что такое ртк в машиностроении

Глава 5. Роботизированные технологические комплексы в машиностроении

5.1. Основные типы роботизированных технологических комплексов

Промышленные роботы (ПР) призванные заменить ручной труд человека машинным трудом, являются принципиально новым технологическим средством, позволяющим завершить комплексную автоматизацию производства и придать последнему свойство гибкой переналадки на различные технологии и изготовляемые изделия. Снабженные роботами технологические ячейки, участки, линии именуются роботизированными технологическими комплексами (РТК). Разнообразие производственных процессов в машиностроении и приборостроении, местных условий производства, серийность и пр. определяют соответственно различные типы роботизированных технологических комплексов.

При классификации РТК будем руководствоваться следующими признаками:

Рассмотрим основные типы РТК, приведенные в табл. 5.1.

Таблица 5.1

1. Классификация РТК по типу роботизированного подразделения основывается на количественной характеристике выполняемых комплексом технологических операций. Простейшим типом РТК, который лежит в основе всех более крупных роботизированных комплексов вплоть до целых предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ). В ней выполняется минимум основных технологических операций. При этом число единиц технологического оборудования и ПР в составе РТЯ невелико, но строго оно не регламентируется. В частности, в РТЯ может совсем отсутствовать технологическое оборудование, когда основную операцию выполняет непосредственно ПР или, напротив, ПР может быть несамостоятельной единицей, а конструктивно объединенным с основным технологическим оборудованием.

Следующим более крупным основным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он характеризуется выполнением нескольких основных технологических операций, которые объединены этим участком технологически, конструктивно (оборудованием) и (или) организационно (управлением). Эти операции могут быть одинаковыми или различными. Если (в последнем случае) они технологически связаны, такой комплекс представляет собой роботизированную технологическую линию (РТЛ). Операции могут быть разными, но не связанными технологически в определенную последовательность, а объединенными на участке по другому признаку (например, по принадлежности к одному виду технологического процесса, по используемому оборудованию и т. п.).

Простейший РТУ может включать несколько единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним ПР (неподвижным с размещением оборудования вокруг ПР или подвижным, перемещающимся вдоль ряда единиц оборудования). Но такой РТУ, где ПР выполняет основную технологическую операцию (например, сборку), включает обычно несколько ПР, которые последовательно выполняют сборку одного изделия.

Следующим по сложности РТУ является участок, включающий несколько единиц технологического оборудования и обслуживающих их одинаковых ПР. Дальнейшим усложнением РТУ будет совместная работа на участке ПР различных типов.

Большой системой РТК является цех, состоящий, например, из нескольких РТУ, автоматизированных складов и связывающих их транспортных ПР. Пределом развития роботизированного производства является комплексно роботизированный завод (см. п. 5.4).

3. Классификация РТК по виду роботизируемого технологического процесса, проведенная в поз. 3 (табл. 5.1), определяет варианты РТК для разных видов технологических процессов. Этим, разумеется, не исчерпываются все возможные виды последних.

6. Классификация РТК по компоновке комплекса определяет размещение технологического оборудования и ПР. При этом в табл. 5.1 приведены основные (базовые) типы компоновок РТК. При простой линейной компоновке оборудование комплекса располагается в один ряд (по линии), а объемная компоновка означает его расположение на нескольких этажах.

Централизованное управление может осуществляться от стандартной ЭВМ или от специального устройства управления.

Децентрализованное управление осуществляется с помощью совокупности местных устройств управления, которые связаны друг с другом с целью взаимной координации. Простейшим вариантом такой координации является увязка по времени начала и конца отдельных операций (включая выдачу команд и блокировок). Более сложные формы взаимосвязи осуществляются в функции различных параметров, характеризующих реализуемый технологический процесс.

Комбинированное управление предполагает наряду с централизованным управлением наличие местных устройств управления. Такая система управления может быть одноуровневой, когда сигналы управления, поступающие из центра, и сигналы, вырабатываемые местными устройствами управления, комбинируются на одном уровне, и иерархической (многоуровневой), когда местные устройства управления подчинены центру. При этом число уровней иерархии управления может быть более двух, увеличиваясь по мере усложнения комплекса. Все эти варианты управления РТК могут быть программными и адаптивными как в отношении основного технологического оборудования, так и роботов.

