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

двигателя на одном из заводов в США применяется робот Versatran. Окраска разбрызгиванием производится следующим образом. Сигнал, посылаемый ограничительным выключателем, располо­ женным на поверхности конвейера, сообщает роботу, что мотор занял нужную позицию и можно включать разбрызгиватель. Робот контролирует путь и положение пульверизатора, а также оп­ тимальность угла струп распылителя по отношению к окрашивае­ мой поверхности. Он поворачивает струю в ту или иную сторону и, кроме того, по требованию программы осуществляет продувку системы. Кисть робота для выполнения вращательных движений снабжена шаговым мотором, смонтированным на махающем фланце кисти. Пульверизатор, в свою очередь, смонтирован вне шагового мотора. Кисть руки робота управляется сигналами с магнитной ленты, чтобы обеспечить требуемое положение пульверизатора в различных точках рабочего цикла.

Основными преимуществами применения робота для окраски автомобильного мотора являются: замена человека на вред­ ной операции; экономия материала; улучшение качества окраски.

Специальные окрасочные работы. Фирмой «Graco» был разрабо­ тан робот, предназначенный для окраски кузовов автомобилей, выпускаемых крупными сериями. Он может быть запрограммиро­ ван для окраски в 20 оттенков цветовой гаммы шести различных моделей машин, которые стоят не в одну линию. Среди прочих пре­ имуществ особенно следует отметить сокращение струйного раз­ брызгивания краски. Робот легко переналаживается на любую модель окрашиваемого кузова и включает в себя два симметрично расположенных элемента: первый — основной блок, а второй — вспомогательный блок. Программоносителем является перфо­ лента, считывание с которой производится фотоэлементом. Про­ грамма работа фирмы «Graco» может быть подготовлена в течение одного часа. Узел для приведения в движение пистолета, нанося­ щего краску, представляет собой комбинацию рычагов, работаю­ щих как параллелограмм чертежного прибора. Движение пере­ дается от кулачкового механизма, соединенного с двигателем через редуктор; форма кулачка задает постоянную линейную скорость рычагу. Пистолет монтируется на конце рычага на высоте 915 мм, с возможностью поворота по дуге с центральным углом 60°.

Сборочные роботы

В машиностроении и приборостроении в последнее время по­ явилась тенденция к возрастанию доли сборочных работ в общей трудоемкости изготовления изделия. Затраты на сборку часто составляют до 40% от общей стоимости изделий машиностроения. В то же время уровень механизации сборочных работ не превы­ шает 10—15% в серийном производстве и 40% — в крупносерий­ ном производстве. Кроме того, анализ технологического процесса сборки показывает, что рабочий-сборщик (по сравнению с автома­

421

тическим устройством) проигрывает в скорости выполнения непо­ средственно операций закрепления, но выигрывает при взаимном ориентировании и соединении собираемых деталей. Поэтому про­ блема создания и внедрения сборочных переналаживаемых про- граммооператоров-роботов весьма актуальна.

В ряде случаев процесс сборки небольших узлов, состоящих из детален относительно простой конфигурации, можно автомати­ зировать без необходимости в специальных дополнительных системах «зрения», «осязания» и «мозга».

Механические модули (стандартные головки). Они разрабо­ таны с учетом возможности сборки деталей с максимальным раз­ мером 50 мм и максимальной массой 120 г. Для того чтобы конкури­ ровать с человеком-оператором, обслуживающим машину для сборки, необходимо, чтобы цикличная скорость составляла от 1500 до 2000 циклов в час (что соответствует средней производитель­ ности 1000—1500 деталей в час).

Все устройства сконструированы так, чтобы уложиться по ширине в размер 150 мм, включая подающую тележку для деталей: для возможности совместной работы нескольких головок в одной машине и удобства встройки лотков и транспортных дорожек для подачи деталей. Конструкция всех устройств проста и там, где возможно, применяются взаимозаменяемые детали и подузлы. Одно из типичных устройств имеет три механических узла, обеспе­ чивающих вертикальное и горизонтальное движения и захватыва­ ющее действие. Величина вертикального н горизонтального пере­ мещений составляет 50 и 100 мм, соответственно.

