ГПС для обработки валов

Основой гибких производственных систем (ГПС) по изготовлению деталей типа тел вращения являются станки с ЧПУ и промышленные роботы (ПР). Из станков с ЧПУ и ПР создают робототехнические комплексы (РТК) различного назначения. Объединяя РТК общей автоматизированной транпортно-складской системой, системой управления, компонуют различные ГПС. ГПС оснащают необходимыми вспомогательными устройствами, в том числе механизированным столом-накопителем, межстаночными накопителями и ложементами (для заготовок), стружкоуборочным конвейером, а также системой защиты зоны работы ПР, обеспечивающей безопасность при эксплуатации.

Применение РТК в условиях серийного производства целесообразно только при использовании группового метода обработки деталей. При разработке технологического процесса изготовления деталей в РТК нужно предусматривать максимально возможную концентрацию операций на станках с ЧПУ с целью сокращения числа переустановок деталей, повышения точности обработки и уменьшения времени производственного цикла. РТК должен быть укомплектован технологической оснасткой, обеспечивающей при быстрой и простой переналадке надежную установку и крепление заготовки.

Выбор деталей. При определении номенклатуры деталей, обрабатываемых на РТК, учитывают следующие факторы:

- геометрическую форму деталей (должны обладать однородными по форме и расположению поверхностями для захвата и базирования заготовки);

- технические требования (возможностью унификации технологических процессов с целью использования групповых методов обработки);

- габаритные размеры и массу детали (при выборе ПР определяющим фактором является его грузоподъемность);

-вид и состояние заготовки (на РТК рекомендуется обрабатывать гладкие и ступенчатые валы, втулки, фланцы, гильзы, диски).

Требования к оборудованию. Станки, встраиваемые в РТК,должны обеспечивать реализацию заданного технологического процесса обработки типовых деталей при разной серийности их выпуска. Исходя из этого в РТК включают следующие станки-полуавтоматы для обработки деталей из штучных заготовок:

-токарные патронные и центровые;

- токарно-револьверные;

-многорезцовые и многошпиндельные;

-лоботокарные;

-фрезерно-центровальные и подрезные центровальные;

-плоско-, внутри- и круглошлифовальные;

-шлицефрезерные и шлицешлифовальные;

-шпоночно-фрезерные;

-резьбофрезерные и резьбошлифовальные и др.

Совместная работа станков с ПР требует доработки электросхемы станка для обеспечения обмена информацией между ними. Станки, включаемые в РТК, должны обеспечивать: автоматический зажим и освобождение заготовки на станке; точную и надежную установку заготовки; отделение от заготовки стружки в процессе обработки и ее автоматическое удаление из зоны резания; автоматизацию контроля отдельных параметров детали в процессе обработки; автоматизированную смену инструмента; связь систем управления и электросхем станка и ПР, обеспечивающую полностью автоматический цикл работы РТК; безопасность работы РТК (необходимо разделить зоны действия ПР и обслуживающего персонала). Станки оснащают системами адаптивного управления, устройствами принудительной смены и автоматической подналадки инструментов, а также системами диагностирования основных узлов в процессе работы.

ПР должны выполнять: установку заранее ориентированных., заготовок в рабочую зону станка; снятие деталей и у кладку их в тару или магазины (конвейер); кантование деталей; транспортирование деталей между станками; выдачу технологических команд для управления технологическим оборудованием. Конструктивные и технологические параметры ПР должны соответствовать параметрам обслуживаемых ими станков. ПР должен иметь число степеней подвижности, достаточное для выполнения необходимого объема операций как при обслуживании станка, так и вспомогательного оборудования. При переходе РТК на обработку нового изделия переналадка ПР должна быть минимальной. В однопозиционных РТК один станок обслуживается одним ПР, который может быть встроенным в станок или автономным. Автономные ПР могут обслуживать станки различного технологического назначения, имеющие однотипную схему манипуляционных перемещений при загрузке-выгрузке деталей, входящих в одну группу по типу, размерам, массе. Встроенные манипуляторы, как правило, используют для одной определенной модели станка. В многопозиционных РТК ПР обслуживает два—шесть станков, выполняя, помимо загрузки оборудования, транспортирование деталей между станками, переориентацию деталей, управление станками. В этом случае ПР оснащен УЧПУ с большим объемом памяти.

