2. Гибкие производственные системы с применением промышленных роботов
Создание гибких производственных систем с применением промышленных роботов требует решения комплекса задач. К числу этих задач относятся: размещение оборудования и (если это требуется) его модернизация для стыковки с роботами; выбор транспортных средств; разработка средств контроля, информации и, управления и т. п. В условиях среднесерийного многономенклатурного производства оптимальными могут быть только гибкие производственные системы, обладающие свойством относительной адаптации, т. е. способностью приспосабливаться к изменениям внутри и вне системы, сохраняя при этом производительность, близкую к максимальной.
Необходимо различать роботизированные технологические комплексы, в которых ПР выполняют вспомогательные (транспортные) операции, и роботизированные производственные комплексы, где роботы выполняют основные технологические операции.
В зависимости от назначения роботизированных комплексов различают две схемы роботизированных технологических комплексов: индивидуального обслуживания оборудования и группового обслуживания оборудования.
Индивидуальное обслуживание оборудования обеспечивается либо автономным, либо встроенным в оборудование роботом. Такой роботизированный комплекс решает задачи установки и снятия детали, фиксации их в рабочей зоне, а также связи с транспортным потоком основного производства.
Групповое обслуживание оборудования осуществляется одним промышленным роботом, который помимо названных выше операций обеспечивает еще межстаночное транспортирование деталей.
В зависимости от серийности производства, в котором используется роботизированный комплекс с групповым обслуживанием оборудования, могут быть применены различные организационные формы загрузки основного технологического оборудования – от независимой работы каждого станка до превращения роботизированного комплекса в поточную линию. Однако для обеспечения необходимой гибкости производства необходимо создавать межоперационные заделы, предусматривать пропуск отдельных операций на деталях некоторых типов, изменение порядка обработки и т. п. С помощью ПР обеспечивается транспортирование.
Роботизированные промышленные комплексы организуются либо с индивидуальным обслуживанием ПР, либо с групповым.
Индивидуальное выполнение основных операций (сварка, окраска, сборка и т. д.) осуществляется производственным или универсальным роботом, система программного управления которого дополнительно контролирует различного рода вспомогательные и транспортные устройства, входящие в состав роботизированного комплекса.
Групповое использование ПР для выполнения основных технологических операций включает применение ПР разных типов (подъемно-транспортных, производственных и универсальных), связанных в едином комплексе, обеспечивающем законченный технологический процесс.
Рассмотрим возможности создания роботизированных комплексов в литейных и термических цехах.
Литейные цехи. Современные ПР и автоматические манипуляторы успешно используются вместо человека в основных процессах производства отливок – от подготовки исходных материалов до операций очистки, грунтовки, окраски и т п., а также для контроля и испытания, разгрузочно-погрузочных, транспортных и складских работ.
Практически почти все участки литейиого цеха могут быть роботизированы разгрузка и складирование поступающих для изготовления отливок основных и вспомогательных материалов и оборудования – формовочных песков, связующих добавок, огнеупоров, составляющих металлической шихты, красок и т. п.; литье в разовые песчаные (опочные и безопочные) формы; производство стержней различного состава прогрессивными методами формообразования – пескострельным, прессованием и др.; упрочнение форм и стержней, например, горелками инфракрасного излучения, подогретым сжатым воздухом и др.; литье в тонкостенные формы из песчано-смоляных и других смесей; литье в магнитные формы по иеизвлекаемым моделям из полистирола и других подобных материалов или в вакуумированные формы; сборка разовых песчаных форм; точное литье по выплавляемым моделям; литье в постоянные формы (кокнль); литье под давлением и центробежное литье; загрузка шихты в плавильный агрегат и плавка; заливка форм и дозирование жидкого металла; извлечение отливок из форм; очистка, обрубка, зачистка, резание, грунтовка и окраска отливок; межоперационное транспортирование форм, стержней, отливок, обслуживание технологического, транспортного и другого оборудования.
В качестве примера рассмотрим роботизированный технологический комплекс, организованный на участке кокильного литья. Литье в кокиль включает операции заливки металла, съема отливок, перенос их для очистки и обрубки Для съема и переноса отливок применяют ПР, работающий в цилиндрической или сферической системе координат. Робот извлекает отливку из формы и, удерживая ее за литник, переносит на установку контроля целостности. После получения сигнала о том, что отливка вышла из формы полностью, робот переносит ее для обрезки литника.
Термические цехи. Учитывая, что значительная часть операций, поддающихся роботизации при термической обработке, происходит при температуре, превышающей 1000 °С (например, при нагреве под закалку изделий из высоколегированных сталей), руки и захватные устройства ПP должны изготовляться из жаропрочной стали, способной выдержать такую температуру без нарушения необходимых параметров.
К основным видам работ в термических цехах, которые способны выполнить ПР, следует отнести следующие: подготовку (при необходимости) изделий к термообработке; подачу и укладку изделий в термическую печь, извлечение их из печи нагрева и подачу на охлаждение; правку и очистку изделий; контроль твердости и других свойств; различные межоперационные и внутрицеховые транспортные, складские и упаковочные работы; работу в комплексе с другим технологическим и транспортным оборудованием и управление им и т. п.
Например, при поверхностной закалке токами высокой частоты робот извлекает деталь из магазина, устанавливает в индуктор и подает сигнал о начале нагрева. По окончании нагрева робот извлекает деталь из индуктора и подает ее в закалочное устройство. Длительность выполнения всех операций около 1 мин.
На рис. 166 показана линия закалки деталей с манипулятором ПМ-30Т, предназначенного для переноски с одной позиции на другую корзины с деталями при изотермической закалке в печах-ваннах. Все ванны и дополнительное оборудование расположено в линию.
Манипулятор 1 перемещается по монорельсовой балке 2 и управляется с пульта 3. На линии используют еще два манипулятора 4 с ручным управлением для загрузки и разгрузки корзин.
Основные и вспомогательные операции выполняются манипуляторами в определенной последовательности: установка манипулятором 4 корзин с деталями на накопитель 5; съем корзин с накопителя 5 и установка ее на стол загрузки 6 манипулятором V; транспортирование корзин со стола 6 в каждой ванне; опускание корзин в ванну; встряхивание корзин для удаления остатков расплавов солей; транспортирование корзин к закалочным ваннам и с синтетической средой, промывочным ваннам 12 и 13 и сушильным устройствам 14 и 15; транспортирование корзин к разгрузочному столу 16 и передача ее на накопитель 17; съем корзин с деталями с накопителя 17 с помощью ручного манипулятора 4.
Рис. 166. Схема роботизированного участка термической обработки инструмента
В линии используются накопители карусельного типа, на каждый из которых устанавливается не более шести корзин.
Для обеспечения необходимой производительности ванна подогрева 7 изготовлена двухпозиционной. На первой позиции осуществляется подогрев над расплавом до температуры 400 °С, а затем – нагрев в расплаве до температуры 800 °С. Печь 8 окончательного нагрева – однопозиционная. Соляная ванна 9 имеет четыре позиции. Одна предназначена для изотермической закалки, три остальные – для отпуска. Установка 10 для охлаждения после закалки на воздухе и после отпуска также имеет четыре позиции.
При необходимости пассивации деталей используется установка 14.
Линия работает по заданной циклограмме. Манипулятор 1 совершает сложные возвратно-поступательные движения вдоль линии ванны.
На линии могут обрабатывать болты, винты, пружины, режущий инструмент и другие мелкие детали.
Важнейшей проблемой роботизации является соответствующая технологическая подготовка производства. Для получения заданного эффекта от применения роботов нет смысла использовать их совместно с устаревшим и малопроизводительным оборудованием. Кроме того, при имитации роботом производственных движений человека отсутствует необходимость размещать обрабатываемые детали на уровне рук или глаз, обеспечивать удобство подхода к оборудованию, создавать определенную освещенность и многое другое. ПР могут действовать с любой позиции, на любом уровне пространства цеха и в любых климатических условиях. Например, при заливке металла робот может выдержать более высокую температуру, чем человек. Следовательно, применяя ПР, можно значительно рационализировать и ускорить технологический процесс. А сочетание роботов с более производительным оборудованием, особенно с числовым программным управлением, позволяет одновременно с увеличением выпуска продукции высвободить производственные площади для расширения производства.
ПР не утомляется и не подвержен эмоциям. Он может ритмично работать в три смены без отдыха, выходных дней и отпусков.