Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Рис. 220. АЛ для обработки отверстий головки блока

на которых выполняется обработка согласно маршруту, данному на рис. 219, б. Загрузку обрабатываемых заготовок в рабочие зоны всех станков (кроме накатного) и их выгрузку на конвейер 2 выполняют питатели 12. На накатном станке подачу и выдачу валов осуществляет конвейер 2, который доставляет их непосредственно в зону обработки. Между токарными станками 5 и (5 расположен кантователь 77, служа­ щий для поворота вала на 180°. Делитель потока, установленный между двумя токарными станками 7, обеспечивает их параллельную работу. В конце АЛ расположен магазин для хранения готовых деталей.

АЛ для обработки отверстий в головке цилиндра ^трактора состоит из шести агрегатных станков 7, Д 4, 5, 7, Р(рис. 220). Через их рабочие зоны конвейер 8 перемещает заготовку 10 с предварительно обрабо­ танными плоскостями. Станок 7 выполняет сверление отверстий и снятие фасок на боковых сторонах заготовки. Станок 2 осуществляет сверление отверстий под углом, нарезание резьбы под винты, зенкерование и развертывание отверстий под контрольные штифты на боковых сторонах. Затем обрабатьгеаемая заготовка поворачивается на поворотном случае 3 в горизонтальной плоскости на 90° и подается на станок 4, который выполняет сверление отверстий со снятием фасок

восновании и в верхней плоскости заготовки. Станок 5 производит сверление отверстий со снятием фасок под крышку на передней стороне, а также зенкерование отверстий в основании и нарезание резьбы в верхней плоскости. Станок 7 осуществляет нарезание резьбы

вотверстиях в основании. Затем барабан 8 поворачивает заготовку в вертикальной плоскости на 90° и подает ее на станок Р, на котором нарезается резьба на передней и сверлятся отверстия со снятием фасок на задней стороне детали. Далее деталь подается на смежную АЛ для последующей обработки.

361

Возврат приспособлений станков

Направление движения деталей

Рис. 221. Схема ПАЛ для обработки корпусов редукторов

Переналаживаемые АЛ (ПАЛ) используются в крупносерийном и массовом производстве, ПАЛ могут переналаживаться вручную, авто­ матически или комбинировано на одновременную или последователь­ ную обработку группы однотипных по размерам и технологии изготовления заготовок. ПАЛ компонуют из тех же элементов, что и непереналаживаемые АЛ. В ПАЛ предусматривают резервные позиции для заготовок с частично измененной конструкцией. Эти позиции оснащены устройствами для установки и закрепления заготовки и дополнительными силовыми механизмами, которые кроме движения подачи могут перемещаться по одной-двум координатам. Силовые механизмы с поворотными устройствами обеспечивают поочередную автоматическую подачу в зону обработки до 4-6 многошпиндельных коробок или отдельных режущих инструментов. При переналадке ПАЛ для обработки заготовок другого типа заменяют базирующие устрой­ ства, элементы инструментальной наладки, регулируют приводы на новые режимы резания, переналаживают системы управления. ПАЛ управляются посредством ПК.

На рис. 221 показана схема ПАЛ для обработки заготовок четырех типоразмеров корпусов редукторов. В состав ПАЛ входят десять агре­ гатных станков (С1 — СЮ), которые соединены конвейером. Обработ­ ка выполняется на спутниках четырех типоразмеров. Заготовки загружаются на позиции 7, готовые детали, пройдя через контрольные позтгции 3, разфужаются на позиции 5. На позициях 4 расположены поворотные столы (угол поворота 90°). На позиции 2 имеются два переналаживаемых АС с устройством для автоматической смены че­ тырех шпиндельных коробок. Посредством каждой из них обрабаты­ вается заготовка определенного типоразмера. Переналадку ПАЛ на следующий типоразмер заготовки выполняют один раз в неделю. Время переналадки 4 ч.

362

4.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (ПР)

ПР — автоматическая машина, стационарная или подвижная, со­ стоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имею­ щего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигатель­ ных и управляющих функций.

По характеру выполняемых операций ПР подразделяют на три группы: 1. Производственные роботы, служащие для автоматизации основных операций технологического процесса (сборка, сварка, окра­ ска и т. д.). 2. Подъемно-транспортные роботы, служащие для автома­ тизации вспомогательных операций (установка — снятие заготовок и инструмента, удаление стружки и т. д.). 3. Универсальные роботы, выполняющие как основные, так и вспомогательные операции.

