При проектировании гибких производственных систем (ГПС) для обработки деталей типа тел вращения выбор методов и устройств для их перемещения и манипулирования является ключевым. Этот выбор в значительной степени определяется такими производственными параметрами, как количество станков в системе, размер обрабатываемых партий и длительность технологических операций на одной установке детали. Конструктивное исполнение системы манипуляции напрямую зависит от типа обрабатываемых объектов, которыми могут быть как многоместные палеты, доставляемые из автоматизированного склада, так и отдельные заготовки, устанавливаемые непосредственно в рабочую зону станка.
Типы роботов для манипулирования
В современных ГПС для обработки тел вращения функции автоматизированного перемещения заготовок выполняют три основных типа роботизированных систем:
- Специализированные роботы, конструктивно интегрированные со станком и обслуживающие его с фронтальной стороны.
- Универсальные отдельно стоящие роботы, которые также подают детали спереди. Такая компоновка часто применяется для небольших деталей, хотя может ограничивать доступ к зоне обработки.
- Портальные роботы, расположенные над станочным модулем. Они осуществляют подачу заготовок сверху, что обеспечивает отличный доступ к рабочей зоне.
Преимущества и характеристики портальных роботов
Использование портальных роботов считается наиболее перспективным направлением. Это связано не только с удобством доступа, но и с более рациональным использованием производственных площадей. К их основным техническим и эксплуатационным достоинствам относятся:
- Высокая грузоподъемность, достигающая 350–500 кг.
- Значительный рабочий ход по горизонтали (до 10 м и более для двухосных моделей) и по вертикали (до 2 м).
- Высокие скорости линейных перемещений (1–2 м/с) и вращения (60–120 град/с).
- Большие ускорения: до 0.5 g для осей с программным управлением и до 1.5 g для осей без него.
- Точность позиционирования в диапазоне от ±0.025 до ±0.25 мм.
Конструктивные разновидности портальных систем
Портальные роботы и манипуляторы классифицируются по конструкции и объему рабочего пространства:
- Линейные (одноосные): несущая конструкция выполнена в форме портала, а механическая рука имеет две степени свободы (горизонтальное и вертикальное перемещение). Такие системы широко применяются в гибких производственных модулях (ГПМ) для обслуживания одноуровневых магазинов (линейных или поворотных), не имеющих собственных механизмов подачи.
- Поверхностные (двухосные): несущая конструкция представляет собой каркас на основе двух порталов, что позволяет руке перемещаться по трем осям. Рабочее пространство может быть дополнительно расширено за счет осей вращения самой руки.
Для работы с многоуровневыми складами (штабелями палет) манипуляторы часто функционируют в паре со специальными устройствами перекладки. В ГПМ портальные манипуляторы нередко выполняют двойную функцию, обеспечивая подачу не только заготовок, но и режущего инструмента. В таких случаях на общей раме и направляющих могут быть установлены две независимые тележки с механическими руками.
Механические руки (схваты)
Схват является конечным рабочим органом манипулятора и напрямую взаимодействует с деталью. Конструктивно схваты делятся на одиночные и сдвоенные. Сдвоенные варианты, в свою очередь, могут иметь последовательное, параллельное или угловое расположение рабочих органов и характеризуются повышенной скоростью выполнения операций. Конфигурация и размеры схвата должны позволять надежно захватывать детали в заданном диапазоне размеров. В случаях, когда этот диапазон очень велик, теоретически возможно применение комплектов сменных схватов, однако на практике такое решение используется крайне редко из-за сложности и увеличения времени переналадки.