Материал: Курсовое проектирование по автоматизации, робототехнике и ГПС кузнечно-штамповочного производства. Антонов С.И., Бойко А.Ю

Отключение системы происходит при наличии заготовки в зоне штампа, а также когда рука робота находится в рабочей зоне штампа, в то время как по циклограмме ПР должен отрабатывать другой элемент программы.

Это тот минимум блокировочных устройств, который должен быть предусмотрен при эксплуатации подобных РТК, Следует иметь в виду, что затраты, связанные с установкой блокировочных систем, как правило, незначительны, а наличие их позволяет увеличить надежность и безопасность работы системы,

Для перевода пресса с режима работы с оператором на автоматический режим был создан блок переключения рода работ.

Применение РТК на этой операции позволяет без перестройки комплекса (кроме смены штампа) изготовлять три типа экранов, исключает непосредственный контакт человека с прессом, что снижает потенциальную возможность травматизма, высвобождает производственных рабочих, повышает коэффициент сменности работы оборудования, Экономический эффект составляет 25000 руб, в год.

Для увеличения производительности комплекса можно увеличить быстродействие манипулятора ПР, а также совместить транспортные движения (поворота и радиального перемещения руки). Кроме того, компоновка описанного комплекса и циклограмма его работы показывают, что для обратного выдавливания экранов оптимальной является компоновка, состоящая из пресса и манипулятора РФ-201М с двумя рабочими модулями, осуществляющими загрузку заготовок в матрицу штампа. Это модули подъема и радиального перемещения руки, Использование такой компоновки позволит сократить время загрузки заготовок на 25 % при том же быстродействии манипулятора ПР.

Учитывая многооперационность процесса изготовления экранов, РТК с двумя модулями ПР не пригоден для встраивания его в линию, так как не обеспечивает необходимых трех перемещений схвата.

13. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РТК ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Повышение производительности РТК листовой штамповки связано со следующими направлениями в роботостроении:

• повышением быстродействия ПР;

• оптимизацией циклограмм работы РТК;

• повышением надежности и расширением функциональных возможностей как РТК, так и его технических средств;

• сокращением времени переналадок технических средств РТК за счет обработки партий заготовок оптимальных размеров.

Повышение быстродействия цикловых ПР осуществляется как путем оптимизации уже известных конструкций и условий их работы, так и путем создания новых конструкций, Оптимизация известных конструкций заключается в моделировании работы ПР на ЭВМ и определении параметров и режимов рабсил, которые обеспечат максимальное быстродействие и заданные показатели нофешности, При создании новых конструкций необходимо выполнять математическое моделирование механизма ПР, его приводов и системы управления, а так же всей системы ПР, моделирование которой определит оптимальные параметры и характеристики.

Оптимизация циклограмм работы РТК заключается также в магматическом моделировании различных режимов работы РТК при заданной ирии шодительности прессового и вспомогательного оборудования и быстродействия ПР,

Па стадии разработки ПР показатели надежности находят из аналитическихих зависимостей между критериями прочности, жесткости и показателями надежности, что позволяет обоснованно выбирать параметры прочности, жесткости и устойчивости при проектировании механической системы ПР, Для определения показателей надежности ПР необходимым условием является проведение комплексных испытаний, максимально приближенных к условиям его эксплуатации, Анализ надежности работы всех ПР позволит выявить элементы, оказывающие наибольшее влияние на интенсивность отказов, и выработать конкретные меры повышения надежности, Задачи инженерного проектирования РТК требуют взаимосвязанного рассмотрения вопросов работы оборудования, структур процессов и организации их взаимодействия с потоком проходящих через РТК заготовок, что требует выполнения расчетов оптимальных партий запуска деталей.

Использование уравнений движения механизма ПР для оптимизации усилий, развиваемых его приводами.

Покажем, как уравнения движения манимпулятора могут быть использованы для решения задач оптимизации усилий в приводах на примере манипулятора, кинематическая схема которого изображена ни рис,74, Учитывая, что согласно уравнениям движения (12) подъем руки от ее выдвижения и от вращения колонны не зависит, исследуем случай, когда изменяются одновременно только две обобщенные координаты ψ и у1, Предположим, что изменение этих координат начинается и кончается одновременно и что соответствующие обобщенные скорости достигают своих максимальных значений в один и тот же момент времени.

