Основы гибкой автоматизированной технологии

1) Загрузочно-разгрузочные работы.

Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки для литья, резки и ковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.

2) Перенос изделий  с одной производственной установки на другую.  
        Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного производственного участка на другой. И при выполнение таких перемещений роботы играют немаловажную роль.  
        3)Упаковка. 
        Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделия и помещать в какую-либо тару. 
        4)Погрузка тяжелых предметов на конвейер или палеты. 
        Помимо упаковки миниатюрных изделий, а также промышленных и бытовых товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. По существу они здесь заменяют подъемно-транспортные машины, управляемые оператором-человеком.

Обработка деталей и заготовок.

Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов, и нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач.

1)Сварка.

Эта операция чаще всего выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования инструментом. Роботы могут осуществлять два вида сварки: точечную контактную и дуговую. В обоих случаях робот удерживает сварочный пистолет, который пропускает ток через две соединяемые металлические детали.

В соответствии с управляющей программой, сварочный пистолет может перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.

При очевидных преимуществах такого использования роботов существует ряд и серьезных технических проблем. Запрограммировать робота весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут меняться, например, в зависимости от толщины свариваемого материала или от того, какую форму имеет прокладываемый шов - прямую или криволинейную.

Также необходимо сконструировать фиксаторы, удерживающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный пистолет держит человек, он способен учитывать незначительные смещения заготовки. Сварщику-человеку лишь слегка сместит инструмент, с тем чтобы выполнить шов в заданном месте. Робот же не способен принимать подобные решения, если фиксаторы допускают перекос или смещение, то существует вероятность того, что сварные швы будут расположены с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.

Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размера, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью автоматики, допуски на детали, изготавливаемые на других участках предприятия, должны быть минимальными.  
        

2) Обработка  резаньем.

2.1) Сверление. 

Как правило, операцию сверления осуществляют на станке. При использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент, который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали, высверливая отверстия в нужных местах. Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях, когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий.

Операции сверления играют значительную роль в производстве самолетов: они предшествуют клепке, при которой в отверстия вставляются миниатюрные зажимные детали, скрепляющие между собой два листа металла. В деталях самолетов необходимо проделывать сотни, а то и тысячи отверстий под заклепки, и вполне естественно, что такую операцию поручили роботу.

2.2) Бесконтактная обработка заготовок.

Из-за малой жесткости и недостаточной твердости, роботы не могут проводить обработку твердых материалов резаньем. Поэтому инженеры изучают бесконтактные методы обработки материалов, подобных металлу или пластику. Для этой цели, в частности, используется лазер. В рабочем органе робота закреплен прибор, который направляет высокоэнергетическое когерентное излучение лазера (для чего нередко используется волокно-оптическая система передачи) на обрабатываемую заготовку. Лазер может с высокой точностью резать пластины из металла, в частности стали. Робот перемещает рабочий орган над обрабатываемым листовым материалом по траектории, определяемой программой. Программой же регулируется интенсивность светового луча в соответствии с толщиной нарезаемого материала. 
        Другой бесконтактный метод резанья основан на использовании струи жидкости. Такой подход впервые применила компания “Дженерал моторс”. На ее заводе в Андриане установлена система с 10 роботами, изготавливающая пластмассовые детали нефтеналивных цистерн. Восемь из десяти роботов направляют водяные струи под высоким давлением на перемещаемые конвейером пластмассовые листы. Эти струи прорезают в исходном материале ряд отверстий и щелей, а также удаляют лишние элементы пластмассовых прессованных деталей. по утверждению представителей компании “Дженерал моторс”, подобная роботизированная система весьма экономична, поскольку исключает износ инструмента и позволяет повысить качество операций резанья. Поскольку система управляется программой, которая находится в памяти центрального компьютера, для контроля и обслуживания всех 10 роботов требуется только два оператора.

3) Нанесение  различных составов на поверхность.

