Конструктивные принципы проектирования стационарных станочных роботов для ГПС. Методические указания к лабораторной работе №1 по дисциплине «Автоматич

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СТАНОЧНЫХ РОБОТОВ ДЛЯ ГПС

Методические указания к лабораторной работе №1

по дисциплине: «Автоматические комплексы электронной промышленности»

для студентов специальности 200500

Одобрено Редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

Конструктивные принципы проектирования стационарных станочных роботов для ГПС. Анализ различных компоновок роботизированных ГОЯ механообработки для деталей массой до 10 кг на базе токарных станков и малых обрабатывающих центров показал, что наиболее распространены кинематические схемы станочных роботов с цилиндрической и двойной цилиндрической системами координат.

Преимуществом роботов с цилиндрической системой координат является возможность работы с однослойным и многослойным «палетированием», под которым подразумевается работа с заготовками, расположенными рядами в один или несколько слоев на плоскости. В этом случае становится возможным реализация сквозного автоматического цикла «склад — станок — склад». К недостатку таких роботов следует отнести большие их габариты.

Комбинированное использование двух цилиндрических систем координат в роботах типа «Фанук — Модель 0» обеспечивает их компактность и удобство для непосредственного закрепления на станине станка. Недостатком является то, что робот может манипулировать с заготовками, подаваемыми в одну определенную точку (или в точки, расположенные по дуге окружности ограниченной протяженности). В связи с этим, как правило, робот используется с конвейерным накопителем, требующим дополнительных производственных площадей, а загрузка и разгрузка накопителя должны осуществляться вручную, что делает принципиально невозможным полностью автоматизировать цикл «склад — станок — склад».

Для устранения перечисленных недостатков ПР разработана кинематическая схема и определяемая ею компоновка робота, представленные на рис. 1. В момент загрузки заготовок в станок кинематическая схема соответствует цилиндрической системе координат (рис. 2), при взаимодействии с кассетой-накопителем — прямоугольной. Особенностью компоновки этого ПР является то, что механизм поворота вокруг вертикальной оси расположен между двумя механизмами горизонтального перемещения: платформы А и звена С, а механизм вертикального перемещения для уменьшения нагрузок на его привод выполнен конечным звеном кинематической цепи. В этом случае привод механизма вертикального перемещения используется только для подъема захватного устройства и полезного груза, не нагружается весом других механизмов и имеет мощность, соизмеримую с мощностью остальных приводов.

Схема взаимодействия робота с грузом выбрана такой, при которой захватывается одновременно и деталь, и заготовка, а для перемещения детали из положения в кассете в положение обработки в станке используется одно движение.

Рис. 1. Кинематическая и структурно-компоновочная схема

промышленного робота «Электроника НЦ ТМ-01»

Рис 2. Схема взаимодействия робота со станком:

1 — станок; 2 — робот; 3 — блок управления; 4 — заготовка; 5 — кассета

Это позволило уменьшить время загрузки станка, а также манипулировать с существенно отличающимися по размерам деталью и заготовкой.

Манипуляционная часть ПР конструктивно выполнена на модульном

принципе, т. е. она состоит из следующих функционально и конструктивно законченных узлов (рис. 1):

А — механизма продольного перемещения (вдоль оси X);

В— механизма поворота (вокруг оси Z);

С— механизма продольного перемещения (вдоль осей X и Y в зависимости от состояния механизма В);

D — механизма вертикального перемещения (вдоль оси Z);

Е — механизма поворота (вокруг оси, расположенной под углом 45° к

оси Z);

—механизма захвата I;

—механизма захвата II.

Модульность конструкции позволяет компоновать робот для решения различных конкретных задач. Например, данный робот имеет модификации М и Ml. В модификации М в состав робота входит дополнительный модуль Н, расширяющий зону его обслуживания.

В модификации Ml задача расширения зоны обслуживания решается путем замены модулей А и О на модули с большими величинами перемещения.

Модули В, Е, Н имеют два фиксированных положения; модули А, С, D - программируемую величину перемещения.

Конструкция робота обладает рядом преимуществ:

—равнозагруженностью приводных устройств всех механизмов;

—уменьшенными массой робота и его габаритами;

—увеличенной зоной обслуживания;

—удобной компоновкой в составе обрабатывающих ячеек, что

обеспечивает простой доступ к станку при наладке;

—сокращенным циклом загрузки-выгрузки;

—одновременностью изменения положений заготовки и детали при переходе их из кассеты в положение обработки и обратно.

Базовый алгоритм функционирования. Конечной целью работы

робота является смена заготовок в патроне станка. Эту цель можно достичь набором определенных движений всех механизмов робота.

Траектория конечного звена робота при взаимодействии со станком представлена на рис. 3. Исходное положение робота — точка А. Траектория Т базового цикла алгоритма захвата заготовки представляет собой последовательность перемещений по оси X — TAB, ПО оси Y—Твс , опускание по оси Z— TCD, захват заготовки кассеты, подъем по оси Z—Tnc, ротация /?а захватного устройства, опускание по оси Z — TCD, опускание готовой детали,

подъем по оси Z — TDC, движение по оси К— ТСв, по оси X — ТВА, далее из исходного положения А робот перемещается к патрону станка.

Рис. 3. Траектория конечного звена робота

Для обхода передней бабки станка робот перемещает захватное устройство по оси Y — ТАЕ, далее поворот Rp на 90° с одновременной ротацией захватных устройств, с тем чтобы ось захвата для заготовки была горизонтальна — TEF, опускание по оси Z — TFH для того, чтобы совместить ось захвата с осью патрона.

Далее перемещение по оси X—. Тнк к патрону станка, захват готовой детали, отход по оси X— Ткн, ротация захватных устройств, с тем чтобы ось заготовки была горизонтальной, перемещение по оси X — Тнк. Далее робот оставляет заготовку в патроне станка, осуществляет отход по оси X— ТКц, подъем по оси Z — THF, производит ротацию захватных устройств, поворачивается от патрона станка — TFE И по оси Y — TEA доходит до исходного положения А.

Для упрощения алгоритма работы робота и сокращения длительности цикла используется следующая схема обхода кассеты: робот берет первую заготовку, загружает ее в станок и, пока станок ее обрабатывает, берет вторую заготовку, дожидается конца обработки первой детали, забирает ее и устанавливает на ее место вторую заготовку, далее робот берет третью заготовку и в освободившееся гнездо устанавливает первую деталь, этот цикл многократно повторяется.

Базовый цикл перемещений конечного звена имеет две модификации, выбираемые роботом самостоятельно в режиме «самообучения»: модификация Н («низкие» детали) — для деталей высотой до 70 мм; модификация В («высокие» детали) — для деталей высотой выше 70 мм.

Условные обозначения операций цикла представлены в табл. 1.

где j — число рядов в кассете; i — число позиций в ряду.

Команды обмена с УЧПУ станка

S1 — патрон зажать

S2— патрон зажат S3— патрон разжать S4 — патрон разжат S5— пуск программы S6— конец обработки

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СТАНОЧНЫХ РОБОТОВ ДЛЯ ГПС

Методические указания к лабораторной работе

Составили: Воронин Валерий Иванович Лемякин Андрей Алексеевич

Рецензент: О.Ю. Жевалев