Вспомогательное оборудование РТК состоит из транспортно-накопительных устройств, обеспечивающих его непрерывную работу в автоматическом цикле в течение заданного времени. Эти устройства обеспечивают накапливание определенного числа ориентированных заготовок на исходной позиции РТК; поштучную выдачу заготовок в определенную позицию, где они захватываются ПР; транспортирование изделий в ориентированном положении внутри РТК и их передачу на последующие участки; необходимую переориентацию изделий; хранение межоперационного задела и задела для другого РТК. Тип РТК и его станки определяют функции вспомогательного оборудования (хранение, непрерывное транспортирование, шаговая подача и т. д.); положение оси изделия при хранении и транспортировании; конструктивное исполнение оборудования (магазин, конвейер и др.). Параметры обрабатываемых деталей (тип, форма, материал, размеры) определяют форму и размеры ложементов для их установки. Вместимость вспомогательных устройств определяется серийностью и массой. Для обеспечения быстрой переналадки вспомогательное оборудование создают на базе унифицированных элементов.

Технологическая оснастка должна обеспечивать требуемую точность обработки в заданных условиях. Сам по себе ПР не обеспечивает точность установки заготовки в приспособлении. Поэтому технологическая оснастка должна обеспечивать возможность установки в ней заготовки ПР выбранной модели; требуемую точность установки; надежное закрепление заготовки при обработке. Для гарантии правильного положения заготовки в базирующем приспособлении РТК оснащают контрольными датчиками, фиксирующими положение заготовки перед началом обработки. Их располагают как на захватном устройстве ПР, так и на самом станке.

Для обработки деталей типа тел вращения в основном используют РТК трех видов компоновки:

-однопозиционный с одним напольным, портальным или встроенным в станок ПР;

-многопозиционный круговой компоновки с ПР напольного типа;

-многопозиционный линейной и линейно-параллельной компоновки из двух и более станков с ПР портального типа.

Линейные компоновки РТК предпочтительнее круговых, так как требуют меньшей площади, не требуют остановки всего РТК при переналадке и ремонте, увеличивается число обслуживаемых станков.

Однопозиционный РТК (рис. 3.150) на базе токарного станка 16К20ФЗ с ЧПУ и ПР мод. М20П40.01 служит для обработки деталей типа валов (D до 120 мм; L до. 500 мм; m до 10 кг) и фланцев (D до 150 мм; L до 110 мм; m до 6 кг). В состав РТК входит горизонтальный магазин-накопитель замкнутого типа вместимостью 12—24 заготовки. ПР выполняет операции загрузки и разгрузки станка, а также дает команду на пуск станка. На рис.3.151 представлена схема построения типового алгоритма управления однопозиционным РТК.

Рисунок 3.150

1 – станок, 2 - промышленный робот, 3 – магазин-накопитель

Рисунок 3.151 Схема построения типового алгоритма управления однопозиционным РТК.

Многопозиционный РТК мод. АСВР-01 (АСВР-02) предназначен для токарной обработки валов (D =50... 140 мм; L до 1400 мм; m до 160 кг) в условиях серийного производства: Производительность РТК до 50 000 валов в год. Установка обрабатываемых заготовок в самоцентрирующем патроне;, в центрах; в патроне и заднем центре.

Рисунок 3.152 Многопозиционный РТК мод. АСВР-01

РТК (рис. 3.152) состоит из фрезерно-центровального станка 1 мод. МР-179, двух токарных станков 3 мод. 1Б732ФЗ (в АСВР-02 три станка этой модели); ПР 2 мод. УМ160Ф2.81.01; вспомогательного оборудования и системы обеспечения безопасной работы. ПР перемещается по монорельсу. Перед станками расположены промежуточные позиции 5 и магазины-накопители 4. РТК оснащен защитным устройством 6.