Структурная схема ПР показана на рис. 222. Основным элементом любого ПР является механическая система, предназначенная для вы­ полнения двигательных функций и реализации его технологического назначения. Механическая система конструктивно состоит из следую­ щих основных узлов: несущих конструкций; приводов; исполнитель­ ных механизмов и захватных устройств. Захват и удерживание объекта манипулирования выполняется захватным устройством, которое уста­ навливается на исполнительном механизме, часто называемом —«ру­ кой» ПР.

Система программного управления служит для профаммирования движений ПР, как правило, технологического оборудования, сохране­ ния УП, ее воспроизведения и обработки.

Информационная система выполняет сбор, первичную обработку и передачу в систему профаммного управления данных о функциони-

Информационнаяисистема

Ж

Подсистема Подсистема обеспечения внутренней техники информации

безопасности

Технологическое оборудование

Рис. 222. Структурная схема ПР

363

ровании узлов и механизмов ПР и о состоянии внешней среды (объекта манипулирования, технологического оборудования). Информацион­ ные системы ПР по функциональному назначению подразделяют на три подсистемы: 1. Восприятия и переработки информации о внешней среде, в которой работает ПР. 2. Внутренней информации о состоянии самого ПР. 3. Обеспечения техники безопасности.

Модель ПР для использования в конкретных производственных условиях выбирают по технологическим показателям, к которым от­ носятся: 1. Номинальная фузоподъемность ПР. 2. Усилие зажима (захвата, удержания) объекта манипулирования захватным устройст­ вом. 3. Число степеней подвижности ПР — сумма возможных коорди­ натных движений объекта манипулирования относительно основания ПР. 4. Рабочая зона ПР — пространство, в котором может находиться исполнительное устройство при функционировании ПР. Рабочая зона характеризуется формой и геометрическими размерами. 5 . Погреш­ ность позиционирования ПР (отклонения положения рабочего органа ПР от заданного УП). 6. Мобильность — способность ПР совершать движения.

По мобильности ПР подразделяют на две группы: стационарные (обеспечивающие, ориентирующие и транспортирующие движения); передвижные (обеспечивающие дополнительно к указанным еще и координатные движения).

Исполнительные механизмы ПР. Исполнительный механизм (ма­ нипулятор) ПР представляет собой совокупность подвижно соединен­ ных звеньев, служащих для воздействия на объект манипулированрш или обрабатываемую среду. Соединение звеньев манипулятора в ки­ нематическую цепь выполняется посредством кинематических пар. В большинстве конструкций манипуляторов ПР применяются кинема­ тические пары класса V вращательные или поступательные. Они обеспечивают одну степень свободы в относительном движении каж­ дого из подвижно соединяемых звеньев (табл. 9).

Важной характеристикой манипулятора является число степеней подвижности, определяемое числом степеней свободы кинематической цепи относительно неподвижного звена. В открытых кинематических цепях, к которым относятся манипуляторы ПР, число п подвижных звеньев всегда равно числу кинематических пар/7. Для кинематической цепи, состоящей только из кинематических пар класса V, число степеней подвижности IV= 6п — 5р.

Звенья манипуляторов ПР в большинстве случаев образуют посту­ пательные и вращательные пары класса V. В случаях, когда в кинема­ тическую цепь входят только вращательные пары, манипулятор ПР имеет антропоморфную схему, подобную руке человека.

364

9. Условные обозначения элементов структурных кинематических схем мани­ пуляторов ПР

Для обеспечения перемещения захватного устройства ПР в любую точку рабочего пространства манипулятор должен иметь три степени подвижности. Еще три таю1е степени нужны для обеспечения захват­ ному устройству любой ориентации в этой точке. В зависимости от конкретных условий производства манипуляторы ПР имеют от двух до семи степеней подвижности.

В зависимости от конструктивной схемы захватное устройство манипулятора ПР может располагаты^я в рабочей зоне, имеющей ту или иную форму, а его движения осуществляты:я в различных системах координат, которые бывают двух видов: прямоугольные и криволиней-

365

ные. В прямоугольной системе координат (плоская и пространствен­ ная) объект манипулирования помещается в определенную точку рабочей зоны за счет прямолинейных перемещений звеньев манипу­ лятора ПР по двум (или трем) взаимно перпендикулярным осям. В криволинейной системе координат наиболее распространены поляр­ ные плоские, цилиндрические и сферические координаты. К разно­ видностям криволинейной системы относятся ангулярная, плоская и пространственная (цилиндрическая и сферическая) координаты, ко­ торые характерны для многозвенных манипуляторов ПР. В табл. 10 даны структурные кинематические схемы и формы рабочих зон ПР.

Приводы ПР. Для перемещения рабочих органов ПР используют пневматические, гидравлические, электрические и комбинированные приводы. Наиболее распространены пневматические приводы (45 % общего мирового парка ПР).

10. Примеры структурных кинематических схем и формы рабочих зон ПР

Прямоугольная пространствен­ ная

Полярная цилиндрическая

&нГ-^

366

Приводы ПР классифицируют по ряду признаков. По числу дви­ гателей различают групповой, однодвигательный и многодвигательный привод. Групповой привод обеспечивает одновременное перемещение нескольких звеньев ПР либо может обеспечивать согласованное пере­ мещение звеньев нескольких ПР. Для передачи заданной мощности на несколько звеньев и ее распределения между ними используют транс­ миссии, поэтому такой привод также называют трансмиссионным. Индивидуальный или однодвигательный привод обеспечивает движе­ ние только одного звена исполнительного механизма ПР. Это значи­ тельно упрощает конструкцию механических передач, а в ряде случаев позволяет отказаться от них. У многодвигательного привода двигатели совместно работают на общий вал, что дает возможность распределить потребляемую мощность между отдельными двигателями и улучшить условия работы механической передачи.

По способу управления приводы делят на нерегулируемые, обес­ печивающие движение звеньев с одной рабочей скоростью; регулиру­ емые, обеспечивающие регулирование скорости движения звеньев под воздействием устройств управления; следящие, обеспечивающие отра­ ботку перемещений с определенной точностью согласно произвольно меняющемуся задающему сигналу; адаптивные — автоматически изби­ рающие параметры управления при изменении условий работы с целью выработки оптимального режима.

На рис. 223, а дана схема ПР с пневматическим приводом и цикловым управлением. Привод состоит из пневмоцилиндра 7 со

367

h-4~^4-^5 6

:z7

Рис. 223. Схема привода ПР:

а — пневматический с цикловым управлением, б — следящий электрогидравлический

ШТОКОМ 7, на котором закреплена скалка 5 с регулируемыми упорами Зи 6, неподвижного упора 4с демпфирующим устройством 2, возду­ хораспределителя 8, устройства управления УУ. Сигнал с УУ, несущий логическую информацию о направлении перемещения штока 7, посту­ пает на управляющий электромагнит воздухораспределителя 8, кото­ рый в соответствии с управляющим воздействием соединяет одну из полостей пневмоцилиндра с гидростанцией, а другую — с окружающей средой. При этом шток 7 перемещается в требуемом направлении до соприкосновения упоров 3или 6с упором 4 Положение упоров Зи 6 определяет величину перемещения штока 7 при прямом и обратном ходе. Демпфирующее устройство 2 обеспечивает торможение штока 7 с заданным ускорением при нажатии упорами 3 и б на кнопки демпфера.

На рис. 223, 5 показана функциональная схема следящего электро­ гидравлического привода, работающего по замкнутой схеме. Поток жидкости от электрогидравлического устройства ЭГУ подается на гидромотор ГД, перемещающий звено манипулятора ЗМ. Положение X штока ГД регистрируется датчиком положения Д/7, преобразуется в электрический сигнал обратной связи f/oc и сравнивается с заданным

368

Рис. 224. Типовые конструкции напольных ПР:

а — с качающейся выдвижной рукой, б—с горизонтальной выдвижной рукой и консольным меха­ низмом подъема, в —с горизонтальной выдвижной рукой, установленной на подъемной каретке, г — с многозвенной рукой

значением сигнала С4. Разность этих сигналов А f/усиливается элект­ рическим усилителем ЭУ и подается в ЭГУ в качестве входного сигнала Uy. Шаговые электрогидравлические приводы работают по разомкну­ той схеме, что создает опасность потери информации о положении выходного звена. Поэтому при их использовании предусматривают оснащение звеньев ПР дополнительными датчиками положения.

Типовые конструкции ПР. Конструкция механической системы ПР зависит от служебного назначения, привода, системы управления и ряда других факторов.

Напольные ПР с качающейся вьщвижной рукой работают в сфе­ рической и цилиндрической системах координат (рис. 224, а).

Напольные ПР с горизонтальной вьщвижной рукой и консольным механизмом подъема наиболее распространены. ПР с пневматическим приводом и вьщвижной рукой (рис. 224, б) работает в цилиндрической системе координат. Рука 2 ПР представляет собой пневмоцилиндр с вьщвижным штоком, на конце которого установлено захватное устрой­ ство 3. На основании 7 расположены механизм поворота вокруг вертикальной оси и механизм вертикального подъема руки.

369