На большинстве предприятий после таких операций, как резанье, производится обработка поверхности только что изготовленных деталей (чаще всего окраска). Это еще один тип производственных операций, которые способен выполнять робот, если его оснастить пульверизатором. В память робота закладывается программа, обеспечивающая выполнение определенной, многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно программа регулирует скорость разбрызгивания краски. В результате на поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие, причем нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски, чем человек, которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей среды, а также нанесение клеевых составов на поверхность деталей подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали возможность применения последней операции на этапе окончательной “подгонки” готовых узлов, в частности при монтаже таких элементов, как хромовые вкладыши на кузове автомобиля . При выполнении подобных операций робот помещают в оболочку, которая защищает его от попадания клея и других связующих веществ. Его также можно “обучить” тому, чтобы он время от времени самостоятельно очищался, погружая захватное приспособление в очищающую жидкость.

4) Чистовая обработка.

Самой “непопулярной” операцией в механообработке, которая к тому же труднее поддается автоматизации, является, пожалуй, удаление заусенцев, посторонних частиц и зачистка. Такая чистовая обработка весьма непростая процедура. Рабочий подносит обрабатываемую деталь к абразивному инструменту, который стачивает острые края и шероховатости на поверхности изделия. Данная процедура занимает важное место в технологическом процессе , однако выполнять ее вручную весьма непросто. 
        Возможности использования роботов для окончательной обработки изделий исследовались во многих странах. Основная трудность здесь состоит в том, что роботы не обладают естественной для человека способностью контролировать качество своей работы, робот не может менять последовательность своих действий, если он не снабжен соответствующими датчиками. Английская фирма, специализирующаяся на изготовлении соединительных элементов водопроводных труб, осуществила проект, который позволил оснастить робот простейшей системой машинного зрения в виде телевизионной камеры. Предположим, робот держит какую-то деталь, например латунный водопроводный кран; телекамера передает изображение крана в компьютер, который в свою очередь регулирует прижатие шлифовального ремня, стачивающего неровности на поверхности этой литой детали. Кроме того, компьютер управляет перемещением манипулятора робота. Таким образом, действия всех компонентов системы - телекамеры, основного манипулятора, регулирующего прижатие шлифовального ремня, взаимно скоординированы.

5) Испытания  и контроль.

После того как изготовлена деталь или смонтировано несколько узлов, обычно проводится их испытание с целью выявления возможных дефектов. Тщательному контролю подвергаются линейные размеры деталей. Все измерительные операции являются частью повседневных задач, решаемых на всех предприятиях мира. Роботы способны облегчить их выполнение. Для этой цели роботы оснащаются миниатюрными оптическими датчиками; как правило, это светодиоды, объединенные с полупроводниковыми светочувствительными приборами. Облучая проверяемую поверхность лучом определенной частоты, подобный датчик принимает отраженное от поверхности излучение, имеющее туже частоту. Робот, в соответствии с заложенной в нем программой, перемещает датчик от одной точки контролируемого изделия к другой. По результатам измерения интервала времени между моментом испускания светового импульса и его приема после отражения рассчитывается форма проверяемой поверхности. Все эти действия выполняет компьютер данной автоматизированной системы. 
        Операции подобного рода позволяют избежать использование таких инструментов, как микрометры и штангенциркули. Подобные робототехнические средства впервые использовала компания “Дженерал моторс” для контроля формы и размеров автомобильных деталей. При использовании такой роботизированной системы отпадает необходимость в отправке изделий на специальные пункты контроля качества - соответствующие процедуры можно осуществлять непосредственно на конвейере , не прерывая производственного процесса.

Сборка.

Большой объем работ современных предприятий приходится на сборочные операции, однако многие из них требуют особо мастерства и слишком сложны для машины. В связи с этим значительная часть сборки до сих пор выполняется вручную. Тем не менее, ряд сборочных процессов уже автоматизирован; это относится главным образом к относительно простым и многократно повторяющимся операциям, выполняемыми работами.

