ПРЕДМЕТЫ ПРОИЗВОДСТВА И ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Предметы производства

Общие сведения. Применение роботов практически во всех сферах промышленного производства, условия их эксплуатации в едином цикле с совокупностью различных средств технологического оснащения предопределяют большое разнообразие предметов производства (ПП) и технологической оснастки.

Основными классификационными признаками предметов производства, существенными для проектирования захватных устройств, являются: физическое состояние, форма, свойства симметрии, подвижность и ориентация в момент захватывания, масса.

Физическое состояние. ПП могут быть жидкими, сыпучими или твердыми. Для захватных устройств промышленных роботов существенным является рассмотрение твердых ПП, которые могут быть при этом жесткими, упругими, хрупкими или пластичными. Твердыми считаются такие предметы, которые в разумных пределах не требуют наложения каких-либо ограничений сверху на контактные усилия. Жесткими — предметы, деформациями которых в процессе захватывания и переноса заведомо можно пренебречь. Хрупкими называют предметы, имеющие ограничения на величину воздействующих внешних сил, упругими — восстанавливающие первоначальную форму и размеры после снятия внешних нагрузок, пластичными — изменяющие форму и размеры под действием внешних сил. Такое деление в ряде случаев условно и может быть расширено в более детальных классификациях.

Форма. ПП могут представлять собой тела вращения, корпусные, фигурные детали, плоскостные детали (листы, полосы, планки) и др.

Применительно к задачам захватывания и удерживания ПП захватным устройством определяющее значение для проектирования ЗУ имеют особенности формы поверхностей, по которым производится захватывание, наличие точек, осей и плоскостей симметрии, распределение инерционных характеристик по осям ПП (оно различно для плоских, удлиненных и объемных предметов). Для ПП сложной формы может быть существенно наличие отверстий, выступающих штырей, облоя и др.

Подвижность. При описании ПП важно знать, неподвижен предмет во время захватывания или он находится на непрерывно движущемся транспортере. Часто имеет место ситуация, когда объект в момент захватывания фиксируется в специальных зажимных приспособлениях или же может перемещаться по некоторым из направлений (например, когда ПП расположен на плоскости, в гнездах, пазах, насажен на штыри и т.п.).

Ориентация ПП в момент захватывания. Она определяет конструкцию ЗУ и промышленного робота. Для захватывания ПП из неориентированного навала необходимо применять адаптивный ПР, оснащенный адаптивным захватным устройством. Во всех остальных случаях требования к адаптации ПР и ЗУ снижаются. При захвате ориентированного ПП из фиксированной позиции можно использовать ПР и ЗУ, не оснащенные какими-либо средствами внешней информации.

Масса ПП определяет силовые и динамические показатели ПР и ЗУ.

Набор количественных показателей для предметов производства различных классификационных групп формируется из числа следующих:

  • 1. Габаритные размеры.
  • 2. Положение и ориентации характерных осей, линий и поверхностей.
  • 3. Диапазоны изменения погрешностей формы и положения поверхностей.
  • 4. Диапазоны изменения погрешностей установки.
  • 5. Масса и другие инерционные характеристики.
  • 6. Допустимые значения контактных усилий.

В каждом конкретном случае возможно расширение этого перечня.

Требования к предметам производства разделяют на общие и специальные, зависящие от вида обрабатывающего оборудования.

Общие требования. При создании роботизированных технологических комплексов и выборе номенклатуры используемых захватных устройств необходимы технологический анализ ПП и их группирование по конструктивно-технологическим признакам. В работах [1, 10], а также РД 50-357—82 «Методические указания. Правила выбора объектов роботизации» приведены результаты такого анализа и установлены требования к конструкции выпускаемых изделий, которые сводятся к следующему.

Детали, подлежащие обработке на роботизированном технологическом комплексе, должны обладать возможностью группирования по ряду признаков:

  • • по конструктивно-технологическому сходству деталей в целом; типовыми совокупностями в этом случае являются группы шестерен, втулок, валов, шпинделей и др.;
  • • по элементарным поверхностям деталей, что позволяет установить единообразные варианты обработки этих поверхностей, а из комбинации этих вариантов получить совокупный технологический процесс обработки любой детали;
  • • по видам обработки (типам оборудования), единству технологического оснащения и общности настройки станков.

Такое группирование необходимо для применения групповой формы организации производственных процессов обработки и использования однородного основного и вспомогательного оборудования и позволяет иметь: явно выраженные базы и признаки ориентации ПП, дающие возможность организовать их транспортирование, складирование в ориентированном виде с использованием стандартизованной оснастки; однородные по форме и расположению поверхности для базирования и захватывания, позволяющие без дополнительной выверки устанавливать детали в принимающие устройства обрабатывающего оборудования, где для их базирования и закрепления может быть применена универсальная технологическая оснастка.

Конструкция детали (заготовки) должна обеспечивать возможность надежного захватывания, удержания и переноса ее с помощью ПР. При группировании деталей по конструктивно-технологическим признакам следует предусматривать минимизацию номенклатуры захватных устройств и возможность применения широкодиапазонных захватов.

Выделяют шесть основных групп деталей общемашиностроительного применения [1, 8...10]:

I — тела вращения, длина которых не превосходит удвоенного диаметра;

II — тела вращения, длина которых больше удвоенного диаметра;

III — коробчатые детали;

IV — изогнутые и фигурные детали;

V — плоскостные детали;

VI — детали арматуры.

Специальные требования к предметам производства, зависящие от вида основного технологического оборудования, работающего в составе РТК, сформулированы в работах [1, 8...10].

Детали, обрабатываемые на станках, обслуживаемых робототехническими средствами, могут быть:

  • • в условиях массового и крупносерийного производства — любыми по размерам и массе, если они соответствуют техническим параметрам этих средств;
  • • в условиях средне- и мелкосерийного производства — предпочтительно отобранными из числа простейших типов деталей общемашиностроительного применения, позволяющих вести группирование их по конструктивно-технологическим признакам.

В условиях мелко- и среднесерийного производства такой отбор деталей позволяет применять групповую форму организации производственных процессов, типизацию технологических процессов обработки, а также использовать однородное основное и вспомогательное оборудование. Они должны иметь ясно выраженные технологические базы и признаки ориентации, позволяющие организовать транспортирование и складирование деталей в ориентированном виде с использованием стандартизованной оснастки.

Перечисленным выше требованиям отвечают детали, относящиеся к классам 40 и 50 по классификатору [8]. Характеристики этих групп деталей с учетом рекомендуемого метода их захватывания с помощью ПР приведены в табл. 2.1 (носят рекомендательный характер).

При отборе деталей, подлежащих обработке на станках, обслуживаемых роботами, следует руководствоваться правилами обеспечения технологичности конструкции деталей [1, 9]. Кроме того, необходимо контролировать размеры и твердость для исключения поломок режущего инструмента, автоматических транспортных средств и роботов.

Требования к заготовкам, подлежащим обработке на РТК «станок- робот», должны быть повышенными [1]. Сварные заготовки, поковки, а также резаный прокат необходимо зачищать от заусенцев, швов и т.п. Чугунные и цветные отливки следует предварительно зачищать, удалять с них литники. Стальные заготовки из легированных труднообрабатываемых сталей и стальные отливки рекомендуется подвергать отжигу. У ответственных отливок следует контролировать размеры разметкой.

Характеристики деталей, предназначенных для обработки на кузнечно-прессовом оборудовании. Высокие скорости обработки металлов давлением обусловливают ориентированную поштучную выдачу заготовок на загрузочную позицию. Форма заготовок и деталей, полученных на промежуточных переходах, должна быть такой, чтобы можно было передавать их с одной единицы оборудования на другую, а также осуществлять межоперационные перемещения и переориентацию в межштамповом пространстве при многопереходной обработке на одной машине с однозначной фиксацией объектов манипулирования на всех этапах обработки. Поэтому с помощью промышленных роботов (или автооператоров) целесообразно прежде всего автоматизировать операции загрузки-выгрузки простейших типов деталей, имеющих ясно выраженные базы и признаки ориентации, а также поверхности для надежного захватывания и удержания. Если в качестве исходного материала используют пруток, полосу или рулонную ленту и проволоку, — применять ПР для автоматизации загрузки-выгрузки нецелесообразно. В этом случае загрузка прессов автоматизируется с помощью валковых, клиновых, клещевых и шиберных подач. Изделие из рабочей зоны можно удалять «на провал», лотковым сбрасывателем, с помощью очередной подаваемой заготовки, сталкивающей изделие, автооператором («механической рукой») или роботом-разгрузчиком.

