней плите 11 штампа

винтами. Матрица 2 и прижимное кольцо 7 прикреплены к верхней плите 9 винтами.

Необходимый для вытяжки прижим создается прижимным кольцом 7, действующим от нижнего

буфера. Также в штампе используются втулки 8 и колонки 10. Выталкивание готовой детали

осуществляется при помощи выталкивателя 5 и пружины 12 прикрепленной к матрице 2. Штамп

крепиться к ползуну пресса при помощи хвостовика 6.


Схема штамп для первой операции штамповки детали №3 подобна схеме штампа,

приведенной на рисунке 6.12.

57

7 Выбор промышленного робота

7.1 Технические характеристики промышленных роботов

Технические характеристики промышленных роботов включают следующие параметры:

1.Конструктивное исполнение манипулятора (однорукий, двурукий; степень

автономности; подвесной, напольный, подвижный, стационарный, встроенный в оборудование).

2. Номинальные параметры (грузоподъемность, которая определяет тип привода, вес

робота и габариты). Существуют типоразмерные ряды роботов:

Сверхлегкие:0,1;0,16;0,25;0,4;0,69 кг – пневматические. Применяются в приборостроении в

электротехнической и радиотехнической промышленности.

Легкие:1,0;1,25; 1,6;4;6,3;10 кг. Применяются в машиностроении.

Средние:16;25;40;63;100 кг. Применяются в машиностроении.

Тяжелые:60;250;400;630;1000 т. Ковочных манипуляторы.

3.Системы координат, в которой работает манипулятор робота. Зависит от

кинематической схемы манипулятора и определяет рабочую зону робота.

1) Прямоугольная система координат: n–число степеней свободы, m–число степеней

подвижности тогда: m = n–3, например: n=6, m = n–3=3.

Рисунок 7.1 – Прямоугольная система координат

2) Цилиндрическая система координат: m=n–2

Рисунок 7.2 – Цилиндрическая система координат

58

3) Сферическая система координат: m=n

Рисунок 7.3 – Сферическая система координат

4) Угловая система координат: m=n

Рисунок 7.4 – Угловая система координат

Кинематическая схема манипулятора – схема кинематических поступательных и

вращательных пар, взаимно расположенных в пространстве и определяющая рабочую зону

манипулятора.

Манипулятор робота считается сложным многозвенным и открытым механизмом,

содержащий как поступательные, так и вращательные кинематические пары. Их количество и

взаимное расположение определяет конфигурацию рабочей зоны.

Таблица 7.1 – Условное обозначение движений руки манипулятора

Тип движения Буквенное

обозначение

Условное графическое

обозначение

1.Поступательное, вдоль оси Х (вдоль руки). Пх

2.Поступательное по оси Z,вверх–вниз. Пz

3.Поступательное по оси Y,перпендикулярно

оси руки. Пу

59

4.Вращательное вокруг оси Z в

горизонтальной плоскости. Bz

5.Вращательное движение вокруг оси Y в

вертикальной плоскости. By

6.Вращательно движение вокруг оси Х,

ротация кисти. Bx

Прямоугольная система координат:

1. ПуПzПх (Рисунок 7.5) – записывается последовательно от условной точки. Точка

пересечения руки с вертикальной осью робота в нижнем крайнем положении.

Рисунок 7.5 – Система ПуПzПх

2. ПzПх (Рисунок 7.6) – робот типа «взять–положить»

Рисунок 7.6 – Система ПzПх.

Цилиндрическая система координат:

Рисунок 7.7 – Система BzПzПх

BzПzПх – самая распространенная система, характерна для роботов первого поколения.

Сферическая система координат:

60

1. BzByПх (Рисунок 7.8) – ВМ–201М, цилиндрическая система координат m=4

Рисунок 7.8 – Система BzByПх

2. BzПzПхBx (Рисунок 7.9) – Универсал–15,сферическая система m=6

Рисунок 7.9 – Система BzПzПхBx

3. ПуВzBy 1ПхBy 2Bх (Рисунок 7.10)

Рисунок 7.10 – Система ПуВzBy 1ПхBy 2Bх

4. Количество кинематических пар в манипуляторе (поступательных и вращательных).

Определяет число степеней подвижности промышленного робота. Чтобы перемещать

предмет из одной точки в другую достаточно трех степеней подвижности –

транспортирующие движения, переносные движения. Кроме переносных движений еще

имеются ориентирующие степени подвижности, это достигается, поворотом кисти

манипулятора вокруг оси Х. Может быть перенос + ориентирование – 6 степеней

подвижности. В основном, для большинства промышленных роботов имеются 1 или 2

ориентирующих степеней подвижности. 30% ПР имеет от 3 до 5 степеней подвижности.

5. Скорости линейных и вращательных движений.

Линейная –1 м/с, вращательная – град/сек.

Зная величину подвижности П и В и величину скорости можно определить время.

;П

П

Пt

V

max 1 /ПV м с ; ;В

В

Вt

V

max 180ВV

c

6. Вид движения (Таблица 7.2)

Таблица 7.2 – Вид движения

61

Вид движения П или В Время t,сек

Выдвижение руки 80 мм 0,17

Опускание руки по вертикали 20 мм 0,08

Поворот 90º 1

Зажим 10 мм 0,035~0,04

7. Погрешность позиционирования.

–высокоточный робот ( 0,01 мм)

–робот повышенной точности( 0,1 мм)

–робот нормальной точности( 1 мм)

–робот низкой точности (> 1 мм)

Выбор робота той или иной точности зависит от технологических условий сопряжения

робота и оборудования.

8. Время на переналадку.

Это время складывается из времени перепрограммирования + время смены захвата + время

переналадки пресса + время переналадки другого вспомогательного оборудования + время смены

штампа. Система управления должна обеспечить минимизацию времени. Сложность переналадки

зависит от условий технического процесса. Это время приближенно равно: 20 мин–1,5 ч. Если

переналадка выполняется один раз в смену (8 часов), то время на переналадку составляет от 10 до

20 % времени. Сокращение времени на переналадку – важная проблема совершенствования

роботов – современная тенденция адаптивных и интеллектуальных роботов.

7.2 Применение промышленных роботов в листовой штамповке

В настоящее время около 30 % всех ПР используется в операциях холодной листовой

штамповки. Их применение позволяет решить проблему полной автоматизации штамповки

деталей из листового материала, не только в серийном, но и в крупносерийном производстве. ПР

применяют для следующих видов вспомогательных операций:

1. складирование полос и карт (укладка);

2. транспортировка кассет к прессам;

3. загрузка заготовками штампа, удаление готовой детали из штампа;

4. межпрессовое перемещение полуфабрикатов;

5. складирование деталей и отходов.

Считается, что использование ПР в листовой штамповке не всегда является экономически

выгодным. Его конструкция имеет много различных устройств со сложной системой управления.

Сейчас необходимы управляемые роботы модульной конструкции с несложной системой

управления.

Первым роботом, который был предназначен для холодной листовой штамповки, является

«Циклон–3Б»(1975 год). Позже появился целый ряд моделей ПР с достаточно широким

диапазоном грузоподъемностей, с большим числом степеней подвижности, с большой скоростью

перемещения, с большей мобильностью и т.д. Например, «ПРГ–1И» – двухрукий робот. Общая

грузоподъемность на обе руки =10 кг. Выполняет работы на кривошипных прессах открытого и

закрытого типа усилием до 160 тс. Манипуляторы могут работать независимо, имеют совместный

поворот вокруг оси, также имеют вертикальное перемещение руки и захвата. Имеет ручной

привод для настройки рук по уровню штампа. Руки оснащаются вакуумными и

электромагнитными захватами (г. Барнаул). Вторым стал робот «ПРП–5» (г. Ленинград),

имеющий четыре степени подвижности, две руки с общей грузоподъемностью, равной 10 кг.

Далее стали применяться универсальные роботы: «Циклон–5.01», «ПР–10И», «РФ–201М».

Впоследствии выполнялась разработка комплексов на базе пресса и робота: АККД2128А,

робот КМ063Ц4212 (г. Таганрог). Это пример автоматизированного комплекса. Комплексы были

одно–, двухоперационными (2 пресса). Приведем каталог роботов ЭНИКМАШ:

«Ритм 01.01» 1–2 руки; грузоподъемность на каждую руку 0.1/0.1кг; 5 степеней

подвижности.

62

«Ритм 01.02» 2 руки; грузоподъемность одной руки 0.1 кг, другой 0.2 кг.; 6 степеней

подвижности.

«РФ–201М» 1 рука; грузоподъемность 0.2 кг; 4 степени подвижности.

«Импульс» 2 руки; грузоподъемность 0.8/0.4 кг; 4 степени подвижности.

«Ритм 05.01» 2 руки; грузоподъемность 0.5/0.1 кг; 7 степеней подвижности.

«Гном–1.2» 1–2 руки; грузоподъемность 1.2/0.6 кг;4 степени подвижности.

«КМ 125 Ц42.12»2 руки; грузоподъемность 1.25/0.63 кг; 6 степеней подвижности.

«Гном–3» 1 рука; грузоподъемность 1.0/1.0 кг; 3 степени подвижности.

«КМ 25Ц42.12» 3 руки; грузоподъемность 4.8/1.6 кг; 4 степени подвижности.

«КМ 125Ц42.14» 1 рука; грузоподъемность 2.5/2.5 кг; 4 степени подвижности.

«Циклон3–01» 1–2 руки грузоподъемность 6.0/3.0 кг; 6 степеней подвижности.

«ПР–10И» 1 рука; грузоподъемность 10/10 кг; 4 степени подвижности.

Выбор той или иной модели ПР зависит от типа производства, от пресса, от количества

штамповочных операций и годового выпуска продукции, от количества запусков партий деталей.

ПР, которые применяются для мелкосерийного или серийного производства должны оснащаться

сменными захватами и загрузочными устройствами разных типов. Необходимо иметь типовой

технологический процесс, унифицированное оборудование и оснастку для РТК. Это имеет особую

актуальность в настоящее время. При развитии роботизации в листовой штамповке выделились

основные направления:

1. Разработка унифицированных РТК, организация специализированного выпуска

комплексов ЭНИКМАШ.

2. Снижение стоимости и совершенствование как ПР, так и РТК.

3. Разработка систем управления для РТК листовой штамповки.

4. Разработка принципов групповой обработки деталей (за каждой унифицированной РТК

заранее формируется группа деталей).

7.3 Требования к промышленным роботам

При использовании робота в конкретной РТК к ним предъявляются требования, которые

зависят от условий производства, уровня автоматизации и т.д. В зависимости от их значимости

приведем следующие требования:

1) Функциональное назначение и тип робота.

Большинство промышленных роботов не обладают высокой универсальностью, поэтому

робот должен быть приспособлен к типу оборудования, например к кривошипному прессу.

Применение ПР с кривошипным прессом характеризуется следующими условиями:

кривошипный пресс может работать в режиме одиночных и непрерывных ходов;

не существует жесткой фиксации заготовки в штампе, штамп имеет некоторые изменения,

связанные с увеличением открытой высоты штампа, а на глубине толщины заготовки

имеется трафарет по форме заготовки и фиксаторы;

необходимости постоянного контроля штампованных деталей нет, так как штамп

спроектирован с учетом стойкости;

простота и однообразие манипуляций при загрузке заготовки в штамп и удаление

заготовок из штампа, достаточно 2–3 степени свободы, существуют проблемы работы

робота с прессом (листовая штамповка);

робот намного медленнее, чем кривошипный пресс, поэтому пресс работает только в

режиме одиночных ходов, но более производительно, чем при ручном обслуживании с

учетом коэффициента использования ходов;

робот является универсальной машиной, в отличие от пресса, поэтому является более

дорогостоящей;

кривошипный пресс имеет конструкцию предназначенную для работы с человеком,

поэтому для работы ПР с прессом нужны специальные устройства;

чтобы обеспечить эффективность РТК необходимо выполнить унификацию

технологических процессов и деталей и определить типовые операции и осуществить их

группирование;

РТК должен работать функционально внутри ГПС.

63

Для промышленных роботов нужно использовать вспомогательное устройство для его

установки. Также нужно обеспечить точную фиксацию заготовки для ее захвата. Существует три

типа подающих устройств:

–нижняя выдача заготовки из кассеты шибером;

–верхняя выдача заготовки из кассеты (устройство магазинного типа). Они бывают

однопозиционные и многопозиционные (револьверного типа). Существующее правило

расстановки прессов может нарушаться.

2) Тип рабочего органа.

Захват нужен для зажима заготовок, полуфабрикатов и деталей, чтобы осуществить

локализацию предметов манипуляции. Захваты определяются множеством конфигураций форм и

свойств предметов:

1. по способу зажима: вакуумные, механические, электромагнитные, комбинированные;

2. по наличию сенсорных датчиков: неочувствленные, очувствленные;

Механические захваты: пневмопривод, устройство зажима, захватывающие губки,

демпфирующие элементы, с помощью которых уменьшается усилие при захвате детали. Губки

могут быть с поступательным и вращательным движением, с рычажным механизмом, зубчатыми

рейками, двойным рычажным механизмом.

Вакуумные захваты: присоски с разреженным воздухом: пассивные и активные (имеют

устройства, создающие разряжение под манжетой присоски).

Магнитные зажимы: предназначены для захвата деталей из ферромагнитных материалов

(существует остаточная намагниченность).

Большинство схватов не имеют датчиков и поэтому их необходимо ими оснастить.

3) Грузоподъемность.

Нельзя превышать номинальную грузоподъемность. Нередко допускают очень большие

запасы по грузоподъемности из–за чего, работы становятся громоздкими.

4) Число степеней подвижности.

5) Геометрические параметры манипулятора.

Длина звеньев; величина вылета; ход; угол поворота; габариты робота.

6) Значения параметров быстродействия.

–Средние скорости по степени подвижности;

–Максимальные значения времени по степеням подвижности;

–Время цикла работы робота, есть время всех перемещений.

7) Показатели точности.

8) Возможности управления.

–Число точек позиционирования для циклового управления;

–Способ программирования движения;

–Ограничение памяти на объем программирования;

–Число хранимых программ.

9) Возможности очувствления.

Наличие различных датчиков, которые позволяют контролировать положение схвата

относительно объекта (заготовки, оборудования) и их взаимодействие. Зависит от

последовательности поступления информации в систему управления. При обслуживании прессов

крупносерийного производства на первое место выходит показатель быстродействия.

Современные РТК предъявляют новые требования: при работе роботов с большим числом

оборудования нужно иметь большое число каналов связи с оборудованием. При проектировании

РТК в отношении выбора робота возможны следующие ситуации: робот можно взять из серийно

выпускаемых роботов, и появилась тенденция использовать модульные промышленные роботы.

10) Модульная структура.

Функционально–законченное звено манипулятора, совершающее одно поступательное, либо

одно вращательное звено. Модуль может иметь привод. Роботы модульной конструкции лучше

приспособлены к изменению технологии и к ГАП. Возможна быстрая компоновка из отдельных

роботов.

64

Например, «Гном» – робот модульного типа нашел применение для листовой штамповки

(грузоподъемность 0.1–0.5 кг). Он имеет пневмосистему модульного типа, пневмопривод, блок

подготовки воздуха, электронную систему управления по модульному типу (отрабатывает до 24

шагов). Манипулятор «Гнома» может монтироваться на оборудование и состоит из линейных

вращательных модулей.

РТК, который будет построен по модульному принципу, можно скомпоновать из отдельных

технологических ячеек в целую автоматическую линию. Создание на основе модулей типовых

моделей роботов и отдельных комплексов является основным направлением успешного решения

комплексной автоматизации, которое обеспечивает производительность и гибкость при

мелкосерийном производстве.

Под специальную задачу можно применить и специальный робот. Однако доработок

избежать нельзя и робот, который был универсальным, становится специальным,

приспособленным только для данного оборудования. Это уже ограничение гибкости

производства.

Применение модульных роботов облегчает их приспособление к прессу. Взаимная

ориентация робота и пресса: установка вспомогательного оборудования, изменение маршрута

манипуляции, совершенствование пресса, правильная расстановка оборудования. Если в

комплексе несколько роботов нужно применять один вид ПР. В таком случае, достаточно двух

точек позиционирования и цикловой системы управления. Однако возникает дополнительная

сложность в случае, когда робот работает на два пресса. Для этого устанавливают робот–

перекладчик и возникают задачи с переориентацией заготовки. Для обеспечения адаптивности

робота необходимо использовать системы сенсорного типа– средства технического зрения и т.д.

Кроме этого важны данные о проведении монтажа, наладки и регулировки.

7.3 Номенклатура промышленных роботов

7.3.1 Напольные роботы с горизонтальной выдвижной рукой и консольным механизмом

подъема

Роботы этой группы в настоящее время составляют основную часть выпущенных машин,

как по числу моделей, так и по общему количеству. Наибольшее применение роботы этого типа

нашли для обслуживания холодно – штамповочных прессов.

Консольный механизм подъема, как правило, не может обеспечить больших вертикальных

перемещений, поэтому большинство ПР рассматриваемой группы представляют собой

специализированные машины, приспособленные для выполнения простых транспортно–

загрузочных операций. Как правило, они отличаются большим быстродействием и имеют

пневматический привод (при малой грузоподъемности), цикловые системы управления, а

перемещения их узлов ограничиваются упорами. Обычно роботы снабжаются несколькими

руками. Поскольку руки устанавливаются на общем несущем элементе и совершают основные

движения одновременно, число обслуживаемых позиций получается на единицу больше, чем

число рук. ПР с одной рукой применяют в случае, если пресс имеет автоматическое загрузочное

или разгрузочное приспособление (работа из рулона, проталкивание детали под стол пресса и т.

п.).

Обычно применяются ПР с выдвижными руками, однако на открытых прессах часть

операций, выполняемых на штампах с задним расположением колонок, может быть автома-

тизирована с помощью роботов, имеющих руки постоянной длины. Такое решение характерно при

обработке деталей небольшого размера. В этом случае ПР и питатели устанавливаются на

кронштейнах, закрепленных на станине пресса.

К этой группе относятся ПР модели «Циклон–3.01» (СССР). Эта быстроходная пневма-

тическая машина (Рисунок 7.11) предназначена главным образом для загрузки листоштампо-

вочных прессов. Точки останова узлов определяются регулируемыми упорами. При подходе к

упорам скорость гасится гидравлическими амортизаторами. Высокий темп работы ПР этого типа

обусловил необходимость введения в систему управления контроля по времени. Это позволило

обойтись без путевых выключателей, контролирующих конечные положения узлов. Программа

работы набирается на коммутационной панели, имеющей ряд гнезд, которые последовательно

через определенные интервалы времени (например, 0,1 с) «опрашиваются» электронным

65

коммутатором. Любое гнездо может быть соединено с соответствующим контактом, дающим

команду на пуск нужного привода. Предусмотрены также команды от внешнего оборудования,

требующие ответа и останавливающие коммутатор до поступления ответного сигнала. Имеются

аналогичные системы управления, выполненные на основе пневмоавтоматики.

Рисунок 7.11 – Промышленный робот модели «Циклон–3.01» (СССР)

Безаварийность работы ПР обеспечивается датчиками внешней информации, которые

исключают возможность попадания в штамп двух заготовок и срабатывания пресса при

неправильной укладке заготовки в штамп. Работа пресса блокируется также в том случае, если

обработанная деталь остается в штампе, а перемещение робота блокируется в случае, если ползун

пресса не находится в верхнем положении.

Вместо поворота рук относительно вертикальной оси иногда используется их поперечное

перемещение. Примером может служить ПР модели «Ритм–05. 01» (СССР) (Рисунок 7.12).

Рисунок 7.12 – Промышленный робот модели «Ритм–05.01» (СССР)

Фирма «Электролюкс» (Electrolux, Швеция) выпускает две группы агрегатированных

машин, относящихся к этому классу,– «MHU Senior» и «MHU Junior» грузоподъемностью 10 и 3

кг соответственно. ПР модели «MHU Senior» стандартного исполнения (Рисунок 7.13) действует в

цилиндрической системе координат. Рука для уменьшения размеров робота выполнена

телескопической и состоит из двух труб квадратного сечения, движущихся по роликам.

Перемещение руки осуществляется тремя пневмоцилиндрами, установленными последовательно.

Различные комбинации включения цилиндров позволяют останавливать руку в шести различных

положениях. Механизм поворота имеет привод от пневмомотора и обеспечивает поворот руки на

любой угол с остановкой по упорам. Механизм подъема также выполнен на основе трубы

квадратного сечения и пневмоцилиндра. Система жестких упоров с торможением за счет

гидродемпферов обеспечивает высокую точность позиционирования. Основная область

применения указанных ПР– разгрузка литейных машин, загрузка станков и другого оборудования.

В отличие от описанной модели модель «MHU Junior» может быть оснащена несколькими

выдвижными руками (до трех), которые не имеют возможности останавливаться в проме-

жуточных точках.

66

Рисунок 7.13 – Промышленный робот модели «MHU Senior» (Швеция)

Оригинальный механизм подъема в виде четырехзвенного пантографа имеет робот модели

«Универсал–5» (Рисунок 7.13). Рычажный механизм выполняет функции повышающей передачи и

направляющих, обеспечивая при небольших размерах по высоте значительные перемещения (800

мм). Привод робота смешанный: электромеханический на основных перемещениях,

пневматический на вспомогательных.

Рисунок 7.14 – Промышленный робот модели «Универсал–5» (СССР)

ПР модели 110А (СССР) предназначен для автоматизации сварки в электрической дуге

(Рисунок 7.15). Робот действует в прямоугольной системе координат, имеет электромеханический

шаговый привод. Привод вертикального перемещения разгружен пневмоцилиндром, играющим

роль противовеса.

67

Рисунок 7.15 – Промышленный робот модели 110А (СССР)

Номенклатура напольных роботов с горизонтальной выдвижной рукой представлена в

приложении 2.

7.3.2 Малогабаритные

Малогабаритные роботы используют для работы с небольшими деталями и изделиями на

разнообразных операциях – загрузке станков, прессов и другого оборудования, а также для

автоматизации сборки. Характерной особенностью таких роботов является настольное исполнение

и размещение непосредственно на обслуживаемом оборудовании или встройка в него. Такие

роботы часто выполняются на базе гаммы узлов, из которых компонуются различные виды

механических рук и вспомогательных устройств.

По такому принципу выполнены, например, роботы фирмы «Фелсс» (Felss, ФРГ), которая

выпускает ряд устройств для линейного перемещения и поворота, а также подъемно–поворотные

механизмы и широкую гамму захватных устройств. Основой конструкции робота модели FL–0

этой фирмы является подъемно–поворотный механизм, на котором могут быть закреплены

несколько жестких рук. ПР построен по агрегатному принципу, для него разработана широкая

номенклатура держателей с различными захватами (магнитными, вакуумными и механическими).

Руки выполняются одинарными или двойными с механизмом вращения захвата. Существуют

также модификации рук, имеющих осевое перемещение. Перемещение рук легко регулируется за

счет их перезакрепления. Привод поворота робота пневматический, подъем узла, несущего руки,

осуществляется кулачковым механизмом за счет дополнительного перемещения привода

поворота. Такое решение обеспечивает весьма высокое быстродействие ПР.

Характерным примером роботов этой группы может служить также ПР модели «Ритм–

01.01» (СССР). Робот крепится на обслуживаемом оборудовании, имеет пневматический привод

(Рисунок 7.15). Перемещения определяются настройкой упоров, для торможения в конце

перемещения используются гидравлические демпферы.

Кроме упрощенных цикловых машин имеются и несколько моделей малогабаритных робо-

тов с программным управлением, используемых в основном для автоматизации сборочных

операций. К ним относится ПР модели «Pragma А3000» фирмы ДЕА (DEA, Италия), работающий

в прямоугольной системе координат. Роботы этого типа устанавливаются вдоль поточной линии

сборки и могут перемещаться вдоль нее на значительное расстояние (1300 мм). Универсальный

68

малогабаритный робот модели «Mit Arm» фирмы «Викарм» (Weekarm Incorporeited, США) с мно-

гозвенной рукой имеет легкую конструкцию. Он работает в сферической системе координат.

Приводы робота выполнены на основе волновых передач и электродвигателей постоянного тока

мощностью около 50 Вт.

Рисунок 7.15 – Промышленный робот модели «Ритм–01.01» (СССР)

Номенклатура напольных роботов с горизонтальной выдвижной рукой представлена в

приложении 2.

7.4 Пример выбора промышленного робота

Проведем выбор промышленного робота на примере РТК листовой штамповки для деталей


В соответствии с выбранной схемой РТК и максимальной массой заготовки\детали равной

467 грамм, был выбран промышленный робот модель КМ 0,63Ц.42.12, внешний вид и основные

характеристики которого приведены ниже. Основное назначение выбранного робота – это

обслуживание однокривошипных прессов открытых простого действия усилием до 100 кН

Рисунок 7.16 – Промышленный робот КМ 0,63Ц.42.12

69

Таблица 7.3 – Основные характеристики промышленного робота

Номинальная грузоподъемность, кг 0,63

Число степеней подвижности 2

Число рук/захватов на руку 1/1

Тип привода Пневматический

Устройство управления Цикловое

Число программируемых координат 2

Способ программирования перемещений По упорам

Погрешность позиционирования, мм ±0,1

Максимальный радиус зоны обслуживания R, мм 350

Масса, кг 20

Линейное перемещение z, мм 20

Угловое перемещение 180

70

8 Выбор вспомогательного оборудования

8.1 Вспомогательные устройства РТК

Для обеспечения работы технологического оборудования и роботов, как правило, требуются

разнообразные вспомогательные устройства (сервисное оборудование РТК), выполняющие следу-

ющие функции: промежуточное накопление, хранение, поштучную выдачу роботу и приемку от

него изделий; вспомогательное транспортирование; промежуточное поштучное хранение,

базирование, ориентацию. Нередко вспомогательное оборудование бывает сложнее и дороже

роботов (особенно простейших с цикловой системой управления) и даже основного

технологического оборудования.

Накопительные устройства играют роль входа и выхода РТК. При комплексной

автоматизации производства, в том числе в ГПС, обрабатываемые детали поступают по РТК

партиями в специальных контейнерах. В отдельных РТК накопительные устройства могут

загружаться вручную с периодичностью 20–30 мин. Такие РТК также перенастраиваются при

смене обрабатываемого предмета. В перспективе их загрузка также должна быть автоматизи-

рована. Поэтому устройства входа и выхода отдельных РТК будем рассматривать с тех же

позиций, что и накопительные устройства РТК в составе ГПС.

Оформление контейнеров, в которых перемещаются объекты обработки между РТК и

складом, зависит от свойств изделий, а также методов и средств их разгрузки и загрузки.

Конструктивно–компоновочные схемы контейнеров и методы их разгрузки и загрузки приведены

в таблице 8.1 (схемы 1–5).

Наиболее просты контейнеры под укладку изделий произвольно – навалом. Более гибкой и

универсальной является упорядоченная укладка изделий в контейнеры. В зависимости от размера

партии изделий, способа обработки контейнеров и систем координат роботов изделия в

контейнерах могут располагаться на горизонтальной (схемы 1, а, б), вертикальной (схемы 2, а–д)

прямых или дуговых (схемы 3, а–г) линиях; на вертикальных (схема 4, а–д) плоскостях и на

пересечениях радиальных прямых и концентрических дуг (схема 5, а) или спирали (схема 5, 6).

При разгрузке – загрузке любого типа контейнера необходимо иметь в виду, что

относительно робота, контейнера или всей партии изделий положение точки захвата каждого

очередного изделия сугубо индивидуально. Процесс выведения захватного устройства в

последовательность точек, соответствующих расположению изделий в контейнере, для краткости

будем называть раскладкой. При размещении изделий на линии раскладка производится по одной

координате (одним приводом) (схемы 1–3), на плоскости – по двум (схемы 4–5).

Наиболее просто разгружать и загружать контейнер роботом (схема 2, в). Для обработки

большой партии такой робот должен обладать возможностью позиционирования во множестве

точек пространства. Частично их число сокращается согласованием принципа укладки с системой

координат робота, (схемы 3, б, г).

Количество программируемых точек позиционирования по вертикали можно уменьшить за

счет остановки в результате упора захватного органа робота в неподвижную стопу изделий (схема

1, в). Нагрузки, возникающие при столкновении и упоре захватного устройства в стопу изделий,

могут быть недопустимыми с точки зрения прочности робота или обрабатываемых деталей. Их

снижение возможно позиционированием робота по специальному дистанционному или

контактному датчику положения его рабочего органа относительно изделий.

Иногда разгрузка – загрузка контейнера требует значительного расширения возможностей

робота по сравнению с необходимым для обслуживания непосредственно технологического

оборудования, т. е. значительного увеличения хода, количества точек позиционирования,

ужесточения динамических и статических режимов его работы. В этом случае может оказаться

целесообразной частичная или полная разгрузка робота введением дополнительных сервисных

устройств, перемещающих контейнер (схема 1, г), изделия в нем (схема 1, д), извлекающих из

контейнера заготовки (схемы 1, а; 5, в).

71

Таблица 8.1 – Конструктивно–компоновочные схемы контейнеров и методы их загрузки и

разгрузки

Относительно постоянной точки захвата роботом и изделия контейнеры перемещаются

шаговыми транспортерами или различного рода тактовыми столами (схемы 2, г; 3, а, г; 4; 5, в–ж).

В приводах таких тактовых столов обычно используют храповые или мальтийские механизмы,

обеспечивающие фиксированный шаг раскладки. При укладке стопой деталей переменной высоты

такой привод не годится. В этом случае применяют несколько более сложный механизм,

позиционирующий в соответствии с показаниями датчика положения верхней границы стопы

(схемы 1, г, д).

72

Раскладывать можно также перемещением относительно постоянной точки захвата и

контейнера всех (схемы 1, а, д) или части (схемы 5, г) изделий.

Детали простой формы смещаются под действием собственного веса по вертикальным или

наклонным лоткам и стержням (схема 1, 6) до упора вблизи точки захвата. К этим устройствам

близки вертикальные или горизонтальные бункера. В шахтных и стержневых магазинах изделия

из стопы обычно передаются роботу поштучно шибером (схема 1, а). Для предотвращения ударов

стопы деталей об упор иногда вводится дополнительный питатель (схема 1,г). Он поднимает стопу

с упоров, плавно опускается, забирает нижнюю деталь и передает ее роботу. Оставшиеся детали

фиксируются на направляющей штанге. При захвате таких изделий сверху в постоянной точке

часто группу деталей поднимают относительно контейнера тактовыми столами (схемы 1, д; 5, г).

Иногда вместо перемещения контейнера или деталей в нем более целесообразно вводить

вспомогательные манипуляторы. Такие манипуляторы с одним захватом забирают деталь из

контейнера и передают ее роботу непосредственно (схема 5, в) или на дополнительной площадке,

а также через дополнительную систему механического или сенсорного опознавания положения

детали и ее ориентации.

Таким образом при раскладке могут перемещаться захватное устройство робота (Р) или

вспомогательного манипулятора (Р'), контейнер (К) или изделие (И). Варианты распределения

функций раскладки между этими компонентами приведены в таблице 8.1

Ориентация во время обработки и специфика формы изделий определяют схемы их

базирования в контейнерах. Наиболее гибкой и универсальной является свободная установка

изделий на плоскость (схемы 5, а; 6). Таким образом, могут базироваться детали с различной

формой и размерами. Единственное ограничение – достаточная устойчивость изделий. Фиксация

от сдвига по плоскости может производиться весом или дополнительными невысокими

перегородками, штифтами, профильными углублениями или выступами.

Установка на призмах или подвеска на стержнях или крюках (схемы 5, е, ж) позволяют

варьировать в достаточно широких пределах длину и диаметр наружных или внутренних

цилиндрических базирующих поверхностей. Призмы могут быть прерывистыми в виде ребер с

углублениями или сплошными. Их аналогами могут служить сетки из цилиндрических прутьев,

отверстия в диафрагмах или продольные вертикальные ребра.

Изделия, неустойчиво стоящие на плоскости, могут базироваться в отверстиях диафрагм

(схема 5,г) или их аналогов в виде сетки, а также в ячейках, образованных относительно высокими

ребрами (схема 3, а) или вертикальными штангами (схемы 5, в, г). В этом случае свободно

варьируется только длина изделий.

Особо сложные детали базируются в специальных полостях или выступах,

соответствующих специфике их формы. Некоторые изделия, например, требующие сохранения

ориентации, относительно продольной оси вала, могут устанавливаться в пассивных схватах

(схема 2, г).

Наиболее проста и универсальна конструкция контейнеров в виде поддонов с укладкой

изделий в один (схемы 2, а, б; 3, а; 4) или несколько (схема 5) слоев.

В контейнерах барабанного типа (схемы 5, е, ж) изделия размещены на цилиндрической

поверхности. Они несколько более громоздки и сложны и поэтому оправданы только какими–либо

компоновочными соображениями, например удобством навешивания изделий, доступа захватного

устройства робота и т. п.

При многослойной укладке изделий применяют контейнеры в виде стержневых или

шахтных магазинов (схема 1). Здесь наружные или внутренние стержни предохраняют высокие

стопы изделий от потери устойчивости. Эти контейнеры не на многосложнее поддонов с

индивидуальными ячейками, но имеют большую емкость. Емкость контейнера повышают

увеличением числа стоп в контейнере (схемы 5, в, г).

Выше рассматривались преимущественно процессы изъятия заготовок из контейнеров.

Аналогично производится и укладка деталей после обработки. В условиях ГПС обычно стремятся

укладывать изделия в те же контейнеры, из которых были взяты заготовки. Таким образом,

объединяется вход РТК – разгружаемый контейнер и его выход – Загружаемый контейнер. Это

легко реализуется при незначительном изменении в процессе обработки размеров и формы

базовых поверхностей изделий, а также их раскладке в один слой на поддон или лоток

73

8.2 Шиберные подачи

Для поштучной подачи заготовок из кассеты в зону захвата манипулятором применяют

шиберные устройства. На рисунке 8.1 изображена принципиальная схема шиберного устройства с

пневматическим приводом.

Рисунок 8.1 – Принципиальная схема шиберного устройства:

1 – крышка; 2 – пневмоцилиндр; 3, 14 – винт; 4 – собачка; 5 – кассета; 6 – основание; 7 – штифт; 8,

10 – шток; 9 – пружина; 11, 15 – штуцер; 12, 13 – микропереключатель.

Устройство работает следующим образом. При подаче воздуха через левый штуцер 15 в

пневмоцилиндр 2 его шток 10 перемещается вправо. Одновременно с перемещающимся штоком,

но с некоторым его опережением, перемещается поршень 8, который взводит собачку 4 штифом 7

в рабочее положение. Рабочее положение регулируется винтом 3. Пределы регулирования

выступания собачки над плоскостью подачи заготовок 0 ... 2 мм.

При дальнейшем движении штока собачка 4 рабочей кромкой захватывает из кассеты 5

нижнюю заготовку и перемещает ее в зону схвата (ее ход составляет 100 мм). При подходе штока

10 в крайнее положение упор (на рисунке 8.1 не показан), закрепленный на штоке, воздействует на

правый микропереключатель 12, сигнализируя этим о закончившемся перемещении. После этого

шток 8 под воздействием пружины 9 уходит влево и опускает собачку 4 в исходное положение.

При подаче воздуха в правый штуцер 11 шток перемещается в левое исходное положение и

воздействует на левый микропереключатель 13 своим упором, сигнализируя о закончившемся

движении.

В конструкции устройства предусмотрена возможность регулирования скорости

перемещения штока. Это достигается тем, что поршень 8 своей торцовой частью входит в полость

крышки 1 и перекрывает основное отверстие для выхода воздуха. Оставшийся в полости

пневмоцилиндра воздух вытесняется через отверстие, дросселируемое винтом 14. Можно добиться

безударного подхода штока к своему крайнему положению.

Для регулирования положения зоны захвата заготовки при стыковке со смежными

устройствами предусмотрено перемещение с последующей фиксацией основной части шиберного

устройства относительно основания 6. Размер заготовки в направлении подачи не более 90 мм.

Пневмопривод работает при давлении воздуха 0,5 МПа. Масса устройства 7 кг.

Шиберный узел загрузки предназначен для поштучной выдачи деталей из кассеты на

позицию захвата роботом (Рисунок – 8.2). Он представляет собой плиту 1, на которой закреплен

пневмоцилиндр 2 двустороннего действия. Шток пневмоцилиндра поводком 3 связан с ползуном 4

питателя загрузочного устройства. Кассета 5 с заготовками устанавливается на двух неподвижных

планках 6.

74

Работа шиберного загрузочного устройства осуществляется следующим образом. Заготовки

загружают вручную в ориентированном положении в кассету 5 узла загрузки. Нижняя заготовка

опирается на поверхность ползуна (шибера) 4 питателя загрузочного устройства, связанного с

поршнем пневмоцилиндра.

Рисунок – 8.2 Принципиальная схема узла загрузки шиберного устройства

1 – плита; 2 – пневмоцилиндр; 3 – поводок; 4 – ползун; 5 – кассета; 6 – планки; 7 –

пневмомеханический распределитель; 8 – плунжер, 9 – пружина; 10 – рукоятка.

Цикл работы шиберного загрузочного устройства связан с циклом работы промышленного

робота, который берет заготовки с позиции загрузки и передает их в рабочую зону пресса.

Управление загрузочным устройством осуществляется от пневмомеханического распределителя 7.

В исходном положении изображенная на рисунке заготовка находится на позиции загрузки.

Поршень пневмоцилиндра при этом находится в крайнем левом положении. После того как робот

забирает заготовку с позиции загрузки, воздух подается в правую часть пневмораспределителя.

Пружина 9 сжимается, и проточки плунжера 8 соединяют правую полость пневмоцилиндра 2 с

атмосферой, а в левую подается воздух и ползун перемещается в крайнее правое положение.

Нижняя заготовка из кассеты попадает в окно шибера. Цикл повторяется. Рукоятка 10 пред-

назначена для ручного перемещения шибера, что необходимо при настройке РТК

8.3 Револьверные подачи

Револьверные подачи, в которых основной элемент (диск) движется периодически по

окружности в одном направлении, а заготовка перемещается в одной плоскости, отличаются друг

от друга следующими признаками:

характером и числом операций, выполняемых на штампе, в который подаются заготовки;

типом механизма периодического движения диска (храповой, полу– червячный, реечный,

мальтийский);

структурной связью привода, т.е. привод связан с валом (ползуном) пресса, встроен в

штамп или оснащен индивидуальным электродвигателем (пневмогидроцилиндром).

При использовании данных подач штамповка может осуществляться ’’напровал”, с

обратным заталкиванием заготовки в диск и без перемещения ее в диске.

Револьверные подачи рекомендуется применять для перемещения заготовок различной

конфигурации толщиной свыше 0,5 мм. Периодическое движение револьверного диска

осуществляется полу–червячным, мальтийским, храповым и фрикционным механизмами. При

выборе типа механизма следует учитывать, что при числе ходов ползуна до 70 в минуту

75

механизмы обеспечивают следующую точность перемещения диска по окружности гнезд, мм:

полу–червячный 0,1 – 0,3; мальтийский 0,2 – 0,4; храповой 0,2 – 0,6. При применении механизмов,

прерывающих кинематическую связь, точность перемещения диска равна 0,3 – 0,5 мм. Это

приводит к необходимости применения в револьверных подачах надежно действующих

фиксаторов и систем блокировки.

Захватный орган револьверных подач имеет значительные размеры. Это является причиной

появления больших динамических нагрузок в период разгона и останова, что нарушает точность

установки диска относительно инструмента. Это нарушение связано и с применением механизма

периодического движения. Отсюда следует, что для револьверных подач привод от пресса

(совмещенный цикл) рационально применять при числе ходов ползуна не превышающем 50 ... 70 в

минуту. При большем числе ходов пресса работу необходимо осуществлять при последовательном

или комбинированном цикле и применять индивидуальный привод.

В соответствии с действующим типажом средств механизации и автоматизации кузнечно–

прессовых машин для однокривошипных прессов простого действия в ЭНИКМАШе разработаны

типовые конструкции однооперационных револьверных подач как с приводом от пресса, так и с

индивидуальным пневматическим приводом.

Примечание. Наименьшая высота заготовки 0,8 мм.

Таблица 8.2 – Характеристики типовых револьверных подач

Параметр Типоразмер

I II III IV V VI

Диаметр гнезда под вставку, мм 40 63 100 125 160 180

Число гнезд в транспортном диске, шт. 8 8 8 10 10 10

Диаметр делительной окружности гнезд, мм 210 240 310 480 580 730

Наружный диаметр транспортного диска, мм 290 350 470 700 820 1000

Наибольшее число ходов в минуту: с приводом от пресса 100 88 68 55 45 36

с индивидуальным приводом – – 50 40 40 –

8.4 Загрузочное устройство с поворотным столом

Рисунок 8.3 – Принципиальная схема подающего устройства:

1 – основание; 2 – стойки; 3 – неподвижная платформа; 4 – поворотная платформа; 5 –

направляющие; 6, 12 – магнитный распушитель; 7 – пневмоцилиндр; 8 – 9 – обоймы; 10 – вал; 11 –

труба.

76

Рисунок 8.4 – Общий вид подающего устройства

Подающее устройство представляет собой двухпозиционный механизм, который

обеспечивает подъем стопы заготовок, их поштучную подачу под захват манипулятора, а также

вертикальное перемещение — на величину, равную толщине заготовки, и поворот подвижной

платформы на 180°. Перемещение осуществляется один раз за цикл, поворот – после

использования заготовок, уложенных на позиции.

Подающее устройство (Рисунок 8.3) имеет основание 2, на котором закреплены стойки 2. На

верхних их торцах расположена неподвижная платформа 3. Конструкция стойки позволяет

перемещать платформу вверх и вниз для настройки положения верхней заготовки в стопе в

уровень с захватом манипулятора.

На неподвижной платформе относительно ее центра закреплена обойма 8, в пазы которой

уложены шарики. Равномерность укладки фиксируется сепаратором. Аналогичная обойма 9 есть и

на поворотной платформе 4, устанавливаемой на неподвижную платформу. С помощью полого

вала 10 она соединяется с пневмоприводом, имеющимся на этой платформе.

На поворотной платформе есть направляющие 5, предназначенные для сохранения формы

стопы заготовок. Их положения регулируются при изготовлении деталей из заготовок с

габаритными размерами, имеющими минимально и максимально допустимые пределы. На двух

направляющих каждой позиции укреплены магнитные распушители 6 и 12 типа М2БА–7, которые

отделяют заготовки друг от друга во время их захвата «рукой» манипулятора.

Подъем заготовок и фиксирование верхней из них на уровне захвата осуществляются

пневмоцилиндром 7, который прикреплен к неподвижной платформе. Через полый вал проходит

труба 11, внутри которой смонтированы коммуникации для подключения воздухораспределителя,

находящегося на фланце верхней части трубы.

Воздухораспределитель B79–II выполняет роль датчика сигнала на подъем стопы заготовок

после снятия очередной из них манипулятором и о готовности загрузочного устройства к их

выдаче.

77

8.5 Загрузочное устройство револьверного типа

Рисунок 8.5 – Универсальное загрузочное устройство плоских заготовок, предназначенных для

работы с пневматическими роботами в штампозаготовительных цехах; а – конструкция; б –

пневмогидравлическая схема:

1 – основание; 2 – поршень; 3 – цилиндр; 4 – косозубая муфта; 5 – стол; 6 – датчик уровня

заготовок; 7 – щуп; 8 – касеты; 9 – заготовки; 10 – цилиндр; 11 – электропневмоклапан; 12 –

электропневмоклапан; 13 – фильтр–влагоотделитель; 14 – поршень; 15 – шток; 16 – гидрокран.

Универсальное загрузочное устройство состоит из двух цилиндров 3 и 10, закрепленных на

основании 1 (Рисунок 8.5). Цилиндр 3 имеет две полости: в верхней воздушной полости

помещается поршень со штоком, предназначенным для поворота стола 5 с помощью косозубой

муфты 4, а нижняя полость заполнена маслом и отделена от верхней воздушной полости поршнем

2, посредством которого масло из цилиндра 3 вытесняется в цилиндр 10. Этот цилиндр служит для

подачи очередных заготовок до требуемого уровня по мере расходования заготовок.

Стол 5 имеет шесть универсальных гнезд, в которые устанавливаются кассеты 8 с

заготовками 9, Требуемый уровень заготовок контролирует и обеспечивает датчик (концевой

выключатель KB4) 6 с щупом 7, который управляет работой гидроклапана.

Загрузочное устройство работает следующим образом. Сжатый воздух из цеховой

пневмосети под давлением 392–588 кПа через фильтр–влагоотделитель 13 и нормально открытый

электропневмоклапан 12 поступает в межпоршневую полость цилиндра 3. Электропневмоклапан

11 при этом нормально закрыт, и через него штоковые (воздушные) полости цилиндров 3 и 10

соединены с атмосферой. Поршень 14 со штоком 15 цилиндра 3 движется вверх, поворачивая и

ориентируя стол 5 с заготовками 9 с помощью косозубой муфты в требуемом положении для

захватывания заготовок. По мере понижения уровня заготовок срабатывает концевой выключатель

KB4, установленный на щупе 7, и открывает перепускной гидрокран 16. Поршень 2, находящийся

под давлением воздуха, начинает вытеснять масло из цилиндра 3 через открытый гидрокран 16 в

цилиндр 10, шток которого подает заготовки 9 до необходимого уровня и останавливается при

срабатывании концевого выключателя KB4.

После использования всех заготовок 9, что соответствует приходу штока цилиндра 10 в

верхнее положение, замыкается концевой выключатель KB1 и включает электропневмоклапаны

11 и 12, при этом межпоршневая полость цилиндра 3 через электропневмоклапан 12 сообщается с

атмосферой, а через электропневмоклапан 11 воздух поступает в штоковые полости цилиндров 10

и 3, в результате чего происходит передавливание масла из цилиндра 10 в цилиндр 3 через

78

обратный клапан 17. Одновременно шток 15 уходит вниз и устанавливается в положение, нужное

для последующего поворота стола 5, осуществляемого с помощью косозубой муфты. По

окончании перекачки масла в цилиндр 3 замыкается концевой выключатель KB2, который

приводит электропневмоклапаны 11 и 12 в исходное положение, при этом происходит поворот

стола 5, и процесс подачи заготовок 9 возобновляется. Готовность загрузочного устройства к

работе определяется концевым выключателем KB3, который замыкается при нажатии его штоком

15 цилиндра 3, что соответствует ориентированному положению стола 5 с заготовками 9

относительно захвата промышленного робота.

8.6 Пример выбора подающего устройства РТК

Проведем выбор подающего устройства РТК на примере РТК листовой штамповки для

деталей уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

Для полноценной работы РТК необходимо устройство подачи заготовок под схват

промышленного робота, учитывая размеры заготовки, наиболее рациональным является

применение загрузочного устройства:

Загрузочное устройство (Рисунок 8.7) предназначено для подачи под схват робота плоских

заготовок и представляет собой конструкцию, на основании 5 которой смонтированы: поворотный

стол 12 с пневмоцилиндром 6, фиксирующие устройства 3 и 9, устройство для подъема заготовок

4, система электроуправляемых золотников 13 и устройство для поддержания заданного уровня

заготовок 10.

Поворотный стол представляет собой механизм, состоящий из неподвижной оси 8, на

которой в подшипниках закреплен вращающийся стол 1 с прорезями и поворотное устройство. На

верхней части стола смонтированы магазины кассет 2, в которые укладываются заготовки.

Поворот стола осуществляется пневмоцилиндром 6 двустороннего действия, перемещающим

кулису 7, которая прикреплена к стакану 11 вращающегося стола с помощью муфты свободного

хода 12. Фиксация положения стола осуществляется с помощью храпового колеса и

подпружиненного фиксирующего устройства 9.

Устройство для подачи заготовок состоит из механизма подъема и следящей

фотоэлектронной системы 10. Механизм подъема представляет собой пневмоцилиндр, воздух в

который для поддержания заданного уровня заготовок, подается по сигналу фотоэлектронных

датчиков, изменяющих давление и расход подаваемого воздуха с помощью системы

электроуправляемых золотников 13. При снятии верхней заготовки из магазина высота стопы

уменьшается и фотодатчики подают сигнал на подачу воздуха в пневмоцилиндр для поддержания

заданного уровня.

При освобождении магазина фотодатчик подает сигнал на опускание пневмоцилиндра

подъема, а затем и на поворот вращающегося стола на один шаг.

79

Рисунок 8.7 – Принципиальная схема загрузочного устройства

1 – вращающийся стол; 2 – магазины кассет; 3, 9 – фиксирующие устройства; 4 – устройства для

подъема заготовок; 5 – основание; 6 – пневмоцилиндр; 7 – кулиса; 8 – неподвижная ось; 10 –

фотоэлектронная система; 11 – стакан; 12 – муфта; 13 – золотники.

Рисунок 8.8 – Загрузочное устройство

80

Таблица 8.3 – Характеристики загрузочного устройства

Число магазинов, шт. 8

Высота стопы заготовок, мм 150

Число заготовок в стопе, шт. 100

Рабочее давление воздуха, МПа 0,35..0,6

Режим работы Наладочный,

автоматический

Напряжение питания, В 220

Потребляемая мощность, Вт 60

Габариты 300Х300Х410

В выбранной конструкции фотоэлементы расположены на двух штангах, на каждом

магазине кассет установлены распушители (постоянные магниты), установленные с целью

разъединения заготовок.

81

9 Выбор захватного устройства промышленного робота

9.1 Общие сведения о схватах промышленных роботов

Роботы применяются на самых разнообразных операциях и работают с деталями, резко

отличающимися по прочности, массе, габаритам, конфигурации, расположению центра масс,

шероховатости поверхности. Детали могут быть изготовлены из различных металлов, керамики,

стекла, пластмассы. Это могут быть и массивные поковки и крупногабаритная тара из пластмассы,

стальные листы, кирпич, листы из стекла и стеклянные трубки. Один и тот же робот может

транспортировать собранные узлы, тару с насыпанными мелкими деталями, емкость с жидкостью

и, кроме этого, работать различным инструментом – распылителем, гайковертом,

пневмоотверткой. Поэтому обычно для каждой модели робота создается большое число

всевозможных схватов, которые при необходимости легко и быстро заменяются и монтируются на

кисти. В некоторых конструкциях роботов схваты могут меняться автоматически в соответствии с

записанной программой.

Схваты можно подразделить на:

механические с жесткими или пружинящими губками;

с вакуумными присосами;

с электромагнитами;

с сенсорными датчиками;

прочие схваты, в том числе схваты, несущие инструмент.

Нередко эффективность применения робота при выполнении тех или иных технологических

операций определяется тем, насколько удачно выбрана конструкция схвата. Во многих случаях

схваты должны приспосабливаться к изменению размеров детали после обработки. В схватах

нередко вводятся гибкие элементы, что делает их самоустанавливающимися.

9.2 Механические схваты

В качестве приводов механических схватов используются гидро– и пневмоцилиндры, штоки

которых через систему рычагов или других механизмов приводят схваты в действие.

На рисунках 9.1 – 9.6 приведены примеры конструктивных решений некоторых

механических схватов промышленного робота «Юнимейт».

Рисунок 9.1 – Охват с рычажно–кулисным приводом:

1 – рычаг; 2, 3 – губки

На рисунке 9.1 представлен схват с рычажно–кулисным приводом и сменными губками 2,3 к

нему. Для деталей, имеющих параллельные плоскости, применяются самоустанавливающиеся

губки схвата 3. Если диаметр детали меняется после обработки, то используются губки 2 для

деталей разных диаметров.

82

Рисунок 9.2 – Кисть с двумя схватами

В некоторых случаях на кисти рационально иметь два или четыре схвата. Схема кисти с

двумя схватами приведена на рисунке 9.2. Один схват, например, может снять крышку с

контейнера, второй' – вынуть из контейнера деталь. Этот же принцип применяется при

обслуживании станка: один схват вынимает деталь из патрона и отводит ее в сторону при разворо-

те кисти, второй – устанавливает в патрон станка заготовку.

Рисунок 9.3 – Кисть с двойными (внутренним 1 и внешним 2) схватами

Если деталь должна быть переориентирована, то применяется кисть с двойным схватом

(Рисунок 9.3). «Шляпообразная» деталь захватывается внешними схватами 2, когда она стоит

фланцем вверх. Когда деталь перевернута, цилиндр меньшего диаметра захватывается схватами 1.

Так делается во всех случаях, когда в процессе обработки форма и размеры детали значительно

меняются.

На рисунке 9.4 показан схват, с помощью которого роботом обслуживается одновременно

два токарных станка, используемых для обточки и внутренней расточки гильзы. В процессе

выполнения операций робот с этим схватом берет заготовку из накопителя, устанавливает ее в

кулачковый патрон первого станка, снимает обработанную заготовку, переворачивает ее на 180°,

устанавливает в разжимную оправку второго станка, снимает готовую деталь и укладывает ее в

накопитель. Конструкция схвата предусматривает возможность компенсации некоторого

несовпадения оси обрабатываемой детали и осей шпинделей станков с осью схвата, а также

«мягкую» досылку детали до упора в патрон станка. Для этой цели схват снабжен

самоориентирующимися «плавающими» схватами, имеющими две степени свободы – вдоль оси

руки робота и вокруг оси губок схватов. Неточности совпадения осей компенсирует также резина,

которой облицованы ложементы схвата.

83

Рисунок 9.4 – Схват для гильзы: 1 – ложемент.

Еще один образец самоориентирующего схвата к роботу УМ–1 показан на рисунке 9.5. Этот

схват предназначен для взятия из тары, установки в патрон токарного станка, снятия и укладки в

другую тару полой, цилиндрической стальной заготовки диаметром до 200 мм и массой до 25 кг.

Самоустановка здесь достигается независимым поворотом каждого схвата на оси. После снятия

нагрузки губки схватов возвращаются в первоначальное положение. Для работы с деталями

разных диаметров, а также при переходе на обработку новой детали, предусмотрена перестановка

схватов в три фиксированных положения.

Рисунок 9.5 – Самоориентирующий схват для цилиндрической заготовки массой 25 кг

На рисунке 9.6 представлена конструкция схвата, рычажная стрела которого позволяет

широко разводить схват, не увеличивая хода приводного пневмоцилиндра. В результате при

разводе губок схватов на требуемые углы время на включение и выключение схвата уменьшается.

Следует отметить, что при конструировании схватов большое внимание удаляется

снижению их массы, так как при увеличенной массе схватов, находящихся на большом расстоянии

от вертикальной оси поворота руки, значительно возрастает момент инерции вращающихся

элементов, в связи с чем, уменьшается грузоподъемность робота.

Рисунок 9.6 – Схват широкоразводный

84

9.3 Вакуумные схваты

Вакуумные схваты применяются преимущественно при работе с листовыми деталями. Эти

схваты отличает простота конструкции и небольшая масса. Наиболее распространенная

конструкция вакуумного схвата показана на рисунке 9.7. Одним из основных элементов этих

схватов является чашка–присоска 5, которая делается обычно из резины или пластмассы.

Присоски используются также для захвата стеклянных деталей со сложной наружной

поверхностью или для захвата нескольких разных по форме, но близких по размеру деталей.

Иногда присоски делаются в виде пластин с большим количеством отверстий, каждое из которых

предназначено для захвата одной детали.

Откачивание воздуха из–под присоски производится вакуумным насосом через шланг,

протянутый вдоль руки робота, или с помощью эжектора, работающего от цеховой сети сжатого

воздуха. Для запуска и выключения вакуумного насоса в магистраль насоса встраивается датчик,

который при образовании заданной степени вакуума подает сигнал в систему управления роботов.

Рисунок 9.7 – Вакуумный схват:

1 – штуцер; 2 – корпус; 3 – гайка; 4 – шарнир со штуцером; 5 – присоска

Расчет площади вакуумной камеры схвата ведется исходя из массы заготовки:

У ЗP k G ,

где P – сила удержания заготовки (усилие захвата) вакуумного схвата, Н; Уk –

коэффициент, обеспечивающий надежность захвата заготовки, 1,10Уk .

( )

НУ

В А А В

PkS k

k k p p

,

где S – площадь вакуумной камеры, ограниченная ее внутренним контуром, м2;

Вk –

коэффициент уменьшения площади вакуумной камеры за счет деформации уплотнения; для

уплотнений из пористых резин при значении площади вакуумной камеры 20,2 0,4S м ,

0,95 1,0Вk ; Аk – коэффициент, зависящий от изменения атмосферного давления,

0,9Аk ; Аp – атмосферное давление вне вакуумной камеры, Па;

Вp – предельное давление в

вакуумной камере, Па; Нk – коэффициент изменения силы удержания вакуумного захвата из–за

натекания воздуха в месте контакта уплотнения с поверхности объекта, 1,05 1,10Нk , причем

меньшие значения принимают для больших площадей камеры (0,25 м2 и более) и наоборот.

В соответствии с найденной площадью вакуумной камеры выбирается ее диаметр исходя из

размерного ряда: D=16; 20; 25; 32; 40; 63(мм).

85

9.4 Электромагнитные схваты

У схватов, работающих с помощью электромагнитов, область применения аналогична с

вакуумными схватами. Преимуществом электромагнитных схватов является большая сила

притяжения на единицу площади, быстрота срабатывания и простота конструкции. К их

недостаткам следует отнести возможность использования схватов только для работы с деталями

из магнитных материалов и наличие остаточного магнетизма на перемещаемых деталях. Менее

удобны схваты с постоянным магнитом (Рисунок 9.8), так как в этом случае снятие детали должно

производиться с помощью приспособления.

Рисунок 9.8 – Схват электромагнитный с четырьмя магнитами:

1 – деталь; 2 – магнит.

9.5Схваты с сенсорными датчиками

В некоторых случаях необходимо, чтобы робот наряду с выполнением основных функций

выдавал разного рода информацию. Например, об исправности работы оборудования в момент

установки и обработки детали, а также о соблюдении заданных параметров в процессе обработки

и т. д. Роль контрольных органов могут исполнять специальные датчики, выдающие сигналы о

всевозможных отклонениях от заданного режима или об изменении условий обработки или

внешней среды. В ряде случаев, когда требуется информация о взятии и установке детали, об

усилии сжимания, температуре, скорости перемещения детали или о положении схвата

относительно детали и т. д., используются сенсорные датчики, которые устанавливаются

непосредственно на схватах.

9.6 Пример выбора захватного устройства промышленного робота

Проведем выбор захватного устройства промышленного робота на примере РТК листовой

штамповки для деталей уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

В связи с особенностями заготовки и детали будем применять электромагнитный захватный

орган. Достоинства электромагнитных схватов – это быстрый захват заготовок и деталей

достигаемый путем прикосновения с ними или же с некоторого расстояния. Состояние внешней

среды, например наличие воды, масла и т.д., не влияет на работоспособность электромагнитных

схватов. Использование свойств магнетизма при захвате ферромагнитных заготовок позволяет

поднимать и перемещать предметы любой формы при условии, что поверхность соприкосновения

заготовок с активной частью постоянного магнита или электромагнита пропорциональна силе

притяжения данного магнита.

86

Рисунок 8.6 – Электромагнитный захватный орган

87

10 Информационная система РТК

10.1 Сенсорная система промышленных роботов (система датчиков)

Сенсорная система служит для оценки и измерения параметров окружающей среды, а также

для оценки взаимного положения рабочих звеньев манипулятора. Схема сенсорной системы

показана на рисунке 10.1. Она состоит главным образом из двух основных частей:

Рисунок – 10.1 – Схема сенсорной системы ПР

1) датчиков, осуществляющих сбор информации об измеряемых параметрах;

2) вычислительного комплекса, обрабатывающего собранную датчиками информацию и

оценивающего на основании этого ситуацию.

Существует два вида датчиков внешней и внутренней информации. Первые из них

предназначены для контроля состояния параметров внешней среды и объектов, с которыми

работает робот, вторые – для контроля функционирования самого робота.

Датчики внешней информации обеспечивают следующие виды контроля:

контроль положения заготовки в матрице штампа;

контроль положения ползуна в верхней точке;

контроль выноса детали из рабочей зоны пресса;

наличие заготовки или детали в схвате.

контроль перегрузки бункерного загрузочного устройства.

наличие заготовки в месте схвата подающего устройства;

правильность положения манипулятора относительно пресса;

контроль выхода руки из рабочей зоны;

помещение кассеты на холостую позицию.

Датчики внутренней информации – это устройства, определяющие линейные положения,

углы поворота всех звеньев манипулятора, в том числе и рабочего органа, опорных механизмов и

других узлов. В качестве таких датчиков применяются потенциометры, сельсины, редусины,

резольверы, бесконтактные переключатели, герконы, фотореле, вращающие трансформаторы и др.

10.2 Пример установки системы датчиков РТК

Составим схему установки датчиков на примере РТК листовой штамповки для деталей


Для избежания попадания двух заготовок в матрицу штампа при удалении детали из штампа

используется датчик установленный на захватном органе представляющий собой два

изолированных от рабочей, металлической, поверхности схвата контакта, при взятии детали или

88

заготовки контакты замыкаются и проходит сигнал о том, что деталь или заготовка находятся в

схвате робота. Также при сбросе заготовки в штамп или детали в лоток контакты размыкаются,

что служит сигналом о том, что деталь/заготовка успешно удалены из схвата. Наличие сигнала о

том, что деталь находится в схвате, исключает ее наличие в штампе, а следовательно отсутствие

аварийной ситуации, в случае же отсутствия сигнала происходит аварийная остановка комплекса.

При сбросе заготовки в штамп заготовка может прилипнуть к поверхности схвата, и не попасть в

штамп, соответственно в этом случае не будет сигнала о сбросе заготовки, контакты останутся

замкнутыми, что приводит к аварийной остановке комплекса. При взятии заготовки с позиции

загрузки в случае если контакты останутся не замкнуты будет означать об отсутствии заготовки в

схвате, что может быть следствием неправильной настройки РТК или неисправностей в системе

контроля за наличием заготовок на позиции подачи в загрузочном устройстве, или неисправности

самого загрузочного механизма в этом случае тоже происходит остановка РТК. Также при

смещении заготовки контакты разомкнутся, и пройдет сигнал об остановке РТК.

Для контроля положения схвата относительно заготовки и инструмента применяется два

фотоэлектронных датчика. Два бесконтактных электромагнитных датчика установлены на

направляющих пресса, для контроля положения ползуна пресса.

Рисунок – 10.2 – Схема расположения датчиков контроля и блокировки РТК

Д1 – датчик установленный на электромагнитном захватном органе;

Д2 – датчик фиксирующий положение захватного органа при взятии заготовки;

Д3 – датчик фиксирующий положение захватного органа относительно инструмента;

Д4 – датчик фиксирующий нижнее положение ползуна;

Д5 – датчик фиксирующий верхнее положение ползуна;

Д6, Д7 – датчики фиксирующие перемещение руки манипулятора;

Д8, Д9 – датчики фиксирующие вертикальное перемещение колонки манипулятора;

Д10, Д11 – датчики фиксирующие поворот колонки манипулятора.

89

11 Характеристики системы управления РТК

11.1 Общая структура системы управления РТК

В состав манипулятора входят приводы. Все остальное оборудование робота, которое

предназначено для формирования и выдачи УВ мы объединяем в УУ. Таким образом, УУ

получает сигналы от датчиков и выдает сигналы на приводы манипулятора.

Рабочий орган (схват) перемещается приводами манипулятора. Непосредственное

управление приводами осуществляет управляющая автоматика. Датчики 1 группы располагаются

в рабочем органе, либо могут быть вне робота. Это датчики, которые определяют наличие

предмета манипулирования. Они выдают сигнал, когда заготовка в схвате, о положении ее

относительно схвата, о состоянии схвата (включен–выключен).

Датчики 3 группы находятся на элементах приводов. Это датчики положения этих

элементов, угла или скорости. Обеспечивает нормальную работу приводов, обеспечивая,

практически безинерционное плавное движение.

Датчики 2 группы контролируют положение звеньев манипулятора в пространстве. Могут

быть самостоятельными или вместе с группой 3.

Рисунок 11.1 – Взаимодействие основных частей манипулятора и управляющего устройства

Управляющее устройство вырабатывают сигналы на блок управляющей автоматики. Этот

блок усиливает сигнал и преобразует в ту форму, которая необходима для движения привода, а он

приводит в движение определенное звено механизма манипулятора, а затем и сам рабочий орган.

В простых системах программного управления датчики всех групп могут отсутствовать. В этом

случае положение звеньев манипулятора не измеряется, а задается по упорам. Датчики могут

отсутствовать в системах с шаговым приводом. Со следящим приводом 2 и 3 группы система

имеет датчики с обратной связью.

1 группа датчиков относится к датчикам очувствления. Обычно они устанавливаются на

программные роботы, чтобы повысить их точность и надежность. С пульта ручного управления

осуществляют ввод программы и настройку. Туда же поступают сигналы о выполнении различных

движений робота, о нарушениях и отказах. На УУ могут поступать сигналы от датчиков, которые

являются внешними по отношению к роботу. УУ робота может быть связано с ЭВМ,

координирующей работу нескольких единиц оборудования. ЭВМ находится на более высоком

иерархическом уровне, на следующем уровне управления. Многоуровневая система управления

характерна для ГПС.

90

Движения робота задаются управляющей программой (УП), которая вводится в устройство

управления через пульт. Это совокупность команд, которые должен выполнить робот. Команды

чаще всего выполняются в одной последовательности, что определяет жесткую программу. Если

предусматривается изменение последовательности выполнения команд в зависимости от

поступившего сигнала, то программа обладает гибкостью. Для робота важным требованием

является перепрограммируемость системы управления. Робот должен иметь средства ввода или

набора программ. Процесс составления управляющей программы, ее ввод и отладка называется

процессом программирования робота. При работе робот действует в соответствии с управляющей

программой.

11.2 Цикловое программное управление

Цикловое программное управление самое простое. Программируется только

последовательность команд и определяется только вид движений, а крайние их положения задают

на звеньях манипулятора. Цикловое программное управление состоит из двух основных блоков,

которые запоминают программу и обеспечивают поэтапный ввод команд. Это программаторы со

штекерной панелью. На панели имеется прямоугольная сетка отверстий (строки – команды,

столбцы – номера этапов). Программирование выполняется штекерами, которые вставляются в

отверстие. Их роль – создавать в отверстиях электрическое соединение цепей системы

управления. Такая панель являются громоздкой, но зато видна вся программа.

Имеется панель программатора с многопозиционными переключателями. Для каждого этапа

команда набирается за счет включения позиции. При цикловом программном управлении

последовательность команд создается по этапам. После выполнения одной команды сразу

выполняется следующая команда. Однако можно управлять и по времени. Такая система

программирования приспособлена для того случая, когда позиционирование подвижных частей

манипулятора выполняется по упорам либо по времени.

Рассмотрим пример, когда робот–перекладчик имеет три степени подвижности и,

соответственно, три привода на манипуляторе. Четвертый привод имеет схват манипулятора. На

схеме показана определенная последовательность движений для манипулятора, который работает

в цилиндрической системе координат: R, z, φ. Исходное положение манипулятора: рука втянута и

находится напротив заготовки (место для ее захвата). Выдвижение руки вперед, опускание, захват

заготовки (позиция В), подъем схвата, рука втягивается, поворот в сторону пресса (по часовой

стрелке), выдвижение руки, опускание руки, раскрытие схвата для освобождения заготовки,

которая попадает прямо в штамп (позиция А). Далее в обратном порядке, к исходному положению

перед захватом следующей заготовки.

Совершается определенный цикл, определяемый последовательностью движений

манипулятора, которые привели его к исходному положению. Части цикла называются его

этапами. При поочередном выполнении движений на каждом этапе работает только один привод и

изменяется только одна координата. Однако для сокращения времени цикла может оказаться

целесообразным на некоторых этапах одновременно выполнять движение по двум или нескольким

координатам, т.е. совмещать движения во времени, если система управления роботом позволяет. В

цикле возможно, что система управления роботом выдаст сигнал на включение пресса, после того

как манипулятор выложит заготовку в штамп, а сам выйдет из штампового пространства.

Рисунок 11.2 – Схема манипуляционных движений манипулятора

91

Специфика рассматриваемого примера заключается в том, что важно точно задавать

положение рабочего органа лишь в начальной и конечной точках. При этом для каждой

координаты должна быть предусмотрена точная остановка только в двух точках (для механизма

поворота) или в трех точках (для механизма подъема и выдвижения руки). В простейшем случае

при использовании пневмопривода, фиксирование положений осуществляется упорами, в которые

упираются подвижные части при остановках. При необходимости задавать различные положения

точек, упоры должны быть переставляемыми. В этих случаях управление сводится к заданию

последовательности команд. Каждая команда указывает на то, какой из приводов и в какую

сторону должен задавать перемещение. При этом каждая последующая команда может быть дана

или по сигналу выполнения предыдущей, или после заданной выдержки по времени, или по

разрешающему сигналу от другого оборудования.

Каждое этапное движение по программе может выполняться по упорам, но может быть и

датчик, который выдает сигнал, когда выходное звено привода в крайнем положении. Может

быть, два датчика для крайних положений, например, рука втянута и рука вытянута. На этапе

поворота по часовой стрелке с захваченной заготовкой: движение поворота должно выполняться

при условиях, когда от датчиков поступят сигналы: 1) что рука втянута; 2) механизм подъема в

верхнем положении; 3) схват включен.

Команда поворота по часовой стрелке должна выдаваться при наличии одновременно трех

определенных датчиков. Одновременное наличие нескольких сигналов – регистрационная схема

совпадения или логический элемент «И». Применяются гибкие шнуры с наконечниками.

Подобные УУ называются логическими. Их элементная база бывает разная. Они могут

использовать электронные контурные устройства, электронные коммуникаторы,

электромагнитные реле и интегрированную микросхему. Но большинство современных устройств

циклической программы управления поставлены на программные логические контролеры ПЛК.

В этом случае можно усложнить задачу. Предположим, что робот–перекладчик должен

переносить детали из штампа (позиция А) не в одну, а в разные точки, например, раскладывая их в

разные гнезда приемочного поддона. Последовательность движений переноса остается в целом

той же самой, однако при каждом переносе требуется приходить в другую точку. Поэтому полный

цикл является сложным и заканчивается после заполнения последнего гнезда. При этом,

естественно, исключается позиционирование по упорам. Запоминание положения точек и

обеспечение остановки в этих точках становится функцией устройства программного управления.

Движения и действия во время работы робота задаются управляющей программой, которая

вводится в устройство управления. Программа представляет собой совокупность команд. Команды

в одних случаях выполняются всегда в одной и той же последовательности, в этих случаях говорят

о жесткой программе.

Программа записывается на машинном языке подобно тому, как это делается при

программировании для ЭВМ. Однако для циклового управления языки выбираются очень

простыми. Обычно программа строится по кадрам, причем каждый кадр соответствует этапу.

Содержание кадра записывается следующим образом: номер кадра, проверка наличия сигнала с

датчика, при наличии этих сигналов задается команда на выполнение движения с тем же номером,

для контроля выводится на дисплей любой кадр по своему номеру.

Преимущества программируемых контроллеров известны. Практически отсутствуют

ограничения по числу команд и по числу этапов. Программы можно хранить на любых носителях.

Такие способы программирования не являются единственными, когда в основу управляющего

устройства вложена микро–ЭВМ. Программирование уже выполняется на универсальном языке.

Точки (упоры) остановки подвижной части привода задаются на самом манипуляторе.

При использовании пневмопривода такие остановки осуществляют по упорам. Чтобы

исключить жесткие удары с упорами, устанавливаются демпферы. Жесткие упоры могут

переустанавливаться для других типов приводов, например, для электромеханического привода.

При подходе к задней точке двигатель привода отключается. Для этого применяют путевые

переключатели.

Часто используют обычные электроконтактные микровыключатели. Электроконтактный

микропереключатель устанавливается неподвижно и срабатывает от кулачка, который закреплен

на подвижной части привода. Если на разных этапах цикла требуется остановить подвижную

часть привода в разных положениях, то устанавливается несколько кулачков при одном

переключателе. Для точности остановки в конечном положении перед остановкой привод

переходит на уменьшенную скорость, а при выключении останавливается.

92

Повышение надежности может быть достигнуто при установке путевых переключателей

другого типа. В роботах с цикловым управлением используют в качестве датчиков герметичные

магнитоуправляемые (герконы). Герметизированные контакты замыкаются при приближении к

нему магнита, закрепленного на подвижной части. Точность герконовых датчиков не очень

велика, однако, они выдерживают значительное число включений и выключений, чем обычные

микропереключатели. Используются также индуктивные и генераторные датчики, которые также

являются бесконтактными.

11.3 Позиционное и контурное программное управление

Общим для позиционного и контурного программного управления является то, что для

выполнения движений необходимо запомнить большое число точек для каждой степени

подвижности. Эти точки не задаются на манипуляторе, а являются элементами самой системы

управления. В этих системах программируется вся информация о движениях, которые необходимо

совершить, а именно, последовательность движений, условия выполнения движения и, значение

перемещения и углов поворота.

Для контурного управления программируется также скорость перемещения.

Программирование может быть аналитическим, а может осуществляться методом обучения. В

настоящее время большинство систем позиционного и контурного управления представляют

собой системы ЧПУ.

Системы ЧПУ может быть различных типов. Для ПР характерны системы ЧПУ трех типов:

1. типа HNC – с ручным заданием программ с пульта управления, они называются также

оперативными системами управления;

2. типа DNC – имеет память для хранения программы;

3. типа CNC – автономная система построена на базе микро–ЭВМ.

Принципы и технические средства ЧПУ были разработаны применительно к станкам,

распространение их на промышленные роботы позволяет унифицировать УУ для

роботизированных технологических комплексов.

Рассмотрим УУ, вырабатывающее сигналы на приводы, не затрагивая пока вопросов

исполнения программ. Исходной является алфавитно–цифровая запись УП. Программирование

выполняется по адресному принципу, по кадрам. Адрес указывает на то, к какому приводу или

степени подвижности относится команда. После адреса (буквы) пишутся числа, которые

показывают, на сколько, должно произойти перемещение по координате.

Большинство систем ЧПУ допускает программирование как в абсолютных координатах в

базовой системе координат, так и в приращениях от исходного положения. Числа дают значения

координат или перемещений в дискретах, обычно в микрометрах. Обозначения адресов (букв)

указываются в следующем виде: N015X+01000 F10, что означает, что в кадре с номером 15,

привод должен задать перемещение в положительном направлении по оси Х на 100 мм. Адресом F

задается скорость перемещения в см/с. Предусматривается для описания траектории специальные

режимы интерполяции. Так, если адресом задан режим линейной интерполяции, то заданы

координаты начальной и конечной точки. Рабочий орган будет двигаться с постоянной скоростью,

заданной адресом F. При этом приводы будут работать согласованно, по степеням подвижности.

Системы ЧПУ допускают также круговую интерполяцию. Возможность работы в режимах

интерполяции является особенностью контурного управления. Система выбора адресов и

составления программ стандартизирована. Составляющая программа может быть введена

вручную или записана на программный носитель, а можно ввести дистанционно с центральной

ЭВМ по сети. Сама программа упрощается за счет введения типовых подпрограмм, каждая из

которых реализует постоянный цикл.