3 Основы роторной технологии обработки изделий

Высокой формой автоматизации и механизации технологических процессов является комплексная автоматизация производства, которая основывается на применении роторной технологии обработки. В роторной машине основным элементом является ротор с инструментальными блоками. При вращении технологического ротора вокруг вертикальной оси происходит непрерывная обработка деталей, подаваемых транспортером. Транспортный ротор обеспечивает передачу деталей на обработку в инструментальные блоки; съем обработанных изделий и передачу их на другие технологические роторы. Наилучшие возможности такой автоматизации имеют процессы, у которых: высокая степень концентрации технологических операций за счет многопозиционной и мало инструментальной обработки, которую можно совместить во времени; непрерывное транспортирование обрабатываемых объектов, совмещенное с их технологической обработкой. Принципиальные возможности автоматизации таких технологических процессов обеспечивают роторно-конвейерные технологии обработки. В них отдельные операции выполняются в обслуживающих роторах. Для этого инструментальные блоки монтируют в гнездах гибкого цепного конвейера, который огибает обслуживающие роторы.

Что же представляет собой роторная линия? Конструкция и принцип действия роторных автоматических линий существенно отличаются от конструкции и принципа действия обычных автоматических линий. Обработка деталей на них совершается в процессе совместного транспортного движения предмета обработки и инструмента.

Конструктивно такие линии состоят из группы тех или иных инструментов, установленных не на подвижной станине, а на каком-либо транспортном устройстве (цепном конвейере или чаще всего на барабане-роторе), обеспечивающем непрерывное их движение по замкнутой траектории, например по окружности. К каждому инструменту на определенном участке его пути поступает предмет обработки. На следующем участке инструмент обрабатывает этот предмет, а затем предмет поступает на следующую операцию.

Не видя роторной автоматической линии, почему-то представляешь себе длинный ряд станков, связанных между собой транспортными устройствами. А в действительности — это плотно скомпонованный, словно сжатый в кулак, механизм, выполняющий многочисленные операции сложного технологического процесса.

Невольно хочется сравнить роторную машину с небольшой турбиной или с часовым механизмом. Роторы вращаются без отдыха, как роторы турбины или шестеренки в часах, с точностью хорошо выверенных хронометров.

Основными элементами роторных линий являются рабочие и приемно-питающие роторы. Расположенные между рабочими роторами, они непрерывно вращаются и не только подают заготовку к инструменту, но и снимают готовые изделия. На них лежит и еще одна обязанность — межоперационная транспортировка изделий. Таким образом, заготовка, попав на первый рабочий ротор и пройдя соответствующую обработку, не останавливается, как это происходит на обычной автоматической линии, а передается с помощью приемно-питающих роторов на второй, третий и последующие рабочие роторы до конца линии.

Отличительная особенность роторных автоматических линий — это непрерывность технологического процесса. Такая непрерывность обеспечивает высокую производительность.

Роторные автоматические линии можно использовать как в мелкосерийном, так и в массовом производстве. В последнем случае необходимо только использовать ротор с увеличенным числом инструментов.

В роторных машинах можно обеспечить и высокую производительность, сохраняя при этом сколь угодно большую длительность цикла операций и применяя оптимальные технологические режимы, при которых рабочий инструмент приобретает наибольшую стойкость. Кроме того, поскольку в роторных машинах увеличение продолжительности операций не влечет за собой снижения производительности, можно предусмотреть время, необходимое для автоматической смены инструмента без остановки машины. В этом случае даже при недостаточной стойкости инструмента может быть достигнут коэффициент использования отдельной роторной машины, практически близкий к 100 процентам. Это обеспечивает, в свою очередь, при объединении 15—20 роторных машин в автоматическую линию коэффициент ее использования порядка 90—95 процентов, т. е. позволяет получить линию, обладающую более высокой работоспособностью, чем однооперационные машины прерывного действия.