Роботизированные комплексы (РТК) предназначенные для технологического процесса сборки
Характеристики и структура РТК сборки
Промышленные роботы применяют
для автоматизации операций при выполнении всех видов сборочных работ. На
операциях сборки под дальнейшую механическую обработку ПР используют: для
подачи, ориентации и соединения деталей в один комплект, их взаимного
закрепления, установки и снятия комплекта при обслуживании обрабатывающего
оборудования.
При узловой сборке
ПР применяют: для поиска и распознавания деталей, их транспортирования,
ориентации и подачи на сборочную позицию, для контроля размеров, правильности и
качества взаимного соединения и закрепления деталей, для транспортирования и
укладки (а если потребуется - и упаковки) собранного узла.
Сборка под сварку может
рассматриваться как операция узловой сборки и как операция, предваряющая
механическую обработку.
При общей, окончательной
сборке изделия ПР используют: для транспортирования, взаимной ориентации и
установки узлов, иногда для их соединения, а также для транспортирования
готовых изделий.
ПР могут применяться и на операциях
разборки изделий.
К основным сборочным
операциям, которые могут быть выполнены с помощью ПР, оснащенных
соответствующими инструментами и приспособлениями, относятся следующие:
надеть - вставить;
наложить - вложить;
раздвинуть - развернуть;
установить - снять;
запрессовать;
свинтить - развинтить;
склеить;
склепать; - сжать - разжать.
Для выполнения основных операций
требуется реализация ряда вспомогательных операций, к которым относятся
транспортирование, ориентирование, измерение и т.п.
При автоматизации сборки с
помощью ПР выдвигается ряд общих требований: детали по качеству
изготовления должны соответствовать техническим условиям чертежа, быть чистыми,
не иметь забоин, вмятин; конструкция деталей должна исключать возможность их
сцепления друг с другом при выходе из подающего устройства (магазина); в
соединяемых деталях должны быть предусмотрены фаски, конусы, проточки. Не
рекомендуется также сборка деталей из легкодеформируемых, хрупких и не
обеспечивающих сохранения определенной геометрической формы материалов; перед
поступлением на сборочную позицию необходимо предусмотреть контроль деталей на
их соответствие техническим условиям.
К изделиям (сборочным
единицам), собираемым с помощью ПР, предъявляются следующие требования: расчлененность
на законченные, взаимозаменяемые сборочные единицы; минимальное число
соединяемых поверхностей и видов соединений, доступность мест соединений
сборочных единиц для контроля качества соединения; отсутствие необходимости в
дополнительной обработке, пригонке и регулировке в процессе сборки; возможность
осуществления последовательной сборки, характеризуемой наличием базовой детали,
с которой последовательно сопрягаются присоединяемые детали. Тип и конфигурация
базовой детали определяют конструкцию базирующего приспособления и схему
базирования. Условия собираемости, выбор базовых поверхностей при захвате и
монтаже присоединяемой детали, а также последовательность сборки зависят от
пространственного расположения поверхностей сопряжения. Основным признаком
классификации типовых сборочных единиц и комплектов является деление их на
комплекты типов "вал" (с охватываемой базовой деталью) и "корпус"
(с охватывающей базовой деталью).
В комплекте типа "вал"
базовой деталью является вал или другая подобная деталь, на которую
устанавливаются подшипники, зубчатые колеса, втулки, пружинные стопорные
кольца, уплотнительные манжеты. В комплекте типа "корпус" базовыми
деталями являются корпус, фланец, стакан и другие элементы конструкции, в
которые вкладываются присоединяемые детали.
Промышленные роботы,
обслуживающие сборочные РТК. должны обеспечивать всю совокупность перемещений,
необходимых для нормального протекания сборки. Характер и вид этих перемещений
зависят от требований, предъявляемых к процессу сборки, номенклатуры и
программы выпуска, частоты сменяемости собираемых изделий и габаритов
технологического оборудования.
Взаимные основные движения
сопрягаемых деталей (как правило, это прямолинейные перемещения) должны
осуществляться ПР в цилиндрической системе координат.
Размеры рабочей зоны ПР
должны быть достаточными для размещения: вспомогательных устройств,
приспособлений и оснастки, необходимых для реализации технологического процесса
сборки; магазинов с инструментами и захватными устройствами; подающих устройств;
накопителей собираемых деталей; средств контроля качества сборки.
ПР должен иметь не менее трех
степеней подвижности, а также возможность увеличить их число до 8 в
результате дополнительных движений исполнительного органа ПР или сборочного
инструмента.
Система управления ПР
должна обеспечивать возможность его работы со значительным числом
вспомогательных механизмов (тактовые столы, транспортеры, устройства поштучной
выдачи заготовок и т.д.).
Промышленные роботы,
последовательно выполняющие несколько различных операций и переходов, должны иметь
устройство, автоматически заменяющее захват и инструмент и подключающее их
к силовой и измерительной сетям (пневматическим или электрическим).
При необходимости выполнения
в процессе сборки операций механической обработки (сверление, развертывание
и др.) исполнительный орган ПР должен обеспечить работу режущего инструмента с
требуемыми скоростью и усилием подачи; если это невозможно, то в состав РТК
следует включить соответствующее металлорежущее оборудование.
Следует отметить, что в
промышленной робототехнике четко обозначились два направления создания
переналаживаемых систем робото-технологических сборочных комплексов (РТСК).
Первое связано с использованием ПР, работающих в условиях упорядоченной
среды. В этом случае основное внимание при создании РТК уделяется выбору
методов подготовки среды и разработке средств, реализующих их. Такое решение
позволяет резко повысить надежность функционирования, снизить стоимость и
упростить управление собственно ПР. На производстве при эксплуатации таких РТК
не требуется специальной подготовки персонала, удешевляется организация их
сервисного обслуживания. Кроме того, упомянутое направление создания РТК
обладает определенными преимуществами еще и потому, что на производстве во
многих отраслях накоплен значительный опыт применения типовых переналаживаемых
средств упорядочения среды (деталей, соединений, технологической оснастки и т.д.),
которые используются при автоматизации процессов загрузки и разгрузки
технологического оборудования (например, бункерные загрузочно-ориентирующие
устройства).
Второе направление
связано с использованием ПР, обладающих широкими технологическими и
функциональными возможностями, намного превосходящими требуемый для
обслуживания конкретного процесса уровень. Такие роботы, используемые при
создании переналаживаемых РТК, успешно взаимодействуют с неупорядоченной средой
за счет наличия в их составе элементов очувствления и логико-управляющих
систем, позволяющих приспосабливаться к изменяющимся условиям работы. Часто
необходимо выявить минимально необходимые (целесообразные) структурные связи,
объем памяти и уровень адаптации у робота и технически достижимый уровень
организации обслуживаемой среды с целью создания эффективных условий для
взаимодействия элементов системы "робот - объект - среда". Это,
безусловно, требует изменения компоновки и конструктивного исполнения
технологического оборудования, режимов технологических процессов, условий и
организации производства.
В общем случае состав и
структура РТСК могут быть представлены схемой, изображенной на рис.1.
Рис.1 - Структурная схема
компоновки РТСК.
В качестве объекта
рассматривается корпус электроизмерительного щитового прибора, на токовыводящие
элементы которого надеваются комплекты деталей - обыкновенная и пружинная
шайбы, а также цилиндрическая гайка со шлицем. В комплект входят: загрузочные (питающие)
устройства ЗУ для номенклатуры комплектующих изделие деталей; устройства,
выполняющие функции первичного ориентирования УПО; транспортные системы ТС и
элементы создания однослойного потока деталей; устройства вторичного
ориентирования УВО и фиксирования положении деталей в пространстве, например,
кассетирующие устройства КУ, накопители кассет НК с упорядоченными деталями; транспортные
органы ТО для подачи упорядоченных в кассетах деталей в зону обслуживания
сборочного робота (создание упорядоченной среды УС): сборочный (обслуживающий) ПР;
конвейер базовых деталей КБД и сборочная позиция.
Технологические устройства сборочных РТК
Автоматизированная
роботизированная сборка накладывает специфические требования на технологические
устройства. Эти требования определяются двумя основными схемами построения РТСК.
В первой схеме робот выполняет функции захвата деталей, в некоторых
случаях - базирование при сборке и удаление собранного узла. В таких комплексах
операцию сборки осуществляет стационарное технологическое устройство. Во
второй схеме промышленный робот непосредственно выполняет операции
комплектования и сборки деталей.
Тип технологических устройств
для автоматической сборки узлов изделий определяется главным образом видом
соединения, для которого они предназначены. Различают технологические
устройства для сборки разъемных и неразъемных соединений.
Детали при сборке соединяют
следующими способами: стапелированием (укладкой) с большими и малыми
зазорами; пластической деформацией (с натягом); упругой деформацией (с
предварительным упругим деформированием одной из сопрягаемых деталей); склеиванием;
свариванием; по резьбе.
Для выполнения указанных
соединений с помощью ПР необходимы различные сборочные инструменты,
приспособления и оборудование, к которым предъявляются следующие основные
требования:
1) обеспечение надежного
захватывания детали, ее транспортирования на сборочную позицию, а также
установки в приспособление или сопряжения с базовой деталью;
2) унификация хвостовиков,
поясков и других элементов, инструмента, служащих для его установки а
исполнительном органе ПР;
3) возможность встраивания в
инструмент датчиков, контролирующих наличие детали, процесс сборки, размеры
собираемых деталей, их относительное расположение, качество сборки и другие
параметры;
5) обеспечение захватными
элементами инструмента заданной точности базирования детали;
6) оснащенность инструмента
устройством автопоиска или элементами, способствующими самоустановке
присоединяемой детали под действием сил, возникающих при сборке;
7) отсутствие деформаций детали
в результате действия на нее усилий, возникающих при сборке, захватывании и
фиксации (если это не требуется по условиям технологического процесса);
8) возможность легкой
переналадки инструмента (в широком диапазоне размеров) при изменении
номенклатуры собираемых деталей;
9) оснащенность блокировочными
устройствами, предотвращающими поломку инструмента;
10) возможность расширения
технологических возможностей инструмента;
11) захватные устройства сборочного
инструмента по возможности должны быть автономными (т.е. выполненными отдельно
от инструмента) и совмещенными с инструментом.
Отдельно можно отметить, что к
технологическим устройствам, работающим в составе РТСК, построенным по первой
схеме, предъявляются требования: применение единого источника энергии,
возможность управления от общей системы, а также эти устройства должны обладать
достаточной универсальностью и быстро переналаживаться с одного типоразмера на
другой. К технологическим устройствам, работающим в составе РТСК, построенным
по второй схеме, предъявляются требования единства источника энергии робота и
технологического устройства и возможности работы от единой системы управления. Так
как технологическое устройство крепится на конец руки манипулятора, к нему
предъявляются требования снижения массы, а следовательно, и размеров для
уменьшения инерционных нагрузок в приводах роботов. Технологические сборочные
устройства должны иметь высокую производительность, обладать достаточной
универсальностью и надежностью в работе.
Автономные захватные
устройства обеспечивают соединение деталей, изменение их положения, а также
перенос деталей и собранного изделия. Захватные устройства, совмещенные с
инструментом, применяют для выполнения основных сборочных операций. Одной
из таких операций, наиболее часто встречающейся в машиностроительном
производстве, является соединение деталей по цилиндрическим поверхностям (например,
при установке подшипников, валов, вкладышей и манжет в корпус). При этом
требуется высокая точность взаимного расположения сопрягаемых поверхностей и
траекторий их перемещения или возможность компенсации таких погрешностей. Компенсацию
осуществляют двумя способами:
1) активным (с применением
датчиков, измеряющих, усилия и моменты, возникающие при сопряжении деталей, и
выдающих команды на дополнительные перемещения исполнительных узлов ПР и
загрузочного устройства);
2) пассивным (с применением
кинематических элементов и приспособлений, устанавливаемых обычно
непосредственно на сборочном загрузочном устройстве или на инструменте и
обеспечивающих автопоиск сопрягаемых поверхностей; при этом для реализации
автопоиска на сопрягаемых деталях необходимо иметь соответствующие
вспомогательные поверхности - фаски, скосы и т.п.).
Установка плоских прокладок
из листового материала производится с помощью электромагнитных или
вакуумных захватных устройств. Вакуумные захватные устройства обеспечивают
большую точность установки и могут работать с прокладками из любого материала.
Широкое распространение получили
различные конструкции устройств для автоматической сборки резьбовых
соединений. Эти устройства имеют ряд преимуществ, которые особенно важны
для роботизированной сборки. К ним можно отнести универсальность, многообразие
готовых конструкторских решений, небольшие габаритные размеры.
В резьбовом соединении следует
различать детали, в которых стержень имеет наружную нарезку резьбы (болт, винт,
шпилька), и детали, имеющие резьбовые отверстия (гайка, любая деталь с
резьбовым или рядом резьбовых отверстий). Разделение деталей в резьбовом
соединении на два вида диктуют различные методы подачи, базирования и фиксации
в процессе сборки.
Осуществление сборки резьбовых
соединений требует выполнения двух движений: поступательного и вращательного. При
проектировании средств автоматизации существенное значение имеет выбор
прогрессивного способа сборки, который определяется методами базирования и
относительного ориентирования собираемых деталей, методами воздействия на
объекты сборки (на резьбовые детали).
Существуют два основных
метода относительного ориентирования собираемых деталей: в первом
используется базирование по неподвижным базам, во втором - одну из собираемых
деталей или обе сразу базируют в подвижных базах.
Список литературы
1.
Роботизированные технологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов,
И.Г. Левченко, В.А. Фадеев - Учеб. Пособие. - Харьков. Нац. аэрокосмический
университет "ХАИ", 2003. - 214с.
2.
Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкие
производственные системы. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 309с.
3.
Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. - М.: Машиностроение,
1984. - 384с.
4.
Гибкое автоматическое производство / под. ред. С.А. Майорова. - М.: Машиностроение,
1985. - 456с.
6.
Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированными
производствами / под. ред. Н.М. Макарова, - М.: Радио и связь, 1981, ч.3 - 156с.
7.
Широков А.Г. Склады в ГПС. - М.: Машиностроение, 1988. - 216с.