Во всех случаях важнейшими элементами РТК являются устройства сопряжения ПР с остальным технологическим оборудованием. Наибольшей технологической оснастки в этом смысле требуют роботы первого поколения для строго упорядоченной подаче деталей.

Свойство легкой переналаживаемости ПР на различные операции связано определенным программным обеспечением, которое представляет также одну из важнейших задач при роботизации производства, причем его характер зависит также от всех перечисленных в табл. 5.1. факторов.

Источник

Роботизированный комплекс

Если проще, то РТК может состоять из одного или нескольких промышленных роботов, выполняющих взаимосвязанные задачи. Отметим, роботизированные комплексы, созданные для гибких производственных систем, должны уметь автоматически перестраиваться и встраиваться в уже существующую рабочую схему.

В целом, выделяют три основных вида роботизированных комплексов:

1. РТК первого типа. Они образуются на базе промышленного робота и вспомогательных устройств. В этом случае робот загружает и разгружает оборудование.

2. РТК второго типа. Они состоят из нескольких промышленных роботов, а также второстепенных устройств. При этом, промышленные роботы в этом случае кроме разгрузки и загрузки выполняют транспортировку деталей между операциями.

3. В РТК третьего типа промышленные роботы кроме вышеперечисленных функций занимаются и иной работой.

Отметим, что особой популярностью на современных предприятиях пользуется именно РТК-1. Его используют около 90% производств.

Проблемы внедрения на предприятие роботизированного комплекса первого типа, по большому счету, те же, что и при использовании “классических” промышленных роботов. В современных реалиях из-за них РТК-1 часто остаются, как говорится, не у дел:

Все эти трудности решаются с внедрением в состав роботизированного комплекса первого типа коллаборативных промышленных роботов.

Благодаря специальным датчикам, которые останавливают его при столкновении, коботы становятся безопасными для человека.

Кроме того, промышленные коботы имеют открытую архитектуру, что позволяет существенно расширять их возможности. Сегодня многие компании предлагают готовые решения для такой техники: захваты, техническое зрение, программы и многое другое. В итоге пользователь кобота вполне может настраивать своего робота на разную работу без особых затрат и усилий.

Преимущества коллаборативных роботов:

Если использовать в структуре РТК коллаборативных роботов, то предприятиеможет получить следующие плюсы :

Год от года робототехника становится все более доступной для любых предприятий. Это одна из причин стремительно растущей автоматизации промышленности.

За последний десяток лет лет роботы стали дешевле почти на 30%. Эксперты прогнозируют, что в ближайшее время робототехника станет доступнее еще более чем на 20%.

Из всего вышеперечисленного можно сделать несколько выводов. Одним из главных будет то, что роботы удачно заменяют людской труд. Каждая машина может взять на себя работу нескольких десятков живых сотрудников. Кроме того, не стоит забывать и об экономической стороне вопроса: роботы обходятся компаниям дешевле, чем люди. Условно за 12 лет использования, роботы полностью окупаются, а также способствуют увеличению выработки той или иной продукции.

Таким образом, можно сказать, что классическое понятие сорокалетней давности РТК-1 сегодня обретает новую жизнь благодаря использованию коллаборативных промышленных роботов.

Специалисты компании Technored проконсультируют вас и помогут определиться с тем или иным оборудованием, исходя из поставленных задач.

Источник

Роботизированные технологические комплексы

1. Общие сведения о роботехнических комплексах

При обработке деталей на станках промышленные роботы используют главным образом для автоматизации вспомогательных процессов, связанных с обеспечением потоков заготовок и инструментов. Основные варианты применения промышленных роботов при автоматизации обработки на станках: для обслуживания одного станка в составе гибкого производственного модуля, для обслуживания группы станков, образующих гибкий автоматизированный участок, для обслуживания группой роботов гибких автоматизированных линий.