Характеристики деталей простейших видов, отвечающих перечисленным выше требованиям, представлены в табл. 2.2.

При листовой штамповке к деталям и заготовкам предъявляют следующие дополнительные требования (являются общими при применении любых средств автоматизации вспомогательных операций — промышленных роботов, механических рук, различного рода подач и питателей):

  • • детали, получаемые за несколько переходов, после завершения каждого перехода должны оставаться на нижней части штампа, занимая фиксированное положение;
  • • заусенцы на заготовках не должны вызывать их взаимного сцепления при хранении в накопителе и на позиции выдачи;
  • • отклонение от плоскостности и изменение размеров заготовки не должны превышать 2% от ее длины или ширины (в зависимости от направления подачи в рабочую зону пресса);
  • • листовые заготовки из немагнитного материала во избежание слипания должны быть обезжиренные перед подачей их на исходную позицию загрузки.

Характеристики деталей общемашиностроительного

Класс деталей

Группы деталей (классификация согласно |8])

Габаритные размеры детали, мм

Масса т, кг

Диа- метр /)или ширина В

Длина

L

Высота Я

40 (тела вращения с L < 2D)

Втулки цилиндрические, гладкие; гильзы; стаканы (40 000)

< 160 <220

<220

<400

<40

<80

Фланцы; диски; крышки без сквозного отверстия и со сквозным отверстием (40 000)

<250

<320

<80

Втулки ступенчатые со сквозным центровым отверстием, в том числе зубчатые колеса цилиндрические, червячные (40 5000...40 6000)

<250

<320

<200

<240

<80

<160

Кольца цилиндрические: L < °/2 (40 000)

<400

<200

<250

Зубчатые колеса конические (40 7000)

<630

<300

<320

Таблица 2.1

применения, рекомендуемых для обработки на станках в составе РТК

Типы деталей и способ их зажима захватными устройствами

За наружную поверхность

За наружную поверхность в двух сечениях по диаметрам

За внутреннюю поверхность

За два торца

По одной из поверхностей

одинаковым

разным

Класс деталей

Группы деталей (классификация согласно [8])

Габаритные размеры детали, мм

Масса т, кг

Диаметр Дили ширина В

Длина/,

Высота Я

L< 2D

Детали с фланцем, изготовленные из листов, полос (40 000)

<630

<300

<160

40 (тела вращения с L > 2D)

Валы прямоосные, гладкие, шлицевые без осевых отверстий, с одним и несколькими осевыми сквозными и несквозными отверстиями

(40 1100; 40 1200; 40 6400)

<50

100... 1 400

<160

Валы ступенчатые односторонние, шлицевые валы (40 1300; 40 6100; 40 6500;

40 7100)

Шейка до 80

<500

500... 1 000

<40

<80

Валы ступенчатые двухсторонние, в том числе колеса зубчатые цилиндрические, червячные заодно с валом, шлицевые валы (40 2000)

<160

1 000... 1 400; 1 400... 2 000

<160

<250

Валы эксцентриковые, коленчатые, разделительные, кулачковые (40 8000)

<160

1 000... 1 400; 1 400... 2 000

<160

<250

Продолжение

Типы деталей и способ их зажима захватными устройствами

За наружную поверхность

За наружную поверхность в двух сечениях по диаметрам

За внутреннюю поверхность

За два торца

По одной из поверхностей

одинаковым

разным

Класс деталей

Группы деталей (классификация согласно |8|)

Габаритные размеры детали, мм

Масса т, кг

Диа- метр D или ширина В

Длина

L

Высота#

50 (кроме тел вращения)

Корпусные детали Н>В>Ь: с базовыми отверстиями — корпуса механизмов приводных устройств (50 1000);

без базовых отверстий — опоры, рамы, коробки, крышки (50 2000)

<300

<500

<800

<1000

  • 300
  • 500
  • 800 1 000
  • 300
  • 500
  • 800
  • 1000

<40 < 160

<250

<500

Изогнутые и фигурные детали: рычаги, шатуны, стойки, кронштейны, корпуса и крышки подшипников (50 3000);

плиты, скобы, кожухи, шасси, коробки (из листов, полос, лент) (50 5000)

<300

<500

<500

<500

  • 300
  • 500
  • 300
  • 500
  • 60
  • 100
  • 60
  • 100

<20

<40

<40

<60

Плоскостные детали: плиты, планки, рейки зубчатые, копиры, направляющие (50 6000)

<800

800

160

<80

Детали арматуры: корпуса и крышки трубопроводной и соединительной арматуры (50 8000)

<1000

1 000

200

< 160

Окончание

Типы деталей и способ их зажима захватными устройствами

За наружную поверхность

За наружную поверхность в двух сечениях по диаметрам

За внутреннюю поверхность

За два торца

По одной из поверхностей

одинаковым

разным

Характеристика деталей простейших видов, оборудовании с применением

Метод

обработки

Детали

Размерная

характеристика деталей

Листовая

штамповка

Плоские, изготовляемые из заготовок листового проката, полученных на ножницах или вырубкой в штампах

Цилиндрические произвольной формы, способные к сохранению устойчивого положения

Объемные, изготовляемые из плоских заготовок и способные к сохранению устойчивого положения

Горячая и холодная объемная штамповка

Плоские из заготовок, полученных резкой на ножницах или вырубкой в штампах

Цилиндрические, полученные из круглых заготовок сортового проката

Произвольной формы (рычаги, вилки, уголки и т.п.)

Таблица 2.2

рекомендуемых для обработки на кузнечно-прессовом промышленных роботов

Роботизация свободной ковки эффективна при изготовлении поковок простых форм, получаемых в результате повторяющихся технологических циклов, состоящих из обработки, кантования и подач. К ним относят детали типа тел вращения: валы прямоосные, гладкие, ступенчатые, коленчатые, эксцентриковые, кольца гладкие, кольца с шейками, а также детали, кроме тел вращения: плиты гладкие, ступенчатые; рычаги; стойки и др.

Манипулирование деталями при обслуживании станков производят роботы и автооператоры.

Манипулирование деталями типа тел вращения (класс 40) обеспечивают роботы, оснащаемые широкодиапазонными центрирующими захватными устройствами, а при необходимости набором быстросменных захватных устройств.

Манипулирование деталями сложных конфигураций с разнообразными формами и расположением базовых поверхностей (вилки, рычаги, кулисы, сложные корпуса и т.п.) в условиях многономенклатурной обработки требует создания специальных установочных, базирующих и захватных устройств или установки деталей на спутниках. Применение ПР для установки-снятия со станков деталей подобных типов чаще всего экономично только в условиях массового и крупносерийного производства.

Манипулирование деталями массой до 250 кг обеспечивают соответствующие модели промышленных роботов из числа, представленных в работах [10, 12, 30, 31]. В зависимости от времени обработки и требований технологического процесса эти роботы применяют для одностаночного и многостаночного обслуживания. При обслуживании одним роботом группы станков он выполняет и межстаночное транспортирование деталей.

Для транспортирования и установки-снятия деталей массой 250... 500 кг и выше, как правило, наиболее экономично применение цеховых подъемно-транспортных (в том числе и робототехнических [12] средств. Такие детали большой массы обычно достаточно долго обрабатывают на одном станке. Поэтому для их внутрицеховой доставки со склада деталей и установки-снятия при обслуживании станков, помимо общецеховых подъемно-транспортных средств, часто применяют автоматические безрельсовые самоходные тележки—робокары, на которых устанавливают паллеты-спутники, несущие корпусные детали. Перегрузку спутника с корпусной деталью на станок и снятие со станка после обработки осуществляют специальными автоматическими перегружателями, автооператорами, переталкивателями или используют манипуляторы с ручным управлением.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >