книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

Т а б л и ц а 19

Области использования измерительных машин фирмы DEA

И р одо л же н и е табл. 1§

Из приведенных данных видно, что измерительные машины имеют огромное значение для комплексной автоматизации произ­ водства, поскольку без них невозможно контролировать резуль­ тат работы станков с программным управлением. Внедрение стан­ ков с программным управлением и связанных с ними измеритель­ ных машин позволит строить адаптивные системы программного управления, которые смогут взаимодействовать с внешней средой, меняющейся непредусмотренным образом.

40.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

ВСИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Роботы в литейном производстве

Промышленные роботы в настоящее время находят широкое применение в литейном производстве, однако не во всех процессах, а в основном для обслуживания машин литья под давлением.

Они успешно используются для извлечения отливок из ко­ кильных машин и дальнейшей обрубки литников, при литье по выплавляемым моделям и оболочковом литье, для пескоструйной очистки отливок и для их дробеструйной обработки с целью упроч­ нения.

Заинтересованность фирм в приобретении роботов для литей­ ного производства по материалам зарубежной печати становится ощутимой примерно с 1965— 1966 г. Например, в 1967 г. на одном из крупнейших заводов литья под давлением в США (Ныо-Джерси) были установлены три стандартных робота Unimate Магк II для разгрузки литейных машин, а в дальнейшем диапазон их исполь­ зования значительно расширился.

Применение роботов в литье под давлением имеет свои харак­ терные, положительные стороны. Например, устойчивость режима работы машины, стандартность условий съема отливок со штырей пресс-формы в течение всего рабочего периода, обеспечивающая стабильность температуры формы, а следовательно, и качества отливок.

402

Робот может работать 24 ч в сутки в течение семи дней недели, нуждаясь только в. регулярном профилактическом ос­ мотре и уходе. Робот можно легко и быстро перепрограммировать, его использование также выгодно не только в условиях крупно­ серийного и массового производства, но и при частой смене видов производимой продукции на машинах литья под давлением, т. е. при серийном производстве. Ниже приведено описание работы робота по обслуживанию машины литья под давлением с усилием запирания 800 тс и горячей камерой сжатия. Когда пресс-форма машины открывается, рука робота Unimate подвигается к прессформе, захват входит в нее и зажимает литник отливок, массой около 34 кг. Затем робот производит операцию проверки целост­ ности извлеченных отливок. Если отливка вышла из формы це­ ликом, то робот дает машине команду на повторение рабочего цикла. Если из пресс-формы извлечена не вся отливка, то процесс работы прерывается и производится необходимая отладка. Как только начинается новый рабочий цикл, рука робота погружает отливку в охладительную ванну, а затем подает ее под обрезной пресс, устанавливая ее в матрицу пресса. Удельное давление на отливку пальцев захвата робота составляет примерно 4,2 кгс/см2. Робот Unimate применяется также для поочередного обслуживания двух машин литья под давлением на Чикагском заводе, на метал­ лообрабатывающем заводе Metallworken в г. Вестерас (Швеция) и на других предприятиях США и Западной Европы. Рука робота извлекает отливку из пресс-формы, как только последняя откры­ вается, устанавливает ее перед контрольным датчиком инфракрас­ ного излучения для определения целостности отливки, затем опус­ кает в бак для охлаждения, после чего устанавливает ее на кон­ вейер, а затем поворачивается к рядом стоящей машине для вы­ полнения тех же операций с другой отливкой. Характерно, что установка робота не потребовала изменений в расположении про­ чего оборудования и литейных машин. Поворот робота ко второй машине и начало следующего цикла его работы производятся только после получения им от соответствующего датчика сигнала об окончании предыдущей операции.

Автоматизация процесса литья под давлением при помощи робота удобна и выгодна при серийном производстве, так как он легко программируется по контрольным точкам, индивидуальным для каждой новой отливки. Способ автоматизации, при котором отливки просто падают из пресс-формы в ванну, не позволяет проконтролировать их целостность. Большое значение имеет также и то обстоятельство, что робот легко можно запрограммировать на управление смазочным пистолетом, с таким расчетом, чтобы он наносил смазку только на ту поверхность пресс-формы, где это необходимо. Робот может также наносить смазку во время рабочего цикла с помощью кисти, поэтому не требуется делать перерыва в работе машины. Время, необходимое для составления программы, составляет всего несколько минут. Наладка же автоматического

механического и пневматического смазочного оборудования за­ няла бы несколько дней. Наконец, робот имеет еще одно преиму­ щество: при передаче отливок на обрезной пресс он всегда по­ стоянно ориентирует их в пространстве в нужном положении, тогда как на конвейер, проходящий через охладительный бак, отливки падают беспорядочно.

На'заводе фирмы «Allen Stevens Согр.» (США) эффективно используется робот Unimate, обслуживающий машину литья под давлением. Он извлекает отливку из пресс-формы, проносит через оптическое устройство для контроля ее целостности, и, если отливка вышла из пресс-формы полностью, подает сигнал машине на повторение цикла. Затем поворотом кисти на 90° робот ориен­ тирует отливку в горизонтальной плоскости и подает ее к обрезному прессу за литник. После обрезки робот продолжает удерживать литниковую систему отливки, выносит ее из зоны пресса, повора­ чивается и опускает ее на скрап-конвейер. Далее, поворачивая кисть на 90°, он возвращается в исходное положение, при полу­ чении сигнала об окончании предыдущей операции, возобновляет цикл работы.

В результате применения роботов производительность машины литья под давлением на этом предприятии повысилась с 215 от­ ливок в час (при обслуживании машины вручную) до 330 отливок в час. Часовая стоимость эксплуатации роботов менее двух долла­ ров при работе в одну смену и менее одного доллара при трехсмен­ ной его эксплуатации (в стоимость эксплуатации робота включаются профилактические осмотры и ремонты, расходы по его содержанию и на замену деталей). Швейцарская фирма «Buller» применяет на одном из своих заводов манипуляторы и роботы с программным управлением, в частности, один робот Unimate. Основной целью использования роботов по свидетельству фирмы является повы­ шение производительности, улучшение'условий труда рабочих и повышение техники безопасности при литье под давлением.

Некоторые фирмы считают, что роботы имеют следующие не­ достатки: а) высокую стоимость; б) сложность устройства, которая требует для его обслуживания высококвалифицированного пер­ сонала; в) необходимость наличия значительных производствен­ ных площадей для установки робота и возможность использования его лишь при сравнительно простой конфигурации отливок.

Крупнейшие американские автомобилестроительные и маши­

Motors» и др. В настоящее время фирма «General Motors» экс­ плуатирует роботов для извлечения отливок из пресс-форм машин литья под давлением и для сварочных работ.

Фирма «Buller» (Швейцария) применяет робот типа Simpltran 500 для обслуживания машины литья под давлением. На за­ воде фирмы этот робот работает с горячекамериой машиной с уси-

404

лием запирания 160 тс. Робот выполняет следующие операции: захват и удержание отливки; удаление ее из пресс-формы; опуска­ ние отливки в ванну с водой для охлаждения; установку отливки иа стол перед обрезным прессом.

В некоторых конкретных случаях одна установка литья под давлением и обрезной пресс обслуживаются двумя роботами Simpltran. При этом один робот снимает отливки с машины и уклады­ вает их на конвейер, транспортирующий их в охладительную ванну, расположенную на площадке обрезного пресса, другой — подает отливки из ванны к обрезному прессу. Такая установка используется при работе робота с машинами производительностью до 400 циклов в час и с расстоянием между центрами плит и краем станины от 100 до 125 мм.

Установки с роботами Versatran 500Р используются для более крупных машин производительностью до 200 циклов в час. При этом робот обслуживает одну машину. Его устанавливают на на­ правляющих рельсах, расположенных перпендикулярно к оси станины машины. Передвигаясь по направляющим, робот достав­ ляет снятую с пресс-формы отливку к обрезному прессу.

На выставке 1970 г. в г. Кливленде (США) в связи с ежегодным конгрессом по литью под давлением фирмой «AMF Thermatool Sue.» был экспонирован робот Versatran Е с новой позиционной системой управления модели 302. Соответственно типовой про­ грамме, демонстрировавшейся на выставке, после автоматического определения целостности снятой с пресс-формы отливки, робот переносил негодную отливку на скрап-конвейер, а годную отлив­ ку — в специальную тару, в заданном положении.

Накопленный за восемь-девять лет опыт использования про­ мышленных роботов в литье под давлением позволил системати­ зировать все существующие производственные варианты приме­ нения их, выделив следующие,'наиболее типичные.

1. Съем отливки с одной машины и укладка ее в тару, иногда может потребоваться охлаждение в ванной. Для выполнения этих несложных операций робот должен иметь запоминающее устрой­ ство для программ примерно из десяти перемещений при системе позиционного управления, обладать возможностью осуществить два или три движения руки с 2—3 положениями по каждой из осей и 2—3 позициями поворота кисти и ее наклона. Производи­ тельность машины, достигнутая при такой установке, состав­ ляет до 900 циклов/ч, в зависимости от расположения оборудо­ вания.

2.Съем отливок с двух машин литья под давлением поочередно

иустановка их в тару с охлаждением или без него. При этом ро­ боту необходима программа приблизительно из 16 перемещений: два-три горизонтальных и два-три вертикальных движения, а

также три качания руки, плюс две позиции наклона кисти (в за­ висимости от особенностей пресс-форм и необходимости охлажде­ ния отливок). Отливаемые детали должны быть однородны по

405

конфигурации. Примерная производительность каждой маши­ ны—250 цпклов/ч.

3.Съем отливки с одной машины, отделение литниковой си­ стемы и укладка отливки на конвейер. Требования к программе аналогичны указанным в п. 1, и сверх этого робот должен удер­ живать литник во время обрезки. Достигнутая машиной произ­ водительность составляет примерно 420 циклов/ч.

4.Съем отливки с одной машины, охлаждение в ванне с водой, окончательная обрезка, съем отливки с пресса и установка на конвейер. Для выполнения этих операций требуется от 14 до 20 перемещений по программе (при позиционной системе управления роботом): два-три движения по каждой из трех осей перемещения

руки, два положения наклона кисти и два ее поворота. В этом случае необходимо тщательно проработать не только программу, по н расположение машины, штампов пресса, выталкивателей пресс-формы, а также способ удаления облоя из штампа пресса. Примерная производительность машины, достигнутая в этом слу­ чае, составила 250 циклов/ч.

5.Съем отливки и все последующие операции, плюс очистка

и(пли) смазка пресс-формы. Последнюю операцию выгодно осу­ ществлять при помощи робота только в том случае, если это не снижает производительности машины. Данная типизация опера­ ций, выполняемых им, позволяет разработать типовые программы для стандартных роботов, выпускаемых для обслуживания ма­ шин литья под давлением, а также, по всей вероятности, и кокиль­ ных машин.

Для выбора оптимальных, с точки зрения производственных условий и экономики, типа и конструкции робота представляют интерес сравнительные характеристики роботов. Выяснилось, что робот Versatran при работе производит в 10 раз меньше шума, чем робот Unimate, затрачивая при этом наполовину меньше мощ­

ности при плавной работе. Однако Unimate с его большим радиусом действия может выполнять операции, недоступные небольшому роботу Versatran (минимальный радиус действия робота Unimate приблизительно равен максимальному радиусу действия робота Versatran). Но зато, благодаря меньшим размерам, Versatran требует для себя примерно столько же площади, сколько и опе­ ратор, обладая при этом таким же радиусом действия. Versatran имеет две системы управления: позиционную и непрерывную, или аналоговую, которая позволяет руке робота непрерывно следовать по заданной траектории, ускоряя или замедляя движение в соот­ ветствии с программой. Благодаря этому Versatran может окраши­ вать стержни или отливки (и выполнять другие подобные работы), что значительно сложнее осуществлять при позиционной системе управления.

Сопоставление и анализ работы роботов того и другого типа за ряд лет (с 1967 г.) провел A. Sanders — представитель фирмы «Allen Stevens Согр.» (США), единственной по его словам фирмы,

406

эксплуатирующей на своем предприятий одновременно роботы Unimate u Versatran в цехе литья под давлением. По его мнению, несмотря на гибкость и универсальность систем программирова­ ния, промышленные роботы могут применяться лишь для ограни­ ченного ряда операций, т. к. они не имеют пока «Органов чувств» и обратной связи. Это является причиной того, что практически такие роботы пригодны пока для такой работы, как разгрузка ма­ шин литья под давлением, поскольку отливка ориентирована в про­ странстве в этом случае всегда одинаково.

К основным преимуществам, которые могут быть получены фирмами, устанавливающими у себя промышленные роботы для обслуживания машин литья под давлением, можно отнести: повы­ шение производительности машин до 30%; экономию на зарплате рабочих; устранение перерывов в ходе производства; одинаковую производительность рабочих циклов машины (что позволило сни­ зить брак отливок с 5 до 2%); более полное использование высоких капиталовложений в оборудование.

Следует указать также на то, что робот может быть исполь­ зован и в тех случаях, когда в работу включается новое, более производительное литейное оборудование. Чистая годовая эко­ номия за вычетом 7000 долл, за его аренду составила на Чикаг­ ском заводе литья под давлением около 15 000 долл. На этом заводе робот Unimate обслуживает поочередно две машины литья под давлением и работает 20 ч в сутки (заменяя четырех рабочих). Анализ 3000 ч рабочего времени показал, что время простоев вследствие неполадок самого робота составило всего 3,4%. Основ­ ной же причиной простоев установки являлись недостатки в си­ стеме ухода за пресс-формами. Производительность всей установки составила 500 отливок в час с двух машин литья под давлением, что превысило производительность при ручном обслуживании.

На первом американском симпозиуме по применению промыш­ ленных роботов в докладе, посвященном их использованию в литье под давлением, отмечается, что при среднесерийном производстве отливок обширной номенклатуры нет никакого смысла тратить средства на создание сложных специализированных автоматиче­ ских устройств, ибо они не окупаются. В этом случае проблема повышения производительности оборудования и качества отливок успешно и выгодно решается при использовании промышленных

роботов.

Наряду с литьем под давлением они нашли применение при обслуживании кокильных машин. На одном из американских заводов робот вынимает отливки из форм кокильной машины и переносит к прессу для обрубки литников. Робот Versatran уста­ новлен рядом с 400-тонной кокильной машиной для литья цинко­ вых изделий. Рука робота вводится между полуформами, как только они раскрываются, захват робота берет отливку за верти­ кальный конусообразный литник, извлекает ее из формы (удер­ живая в вертикальном положении), проносит с остановкой для

407

контроля целостности мимо четырех фотоэлементов и после полу­ чения от контрольного прибора сигнала о том, что отливка вышла из формы полностью, дает команду для выполнения следующей операции. Затем кисть руки робота наклоняет отливку влево на 100° и в то же время поворачивает ее на 90°, после чего кладется в штамп обрезного пресса. Захват робота продолжает удерживать литник во время операции обрубки отливки, затем его рука воз­ вращается к машине и кладет скрап на конвейер, идущий к пла­ вильной установке.

Установка производительностью 330 отливок в час работает в три смены и шесть дней в неделю. Робот обеспечил значительное повышение производительности машины по сравнению с ручным обслуживанием, а снижение брака примерно до 5% (что ниже, чем при ручном обслуживании кокильной машины).

Фирма «Pangboin» (США) выпускает пескоструйные установки, оснащенные роботами для очистки отливок. Робот установлен на монорельсе, по которому он может передвигаться и произво­ дить разгрузку и загрузку камеры для пескоструйной очистки в ручном и автоматическом режимах. Ои выбирает на поверхности отливки определенные участки, чтобы подвергнуть их более или менее интенсивной очистке. В этом случае робот является само­ стоятельным погрузочно-разгрузочным механизмом, сконструи­ рованным на основе нового модульного устройства, он начинает и заканчивает операцию и перемещение в заранее назначенное время, а в процессе очистки может совершенно независимо вра­ щаться и двигаться в ее зоне. Благодаря такой системе, каждая отливка подвергается достаточно полной очистке за минимальное время рабочего цикла. Впадины и углубления на поверхности отливки подвергаются более интенсивной очистке, чем легко доступные плоские ее поверхности. В начале процесса очистки отливки медленно поворачиваются на угол 45°, одновременно двигаясь к центральной позиции очистки для обработки трудно­ доступных внутренних поверхностей. После завершения заданного перемещения отливка быстро поворачивается на 360° для очистки ее наружной поверхности, затем она снова медленно поворачи­ вается на 45°, перемещаясь в то же время к последней позиции,

портировки отливок. В цехе литья под давлением на заводе «Gui­ le Products» (США) электронный робот управляет перемещением специального электрокара с тележками (робот-поезд), на которых перевозят силуминовые отливки от машин литья под давлением на промежуточный склад литья. Робот-поезд состоит из 5-ти тележек с установленной на них металлической тарой для отли­ вок (типа корзин из проволоки). Масса груза 5 т. На заводе общей площадью около 8000 м2 ежедневно производится около 15 т

408

силуминовых отливок (блоки цилиндров, маховики, карбюраторы и др. детали).

На заводе установлены 40 машин литья под давлением. Авто­ матический бесшумный робот-поезд запрограммирован на три маршрута в час и курсирует между двумя из четырех рядов машин. Бесшумности перемещения способствует специальный электронный чувствительный элемент, установленный на роботе-поезде, сле­ дующем по пути, обозначенному проводом, вмонтированным в пол. На складе с тележки снимают корзины, заполненные отливками, и устанавливают на их место пустые. Возле каждой из 40 машин литья под давлением имеется пульт управления роботом-поездом, который дает возможность оператору остановить поезд рядом с машиной для того, чтобы поставить пустую корзину и взять на тележку уже заполненную отливками тару. Робот-поезд совершает свой путь по цеху до тех пор, пока все пустые корзины на теле­ жках не будут замещены заполненными. Транспортная система завода состоит из 200 тележек с проволочными корзинами, уста­ новленными на роликовых платформах. Специальное устройство позволяет легко сцеплять и расцеплять тележки поезда. Общая длина пути поезда составляет 280 м. Вся система была смонтиро­ вана и введена в эксплуатацию за три дня. Глубина паза для крепления в бетонном полу стального провода для робота-поезда равна примерно 15 мм. После монтажа провода паз заливают эпоксидной смолой. Никаких дополнительных устройств для путевой системы не требуется. Эксплуатация данной транспорт­ ной системы проста и экономична, особенно по сравнению с на­ польным цепным конвейером.

Применение роботов при ковке и штамповке

Применение роботов при ковке и штамповке во многих слу­ чаях в 1,5—2 раза повышает производительность труда и значи­ тельно облегчает труд рабочих. Робот осуществляет загрузку и выгрузку кузнечно-штамповочного оборудования, операции транс­ портировки, установки, кантовки и съема изделий. Ниже рассмо­ трено несколько конкретных примеров применения роботов

вкузнечно-штамповочном производстве.

ВСША на базе робота Unimate создана полностью автома­ тизированная линия для штамповки шестерен и зубчатых колес.

После последнего удара робот Unimate автоматически переносит заготовки в пресс для обрезки облоя. Предварительно отрезанные стальные заготовки подаются из бункера и пропускаются через печь с газовым нагревом, затем нагретые заготовки с помощью зажимного приспособления пропускаются последовательно через ручьи штампа. После штамповки рука робота переносит заго­ товки в пресс для обрезки облоя, одновременно поворачивая их на определенный угол и тем самым ориентируя их в необходимое для обрезки положение. Облой, обрезанный в прессе, захваты­

409

вается роботом и переносится на скребковый конвейер, а отштам­ пованные поковки проталкиваются через штамп на конвейер, который перемещает их в конвейеры для готовых поковок. Сред­ нее время на перенос за цикл 15 с. Масса обрабатываемой де­ тали — до 40 кг, погрешность перемещения деталей — не более

1,25 мм.

На заводе «Chevrolet Plant» для автоматизации штамповки зубчатых колес используют роботы типа Versatran, которые перемещают нагретые квадратные заготовки массой 1,8 кг с кон­ вейера в первый или второй ручей штампа пресса Ajax — 1300 т. При отводе механической руки робота назад пресс немедленно срабатывает, штампуя круглый диск диаметром 152,4 мм тол­ щиной 25,4 мм. Когда плунжер пресса поднимается, робот пере­ носит диск во вторую полость и снова отводится назад. За второй удар пресса образуется заготовка зубчатого колеса диаметром 127 мм, толщиной 38 мм. Запястье робота выталкивает поковку из штампа п проталкивает ее к желобу в конвейер. Специальный щуп показывает, что заготовка удалена из штампа, и цикл повто­ ряется. Полученная производительность — 550 штамповок в час (производительность при использовании рабочих — 250 штампо­ вок в час). Экономия, получаемая в результате повышения про­

и прессом таким образом, чтобы его рука достигала рабочей площади пресса и конвейера, несущего нагретые заготовки из печи. Стальная заготовка нагревается в печи с газовым обогревом до 1200° С. Когда заготовка поступает на исходную позицию захвата, приводится в действие переключатель, который сигна­ лизирует роботу, что заготовка находится в заданном положении. Робот поворачивается к этой заготовке, захватывает ее и самым коротким путем переносит к штампу пресса, затем его рука идет вверх, поворачивается и продвигается вперед. После того как щуп определяет, что штамп свободен и что пуансон находится в поднятом состоянии, робот перемещает заготовку непосред­ ственно в штамп, затем он подает сигнал на включение рабочего хода, и заготовка штампуется. Во время рабочего хода пресса пальцы руки робота остаются вблизи полости штампа. После окончания рабочего цикла они захватывают заготовку, передают ее во второй ручей, после чего рука робота снова возвращается к прессу. Заготовка шестерни штампуется и механически выбра­ сывается из штампа. Робот проверяет, свободна ли полость штампа, и затем повторяет двухпереходную операцию на следующей нагретой заготовке. Пальцы этого робота и его корпус снабжены внутренним водяным охлаждением. При трехсменной работе экономия по заработной плате на этой операции составляет 28 000 долл, в год, что значительно превышает стоимость данного робота. Система управления роботом — от точки к точке с точ­ ностью позиционирования ± 3 мм,

410