Все современные ЧПУ имеют разветвленную систему контроля. При выявлении отказов

система автоматической диагностики выявляет причины отказа. Габариты ЧПУ выведены за

пределы оборудования, но они уменьшаются от поколения к поколению. Современные ЧПУ

имеют роботы II и III поколения, а I поколение – ЦПУ.

Существенную специфику имеет программирование в случаях, когда оно осуществляется

методом обучения. Во время обучения оператор перемещает рабочий орган с помощью пульта

или вручную. Система управления автоматически вводит в память значения координат через

равные промежутки времени (обычно через 0,1 сек). Эти значения получается из сигналов

датчиков перемещения и углов поворота приводов манипулятора. Оператор обучает робота

93

последовательности действий. Если важна плавность движения, то при воспроизведении

осуществляется интерполяция по точкам. Когда плавности движений не требуется, то движения

должно производиться с остановками, В этом случае интерполяция не производится и система

работает как позиционная. Движения манипулятора воспроизводятся в первом цикле, а

последующие циклы выполняются автоматически.

В системах ЧПУ используется два вида приводов: разомкнутые (обычно шаговые) и

замкнутые (следящие). Шаговые электромеханические привода управляются

последовательностью импульсов, которые вырабатываются специальным коммутатором. Сигнал,

который составляет числа дискрет перемещений по данной координате, преобразуется в

пропорциональное число импульсов. Коммутатор превращает их в ступенчатые напряжения, так

что угол поворота шагового двигателя получается пропорциональным числу импульсов с частотой

примерно равной 1000–2000Гц.

В следящих приводах сигналы заданного перемещения или угла поворота сравниваются с

сигналами датчиков. По результатам сравнения двигатель поворачивается так, чтобы эти два

сигналы стали равными друг другу. Таким образом, перемещение выходного звена привода следит

за входным электрическим сигналом. Это является методом обратной связи в системе управления.

Точность следящего привода зависит от точности датчика. В системе ЧПУ применяют

специальные кодовые (цифровые) датчики, выдающие сигнал угла поворота в двоичном коде, а

также применяются импульсные датчики, выдающие число импульсов, пропорциональное углу

поворота или перемещению и аналоговые датчики (потенциометры и вращающиеся

трансформаторы). В последнем случае ставить АЦП на вход в вычислительный блок.

11.5 Характеристики системы управления промышленного робота

Системы управления ПР представляют собой унифицированные устройства,

характеризующиеся следующими параметрами:

1. тип (определяются функциональные возможности системы и робота)

Цикловые: УЦМ–10,УЦМ–20,УЦМ–30,УЦМ–663.УЦМ–1000, ЭЦПУ 6030.

Позиционные: УПМ–331,УПМ–552,УПМ–772,ПУР–2М.

Контурные: УКМ–552,УКМ–772.

2. Система отсчета координат: абсолютные величины и относительные величины.

3. Общее количество одновременно управляемых координат.

4. Количество степеней точности пропорциональное числу1.6 ( Н, П, В, А,С– квалитеты

точности движений манипулятора).

5. Число скоростей перемещения рабочего органа.

6. Количество каналов связи или выхода для технологического оборудования.

7. Способ ввода программ.

8. Вид внешней памяти.

9. Тип привода манипулятора, с которым может работать СУ.

10. Тип датчика обратной связи.

11. Наличие опции «выдержка временем», которая зависит от переходов штамповки, обычно

задается таймером.

12. Вид индикации для обеспечения интерфейса оператора (табло, дисплей).

13. Потребляемая мощность и габариты.

Пример: УЦМ–20. 1) цикловая; 2) абсолютные величины; 3) 7 степеней подвижности;4)

нормальная точность;5) одна скорость; 6) 24 канала; 7)обучение по первому циклу и набор

программ; 8)печатная плата с диодными штекерами; 9)пневмопривод; 10) безконтактный датчик

типа БК; 11) диапазон от 0 до 18 секунд; 12) световая сигнализация – интегральная микросхема –

работа на отказ –1000 ч. υ =50 Гц, 220В; 13) W=700 Вт, 600х500х1200, m=100 кг.

94

12 Разработка компоновочной схемы РТК

Компоновка – это система взаимного расположения элементов РТК. Она бывает

технологической и конструкционной. В процессе технологической компоновки определяются

структура РТК, состав рабочих и установочных движений, количество исходных, рабочих и

конечных положений детали, характер обслуживания РТК человеком. Второй вид компоновки

отражает конструктивное исполнение.

Компоновки РТК весьма многообразны. Однако необходимо стремиться к типовым

решениям хотя бы для однородных операций и деталей одного конструктивного класса. Причем

нужно придерживаться некоторых общих принципов:

принципа минимума, заключающегося в том, что при компоновке следует стремиться

использовать как можно меньше вспомогательных устройств, предусматривать

минимальное количество движений при манипуляции предметами труда или

инструментом, сокращать время выполнения операций и производственную площадь,

занимаемую элементами РТК;

принципа обеспечения удобства обслуживания и ремонта РТК и в первую очередь

соблюдения техники безопасности (ГОСТ 12.2.72–82).

При этом требуется:

предусматривать максимальную механизацию и автоматизацию вспомогательных

операций (транспортировка заготовок и деталей, загрузка ими накопителей и питателей,

удаление стружки, окалины и облоя из рабочей зоны и т. д.) связанных с воздействием на

работающих опасных и вредных производственных факторов, оставляя за оператором в

основном функции управления и контроля;

обеспечивать удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к основному и

вспомогательному технологическому оборудованию, ПР и органам аварийного

отключения и управления;

исключать пересечение трасс следования оператора и исполнительных устройств ПР;

размещать пульт управления вне рабочего пространства ПР; вокруг него должно быть

достаточно места, чтобы оператор мог беспрепятственно пользоваться кнопкой аварийного

отключения и имел хороший обзор;

предусматривать при расчете площади ограждаемой зоны необходимые расстояния между

стационарным ограждением, элементами промышленного робота и технологического

оборудования для безопасного выполнения операций программирования, обучения,

ремонта и контроля ПР. Необходимо учитывать систему координат, тип и количество ПР, а

также антропометрические данные и рабочую позу оператора при выполнении различных

операций по обслуживанию промышленного робота, основного технологического

оборудования, исходя из Межотраслевых требований НОТ при проектировании (М., 1979);

Далее приведен пример исполнения компоновочной схемы РТК на примере РТК листовой

штамповки для деталей уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

95

Рисунок 12.1 – Пример выполнения компоновочной схемы РТК:

1 – пресс КД23226Е; 2 – стол пресса; 3 – загрузочное устройство; 4 – промышленный робот КМ

0,63Ц.42.12; 5 – ограждение; 6 – приемное устройство; 7 – приемный стол; 8 – ЭЦПУ 6030.

96

13 Расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма

13.1 Цикловая диаграмма работы РТК

Цикловая диаграмма необходима для оценки и расчета циклового времени работы РТК.

Зависит от типа пресса, робота, РТК. Чтобы минимизировать время работы РТК применяют

второй робот взамен выталкивателя и пневмосдува. Две руки позволят сократить цикл работы

РТК. Имеется удаление деталей и отходов на провал.

МП–9С – однорукий робот; К2122 – пресс, удаление пневмосдувом

Рисунок 13.1 – Компоновка с роботом МП–9С и прессом К2122

1 – пресс К2122; 2 – лоток, в направлении которого идет деталь; 3 – тара под деталь; 4 – робот

МП–9С; 5 – платформа робота; 6 – накопитель, подающее устройство; 7 – место

позиционирования заготовки под схват робота; 8 – пневмосдув; 9 – УУ циклового ЭЦПУ6030.

Рисунок 13.2 – Цикловая диаграмма работы данного комплекса

Робот с двумя руками: МП–11. Пресс К2122.

97

Рисунок 13.3 – Компоновка с роботом МП–11 и прессом К2122

1 – пресс К2122; 3 – тара под деталь; 4 – робот МП–9С; 5 – платформа робота; 6 – накопитель,

подающее устройство; 7 – место позиционирования заготовки под схват робота.


13.2 Пример составления цикловой диаграммы РТК

Составим цикловую диаграмму на примере РТК листовой штамповки для деталей уголок,

стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

98


Цикл работы РТК начинается после его включения, манипулятор промышленного робота

КМ 0,63Ц.42.12из исходного положения (захват находиться над позицией подачи заготовок)

опускает захватный орган на позицию подачи заготовок и происходит включение электромагнита.

Заготовка, из магазина притягивается к захватному устройству, захват поднимается, происходит

поворот манипулятора на 60° и совместное выдвижение манипулятора с опусканием колонки, по

окончании этого движения на захват подается сигнал и заготовка падает в штамп. Затем

манипулятор совершает обратное совмещенное движение: втягивание манипулятора с поднятием

колонки.

Происходит включение пресса. Манипулятор совмещенным движением помещает схват над

деталью и затем срабатывает захватный орган и происходит удаление готовой детали из штампа

совмещенным перемещением манипулятора вверх и назад, после чего срабатывает схват и деталь

падает в приемный лоток, по которому соскальзывает в тару для деталей. Манипулятор

поворачивается против часовой стрелки и занимает исходное положение, после чего цикл

повторяется снова. Цикловая диаграмма приводится в приложении.

99

14 Разработка алгоритма управления РТК

14.1 Условные графические обозначения алгоритмов

Перечень, наименование, обозначение и размеры обязательных символов и отображаемые

ими функции в алгоритме должны соответствовать указанным в таблице 14.1 по ГОСТ 19.002–80.

Размер a должен выбираться из ряда 10, 15, 20 мм. Допускается увеличивать размер a на

число, кратное 5. Размер b равен 1,5a.

Таблица 14.1 – Условные графические обозначения алгоритмов

14.2 Пример выполнения алгоритма управления РТК

Составим алгоритм управления РТК на примере РТК листовой штамповки для деталей


Наименование Обозначение и размеры в

мм Функция

Пуск – останов

Начало, конец, прерывание процесса

обработки данных или выполнения

программы

Соединитель

Указание связи между прерванными

линиями потока, связывающими символами

Процесс

Выполнение операций или группы операций,

в результате которых изменяется значение,

форма представления или расположение

данных

Решение

Выбор направления выполнения алгоритма

или программы в зависимости от некоторых

переменных условий

Предопределенный

процесс

Использование ранее созданных и отдельно

описанных алгоритмов или программ

Ввод–вывод

Преобразование данных в форму, пригодную

для обработки (ввод) или отображения

результатов обработки (вывод)

http://fmi.asf.ru/library/book/Gost/19-002-80-82.html

101

Рисунок 14.1 – Алгоритм управления РТК

102

15 Построение пневматической схемы РТК

15.1 Условные обозначения в пневматике

Рисунок 15.1 – Конструкции и функциональные характеристики компонентов пневматики

Подготовка воздуха:

Схема 1 (Рисунок 15.1) – фильтр

a) Общее обозначение.

b) С ручным спуском конденсата.

c) С автоматическим спуском конденсата.

Схема 2 (Рисунок 15.1) – регулятор давления

a) С отверстием для сброса избытка воздуха (обратите внимание, что маленький треугольник

указывает направление выхода лишнего воздуха в атмосферу).

Линия с двумя стрелками показывает направление основного потока к пользователю и

направление выхода избыточного воздуха.

b) Без отверстия для сброса воздуха.

103

В обоих случаях, внешняя штриховая линия должна быть подключена со стороны более

низкого давления регулятора.

Схема 3 (Рисунок 15.1) – маслораспылитель (лубрикатор) общее обозначение.

Схема 4 (Рисунок 15.1) – блок подготовки воздуха

a) Обозначение с детализацией элементов.

b) Упрощенное обозначение.

Схема 5 (Рисунок 15.1)– цилиндры

a) Цилиндр одностороннего действия – пружинный возврат.

b) Цилиндр одностороннего действия – обратный ход поршня иным способом.

c) Цилиндр двустороннего действия – (заметьте, отличие между b и с в наличии двух каналов

подачи давления).

d) Цилиндр двустороннего действия с нерегулируемым торможением в конце хода с двух

сторон.

e) Цилиндр двустороннего действия с регулируемым демпфированием в конце хода с двух

сторон. Если демпфирование только с одной стороны, то небольшой прямоугольник около

поршня изображается только с одной стороны.

f) Цилиндр двустороннего действия без демпфирования с магнитным кольцом на поршне.

g) Цилиндр двустороннего действия с магнитным кольцом на поршне и с регулируемым

демпфированием в прямом направлении.

Схема 6 (Рисунок 15.1) – распределители

a) 2/2 распределитель в выключенном положении закрыт (нормально закрытый).

b) 2/2 распределитель нормально открытый.

c) 3/2 распределитель нормально закрытый (Н. З.).

d) 3/2 распределитель нормально открытый (Н.О.)

e) 5/2 распределитель.

f) 5/3 распределитель с закрытым центром в среднем положении.

g) 5/3 распределитель с открытым центром в среднем положении.

Схема 7 (Рисунок 15.1) – логические клапаны

a) Клапан выбора – функция "ИЛИ".

b) Клапан с двумя входами – функция "И".

c) Клапан Отрицания – функция "НЕ".

d) Клапан Тождества – функция "ДА".

Схема 8 (Рисунок 15.1) – автоматические распределители

a) Обратный клапан, без пружины.

b) Клапан быстрого выхлопа.

Небольшой треугольник показывает выхлопное отверстие. Пунктирная линия указывает

направление потока выхлопа.

Схема 9 (Рисунок 15.1) – клапаны управления потоком

a) Однонаправленное регулирование потока (дроссель с обратным клапаном).

b) Двунаправленное регулирование потока.

15.2 Правила выполнения схем

Вычерчивание пневматической системы подобно вычерчиванию электрической схемы или

деталей механической конструкции. Это – стандартная комбинация из линий и условных

обозначений, которая позволяет:

–исследовать лучшую последовательность системы.

–составить однозначную инструкцию для специалистов от проектировщика до сборщика.

Чтобы создать схему, необходимо разместить заданные элементы и осуществить соединение

между ними. Кроме этого необходимо обратить внимание, что большая часть условных

графических обозначений на схемах должны соответствовать ГОСТам стран, для которых

предназначена проектируемая система.

Схема 1a (Рисунок 15.2) – Показывает непосредственное подключение распределителя к

источнику давления.

104

Схема 1b (Рисунок 15.2) – Показывает клапаны, присоединенные к трубопроводу с

основным источником давления. Распределение по схеме.

Сплошная линия используется для обозначения трубопроводов "РАБОТА" или

"ДАВЛЕНИЕ", а пунктирная линия для обозначения трубопроводов "КОНТРОЛЬНЫЙ СИГНАЛ"

или "УПРАВЛЕНИЕ".

При соединении элементов по схеме необходимо по возможности избегать пересечения

линий. Где это невозможно, желательно прервать одну из двух линий и изобразить это в виде

небольшой дуги, чтобы показать пересечение труб (см. схема 3, рисунок 15.1). Там, где

соединения имеются, они выделяются небольшим темным кружком.

Рисунок 15.2 – Типовые схемы исполнений трубопроводов

Трубопроводы изображаются сплошной линией в следующих случаях:

Соединение входного отверстия Р управляющего распределителя непосредственно с

источником давления (схема 1а и 1b, рисунок 15.2).

Присоединение выходного отверстия А управляющего распределителя непосредственно к

входу другого распределителя (схема 2 и 3, рисунок 15.2).

Соединение цилиндра с распределителем давления через дополнительные элементы, такие

как дроссель или клапан быстрого выхлопа (схема 4 и 5, рисунок 15.2).

Схема всегда должна показывать положение "Старт" – исходное положение оборудования

при наличии давления. Все элементы, такие как цилиндры и распределители, должны

изображаться в позиции, которая предшествует следующей выполняемой функции. Цилиндры

могут быть изображены в выдвинутом положении или положении отвода, в зависимости от

требуемого начального движения. Две эти ситуации будут различаться положением штока.

Распределители с механическим или пилотным управлением могут быть изображены как в

состоянии "Включено", так и состоянии "Выключено" в виде двух небольших квадратов,

соответствующего условного обозначения, отображая одно или другое состояние.

Далее приведены правила их использования:

105

Рисунок 15.3 – Правила использования распределителей

Схема 1 и 2 (Рисунок 15.3) – 3/2 распределители нормально закрытые (N.C. – Н.З) и

нормально открытые (N.O. – Н.О.) с механическим включением и пружинным возвратом.

Положение I Выключенное состояние. Внешние соединения показаны на небольшом

квадрате рядом с пружинкой, в соответствии с буквами. Реализуются следующие функции:

Для Н.З. "А" (2) с "R" (3)

Для Н.О. "Р" (1) с "А" (2).

Положение II Включенное состояние. Внешние соединения и буквы показаны у квадрата с

обозначением принципа включения. Линии внутри квадрата показывают новое положение

золотника распределителя. В этом случае соединение следующее:

Для Н.З. "Р" (1) с "А" (2).

Для Н.О. "Р" (1) с "R" (3).

Схема 3 (Рисунок 15.3) – 3/2 распределитель Н.З. с пилотным включением и пружинным

возвратом.

Пневматический сигнал поступает к "пилоту" распределителя по трубопроводу, соединенному,

например, с дистанционно расположенным распределителем.

Положение I Выключенное состояние (т.е. нет сигнала на пилоте). Соединения и буквы

(цифры) на маленьком квадратике рядом с пружинкой.

Положение II Включенное состояние (т.е. сигнал подан на пилот). Соединения на маленьком

квадратике рядом с пилотом.

Схема 4 (Рисунок 15.3) – 5/2 распределитель с двухсторонним пилотным управлением.

Сигналы управления поступают на входы распределителя, используя две различные

пилотные линии. Один из двух выходов А (2) или В (4) всегда соединен с питанием Р (1), в

зависимости от того на какой пилот сигнал управления подавался последним.

Обозначения изображаются так, чтобы показать соединения и буквы (цифры) над маленьким

квадратиком пилота, на который последним приходил сигнал.

106

15.3 Основные логические функции в пневмосхемотехнике

Сигнал должен иметь возможность переходить из состояния ЕДИНИЦА в состояние НОЛЬ.

Только в этом случае он может быть использован в логике (использоваться как логический):

другими словами, постоянно присутствующий воздух на входе Р распределителя не может

рассматриваться как сигнал, потому что его состояние всегда равно ЕДИНИЦЕ.

Логика использует четыре основные функции, которые реализуются использованием

четырех пневматических распределителей.

Рисунок 15.4 – Основные логические функции

Функция ДА – Распределитель, реализующий эту функцию, это моностабильный 3/2 НЗ

распределитель с пневматическим пилотом.

Пусть Х (зависимый сигнал), принимающий состояние НОЛЬ или ЕДИНИЦА, сигнала

выхода А.

Пусть а (независимый сигнал), принимающий состояние НОЛЬ или ЕДИНИЦА, сигнала

пневматического пилота (для а=0 Х=0 для а=1 Х=1).

Сигнал Х принимает значения такие же, как сигнал а. Поэтому это тождество сигналов, для

которого логическое уравнение Х=а.

Данный тип распределителя управляется вручную или механически, его дополняют

бистабильным или моностабильным 3/2 НО распределителем.

Функция НЕ – Распределитель, реализующий эту функцию, это моностабильный 3/2 НО

распределитель с пневматическим пилотом (для а=0 Х=1 для а=1 Х=0).

Это инверсия состояний, т.е. если сигнал Х=ИСТИНА, то сигнал а=ЛОЖЬ, или наоборот.

Во многих случаях удобно представлять сигнал ЛОЖЬ в форме сигнала ИСТИНА, то есть,

"инверсный" сигнал обозначается той же буквой с чертой сверху:

Для а=0

Функция НЕ выполняет инверсию действий и записывается уравнением.

Данный тип распределителя управляется вручную или механически, его дополняют

бистабильным или моностабильным 3/2 НО распределителем.

Функция И – это характеристика клапана двух давлений:

Зависимый сигнал Х определяется двумя независимыми сигналами, а и b (по двум

отдельным пневматическим каналам), поступающих от других функций, включая другие И.

107

Присутствие двух входных сигналов, каждый из которых имеет два состояния, дает в сумме

четыре комбинации. Фактически, есть четыре возможных комбинации, но состояние ЕДИНИЦА

переменной Х присутствует только в одной из них.

Проанализируем каждую ситуацию:

для а=0 b=0 Х=0 нет сигналов;

для а=1 b=0 Х=0 входной сигнал воздействует на небольшой поршень, перемещает его

вправо, препятствуя прохождению сигнала к Х;

для а=0 b=1 Х=0 предыдущая ситуация повторяется, только наоборот;

для а=1 b=1 Х=1 если давления равны, сигнал поступивший последним, проходит через

клапан. Если давления будут различны, проходит сигнал с меньшим давлением.

Анализ таблицы, называемой таблицей истинности, и результата для каждой комбинации,

который представляет собой оператор арифметического умножения состояний двух переменных

(а и b). Их результат в точности соответствует состоянию, принятому для переменной Х. Из

таблицы истинности видно, что состояние ЕДИНИЦА для Х возможно только, когда состояние

ЕДИНИЦА имеют и "а" и "b". Поэтому этот клапан в основном используется для функции

контроля, где присутствие обоих входных сигналов необходимо для обеспечения выходного

сигнала Х.

Функция ИЛИ – это характеристика клапана выбора (перекидной клапан):

ситуация при наличии двух входных сигналов, такая же как для предыдущей функции И.

Рассмотрим это отдельно:

для а=0 b=0 X=0 нет сигналов;

для a=1 b=0 X=1 входной сигнал закрывает проход для b и проходит к X;

для a=0 b=1 X=1 противоположный эффект;

для a=1 b=1 X=1 совпадение двух входных сигналов не изменяет состояние выхода

ЕДИНИЦА.

Анализ таблицы истинности позволяет установить, что для первых трех комбинаций,

состояние X соответствует точно арифметической сумме состояний a и b.

Для четвертой комбинации, 1+1=1. Поэтому, функция (или операция) ИЛИ записывается

следующим способом: X=a+b.

При просмотре таблицы истинности, выясняется, что состояние ЕДИНИЦА сигнала X

соответствует трем различным состояниям сигналов a и b. В двух из них, сигнал имеет состояние

НОЛЬ.

По этой причине клапан ИЛИ используется в тех случаях, когда управление должно быть

получено от двух различных положений.

15.4 Реализация логических функций в электропневмосхемотехнике

В электрическом оборудовании функции НО и НЗ выполняются контактами, к которым

подключены проводники, ведущие к электрическому оборудованию, которое необходимо

отключать или подключать.

Если эти контакты, до воздействия на них ручного, механического или электрического

устройства обеспечивают соединение проводников, такие контакты называются НЗ (нормально

замкнутыми). Если, вместо этого, в исходном положении (не включенном) они выполняют

функцию переключателя, то они называются НР (нормально разомкнутыми). Понятие НЗ или НР

контакта не ограничивается, например, выключателем освещения или кнопкой звонка, оно также

касается контактов, которые имеются в реле и таймерах. Эти элементы, ничто иное, как

электромагниты, которые воздействуют механически на некоторое число НР и/или НЗ контактов.

108

Рисунок 15.5 – Схема реализации логических функций

В электрической технике управления, в отличии от пневматической техники управления

(которая имеет элементы для каждой базовой логической функции), логические функции должны

быть реализованы посредством соединений:

–прямые соединения, используя контакты устройств, обеспечивающих информационные

сигналы;

–непрямые соединения, используя контакты реле, управляемые устройствами,

обеспечивающими информационные сигналы.

Функция ДА: S1=Y1

–без реле: НР контакт информации S1 связан непосредственно с катушкой Y1.

–с реле: НР контакт заменен подобным НР контактом реле K1 и включен в цепь катушки Y1.

В обоих случаях катушка Y1 включается при наличии информации S1, то есть когда контакт

S1 (НР) и контакт K1 (НР) замыкаются.

Функция НЕ: –без реле: НЗ контакт информации P1 непосредственно связан с катушкой Y1.

–с реле: информация S1 (с НЗ контактом) заменена НЗ контактом реле K1 и включен в цепь

Y1.

В обоих случаях катушка Y1 включается в отсутствии информации S1, то есть когда контакт

S НЗ) и K1 (НЗ) остаются замкнутыми.

Функция И: S1xS2

–без реле: НР контакты двух информационных устройств последовательно соединены друг с

другом и связаны с катушкой 2.0.

–с реле: НР контакты двух информационных устройств заменены НР контактами реле K1 и

K2 и соединены последовательно в цепи катушки Y1.

В обоих случаях катушка Y1 включается только, когда есть оба информационных сигнала.

Функция ИЛИ: S1+S2

–без реле: НР контакты двух информационных устройств соединены параллельно, а общая

цепь соединена с катушкой Y1.

–с реле: НР контакты двух информационных устройств заменены НР контактами реле K1 и

K2 и связаны параллельно в цепи катушки Y1.

109

В обоих случаях катушка Y2 включается при наличии информации от одного из двух

информационных устройств.

Рисунок 15.6 – Схема реализации логических функций

Функция НЕ–И: инвертированная функция И. (Ее реализация возможна только, при

наличии реле).

В первой цепи НР контакты двух информационных устройств S1 и S2 соединены

последовательно и связаны с реле K1.

Во второй цепи НР контакт реле K1 соединен с катушкой Y, которая реализует функцию

НЕ–И.

Когда реле K1 не включено (потому что S1 и S2 не сработали) НЗ контакт K1 остается

замкнутым, и катушка Y включается. Когда реле K1 включается (потому что S1 и S2 сработали),

контакт НЗ K1 размыкается и катушка Y выключается.

Функция НЕ–ИЛИ: инвертированная функция ИЛИ. (Ее реализация возможна только, при

наличии реле).

В первой цепи НР контакты двух информационных устройств S1 и S2 соединены

параллельно и подключены к реле K1. Во второй цепи НЗ контакт реле K1 соединен с катушкой Y,

которая реализует функцию НЕ–ИЛИ. Когда реле K1 не включено (потому что S1 и S2 не

сработали) НЗ контакт реле K1 остается замкнутым и катушка Y включена. Когда реле K1

включается (потому что по крайней мере один из двух контактов S1 и S2 сработал), НЗ контакт

реле K1 размыкается, и катушка Y выключается.

Конкретные примеры релейных схем и НР контактов:

1) Информационные устройства S1 и S2 могут быть заменены контактами двух реле.

Катушка Y1 подключена последовательно с контактами: S1 = K1 (НР) и S2 = K2 (НЗ)

Условия включения катушки Y1:

–наличие информации от S1;

–отсутствие информации от S2.

Под отсутствием информации S2 предполагается, что контакт S2 не включен.

2) Информационные устройства S1, S2 и S3 заменены контактами трех реле. Катушка Y1

подключена к двум параллельным ветвям:

110

– ветвь 1: НР контакт K1;

– ветвь 2: НР контакт K2 последовательно соединен с НЗ контактом K3.

Условия включения катушки Y1:

– срабатывание S1

или

– срабатывание S2 в отсутствии S3.

15.5 Пример выполнения пневматической схемы РТК

На рисунке 15.7 изображена пневматическая система робота МП–9С. Пневматическая

система предназначена для подготовки воздуха и его распределения в полости пневмоцилиндров

14 – 17 приводов, Осуществляется это следующими устройствами: запорным муфтовым вентилем

1 (типа 15 К418БР) – при его открытии воздух из магистрали поступает в пневматическую систему

робота; влагоотделителем 2 (типа В41–13), предназначенным для отделения от воздуха влаги;

регулятором давления 3 (типа БВ57–33) и техническим манометром 4 (типа МТ–3),

предназначенным для регулирования давления воздуха в диапазоне 0,4 0,5 МПа;

маслораспылителем 5 (типа В44–23), проходя через который воздух насыщается маслом для

смазывания внутренних полостей пневмоцилиндров 14 – 17. Подача воздуха в соответствующие

полости пневмоцилиндров осуществляется электропневматическими, нормально закрытыми

клапанами 7 ... 13 (типа 4152550179–12), На каждую полость пневмоцилиндра предусмотрен один

пневмоклапан.

При включении клапана 7 воздух поступает в пневмоцилиндр 17 захватного устройства.

Губки схвата сближаются и зажимают деталь. При отключении клапана 7 воздух из

пневмоцилиндра 17 стравливается в атмосферу и поршень под действием пружины возвращается в

исходное положение. При включении клапанов 8 – 13 воздух через клапаны 8, 10, 12 поступает

соответственно к пневмоцилиндрам привода поворота руки манипулятора 16, привода подъема

руки 15 и привода радиального перемещения руки 14. Из полостей пневмоцилиндров воздух через

клапаны 9, 11, 13 и дроссели 6 стравливается в атмосферу. С помощью дросселей 6 регулируется

скорость хода поршней пневмоцилиндров и соответственно звеньев манипулятора.

Рисунок 15.7 – Схема пневматической системы МП–9С:

1– запорный вентиль; 2 – регулятор влагоотделитель; 3 – регулятор давления; 4 – маномерт; 5 –

маслораспылитель; 6 – дроссели; 7 – ; 8 – 13 – клапаны; 14 – 17 – пневмоцилиндры.

Выполним схему пневматической системы РТК на примере РТК листовой штамповки для

деталей уголок, стакан и стакан с раздачей. (См. раздел 5.5)

111

Рисунок 15.8 – Схема пневматической системы РТК

112

Приложение 1 Номенклатура прессов.

Прессы однокривошипные открытые простого действия предназначены для выполнения

различных операций холодной штамповки листового металла в крупносерийном и массовом про-

изводстве.

Далее приведены прессы наклоняемые и ненаклоняемые.

Прессы наклоняемые позволяют использовать наклон станины для съема штампуемых

изделий или удаления отходов под их собственным весом.

Конструкция наклоняемых и ненаклоняемыг прессов с неподвижным столом

предусматривает возможность установки механизмов автоматической подачи металла и

пневматических подушек, а также встраивать их в автоматизированные поточные линии.

Прессы рассчитаны на работу в следующих режимах:

одиночный ход (двурукое синхронное управление кнопками или от педали);

непрерывные ходы (двурукое синхронное управление кнопками);

толчек (двурукое синхронное управление кнопками);

ручной поворот (при отключенном электродвигателе главного привода и остановке

маховика).

Прессы оснащены:

ломким предохранителем в ползуне;

расклинивающим устройством;

выталкивателем в ползуне;

централизованной системой смазки.

Для привода рабочих органов пресса используется:

очищенный сжатый воздух давлением не менее 0,5 МПа;

переменный трехфазный ток напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

Рисунок 1 – Общий вид прессов:

1 – наклоняемого; 2 – ненаклоняемого.

113

Рисунок 2 – Общий вид прессов:

1 – наклоняемого; 2 – ненаклоняемого.

Таблица 1 – Основные технические данные

КД2120Е КД2322Е КД2122Е КД2324Е КД2124Е КД1424Е КД2326Е

Номинальное усилие пресса, тс 10 16 16 25 25 25 40

Ход ползуна, мм:

наименьший 5 5 5 5 5 5 10

наибольший 50 55 55 65 65 65 80

Число ходов ползуна в минуту 180 160 160 160 160 160 140

Размеры стола, мм:

слева–направо 360 420 420 500 500 500 600

спереди–назад 240 280 280 340 340 340 400

Размеры отверстия в столе, мм:

слева–направо 180 210 210 250 250 250 300

спреди–назад 115 140 140 170 170 170 200

диаметр 150 180 180 210 210 210 250

Расстояние от оси ползуна до

станины (вылет), мм 130 160 160 190 190 190 220

Наибольшее расстояние между

столом и ползуном в его нижнем

положении при наибольшем

ходе, мм:

при верхнем положении стола 200 220 220 250 250 180 280

114

при нижнем положении стола – – – – – 450 –

Расстояние в свету между

стойками станины, мм 160 200 200 240 240 – 280

Регулировка расстояния между

столом и ползуном, мм:

шатуном 40 45 45 55 55 55 65

столом – – – – – 270 –

Толщина подштамповой плиты,

мм 65 70 70 75 75 75 80

Угол наклона станины, град – 30 – 30 – – 30

Размеры ползуна, мм:

Слева–направо 195 220 220 280 280 280 350

Спереди–назад 162 190 190 225 225 225 285

Размеры отверстия в ползуне под

хвостовик, мм:

диаметр ЗОА 40А 40А 40А 40А 50А 50А

глубина 60 60 60 60 60 60 70

Наибольший ход выталкивателя

в ползуне, мм: 40 40 40 30 30 30 35

Наибольшее число ходов ползуна

в минуту в одиночном режиме 50 50 50 50 50 50 50

Высота стола над уровнем пола,

мм:

наименьшая – – – – – 650 –

наибольшая 745 760 760 820 – 920 900

Габариты пресса, мм:

слева–направо 1000 1060 1060 1180 1180 1210 1305

спереди–назад 990 1130 990 1600 1140 1045 1880

высота 1780 1870 1870 2295 2295 2310 2610

Масса пресса, кг 1110 1400 1325 1975 1970 2770 3140

Рисунок 3 – Габариты прессов:

В – ось вала

Таблица 2 – Габариты прессов

115

Пресса Размеры, мм

D Е

КД2120Е 440 460

КД2322Е 520 735

КД2122Е 510 550

КД2324Е 580 810

КД2124Е 580 650

КД1424А 580 800

КД2326Е 690 970

116

Приложение 2 Номенклатура роботов

Модель «Ритм–05.01»

Основное назначение – для обслуживания

кузнечнопрессового оборудования усилием

60–400 кН, металлорежущих станков

Номинальная

грузоподъемность сум-

марная/на руку, кг

1/0,5

Число степеней

подвижности 7




(УЦМ–30)

Число программируемых

координат 7

Способ программирования

перемещений

Предварительный

набор

Емкость памяти системы,

число команд 25

Погрешность

позиционирования, мм ±0,1

Масса, кг 326

Линейные перемещения,

мм:

у (со скоростью 0,6 м/с) 300

х ( 1,0 м/с) 400

z ( 0,5 м/с) 50

Регулировочные

перемещения, мм:

руки Рx 80

основания Рz 200

Угловое перемещение ° 180

Страна–изготовитель – СССР

Модель КМ1.25Ц.42.16


однокривошипных листоштамповочных

прессов усилием до 250 кН


грузоподъемность,

суммарная/на руку, кг

1,25/0,63








Средство программирования


Штекерная

панель





Максимальный радиус зоны

обслуживания R, мм 1250


Линейные перемещения, мм:

z (со скоростью 0,92 м/с) 80

r ( 1,5 м/с) 500

Угловые перемещения, °:

m (со скоростью 360°/с) 180

а (720°/с) 180


117

Модель HFR–1


грузоподъемность, кг 2



Тип привода Электропневма

тический

Устройство управления Позиционное


позиционирования, мм ±1



Масса, кг 50


r (со скоростью 1,0 м/с) 500

z ( 0,5 м/с) 80

Угловое перемещение ° (со

скоростью 160°/с) 160

Страна–изготовитель – ВНР

Модель 7605

Основное назначение – для загрузки

прессового оборудования

Номинальная 4/2







Устройство управления

Позиционное.

цикловое

(ЭЦПУ–6030)




перемещений Обучение







мм:


z (0,2 м/с) 150

Угловое перемещение °

(со скоростью 120°/с) 120


Модель ПР–5


прессов усилием 250–1000 кН и токарных

полуавтоматов типа МК–62


грузоподъемность, сум-


5/2








118



Коммутация

гнезд панели


число шагов 150


позиционирования, мм 0,3





мм:


z (0,5 м/с) 1 5 0



(180°/с) 180


Модель PR–04


кузнечнопрессового оборудования и ме-

таллорежущего оборудования с вертикальной

осью изделия




4/2










Штекерная

панель








z (0,4 м/с) 200

Угловые перемещения (со

скоростью 90°/с), °:

180 180

Страна–изготовитель – ЧССР

Модель «RIMP–401»


металлорежущих станков и

кузнечнопрессового оборудования

Исполнение

I II




6/2,5 4/1,5



Число рук/захватов на руку. 1/1 2/1






перемещений По упорам



Масса, кг 500 510

Линейные перемещения (со

скоростью 0,5 м/с), мм:

z 10–150

r 400 600



( 90°/с) 90–180

Размер А, мм 1688 1888

119

Страна–изготовитель – ПНР

Модель «Циклон–3.01»


кузнечнопрессового оборудования,

металлорежущих станков




6/3



Число рук/захватов на

руку 2/1



Позиционное,

цикловое (ПУР–Ц,

УМЦ–20)

Число

программируемых

координат

3

Способ

программирования


По упорам

Емкость памяти

системы, число команд 30


позиционирования, мм 0,25

Максимальный радиус

зоны обслуживания R,

мм

1500



мм:

г (со скоростью 0,6 м/с) 600

2 (» » 0,3 м/с) 100



250

основания zp 150

Угловые перемещения,

°:

Ф (со скоростью 60°/с) 180

а ( 90°/с) 180

Регулировочное

перемещение руки Р 45


Модели «Sideman I»; «Sideman–II»










Средство



Штекерная

панель


число шагов 18 24




зоны обслуживания R, мм 1362



мм:

z (со скоростью 0,5 м/с) 0–100

r (1,0 м/с) 450; 600

Угловое перемещение, °(со

скоростью 120°/с) +90 90

Страна–изготовитель – Япония

120

Модель МП–4


прессов, формовочных машин, печей, а также

для транспортирования деталей





Тип привода Электрический




Емкость памяти систему,








z (со скоростью 0,05 м/с) 100

r (0,8 м/с) 600

Угловое перемещение 0 (со

скоростью 100°/с) 220


Модель КМ10Ц.42.01


металлорежущего и кузнечно–прессового

оборудования




10/5










мм:


z ( 0,3 м/с) 150



(150°/с) 180


Модель ПРП–5

Основное назначение – для автоматизации

операций загрузки–разгрузки при

обслуживании прессов и другого

технологического оборудования



суммарная/на руку, кг .

10/5








Средство Штекерная

121



панель





мм:


z (0,5 м/с) 150

Угловое перемещение



Модель КМ10Ц.42.03 (ПРЦ–1)


металлорежущего и кузнечно–прессового

оборудования




10/5






(УПМ–30)













мм:


z ( 0,5 м/с) 150



Рr 337

Рz 250



(180о/с) 180


перемещение Р ,° 20


Модель РПП–76

Основное назначение – для загрузки–

разгрузки штучных заготовок в

листоштамповочные прессы (высота

матрицы штампа относительно пола 1030–

1180 мм)




10/5















скоростью 0,5 м/с), мм:

Z 150

R 500

Угловые перемещения (со

скоростью 90°/с), °:

122

180

180

90

Страна–изготовигель – СССР

Модели «Циклон–5.01», «Циклон–5.02»


кузнечно–прессового оборудования, метал-

лорежущих станков, машин литья под

давлением, установок ТВЧ, ТПЧ в массовом,

крупносерийном и серийном производстве

Модель

5.01 5.02




10/5


подвижности 4–6 5–7




%

Цикловое

(УЦМ–20)



Предварительный

набор


число команд 24 + 7




зоны обслуживания, мм 1560

Масса, кг 460 780


мм:


z ( 0,5 м/с) 100

y сдвига 400



Рx 250

Рz 150



(180°/с) 180


перемещение Р , ° 45


Модель АН–6




5; 5/2


подвижности 4; 5

Число рук/захватов на руку 1/1; 2/1





Средство



Штекерная

панель






зоны обслуживания R, мм 1340



мм:


z ( 0,1 м/с) 100; 150



(180°/с) 180


123

Модель AHL–0/40

Основное назначение – для горячей и

холодной штамповки на прессах



марная/на руку, кг.

5/2



Тип привода Пневматичесю




Штекерная

панель







r (со скоростью 1,0 м/с) 260–400

z (0,2 м/с) 10–100



(180°/с) 90–180


Модель МП–3


прессов, станков и полуавтоматов различного

назначения


грузоподъемность сум-


2/0,5



Число рук/захватов на руку 1–4/1











Масса, кг 40


скоростью. 0,1 м/с), мм:

z 125

r 100

Угловое перемещение

(со скоростью 90°/с); 90


124

Модель КМ 0,63Ц.42.12


прессов одно–кривошипных открытых

простого действия усилием до 100 кН


грузоподъемность, кг 0,63














Масса, кг 20

Линейное перемещение z,

мм 20

Угловое перемещение 180


Модель КМ2,5Ц.42.14


прессов одно–кривошипных открытых

простого действия усилием до 1 кН


грузоподъемность, кг 2,5












Масса, кг . 150


мм:

z (со скоростью 0.6 м/с) 80

r (0,8 м/с) 300



( 720°/с) 180


125

Приложение 3 Условные графические обозначения элементов

пневмоприводов

Условные графические обозначения элементов пневмоприводов даны по ГОСТ 2.781–96,

ГОСТ 2.782–96, маркировка присоединительных отверстий пневмоустройств, типы контактов

электротехнических устройств, бесконтактные путевые выключатели.

Таблица 1 – Условные графические обозначения элементов пневмоприводов

Преобразование энергии

Компрессор

Вакуум–насос

Усилитель давления

Эжектор

Пневмомоторы

Нереверсивный нерегулируемый

Нереверсивный регулируемый

Реверсивный нерегулируемый

Реверсивный регулируемый

Пневмоцилиндры одностороннего действия

Без указания способа возврата штока

С возвратом штока пружиной

С выдвижением штока пружиной

126

Телескопический

Пневмоцилиндры двустороннего действия

Общее обозначение

С постоянным магнитом на поршне

С нерегулируемым торможением в конце хода

С регулируемым торможением в конце хода

С проходным штоком

С проходным полым штоком

Телескопический

Специальные исполнительные механизмы

Захват промышленного робота

Вакуумный захват

Устройства подготовки сжатого воздуха

Фильтр

Влагоотделитель с ручным отводом конденсата

Влагоотделитель с автоматическим отводом

конденсата

Фильтр–влагоотделитель

Осушитель

Охладитель

Нагреватель

127

Маслораспылитель

Блок подготовки воздуха

Детальное обозначение

Упрощенное обозначение

Ресивер

Контрольно–измерительные устройства

Манометр

Термометр

Указатель (индикатор) давления

Счетчики сигналов

С ручной установкой нуля

С пневматической установкой нуля и с

пневматическим выходным сигналом

Реле давления

Пневматические распределители

Нормально закрытый 2/2–распределитель

Нормально открытый 2/2–распределитель

Нормально закрытый 3/2–распределитель

Нормально открытый 3/2–распределитель

4/2–распределитель



128



Пневматические клапаны

Обратный без пружины

Обратный с пружиной

Логический "или"

Логический "и"

Выдержки времени

С задержкой по переднему фронты

С задержкой по заднему фронту

С задержкой по переднему и заднему фронтам

Дроссели

Нерегулируемый

Регулируемый

С обратным клапаном

Путевой

Выхлопной

129

Библиографический список

Далее приведен список литературы, рекомендованной к ознакомлению при выполнении

курсового проекта.

1. Белянин П. Н. Роботехнические системы для машиностроения. – М.: Машиностроение, 1986.

– 256 с. – (Автоматические манипуляторы и роботехнические системы).

2. Митрофанов С. П., Григорьев Л. Л., Клепиков Ю. М. и др. Под общей редакцией С. П.

Митрофанова. Гибкие технологические системы холодной штамповки. – Л.:

Машиностроение. Ленингр. отд–ние, 1987. – 287 с., ил.

3. Михеев В. А., Козий С. И., Иголкин А. Ю., Тлустенко С. Ф. Автоматические линии и

комплексы кузнечно–штамповочного производства: Учебное пособие/Самар. Гос. Аэрокосм.

Ун–т; Самара, 2004. 168 с.

4. Жалнеревич Е. А. и др. Применение промышленных роботов/Е. А. Жалнеревич, А. М. Титов,

А. И. Федосов. – Ин.: Беларусь, 1984. – 222 с., черт.

5. Белянин П. Н. Промышленные роботы и их применение: Робототехника для машиностроения.

2–е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 311 с., ил.

6. Роботизированные производственные комплексы/Ю. Г. Козырев, А. А. Кудинов, В. Э.

Булатов и др.; Под ред. Ю. Г. Козырева, А. А. Кудинова. – М.: Машиностроение, 1987. – 272

с., ил. – (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

7. Семенов Е. И., Кравченко Н. Ф. Робототехнологические комплексы для листовой штамповки

мелких деталей. – М: Машиностроение, 1989. – 288 с.: ил.

8. Управляющие системы промышленных роботов/Ю. Д. Андрианов, Л. Я. Глейзер, М. Б.

Игнатьев и др.; под общ. Ред. И. М. Макарова, В. А. Чиганова. – М.: Машиностроение, 1984. –

288 с., ил. – (Автоматические манипуляторы и робототехнологические системы).

9. Челпанов И. Б. Устройство промышленных роботов: Учебник для учащихся

приборостроительных техникумов. Л.: Машиностроение Ленингр. отд–ние, 1990. 223.: ил.

10. Козырев Ю. Г. Промышленные роботы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1983. – 376 с.,

ил.

11. Устройство промышленных роботов/Е. И. Юревич, Б. Г. Аветиков, О. Б. Корытко и др. – Л.:

Машиностроение. Ленингр. отд–ние, 1980–333 с., ил.

12. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9–и кН. Учебное пособие для

втузов/В. М. Назаретов, Д. П. Ким; Под ред. И. М. Макарова. – М.: Высш. Шк., 1986. – 144 С.:

ил.

Автоматизированное Проектирование-Михеев ВА

Documents