» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2023 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (70) 2023

Автор: Табылов Абзал Утеуович, Доцент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Оценка эффективности современных роботизированных технологических комплексов в машиностроении

Статья просмотрена: 121 раз
Дата публикации: 08.01.2023

УДК 621.865.8

ОЦЕНКА  ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННЫХРОБОТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Табылов Абзал Утеуович

доцент, к.т.н.

НАО «Каспийский университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова»,

г. Актау, Республика Казахстан

 

Аннотация. В статье  выполнена оценка эффективности парка станочного оборудования роботизированных технологических комплексов используемых в современном  машиностроительном производстве, являющихся принципиально новым технологическим средством, позволяющим завершить комплексную автоматизацию производства и придать последнему свойство гибкой переналадки на различные технологии и изготовляемые изделия машиностроения.

Ключевые слова: автоматизация технологических процессов  в машиностроении, роботизированные технологические комплексы, промышленные роботы, манипулятор адаптивного робота

 

Введение. В современных условиях производства автоматизация технологических процессов  в машиностроении является одной из основных тенденций ее развития.  Основными требованиями предъявляемые к автоматизации машиностроительного производства являются повышения технологических и технических уровней на всех этапах производственного и технологического процесса. В современных условиях машиностроительного производства создание новых машин для  отраслей промышленности осуществляется в контексте с  переходом к комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, с использованием автоматических систем машин базирующихся  на последних достижениях современной науки и техники, в частности средств электроники.  

Современные роботизированные технологические комплексы (РТК), применяемые в машиностроении обеспечивают автоматизацию отдельных технологических операций или их совокупность.  Функционирование  промышленных роботов (ПР) и РТК обеспечивают технологические автоматические оборудования, промышленные роботы и вспомогательные устройства, предусмотренные в составе РТК.  По функциональному назначению промышленных роботов функционируют комплексы, в которых роботы выполняют ряд вспомогательных  функций по обслуживанию парка основных технологических оборудований (к примеру функции промышленных роботов по автоматизации  загрузок-разгрузок технологического оборудования партией  штучных заготовок). Наряду с этим функционируют комплексы с самостоятельным выполнением технологических операций посредством переносных инструментов.

Этапы построений РТК зависят также от видов автоматизируемых технологических процессов, от особенностей их организаций, особенностей применяемых  классов промышленных роботов [1]. Основным оборудованием РТК выступают  следующие технологические автоматы: парк автоматических станков, автоматических прессов, парк литейных машин, автоматов для переработки пластмасс и др. Современные промышленные роботы обеспечивают автоматизированные операции по  загрузке-разгрузке технологических автоматов и исполняют ряд дополнительных операций по обслуживанию (процессы обдувов базовых поверхностей, смены инструментов, процессы смазок форм и т.д).  

Вспомогательным оборудованием в составе РТК выступают комплексы автоматизированных накопителей  для хранений запасов объектов обработок, комплекс устройств по  первоначальным ориентациям объектов обработки, комплекс устройств поштучных выдач, тактовые столы и другие вспомогательные оборудования.

При функционировании РТК потребность во вспомогательном оборудовании определяется рядом ограниченных возможностей промышленных роботов и основного технологического оборудования. Таким образом, в главную идею использования РТК включено эффективное использование промышленных роботов  в комплексе  с определенным технологическим оборудованием, предназначенного для выполнений одной или нескольких конкретных технологических операций. Современный парк ПР способен к выполнению некоторых специфических  технологических операций (процессы окраски, сварки, сборки и др.).  При этом  промышленными роботами  выполняются  функции основных технологических оборудований. При этих выполняемых   работах допустимо одновременное и согласованное функционирование нескольких взаимодействующих промышленных роботов, которые при выполнении определенных технологических операций взаимодополняют друг друга. В состав робототехнического комплекса, приведённого на рисунке 1 включены  два производственных модуля,  транспортный накопитель линейного типа.