На станке МР-179 фрезеруются торцы заготовки и обрабатываются центровые отверстия с двух сторон за один рабочий цикл.

На токарных «танках 1Б732ФЗ с ЧПУ типа Н221М обрабатываются цилиндрические, конические, сферические поверхности, прорезаются канавки и нарезается резьба. Размеры заготовок: D до 400 мм; L до 1400 мм.

ПР мод. УМ160Ф2.81.01 осуществляет установку заготовок, снятие деталей, их межстаночное транспортирование. Грузоподъемность до 160 кг, погрешность позиционирования не более ±1 мм при максимальных скоростях перемещения отдельных звеньев 0,8-1,6 м/с. ПР может обслуживать до 40 моделей различного технологического оборудования. Система ЧПУ робота УМП-331 обеспечивает индивидуальное обслуживание станков по вызовам. Если вызовы поступают одновременно с двух и более станков, то устанавливается система приоритета, по которой ПР в первую очередь обслуживает станок с наиболее длительным циклом обработки. В долговременной памяти СЧПУ робота хранятся индивидуальные программы обслуживания каждого станка. После вызова системы управления ПР осуществляет поиск в памяти программы обслуживания данного станка.

ПР комплектуется широкодиапазонными захватными устройствами, оснащенными датчиками внешней информация. ПР выполняет следующий круг операций:

-поиск, заготовок, в накопителе;

-отработка заготовок с недопустимыми отклонениями размеров;

-переустановка;

- промежуточное складирование и укладка деталей в выходные позиции РТК.

ПР программируется методом обучения. СЧПУ является центральной системой управления электроавтоматикой РТК при групповом обслуживании станков.

Станки РТК оснащены устройством автоматического подвода-отвода ограждения ипиноли, устройством автоматического зажима- освобождения патрона, датчиками, фиксирующими наличие детали в станке и контролирующими состояние патрона, УЧПУ и электроавтоматикой, обеспечивающими диалог между станком и ПР и выполнение других функций.

Рисунок 3.153 Магазины –накопители:

а) для валов; б) для фланцев;

1 – щека, 2 – призматическая выемка, 3 – деталь. 4 – ограничительная планка. 5 - основание

Магазин-накопитель (рис. 3.153) служит для установки и хранения деталей у станков. Он выполнен в виде направляющих щек, к которым крепятся ограничительные планки с несколькими призматическими пазами. Число щек и планок зависит от длины заготовок. Вместимость зависит от диаметра и длины заготовок. Нахождение очередных заготовок или пустых позиций магазина по сигналам датчика (рис. 3.154), расположенного на планке 2, которая может перемещаться в вертикальном направлении. На коромысле установлен упор 3, контактирующий при горизонтальном расположении с путевым выключателем 4. рука ПР перемещается под выемкой накопителя 5 на уровне, обеспечивающем контакт коромысла с деталью 6, лежащей в выемке. Расстояние между осями захватного устройства ПР и коромыслом 1 устанавливают равным шагу выемок. При совпадении осей детали и датчика последний подает сигнал в УЧПУ робота. Если нужно положить деталь в предыдущую выемку, то по сигнаналу датчика продольное перемещение ПР прерывается и начинается укладка детали. Если требуется взять очередную заготовку то ПР по сигналу датчика перемещается на длину, равную шагу выемок, и затем берет заготовку (рис. 3.154, б). Промежуточная позиция позволяет уменьшить время загрузки станков.

Рисунок 3.154 Схема работы датчика

Датчик положения (конечный выключатель М111А5У) контролирует наличие детали в ложементах магазина-накопителя. Датчик расположен на стойке. При наличии детали в магазине рычажный механизм контактирует с ней, нажимая одновременно на конечный выключатель.

