Роботизированные технологические комплексы

При обработке деталей на станках промышленные роботы используют главным образом для автоматизации вспомогательных процессов, связанных с обеспечением потоков заготовок и инстру­ментов. Основные варианты применения промышленных роботов при автоматизации обработки на станках показаны на рис. 10.5: для обслуживания одного станка в составе гибкого производственного модуля (рис. 10.5, а, д), для обслуживания группы станков, обра­зующих гибкий автоматизированный участок (рис. 10.5, б—з), для обслуживания группой роботов гибких автоматизированных линий (рис. 10.5, и—л).

В составе гибкого производственного модуля промышленный робот обслуживает, как правило, три позиции: загрузочную позицию накопителя Я заготовок; рабочую позицию А станка и разгрузоч­ную позицию K транспортера или накопителя деталей. Фактическая производительность обрабатывающего модуля определяется коэффи­циентом использования станка &_с, который зависит от длительно­сти Тр его обслуживания роботом, отнесенной к общей продолжи­тельности Т₀ обработки детали на станке:

k_c = 1 – T_p/T₀ .

Рассмотрим в качестве примера диаграмму цикла Т_р обслужива­ния манипулятором токарного станка (рис. 10.6). Начало этого цикла отнесено к моменту остановки шпинделя, когда формируется команда на выполнение манипуляционных действий. Окончание периода обслуживания совпадает с выходом захватного устройства мани­пулятора из рабочей зоны станка и включением рабочего цикла Т_м.

Общее время простоя станка (заштрихованные участки) в основном определяется временем манипулирова­ния заготовкой и деталью. Для сокращения этого времени необхо­димо либо увеличить скорости движения манипулятора и уменьшить общую длину перемещений его рабочего органа, либо совместить время манипулирования с рабочим циклом станка, создав рациональ­ную компоновочную схему гибкого производственного модуля.

Основные варианты компоновки робототехнического комплекса, в который входят автоматизированный токарный станок и обслуживающий его специализированный промышленный робот портального типа, показаны на рис. 10. 7. Возможны три конструктивных испол­нения манипулятора для робота данного типа: с одной рукой и одним схватом (рис, 10. 7, а); с двумя руками, работающими после­довательно (рис. 10. 7, б), с одной рукой и двумя схватами, работа­ющими последовательно (рис. 10. 7, в).

На рис. 10.8 показаны типовые циклограммы обслуживания станка для рассмотренных трех конструктивных вариантов манипу­лятора.

Рис. 10.6. Циклограмма обслуживания токарного станка промышленным роботом

Общая продолжительность Т_р обслуживания роботом станка в каждом варианте определяется суммой времени выполнения от­дельных этапов цикла: t_р — время разгрузки станка (куда входит t₁ — время опускания механической руки на линию центров станка, t₂ — время захвата детали в шпинделе, t₃ — время подъема руки в позицию Б); t_т — время транспортирования заготовки или детали между позициями А и Б;t_у — время установки детали в накопи­тель H; t_н — время перемещения транспортера-накопителя на один шаг; t_c — время снятия заготовки с накопителя; t_K — время пово­рота головки со схватом; t_з — время загрузки станка (куда входит t₄ — время опускания механической руки, t₅ — время установки заготовки и ее зажима в патроне, t₆ — время подъема руки.). Из циклограмм видно, что применение манипулятора с одной рукой (рис. 10.8, а) в данном случае нерационально, так как время Т_р1 обслуживания станка при этом наибольшее. Для сокращения вре­мени обслуживания рациональнее применять манипулятор с двумя руками (рис. 10.8, б) или двузахватное исполнение руки (рис. 10.8, в): .

Главным преимуществом данных вариантов испол­нения манипулятора является возможность совмещения времени транспортирования заготовки и детали, а также времени обслуживания накопителя с рабочим циклом Т_м станка: несовмещенное время Т'_р цикла работы манипулятора связано только с разгрузкой и загруз­кой станка в его рабочей позиции. Причем двурукое исполнение манипулятора с этой точки зрения также является наилучшим Т_Р2 < Т_р3.

Аналогичным образом проведен анализ основных вариантов ком­поновки робототехнических комплексов и сравнение их с точки зрения эффективного использования основного оборудования станков и обслуживающего их промышленного робота (коэффициент использования робота в составе обрабатывающего комплекса k_p = т_р/т₀).

Рис. 10.8. Циклограммы обслуживания токарного станка промышленным роботом

Гибкие производственные системы можно строить по схемам круговой или линейной компоновки. При круговой компо­новке (см. рис. 10.5, б—г) технологическое оборудование, обозначен­ное в общем случае буквами А, Б, В..., расставлено по дуге окруж­ности, в центре которой установлен промышленный робот Р. Заго­товки поступают с конвейера-накопителя Н, а обработанные детали передаются на конвейер К или в промежуточный магазин М. При линейной компоновке комплекса (см. рис. 10.5, е—з) технологиче­ское оборудование располагают параллельно друг другу в один или несколько рядов, находящихся в пределах рабочей зоны обслуживающего промышленного робота.

Круговые компоновки робототехнических комплексов целесооб­разно использовать для небольшого числа технологических позиций (до пяти-шести) и при малых размерах рабочей зоны обслужива­ющего их промышленного робота стационарного типа. При этом эффективно применять двузахватные конструкции механизма ма­нипулятора. При установке большого числа станков, а также для увеличения зоны обслуживания целесообразно использовать линей­ные компоновочные схемы робототехнических комплексов и промыш­ленные роботы передвижного типа. Преимущество механизма руки с двумя схватами при этом остается существенным, а использование двурукого манипулятора конструктивно ограничено.

Проектирование гибких производственных систем, в которых несколько промышленных роботов обслуживают большое число станков, транспортно-накопительных и других вспомогательных устройств образующих участки или линии, требует нахождения оптимального режима работы всей системы, например, численным методом при моделировании ее циклов на ЭВМ.(Металлорежущие станки:Учебник для машиностроительных втузов/Под.ред.В.Э. Пуша.-М.:Машинстроение,1985.-256 с.,ил.) стр. 147-160.