Взаимосвязь стационарного транспортного накопителя накопителя  с производственным модулем осуществляется посредством передвижной транспортной платформы. Двухтактным столом по направляющим осуществляется перегрузка  заготовок со стендов на станок. Процессы загрузок заготовок в накопители возможны  осуществлениями роботов, робокаров,  при минимальном штучном времени  обработки одновременно предусмотрены смены заготовок на нескольких стендах. Технологические процессы подач инструментов из транспортных накопителей выполняются  автономно и в независимом режиме эксплуатации.

Особенностью эксплуатации станочного оборудования современных  роботизированных технологических комплексов является отсутствие конвейеров, что существенно позволяет упростить конструкцию, увеличить надежность РТК и представляет возможности свободного встраивания любых промышленных модулей в производственную систему машиностроительной отрасли.

 Парк современных роботизированных технологических  комплексов, применяемых в машиностроении разнообразен и его особенности определены многими условиями. В автомобильном машиностроении промышленные роботы поучили широкое использование для автоматизации процессов нанесения защитных  покрытий на изделия  с использованием краскораспылителей, при процессах сборок узлов и законченных изделий, при обслуживаниях литейных, кузнечных и гальванических технологических машин.

1 – инструментальный магазин; 2 – ОЦ; 3 – паллеты; 4 – двухтактный стол; 5 – передвижная транспортная платформа; 6 – стационарный накопитель; 7 – подвесной транспортный робот

    Рисунок 1 − Промышленный робототехнический комплекс, состоящий из двух производственных модулей и одного транспортного накопителя линейного типа:

 

Существенным новообразованием в эксплуатации РТК является использование транспортных роботов, предназначенных  для автоматизации транспортных операций. В современной робототехнике и машиностроении процессы совершенствования и модернизации роботов происходят  в направлениях улучшения их технических характеристик и повышения эффективности. В функциях промышленных роботов заложены использования   информационных систем очувствления, позволяющие выполнение дополнительных операций на основе обеспечения получения изображения производственной сцены, анализа, обработки с помощью микропроцессоров и передачи результатов измерений управляющему устройству ПР.   

Анализ научно-технической литературы показал, что наиболее перспективными областями внедрения очувствленных промышленных роботов 3-го поколения в машиностроительной промышленности для решения поставленной задачи и уточнения алгоритма ее выполнения являются: механическая сборка, электродуговая и газовая сварка, кислородная резка, абразивная зачистка и шлифовка, окраска распылением, установка и съем деталей с конвейера, разбор деталей из навала и сортировка изделий с помощью манипуляторов, оснащенных измерительной аппаратурой. Манипулятор адаптивного робота чаще всего представляет собой сложный многозвенный механизм с антропоморфной кинематикой. Так, в состав одного из наиболее распространенных в настоящее время промышленных роботов «Рита» фирмы «Юнимейшн» (США) входит 6-или 5-степенной антропоморфный манипулятор, оснащенный электромеханическими сервоприводами. Каждая степень подвижности управляется двигателем постоянного тока, оснащена потенциометрами обратной связи и кодовыми датчиками. Манипулятор, который входит в состав сборочного робота RS1, фирмы «Ай-би-эм» (IBM, США), также является 6-степенным. Он оснащен гидроприводами, имеет грузоподъемность 1,3 кг, скорость перемещения захвата составляет 1 м/с. [2].

   В машиностроительном производстве станочное оборудование современных РТК  обеспечивает высокий уровень концентрации и процессы совмещений технологических переходов обработки на основе применения станков с ЧПУ, отвечающих этим требованиям и  имеющим полностью автоматизированные циклы работы, включая операции по переключению скоростей и подач режимов резания, операции автоматизированных фиксаций изделий и автоматической смены металлорежущих инструментов. Процессы автоматизации контроля в процессе обработки, предоставляют технологические  возможности выполнения автоматизированных функций подач смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в зону резаний    

    Повышение надежности РТК требует обеспечения надежную систему автоматизации операций дроблений, удалений стружки. Перемещение узлов станков: пиноли, задней бабки, ограждений, связанные с функционированием промышленных роботов   оснащены  датчиками для фиксации их конечных положений. Станки токарной группы РТК обеспечивают быстрые остановы шпинделей после обработок, Автоматизированный поджим заготовок к базам приспособлений используется при применении патронных станков РТК. Компания SHL (Германия) производит многофункциональные машиностроительные  роботизированные комплексы для снятия заусенцев, фрезеровки, зачистки щетками, шлифовальные и полировальные кабины, производственные и погрузочные линии и т.д. Полностью автоматизированные процессы являются более точными, быстрыми и гораздо более экономичными. Все оборудование разработано и собрано из проверенных компонентов, современной электроники и программного обеспечения. Кроме этого, несколько процессов могут быть связаны между собой для достижения большей степени автоматизации.

Автоматизация станков сверлильной и фрезерной групп РТК предусматривает загрузки и выгрузки деталей робокарами при определенных положениях рабочих столов, исключающих возможности кантактов захватных устройства или заготовок с режущими кромки инструментов.  Для выполнения операций автоматической остановки при незакрепленных или неправильно закрепленных заготовках в технологической оснастке, в станочном оборудование РТК  предусмотрено использование блокирующих устройств. Станочное оборудование современных РТК  с учетом того,  что в условиях мелкосерийного и серийного производства, при многостаночной обработке крупных деталей с большим штучным временем  обслуживания, рекомендуется применять подвесные роботы предусматривает  применения напольных роботов для  эффективной обработки сравнительно мелких деталей с малым временем обработки, не затрудняющих обслуживание станков. Для решения этих задач  применение напольных роботов   предполагает в своем составе комплекс универсальных роботов, установленных стационарно или на подвижных рельсовых тележках, перемещающейся вдоль станочного оборудования, комплекс подвесных транспортных роботов перемещающихся  на монорельсах и  специализированных роботов в составе автоматических линий гальванических покрытий.

  Компоновка ПР является  важнейшей ее характеристикой, производится по критериям компактности, времени обслуживания из условий обеспечения заданного технологического процесса обработки изделия и характеризует следующие признаки: вид системы координат основных движений и ее ориентация; число степеней подвижности и движений; число захватных устройств. Наряду с этим  характеристиками ПР являются номинальная грузоподъёмность, структурные кинематические схемы, видом управления, геометрические, скоростные и точностные характеристики 

1 – станок, 2 – напольный робот, 3 – накопитель заготовок и готовых деталей, 4 – инструментальный магазин, 5 – система управления РТК.

Рисунок 2 − Схема одностаночной компоновки РТК с напольным ПР:

 

В механообработке используются ПР подвесного, напольного и встраиваемого видов.

Наибольшее распространение получили следующие компоновочные решения РТК:

  • одностаночные – из одного станка, обслуживаемого ПР, расположенным над станком (подвесным ПР), рядом со станком (напольным ПР) указанном на рисунке 2 или встроенным в станок;
  • многостаночные круговой компоновки с применением напольных ПР;
  • многостаночные линейные и линейно-параллельные на базе портальных ПР.

 

Выводы. Основными источниками экономической эффективности станочного оборудования РТК являются:

  • повышение производительности оборудования, т. е. объема выпускаемой продукции с основного технологического оборудова¬ния, обслуживаемого роботом, или повышение производительности труда на операциях, выполняемых промышленным роботом;
  • повышение производительности труда в результате замены ручного труда на вспомогательных, транспортных операциях и основных технологических операциях;
  • повышение ритмичности производства;
  • повышение коэффициента сменности оборудования без уве¬личения численности рабочих;
  • уменьшение потерь, связанных с субъективными особенностя¬ми человека (постоянство режима работы в течение смены);
  • снижение процента брака и повышение стабильности качест¬ва продукции;
  • уменьшение размеров оборотных средств в незавершенном производстве.

Список литературы:

  1. Шурков, В. Н. Основы автоматизации производства и промышленные роботы. Учебное пособие: моногр. / В.Н. Шурков. - Москва: Мир, 2015. - 240 c.
  2. Скотт, П. Промышленные роботы - переворот в производстве / П. Скотт. - Москва: Машиностроение, 2016. - 303 c.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: