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