Р ис 73. Кинематическая схема механизма манипулятора ПР

Будем считать, что обобщенные скорости изменяются по закону треугольника, Трением пренебрегаем,

Найдем такие промежутки времени разгона и времени торможения, при которых максимальный момент М пары сил, приложенных к колонне, минимален,

Выразим максимальное значение момента М через время разгона t_р и время торможения t_y и запишем формулы, определяющие такие значения t_р и t_y при которых максимальные моменты минимальны, Подставляя в уравнение t = t_р получим

где

Тогда, дифференцируя по времени, получим

Следовательно, максимальный вращающий момент в период разгона при увеличении координаты будет минимален, если время разгона определяется формулой

или окончательно

Минимальное значение максимального момента выражается соотноношением

Оно зависит от конструктивных параметров робота, от максимальных обобщенных скоростей, а также от начального положения руки, Для параметров робота, указанных выше,

Рис 74. Графическая зависимость оптимального времени разгона от начального положения руки

зависимость оптимального времени разгона (при выдвижении руки) от начального положения руки показана на рис, 75, В частности, если у₁₀ = 0, ν_3mах = 1 м/с, то t _{р орt} = 0,38 с, а М_{р min i max} = 15 Н·м,

Если поступить аналогично с выражением (раздел 5), устанавливающим связь тормозящего момента со временем при условии увеличения координаты у1, то получим

Где

После дифференцирования;

Следовательно, максимальный вращающий момент в период торможения при выдвижении руки будет минимален, если время торможения определяется формулой

или окончательно

Минимальное значение максимального момента выражается соотношением

Например, если принять, что у₁₀ = 0, ν_3mах = 1 м/с;С, t_р = 0,38 с, то t_Topt = 1,04 с, | М_Т |_{min i max} = 9,05 Н∙м.

Найдем такое значение t_T, при котором модуль момента М_Т не превышает величины М_{р,min i max}, Обозначая последнюю через М₀ на основании равенства (28) получим

Откуда

Если принять, что М =15 Н∙м, то при указанных выше параметрах найдем: t_Т1 = 0,284 с; t_Т1 = 3,96 с, Второе значение намного увеличивает время движения по сравнению с t_Тopt, Поэтому учтем только первое значение, Итак, если время торможения 0,284, 1,04 с, то момент М_Т не превышает М_{р,min i max},выше, при условии, что tр = 0,38 с, tT = 0,62 с.

Рассмотрим движение робота, когда при вращении колонны происходит одновременное втягивание руки, Предварительно проанализируем кривые изменения кинематических и динамических характеристик, изображенные на рис, 77, При расчете этих кривых предполагалось, что y10 = 0,5 м, рука втягивается, а ползун опускается, Видно, что вращающий момент М при разгоне, начиная с некоторого положительного значения, уменьшается до нуля, а затем становится отрицательным, В момент начала торможения модуль момента заметно увеличивается, а в процессе торможения — убывает, Максимальный момент прихо­дится, таким образом, на начало торможения.

В момент начала торможения модуль МТ определяется выражением

где

где y_1к — значение ординаты центра масс руки в момент окончания движения,

Рис 75. Графическая зависимость изменения кинематических и динамических характеристик ПР: а- скоростей звеньев; б- перемещение звеньев; в- усилий, развиваемых приводом ПР

Рис 76. Графическая зависимость изменения характеристик ПР для случая, когда рука втягивается, а ползун опускается.

Дифференцируя выражение (30) по t_T, получим

Следовательно, максимальный вращающий момент в период торможения при втягивании руки будет минимален, если время торможения определяется формулой

или окончательно

Минимальное значение модуля максимального момента выражается соотношением сравнивая формулы (29) и (31) нетрудно заметить, что при одинаковых значениях y_1к и y₁₀ они дают равные результаты, Значит, зависимость оптимального времени торможения при втягивании руки от положения выражается той же кривой, что и зависимость оптимального времени разгона при выдвижении руки, Указанная кривая представлена на рис, 75, В частности, если при ν_3mах = 1 м/с;С, y_1к = 0, то t_Topt = 0,38 с,

| МТ |_{min i max} = 15 Н∙м,

Найдем ограничения по времени разгона при втягивании руки, При этом будем исходить из условия, чтобы максимальный вращающий момент не превышал значения, определяемого формулой (32), Последний обозначим через М₀, Так как при разгоне максимальный момент наблюдается при t = 0, то найдем

где

откуда

Например, при y₁₀ = 0,5 м и М₀ = 15 Н∙м время разгона при указанном условии должно определяться неравенством tр<0,42 с.

Увеличение быстродействия ПР за счет увеличения скоростей движения отдельных его звеньев

Одной из важнейших характеристик ПР, определяющих производительность РТК, является быстродействие, под которым понимается величина, обратная минимальному времени, за которое ПР выполняет с требуемой погрешностью заданную операцию, При проектировании ПР для обеспечения заданного быстро действия следует учитывать работу ПР в конкретных производственных процессах и особенно при загрузке-разгрузке оборудования,

Рассмотрим РТК листовой штамповки с цикловым ПР, изображенный на рис, 78, Комплекс состоит из пресса, двурукого ПР мод, РФ-202М (с последовательно расположенными вращательной и двумя поступательными кинематическими парами и пневмоприводом), накопительно-подающего устройства шиберного типа.

РТК представляет собой взаимосвязанную технологическую цепочку, состоящую из основного технологического оборудования (пресс К-117А), ПР РФ- 202М, шиберного накопительного устройства, а также вспомогательных конструкций (кронштейна, стойки и т,п,).

Робот 1 установлен на кронштейне 5, который крепится к передней стенке пресса, На руках 11, 12 робота находятся электромагнитные схваты 2, Устройство управления 9 и блок связи 3 укреплены на стойке 8, Устройство воздуха 4 крепится двумя болтами к станине пресса, Шиберное устройство 6 расположено слева от ПР и устанавливается на стойке, Уровень шиберного подающего устройства регулируется болтами 7, Справа от ПР на полу находится тара 13,

РТК работает и автоматическом и наладочном режиме, Начало автоматического цикла работы характеризуется следующими положениями исполнительных механизмов: заготовки загружены в кассету шиберного устройства; на позиции загрузки 10 робота находится заготовка; загружающая рука 11 робота находится над "вкладышем" шиберного подающего устройства, загружающая рука 12 втянута, схват - над готовой деталью, расположенной в матрице штампа.

Работа РТК в автоматическом режиме осуществляется в последовательности, представленной на циклограмме (рис, 79): рука 11 (см, рис, 78) робота при опускании берет заготовку на позиции загрузки, а разгружающая рука 12 - готовую деталь в матрице штампа, Затем происходит подъем каретки, втягивание разгружающей руки и поворот колонны, После этого робот сбрасывает готовую деталь в тару, а заготовку выдвижением руки 11 и опусканием каретки устанавливает в матрицу штампа, При сбросе детали в тару замыкаются контакты микропереключателя МИ5А, который подает сигнал в систему управления, разрешающий продолжение цикла, Затем происходит подъем колонны и вывод загружающей руки из зоны пресса, Система управления ПР выдает сигнал "Пуск" на пресс; выполняется операция гибки детали и одновременно поворот колонны на исходную позицию, Робот вводит разгружающую руку в зону матрицы пресса, и цикл повторяется.

Рис 77. Компоновка РТК гибки скоб

Р ис 78. Циклограмма работы РТК с двуруким ПР

Для количественной оценки быстродействия ПР можно использовать значение времени перемещения звеньев от упора до упора при обеспечении заданной погрешности позиционирования, Анализ циклограмм работы РТК пока­зывает, что быстродействие ПР можно оценить временем, затрачиваемым на смену детали, Поскольку за это время разные звенья могут выполнять различное число перемещений, их влияние на быстродействие ПР может быть неодинаковым.

Вследствие динамической взаимосвязи звеньев при совмещении их движений может измениться время перемещений, т,е, для одного и того же звена τ_i,, и τ_{j max} могут существенно различаться, В этом случае быстродействие ПР целесообразно повышать путем увеличения скорости звеньев, имеющих максимальные значения μ_i, а также путем уменьшения τ_{j max}.