Работа РТК.Программа работы РТК состоит из ряда подпрограмм. Они могут быть реализованы в любой последовательности:

-подпрограмма ожидания вызовов станка (вызывается после требуемого обслуживания каждого из станков);

-подпрограмма загрузки станков;

- подпрограмма разгрузки станков.

Подпрограмма загрузки-выгрузки согласно информации с датчиков станков, ложементов и тары, с учетом выбранного приоритета обеспечивает вызов соответствующих подпрограмм обслуживания станков. Вызов станка отсутствует во время его работы и поступает после окончания цикла обработки заготовок.

Подпрограмма загрузки станка обеспечивает последовательность выполнения следующих действий: перемещение ПР над ложементом станка; захват заготовки из ложемента или промежуточной тары; перемещение руки ПР в зону обработки; установка заготовки в патрон; предварительный зажим заготовки задним центром; зажим заготовки кулачками патрона; вывод руки ПР из зоны обработки. Окончание этой подпрограммы сопровождается закрытием защитных экранов станков и командой на начало обработки заготовки. При отсутствии заготовок, подлежащих обработке на данном станке, в ложементе или в промежуточной таре блокируется переход к подпрограмме загрузки данного станка.

Подпрограмма разгрузки станка обеспечивает последовательное выполнение следующих действий: перемещение руки ПР в зону обработки; захватывание обработанной детали; разжим кулачков патрона и отвод заднего центра; вывод руки с деталью из рабочей зоны станка.

После выполнения этих операций ПР в зависимости от состояния оборудования РТК может выполнять: загрузку следующего по технологическому процессу станка; укладку заготовки в ложемент; загрузку следующего по технологическому процессу станка (если он свободен); транспортирование заготовки в промежуточную тару-накопитель.

По окончании подпрограммы разгрузки происходит переход к подпрограмме ожидания вызова. ПР, переместившись в зону магазина-накопителя, опускает руку на уровень осей заготовок, расположенных в ложементах тары. Затем каретка ПР начинает перемещаться в продольном направлении, а рука ПР начинает поиск заготовок. Датчик положения, расположенный на руке ПР, дает сигнал в УЧПУ робота о том, что захват ПР находится на оси заготовки. После этого ПР выполняет захват заготовки и ее транспортирование в нужное место.

РТК для шлифования валов (рис. 3.155) обрабатывает гладкие ступенчатые валы (D — 40 ... 160 мм; L — 700 ... 1400 мм; тдо 1000 кг) в условиях мелко- и среднесерийного производства. РТК состоит из ПР 1 мод. УМ160Ф2.81.04 грузоподъемностью до 160 кг, полуавтомата 2 мод. МА3296 для обработки центровых отверстий, двух круглошлифовальных станков 3 мод. МА3М162Ф2, устройства 5 светозащиты, УЧПУ 6, которое управляет ПР, трех устройств 4, 7, 8 связи, четырех магазинов-накопителей 9. РТК имеет линейно-параллельную компоновку. Детали на станках устанавливаются в центрах, приводимых во вращение плавающими зажимными патронами или поводковыми устройствами.

Центровые отверстия обрабатывают на полуавтомате 2, затем на станках 3 выполняют наружное шлифование. Шлифование вала по всей длине (или по его концам) выполняют на двух станках 3; сначала на первом станке обрабатывают одну сторону вала, затем ПР кантует вал и устанавливает его на второй станок, на котором обрабатывают вторую сторону вала. РТК обеспечивает автоматический цикл врезного и строчного шлифования с последующей зачисткой при продольном ходе стола, а также шлифовании торцов ступеней вала.

Рисунок 3.155 РТК для шлифования валов

Магазины-накопители состоят из тары и подставки и служат для ориентации и хранения заготовок в начале участка, хранения межоперационного задела заготовок и готовых деталей. Устройства связи служат для предварительного входного контроля заготовок по длине. А также ориентации заготовок относительно станка. Эти устройства позволяют сократить время загрузки станков.

Рисунок 3.156 ГПС обработки валов

РАЗДЕЛ 4 СИСТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (САПР ТП)