5.4 Роботы штамповочные

Автоматизация листовой штамповки в течение длительного времени развивалась в направлении создания автоматических устройств для подачи в зону обработки рулонного материала, штучных заготовок, а также для удаления н транспортировки готовых деталей и отходов. В результате создан ряд механизмов и устройств для выполнения специализированных функций; чаще всего такие механизмы встраивают в технологические комплексы. Однако все эти средства оказываются непригодными для решения задач комплексной автоматизации в условиях производства с часто меняющейся номенклатурой изделий; они не могут обеспечить эффективную работу систем машин с высокой степенью универсальности и мобильности, с возможностью быстрой автоматической перенастройки.

Массовое применение и совершенствование систем числового программного управления позволяет создать принципиально новые транспортно-загрузочные устройства с широким диапазоном быстрой переналадки на различные схемы перемещений, скорости, величины ходов. Такие устройства, представляющие собой автономные конструкции автооператоров с большим числом степеней свободы (до шести и более) управляемые средствами программного управления называю промышленными роботами (манипуляторами).

По техническим возможностям промышленные роботы разделяются на три типа. Жестко программируемые роботы первого поколения имеют программное устройство управления и простейшие устройства самоконтроля, работающие по принципу «да – нет». Такой робот выполняет совокупность жестко запрограммированных операций а среда, в которой он действует, должна быть заранее полностью известна и определенным образом организована. Например, при использовании такого робота для загрузки юн удаления деталей из штампа исходная заготовка должна задаваться в строго ориентированном положении в заранее заданную позицию; место укладки заготовки (штамп) также должно быть строго координировано относительно места расположения робота. Программное устройств обеспечивает заданную последовательность движений, а также простое ее изменение.

Адаптивные роботы второго поколения снабжены различными датчиками, выдающими информацию о положении и состоянии его рук и предметов, с которыми ом должен манипулировать, а также о необходимых свойствах среды, где происходит манипулирование. Такими датчиками могут быть контакты, сигнализирующие о наличии детали в схвате робота; локационные датчики, определяющие скорость движения схвата и наличие препятствий на его пути; телевизионные н оптические датчики, с помощью которых можно определить ориентацию детали в пространстве; датчики усилия зажима схвата и момента на приводах робота, а также другие датчики (различающие цвет, магнитные свойства, температуру предмета, с которыми предстоит манипулировать роботу).

В листоштамповочном производстве адаптированные роботы могут ориентировать детали gри их подаче в рабочую зону; выбиратъ эти детали из тары; реагировать на посторонние предметы, случайно оказавшиеся в зоне действия робота осуществлять зажим детали с заданным усилием и др. В управляющую ЭВМ закладывают программы типовых поведений робота при изменении внешней среды.

Роботы третьего поколения — «разумные», отличительной особенностью которых является наличие искусственного интеллекта, позволяющего с помощью иерархической системы управляющих ЭВМ и широко развитых информационных датчиков принимать самостоятельное решение для выбора вариантов поведения в зависимости от изменяющейся обстановки. В процессах листовой штамповки может возникнуть необходимость определения качества получаемы деталей, целостности штамповых инструментов, надежности удаления отходов, переориентации или выбраковки заготовок, подача технологического смазочного материала, контроля за исправностью прессового оборудования, обнаружения причин отказов и т.п.

Однако даже «разумные» роботы не смогут заменить человека в производстве, так как им и впредь будет трудно конкурировать с человеком по быстродействию, мобильности, гибкости реагирования на изменяющиеся условия и принятию решений оптимального поведения в различных ситуациях производственной деятельности.

В листоштамповочном производстве освоен выпуск штамповочных роботов только первого поколения, работающих по жесткой программе. Наряду с традиционными средствами автоматизации эти роботы должны сыграть большую роль в повышении производительности труда, рациональном использовании трудовых ресурсов, обеспечении безопасности труда. Однако на пути внедрения робототехники в листоштамповочное производство имеются трудности, основные из которых:

1. Штамповочные роботы должны обладать быстродействием способным конкурировать с человеком при обслуживании современных быстроходных процессов. Существующие конструкции еще не отвечают этим требованиям. 2. Робот является универсальным механизмом и весьма дорогостоящим так как способен выполнять большое количество сложных операций в тоже время в процессах листовой штамповки от механизмов автоматизации и механизации не требуется выполнения сложных операций. Поэтому в данных условиях более эффективно использование обычных механизмов автоматизации и механизации.

З. Универсальные прессы имеют традиционную конструкцию, приспособленную к обслуживанию человеком. Роботы, как показано выше, не могут заменить человека. Поэтому для эффективного их использования оборудование для холодной листовой штамповки должно быть модернизировано. То же касается и штамповой оснастки. В первую очередь это относится к оснащению комплексов пресс—робот общей системой программного управления, разветвленной системой информационных датчиков, а также изменению габаритных размеров штампового пространства. 4. Действующие технологические процессы не отвечают требованиям робототехники. Здесь необходимо проведение научно-исследовательских работ по типизации технологических процессов, подчинению их классификатору типовых деталей и маршрутной технологии с согласованием возможностей машинной обработки с помощью промышленных роботов. 5. Для роботов первого поколения, работающих по жесткой программе, необходимо создать ряд конструкций сопутствующих устройств, обеспечивающих точную ориентацию и поштучную выдачу заготовок, передачу их от робота к роботу, удаление готовых деталей по окончании технологического цикла и т. п.

6. Существующие нормы н правила расположения оборудования в прессовых цехах не отвечают требованиям использования этого оборудования с роботами. Здесь требуется пересмотр установившихся традиций как в технологической части (планировка расположения оборудования), так и по конструкции промышленных зданий (сетка колонн, опоры и рамы вод прессовое оборудование и т. п).

7. Сложившиеся организационные основы прессового производства также не приспособлены для широкого использования робототехники. Они не в состоянии обеспечить надлежащий контроль за правильностью подачи исходных заготовок, оперативное слежение за работой отельных роботов, роботизированных участков и комплексов, за четким исполнением технологического процесса во всех звеньях холодноштамповочного производства. для решения этих организационно-технических задач также требуется проведение серьезных научно исследовательских работ. 8. Современные конструкции промышленных роботов пока еще являются весьма дорогостоящими а их функциональные возможности ограничены, поэтому в условиях действующего производства эффективность их использования еще не может конкурироватъ с известными средствами механизации и автоматизации листовой штамповки.

Тем не менее тенденция развития техники, и в первую очередь вычислительной, направлена на широкое применение промышленных роботов в листоштамповочном производстве.

Большие возможности здесь открываются перед адаптивными роботами особенно для условий мелкосерийного и единичного производства. Такие механизмы, обладая ограниченным набором «органов чувств»и широкими возможностями быстрого программирования, могут выполнять большое большое количество вспомогательным листоштамповочных операций. За основной параметр промышленных роботов принята их грузоподъемность. Для штамповочных роботов рекомендуется следующий ряд грузоподъемности: 0,25; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 16; 25 кг. В отдельных случаях могут потребоваться роботы и с большей грузоподъемностью. По характеру движения схвата роботы могут работать в цилиндрической системе координат (рука двигается по вертикали и поворачивается) и по сферической поверхности.

Число степеней свободы штамповочных роботов обычно находится в пределах З< n < 7, где n — число степеней свободы (без учета зажима схвата). Обычно все степени свободы могут независимо программироваться. Однако в ряде конструкций одновременное движение различных звеньев робота невозможно.

Важным параметром штамповочного робота является горизонтальный ход схвата. С учетом габаритных размеров столов прессов рекомендуется следующий ряд величин выдвижения охвата: 250, 315, 630, 1000, 1600, 2000, 2500 мм. Вертикальное перемещение схвата, обеспечивающее съем я кладку деталей в штамп, для различных технологических процессов штамповки можно выбирать из ряда 10, 25, 50, 100, 150, 200, 300 мм. Поворот руки штамповочного робота горизонтальной плоскости составляет 120— 220°. Вращение схвата вокруг горизонтальной оси обычно составляет 90—180°, а поворот (огибание) охвата в вертикальной плоскости 70—90°; угол раскрытия клещей схвата колеблется в пределах 30—120°. Усилие схвата клещевого типа лежит в пределах 100 - 400 Н и в отдельных случаях может достигать 1000 Н и более.

Точность позиционирования робота при штамповке мелких деталей должна быть +0,1 мм; при штамповке крупногабаритных деталей 1,0 мм. для особо крупных деталей типа боковин, пола и крыши кузова точность позиционирования может допускаться в пределах +3,5 мм. Передвижения основания робота в процессе передачи деталей от пресса к прессу обычно не требуется. Однако в некоторых схемах организации технологического процесса такое движение необходимо.

Приводы и промышленных роботов могут быть электрические, гидравлические, пневматические, а также смешанные. Для промышленных роботов, применяемых при листовой штамповке, преимущественное распространение получили пневматические приводы, так как они обладают наивысшим быстродействием, надежны в работе и обеспечивают достаточно высокую точность. В качестве захватных органов применяют клещевые схваты, вакуум-присосы или электромагниты. Последние рекомендуются для толстолистовых плоских деталей (> 3 мм) либо для формованных заготовок типа стаканов, тарелок и т. п. Наиболее универсальны схваты с вакуумными присосами. На рис. 5.4 показан робот работающий в цилиндрической системе координат. Его можно снабжать одно- или двуплечей рукой. Руки двупечих роботов жестко сблокированы между собой, их можно располагать под углом 30 – 90^о . Робот имеет четыре степени свободы (не считая движения зажима схвата): подъем и опускание в вертикальной плоскости на 50—100 мм, выдвижение до 600 мм и поворот руки в горизонтальной плоскости па угол до 1200, вращение схвата вокруг оси на угол до 180^о. Грузоподъемность рук робота 3—5 кг.

Привод поворота рук пневмогидравлический, остальных движений — пневматический. Программа задается штекерами на матричном поле и может содержать до 42 команд. Для связи с технологическим оборудованием имеется шесть каналов на входе и пять на выходе схемы, управления роботом. Схема выполнена на электронных элементах.

Конструкция штамповочного робота

Рис. 5.4

Станину 10 сварной конструкции устанавливают перед прессом на четырех винтовых опорах 6. В ее верхней части имеется поворотная опора 2, на которую монтируют одну или две руки 1. Опора 2 закрепляется на центральном валу 14 с возможностью поворота относительно него (для установки необходимого угла расположения рук по отношению к станине). Угол поворота опоры регулируется винтами, взаимодействующими с рычагом. Вал 14, вращающийся на конических роликоподшипниках, смонтированных в подъемной траверсе 12, в своей нижней части имеет шлицевую втулку 11, постоянно соединенную с валом 8 механизма поворота рук. Траверса 12 направляется втулками 4 по четырем скалкам 3, жестко закрепленным на станине 10. Для подъема и опускания траверсы служат два пневмоцилиндра 13. Верхнее положение траверсы 12 постоянно, а нижнее можно регулировать винтами 5, ввернутыми в штоки двух пневмоамортизаторов 7. Торможение траверсы 12 в конце ее хода вверх производится демпферами, встроенными в пневмоцилиндры.

Центральный вал 8 поворачивается двумя горизонтально расположенными цилиндрами 9 одностороннего действия.

Лекция № VI