В составе гибкого производственного модуля промышленный робот обслуживает, как правило, три позиции: загрузочную позицию накопителя заготовок; рабочую позицию станка и разгрузочную позицию транспортера или накопителя деталей. Фактическая производительность обрабатывающего модуля определяется коэффициентом использования станка к_ст, который зависит от длительности T_p его обслуживания роботом, отнесенной к общей продолжительности T₀ обработки детали на станке: к_ст = I – T/T₀.

Общее время простоя станка в основном определяется временем манипулирования заготовкой и деталью. Для сокращения времени простоя необходимо либо увеличить скорости движения манипулятора и уменьшить общую длину перемещений его рабочего органа, либо совместить время манипулирования с рабочим циклом станка, создав рациональную компоновочную схему РТК.

Робототехнический комплекс использующий консольный робот 3 (рис. 1) является распространенным способом транспортировки деталей. При этом транспортные линии 2 представляют собой полную окружность или дугу. Оборудование 1 размещается по окружности.

Рис. 1. РТК с консольным роботом:

Очевидно, подобные компоновочные решения позволяют компактно разместить станки на производственной площади, имеют малые капитальные вложения, но обладают и определенными недостатками: стесненность компоновки, ограничено число обслуживаемых станков, малая грузоподъемность, необходимость согласования циклов обработки для ликвидации простоев

Роботизированный технологический комплекс использующий портальный робот (рис. 2) обеспечивает гибкость транспортной системы в подобных компоновочных решениях, однако, расширение системы проблематично.

Рис. 2. РТК с портальным роботом: 1 – станки; 2 – транспортер; 3 – портальный робот; 4 – бункеры.

При использовании в составе РТК транспортной тележки (рис. 3) трассу движения делают прямолинейной, участок обслуживает одна тележка, нет возможности для обгонных путей. Оборудование располагается с одной или двух сторон. Применяется транспортная система достаточно широко, так как требует меньших капитальных затрат, характеризуется большой грузоподъемностью, производительностью и надежностью. Часто сочетается с другими видами транспорта.

Рис. 3. РТК с рельсовой тележкой: 1 – станки; 2 – бункер; 3 – тележка

Если в РТК используют роликовый конвейер (рис. 4) то, транспортные линии предусматривают прямолинейными, часто образующими замкнутые системы с поворотными столами в конце ветви. Производительность конвейерных линий транспортной системы достаточно высока, как и надежность, однако гибкость значительно ниже, чем у других видов транспорта.

Рис. 4. РТК с роликовым конвейером: 1 – станки; 2 – конвейер.

2. Выбор объекта роботизации

Автоматизация заготовительного и механообрабатывающего производства на основе использования промышленных роботов носит название роботизации. Основными этапами роботизации являются:

Целесообразность роботизации определяется производственными и социальными требованиями. К производственным требованиям относят: повышение производительности оборудования (участка, цеха, производства); повышение качества обработанной детали и изделия; улучшение организационноэкономических условий управления технологическими и производственными процессами; уменьшение трудоемкости, себестоимости изготовления деталей и изделия.

К социальным требованиям относят: высвобождение рабочих от утомительного, монотонного, тяжелого физического труда; ликвидацию вредных условий производства; высвобождение рабочих с вредных участков производства; уменьшение дефицита рабочей силы.

Роботизация удовлетворяет большинству перечисленных требований и имеет следующие достоинства по сравнению с обычными способами автоматизации механообрабатывающего производства: способствует развитию унификации средств технологического оснащения и методов управления производственными системами; способствует более широкому применению принципов типизации технологических процессов и операций; обеспечивает большую гибкость производственных систем; снижает затраты на проектирование и изготовление оборудования для автоматизированных производств, так как в PTK можно применять универсальные промышленные роботы, серийно выпускаемые промышленностью; PTK достаточно легко объединяются с АСУ ТП и АСУП. Помимо этого роботизация в ряде случаев является единственно доступной и быстро осуществимой формой автоматизации процессов механической обработки деталей.

При выборе объекта роботизации предварительно выбирают операции обработки или технологические процессы; определяют цель роботизации; комплексно анализируют выбранную операцию или технологический процесс; определяют тип ПР, его основные технические данные; разрабатывают варианты структуры РТК; оценивают надежность РТК; ориентировочно осуществляют технико-экономический анализ эффективности роботизации и выносят окончательное заключение о целесообразности роботизации намеченного объекта.

При определении целей роботизации следует учитывать, что роботизация должна удовлетворять производственным и социальным требованиям к данному объекту в течение продолжительного времени (не менее 5 – 7 лет). Комплексный анализ выбранного объекта – важнейший этап роботизации, в процессе которого не только определяется возможность применения промышленного робота, но и обосновываются требования по технологичности операций обработки и конструкции деталей. При комплексном анализе учитываются организационные и технологические факторы. Анализ и выявление организационных факторов сводится к определению: типа производства (единичное, мелкосерийное, крупносерийное, массовое); возможности организации производства с использованием поточных форм работы, групповых методов обработки; числа партий обрабатываемых деталей для условий многономенклатурного производства; такта выпуска деталей; схем движения материалов, заготовок и т.д.; числа смен в день. Анализ организационных факторов позволяет укрупненно оценить возможность применения той или другой конструкции промышленного робота как по быстродействию, так и по легкости переналадки его на изготовление другой детали.

К технологическим факторам, учитываемым при создании РТК, относятся: выбор вида заготовок, технологического оборудования, технологической оснастки (приспособлений, инструмента); определение структуры времени технологических операций и процессов, функций рабочих в обычном и роботизированном производствах. Выявляются следующие характеристики заготовок: масса, вид заготовки (прокат, штамповка, отливка и т.д.), материал, точность заготовок, конфигурация, габаритные размеры; изменение массы заготовки от одной операции к другой. Эти данные позволяют оценить возможность применения той или иной модели робота по грузоподъемности, точности позиционирования, точности установки заготовок на станок, определить размерные параметры рабочей зоны, тип системы управления промышленным роботом. При этом разрабатывают требования к изменению конструкции детали, наиболее удовлетворяющие условиям подачи, накопления и вывода детали из РТК.

Анализ организационной формы и структуры времени операций технологического оборудования необходим при предварительной разработке структуры РТК, т.е. при определении, будет ли разрабатываться гибкий производственный модуль (ГПМ) (РТК является частным случаем ГПМ) или гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) или участок (ГАУ) с использованием ПР. При этом определяются также характер и средства межоперационного перемещения предмета труда, обеспеченность РТК средствами контроля, инструментами и приспособлениями. Анализ структуры норм времени позволяет определить количественный состав оборудования, обслуживаемый одним роботом, и проверить требования по быстродействию, составу степеней подвижности и типу устройства управления ПР.

Анализ функций рабочих сводится к выявлению: специфических, ручных приемов при установке заготовок в приспособление; ручных операций по подготовке заготовок перед обработкой (зачистка заусенцев, смазывание и т.д.); необходимости очистки установочных элементов приспособления от стружки; состава контрольных операций, включая визуальный контроль обработки. Эти факторы учитывают при определении характеристик ПР (состава степеней подвижности, степени адаптации), конструктивных особенностей рабочих органов ПР (захватных устройств), а также необходимости введения в состав РТК автоматического оборудования для выполнения контрольных операций, подготовительных и доделочных переходов обработки (например, снятие заусенцев), устройств для удаления стружки, подачи смазочно-охлаждающей жидкости и т.д.

3. Системы управления роботизированными комплексами

В однопредметных непрерывно-поточных линиях, при закреплении за каждой единицей оборудования одной операции рекомендуется применять промышленные роботы с цикловыми системами.

На этих линиях обеспечивается механизированное транспортирование предметов труда; оборудование работает непрерывно в течение двух смен; время пролеживания деталей между станками минимально.

Промышленные роботы с аналого-позиционными системами применяют:

Промышленные роботы с числовыми позиционными системами используют:

Промышленные роботы с контурными системами при механической обработке применяют как основное оборудование; с помощью этих ПР выполняются операции полирования, снятия заусенцев и т.д. Эти роботы могут также выполнять загрузку и разгрузку станков. Их используют в поточных линиях всех типов.

Варианты структуры PTK разрабатываю на основе результатов комплексного анализ технологических операций и процессов, выбора моделей ПР и их функций. В общем случае ПР в составе PTK механической обработки выполняет следующие функции: загрузку, разгрузку основного и вспомогательного оборудования; основные операции по снятию заусенцев и т. п.; ориентацию заготовки в пространстве перед установкой в приспособление, укладкой в приемное устройств и т.д.; транспортирование заготовки от станка к станку; управление рабочими циклами основного и вспомогательного оборудования Операция установки заготовки включает в себя захватывание ее из подающего или приемно-передающего устройства (магазина, накопителя и т.д.), ориентацию в пространстве, перемещение к станку и установ в приспособление (патрон, в центры) или на промежуточное устройство (призму). Цикл начинается с опроса станка о готовности повторения) цикла и получения обратной команды о готовности

Разработка структуры РТК включает определение качественного и количественного состава основного и вспомогательного технологического оборудования, закрепленного за каждым ПР, необходимого основного и вспомогательного технологического оборудования; проверку функциональных возможностей ПР при реализации алгоритма PTK, разработку недетализированной циклограммы и определение такта РТК, определение производительности PTK и сопоставление ее с требуемой по программе.

4. Роботизированные комплексы для обработки деталей различных геометрических форм

В табл. 1 и на рис. 5 и 6 показаны PTK токарной обработки деталей завода «Красный пролетарий». Эти PTK комплектуются ПР, пристраиваемыми к станку (М10П.62.01) или напольного типа (мод. М20П.40.01). Технические характеристики этих ПР приведены в табл. (2). Схемы перемещения рабочих органов приведены на рис. 7.

Таблица 1. Роботизированные технологические комплексы, применяемые в механообрабатывающем производстве

Рис. 5. Роботизированный технологический комплекс на базе станка 1720ПФ30 с напольным промышленным роботом М20П.40.01. тактовым столом и устройством быстрой смены резцовых головок с помощью ПР

Рис. 6. Типовые планировки РТК на базе патронно-центрового станка 16К20Ф3 с ЧПУ: а – РТК 16К20ФЗР132 с ПР М10П.62.01, с УЧПУ для станка 2Р22 и для робота «Контур» с тактовым столом СТ220; б – РТК 16К20ФЗР232 на базе токарного патронного станка 16К20РФ3 с ЧПУ с ПР М20П.40.01, с УЧПУ для станка 2Р22 и для робота «Контур» с тактовым столом СТ350

Рис. 7. Схемы перемещений рабочих органов по координатным осям ПР: а – М10П.62.01; б – М20П.40.01

Технические возможности роботов определяются типом используемого поворотного блока. Блок Б имеет диапазон перемещений 0 – 90° (исполнение I) или 0 – 180° (исполнение II); блоки В и Г – ( – 90°) ÷ 180°. Точки фиксированного положения для блока Б – 0°; 90° (исполнение I); 0°; 180° (исполнение II); для блока В – 90°; 0°; ( – 90°); 180°; для блока Г – через каждые 1,5°. В зависимости от блока, которым комплектуется ПР, деталь можно обрабатывать с двух установов без кантования или с промежуточным кантованием заготовки между двумя установами. ПР комплектуются захватными устройствами (рис. 8 табл. 3) различной грузоподъемности и с двумя диапазонами перемещения захвата. При переходе с одного диапазона захвата на другой требуется переналадка, что необходимо учитывать при подборе номенклатуры деталей, обрабатываемых на РТК. При выборе типа захватного устройства необходимо сравнить момент от массы каждой заготовки с допустимой величиной (табл. 4).

Рис. 8. Захватные устройства к ПР М10П.62.01 (типы захватов: а – С01, С02; б – С07; д – С08) и М20П.40.01 (типы захватов: в – С05; г – С06)

Тактовый стол (CT) предназначен для хранения запаса заготовок и подачи их в зону захвата ПР.

Таблица 2. Техническая характеристика промышленных роботов М10П.62.01 и М20П.40.01

Источник