Горизонтальное движение, пли перемещение, осуществляется механизмом двойного действия, а вертикальное движение и захва­ тывающее действие — устройством одинарного действия с оттяж­ ной пружиной. Такая конструкция увеличивает надежность си­ стемы. Плавная же работа системы обеспечивается с помощью пневматики (пневмотолкателей). В качестве привода применяются пневмоцилиндры с воздушной амортизирующей подушкой. Для обеспечения точного повторения — позиционирования деталей — используются механические упоры. Микропереключатели служат для сигнализации об окончании каждого действия и обеспечения системы управления необходимой информацией. Клапаны, приво­ дящие в действие механические устройства (рычаги), работают в трех плоскостях, открываются и закрываются они с помощью оттягивающей пружины. Каждый клапан работает самостоя­ тельно. Все пять клапанов установлены на одной распределитель­ ной плите, которая используется также для всех силовых и снг- нально-управляющих соединений. Это обеспечивает полную авто­ номность управления головкой. Для каждого устройства нужны две соединительные трассы: одна — для подачи сжатого воздуха, а другая — для передачи сигналов управления. Для увеличения надежности работы механизмов необходима очистка загрязненного воздуха.

422

Сборочный робот Minitran. Для автоматизации сборки боль­ шой номенклатуры узлов целесообразно создавать универсальные устройства и управляющие блоки с программным управлением, из которых можно компоновать сборочные машины. Система Minitran состоит из целого ряда самостоятельно действующих обрабатываю­ щих, передаточных, закрепляющих и устанавливающих устройств.

Ко

Г \

Л*. Ъц.

Рис. 204, Диаграмма поворота руки, показывающая последо­ вательность операций устройства для захвата и установки де­ тали на рабочее место.

Этапы работы: I — опускание захвата; II — взятие детали; I II — подъем; IV — перемещение вперед; V — опускание детали; VI — раз­ жим захвата, VII — подъем; VIII — возврат в исходное положение; О— 7 — узловые позиции

которые можно заставить работать последовательно или синхронно друг с другом с помощью электронной или струйной системы управ­ ления.

Сконструированы и серийно изготовляются следующие стан­ дартные агрегаты: а) головка для подъема и установки детали в со­ бираемый узел; б) рука (поворотный качающийся рычаг с захватом) для подъема и установки детали с ее вертикальным перемещением до 50 мм и поворотом на угол до 90° в горизонтальной плоскости; в) рука для поворота детали в вертикальной плоскости до 45° и ра­ диального перемещения до 50 мм; г) рука для поворота детали на 180°. Кроме того, создан агрегат, перемещаемый линейно до 50 мм, который может быть налажен для приложения осевого

усилия до 30 кг. Этот агрегат может снабжаться набором устройств и служить в качестве установочного приспособления или приспо­ собления для электросварки сопротивлением.

Для обеспечения максимальной гибкости в стандартных агрега­ тах применены пневмопривод и система автономного управления каждым агрегатом. Каждый из перечисленных стандартных агрега­ тов может быть оборудован парой захватов и устройством для изме­ нения ориентации детали в процессе перемещения. В ряде случаев вместо захватов могут быть применены подъемные присосы. Для этого в состав сборочной машины должно быть включено чувстви­ тельное вакуумное устройство с микропереключателем, показы­ вающим включение или выключение системы вакуума.

При разработке системы управления роботом Minitran была предусмотрена возможность создания целого ряда последова­ тельных модулей для охвата всех возможных сочетаний движений механизмов. На рис. 204 представлена диаграмма одного из четы­ рех возможных вариантов стандартных последовательностей ра­ боты блока.

Штриховыми линиями показана последовательность работы этого блока. Сначала из каждой узловой точки (на рисунке обозна­ чены арабскими цифрами), после выполнения операции подается соответствующий сигнал К, в систему управления. Затем в каж­

дую узловую точку из системы управления поступает сигнал /?. для продолжения цикла работы. Например, сигнал СТАРТ (пуск) свя­ зан с началом работы в узловой точке 0. В системе всего 16 сигна­ лов управления: восемь — для выполнения цикла работ в опре­ деленной последовательности и восемь — для сигнализации об окончании каждой операции цикла.

Используя эти возможности управления, можно в определенной последовательности соединить два или более стандартных блока для выполнения сложного цикла работ.

Порядок последовательности операций для каждого вида работ различен. Например, на рис. 205 даны два типа последовательности операций, связанных с установкой деталей на определенное место и их сваркой. Первый блок выполняет работу по установке детали в определенной последовательности. Второй блок, аналогичный первому, расположен на сварочном аппарате, который обеспечи­ вает сварку в два прохода электродом, установленным под раз­ ными углами к свариваемому узлу. Управление и взаимосвязь между двумя блоками осуществляются с помощью соответствующих сигналов системы управления, о которых упоминалось выше. Та­ ким образом, впервые представилась возможность собирать необ­ ходимые управляемые системы из незначительного количества стандартных блоков.

Наиболее дешевыми блоками управления — модулями явля­ ются электронные модули с использованием микросхем.

В роботе Minitran применяются следующие дополнительные модули:

424

а) выходной модуль для приведения в действие электромагни­ тов, включающий в себя также пульт ручного управления; б) пере­ ходное устройство, позволяющее использовать один модуль для управления несколькими механизмами; в) модуль индикатора пре­ дельных положений на различных операциях; г) модуль фотосле­ жения для индикации или контроля деталей; д) модуль пневмо­ блока; е) модуль счетчика деталей.

Рис. 205. Диаграмма поворота руки для последовательности операцийгсдвоенной сборочной машины:

Для элементарной системы управления, приводящей в дейст­ вие один механизм, достаточно использовать блок управления последовательностью движений, выходной блок и блок питания.

Логические узлы системы не требуют применения элементов памяти. Это имеет значение, когда применяются микросхемы, потому что вся система в целом будет невосприимчива к электри­ ческим помехам. Если в логических элементах возникают электри­ ческие помехи, система управления возвращается в исходное со­ стояние и сигналы управления не передаются на механические устройства. Ожидаемый срок службы аппаратуры — 10 млн. цик­ лов. Опыт работы с системой Minitran показывает, что средняя стоимость установки составляет 43 000 долл, на один собирае­ мый узел. Оказалось, что система экономически выгодна в тех случаях, когда изменение выпускаемых изделий происходит не более четырех раз в год и количество выпускаемых деталей дохо­ дит до 250 000 шт.

425

41.УЧАСТКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТК

СГРУППОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Свведением числового программного управления возможности сокращения времени работы металлорежущих станков практиче­ ски исчерпались1. Если отвлечься от принципиально новых мето­

дов, то резервы повышения эффективности можно видеть лишь в сфере подготовки и обслуживания производства. Основное техно­ логическое время t0 в штучно-калькуляционном времени г?шт.к

уменьшилось до 30—35%. Остальные 65—70% приходятся на съем и установку детали (tc у), холостые перемещения приспособле­ ний с деталями или самих детален (tx. „) и инструментов (tx. и), время обслуживания {to6) и подготовительно-заключительное время (tn.s).

требует применения автоматизации уборки стружки, автомати­ зации базирования.

Таким образом, чтобы добиться существенного сокращения ^шт-к в ближайшем будущем необходимо автоматизировать: смену инструмента и его обращение между складом и станком; установку п снятие детали; оптимизацию положения детали на базовой операции; измерение и разбраковку детали; уборку стружки и очистку базовых поверхностей приспособлений; диагно­ стику отказов оборудования; диспетчерские работы; подготовку программ.

Решение этих задач позволит перейти к созданию комплексноавтоматизированных производств, включающих в себя такие апробированные элементы автоматизации и механизации, как: станки с ЧПУ и цикловые полуавтоматы; автооператоры или ро­ боты-манипуляторы; межоперацпонный транспорт с автоматиче­ ским адресованием; проблемно-ориентированную систему управле­ ния на базе управляющих ЭВМ.

Структура участков механической обработки

Автоматические комплексы благодаря преимуществам про­ граммного управления особенно эффективны в условиях мелко­ серийного и серийного производства. Их удельный вес составляет в настоящее время до 80% мирового машиностроения и имеет тен­ денцию к дальнейшему росту.

Первым приближением к этому являются автоматические ли­ нии с использованием обрабатывающих центров (АЛОЦ). Приме-

1 В этом параграфе использованы материалы, представленные Л. И. Зальц­

маном.

426

пение АЛОЦ повышает производительность труда в серийном про­ изводстве в пять раз, в то время как на отдельных станках произво­ дительность повышается только в 1,5—2 раза. Автоматические линии становятся экономически выгодными при партиях корпус­ ных деталей от 15 до 1000 шт. Для сложных деталей с фасонными поверхностями размер выгодной партии даже ниже — от двух до пяти деталей. Характерным примером служит производство турбин фирмой «Westinghause Electric» (США) [50]. На заводе в г. Уинстон-Салем, изготавливающем турбинные лопатки длиной до 1200 мм, действует универсальная система CNC, в которой одна ЭВМ модели Prodac-2000 используется для управления 31 станком с ЧПУ различного типа. Дисковый накопитель ЭВМ используется для хранения библиотеки программ. Эти программы автоматически (в зависимости от типа детали) перезаписываются в индивидуаль­ ные для каждого станка системы ЧПУ. Возможна также работа от перфоленты. Диалог между оператором и ЭВМ осуществляется с помощью дисплея.

Планирование производства и управление потоками материа­ лов, а также деталей, осуществляется на более высоком уровне — системой ЭВМ для производственных и экономических расчетов. Эта система выдает текущие данные о всех аспектах производства на заводе и стадиях обработки любой детали. Это позволяет уста­ навливать оптимальную последовательность выполнения заказов с учетом всех переменных факторов в цеховом производстве (например, появления срочных заказов) и обеспечивает реальные сроки выполнения.

В системе АСУП используется машина IBM-360/40 с 25 пери­ ферийными устройствами для сбора входных данных и телетай­ пами, расположенными на производственных и вспомогательных участках. Оператор, запрашивая следующую работу с помощью устройства для сбора входных данных, получает ответ по теле­ тайпу. Все инструменты подаются к рабочему месту прежде, чем оператор осознает необходимость их применения. Каждый мага­ зин инструментов оснащен датчиком, считывающим код инстру­ мента. Межоперационный транспорт выполнен в виде напольного транспортера, по которому перемещаются спутники с лопатками. Удается выполнить до семи последовательных операций без изме­ нения положения лопатки относительно спутника.

Другой завод той же фирмы, расположенный в г. Раунд Рок (штат Техас), выпускает корпусные детали турбин массой до 20 т и размером в плане до 3,0x5,0 м [44]. Здесь 21 трехкоординатный станок управляется от ЭВМ Prodac-2000, соединенной с ЭВМ Prodac-2500 и Prodac-2550, связанными, в свою очередь, дистан­ ционно с ЭВМ Univac-1108. Последняя используется для автомати­ ческого составления программ числового управления. По мнению специалистов, эксплуатирующих систему, прямое управление от ЭВМ позволяет сэкономить половину вспомогательного времени за смену, в течение которой производится изменение программы.

427

Практически то, что раньше делалось за неделю, удается подгото­ вить за сутки. гм

Этой же фирмой оригинально решен вопрос~перемещения тя­ желых и крупных деталей от станка к станку. Деталь первона­ чально закрепляется на специальной плите-спутнике массой 22 т. При перемещении детали под плитой создается воздушная по­ душка, благодаря чему мощность привода перемещения составляет всего 0,63 кВт. Воздух (давлением 4,2 кгс/см2) подается через 32 перфорированные уретановые диафрагмы, расположенные снизу плиты. Детали закрепляются на станке при помощи конических стержней с гидроприводом (точность установки — 0,025 мм).

Фирма уделяет большое внимание подготовке кадров. Поло­ вина курса обучения проходит в аудиториях, другая половина — непосредственно на рабочем месте. В зависимости от сложности обслуживаемой машины обучение продолжается от 4 до 24-х меся­ цев и более. Обучаемый получает квалификацию не рабочего, а оператора. На оператора возлагается до 75% работы по контролю качества детали, которую он обрабатывает.

Оператор получает от ЭВМ следующие данные: как установить обрабатываемую деталь; какой использовать инструмент; какой сделать проход; когда прекратить обработку с целью контроля детали определенным измерительным устройством и как продол­ жить последующую обработку, если результаты контроля будут удовлетворительными. Газовые турбины на заводе в г. Раунд-Рок проходят в процессе изготовления примерно 3300 операций кон­ троля.

Фирмой «Cincinnaty» создана АЛОЦ по схеме, приведенной на рис. 206 [36]. Одинаковые одностоечные станки 4 с горизонталь­

ным шпинделем установлены в один ряд. В том же ряду располо­ жен станок 5 с вертикальным шпинделем для обработки отверстий

в верхней плоскости. Благодаря одинаковости станков с горизон­

428

тальным шпинделем достигается равномерная их загрузка, не­ смотря на различие во времени обработки одного изделия. При­ способление-спутник в позиции А получает адрес на те или иные станки. В позиции В спутник загружается и движется по продоль­ ной выходной ветви до моечной машины 3. За моечной машиной рас­

положена входная ветвь, связанная поперечными ответвлениями со станками. У каждого разветвления установлены поворотные столы и датчики 1 и 2 для контроля их положения. Если станок

занят, то запрещается поворот стола. После обработки на станке деталь подается на выходную ветвь и после моечной машины вновь передается к станку для производства следующей операции. Таким образом обеспечивается удаление стружки после окончания каж­ дой обработки (с помощью выходной ветви) и передачи с детали одного станка на другой (с помощью входной ветви). На данной АЛОЦ обрабатываются заготовки массой 10—70 кг при партиях

20— 1000 шт.

Рассмотрим участок, разработанный в СССР [24] для комплекс­ ной обработки в мелкосерийном производстве деталей типа кор­ пусов, кронштейнов, рычагов, крышек и т. п. (рис. 207). Отличи­ тельной особенностью участка является автоматизированная транспортно-складская система, управляемая от ЭВМ. Система обеспечивает: заблаговременную, в пределах срока обработки дета­ лей предыдущей транспортной партии, подачу заготовок (деталей) на рабочее место; активную систему обслуживания режущим ин­ струментом рабочих мест путем плановой подачи его; рациональное расположение оснастки рабочих мест; непрерывное получение информации о ходе производства, на основании которой прини­ маются оперативные решения по регулированию хода производства.

[ Работа участка в автоматическом режиме осуществляется сле­ дующим образом: партия заготовок устанавливается на приемный транспортер; оператор, вынув перфокарту из кармана тары, в кото­ рой поданы заготовки, вводит перфокарту в устройство регистра­ ции информации. Прочитанная информация поступает в память ЭВМ. По команде ЭВМ кран-штабелер, перемещающийся вдоль всего участка, забирает тару с транспортера и устанавливает ее в одну из ячеек накопителя. Занятость зоны загрузки рабочего места контролируется специальными датчиками, связанными с ЭВМ. В соответствии с программой работы участка ЭВМ управ­ ляет краном-штабелером с целью транспортировки очередного комплекта (инструмента, оснастки или заготовок) в зону загрузки станка, откуда комплект переносится на рабочий стол. По мере необходимости рабочий устанавливает в зону выгрузки своего рабочего места тару с изношенным инструментом, ненужной осна­ сткой или с готовыми деталями. Этого достаточно, чтобы система автоматически направила тару в одну из ячеек накопителя или на транспортер выдачи с участка. Наибольшая масса транспорти­ руемых грузов 500 кг, размеры тары в плане 400x600 мм; 600X

Х800 мм.

429

/

Со

О

Рис. 208. Схема автоматизированного участка АУ1: