В кузнечно-прессовом производстве

Кузнечно-прессовое производство – это процессы изготовления деталей давлением. Из всех видов процессов по степени сложности разработок при создании РТК наиболее предпочтительными, позволяющими использовать типовые решения, являются следующие: ковка, горячая штамповка, холодная объемная штамповка, холодная листовая штамповка. Наибольшее развитие получило листоштамповочное производство, поэтому при рассмотрении РТК в кузнечно-прессовом производстве ему будет уделяться основное внимание.

Механизация и автоматизация выполняемых вручную операций зависит от типа выполняемых операций и вида исходного материала, которые определяют выбор и состав оборудования. В общем случае в листоштамповочном производстве можно выделить два типа операций: разделительные и формообразующие, охватывающие все виды обрабатываемого материала (лента, полоса, лист и штучные заготовки). Наиболее рациональный вид исходного материала – рулонная лента, при обработке которой благодаря серийно выпускаемым устройствам автоматизируются все основные операции технологического процесса: разматывание и правка ленты, снятие консервационного покрытия, нанесение смазки, подача ленты в пресс, удаление из рабочей зоны деталей, а также наматывание высечки или резка ее на мерные куски. В настоящее время выпускается целый ряд комплексов на базе универсальных прессов с усилием 63–630 кН, обеспечивающих по крайней мере двух- или трехкратное повышение производительности оборудования по сравнению с работой пресса с ручным обслуживанием.

Дальнейшее повышение производительности оборудования при обработке ленточного материала связано с применением скоростных пресс-автоматов, особенно при усилиях штамповки 250–400 кН. Достоинством этих прессов является пакетная конструкция штампов, позволяющая в сравнительно короткий срок переналадить их на другую деталь.

В мелкосерийном производстве номенклатура штампуемых из ленты деталей в значительной мере ограничена, что приводит к необходимости использования полосового материала. Основная доля трудоемкости при штамповке из полосы приходится на загрузку полосы в подающее устройство пресса. В серийно выпускаемых комплексах применение полосоподающих устройств решает эту проблему.

В настоящее время выпускается ряд комплексов, на которых можно изготавливать изделия из ленты и полосы, например АККД2124Е.02, АККД2126Е.02, АККД2124Е.ВП38.01, АККД2122Е.07 и др.

На рис. 6.15 представлена схема одного из решений автоматизации загрузки полосы в захватное устройство и подачи ее в штамп. Система включает промышленный миниробот и универсальный манипулятор. Универсальный манипулятор состоит из тянущего 1 и толкающего 4 устройств, миниробот – из двухпредельного цилиндра 7, стойки 9 с клапанами СК-8А и узла подготовки воздуха 11.

Рис. 6.15. РТК холодной штамповки деталей из полосового материала: 1 – тянущее устройство; 2, 5 – микропереключатели КМ-1; 3 –штамп с пневмоприводом; 4 – толкающее устройство; 6 –устройство управления ЭЦПУ-6030 и узлы миниробота ПМР-0,5-200К; 7 – двухпредельный цилиндр ПД-200;
8 –магазин; 9 – стойка с клапанами СК-8А; 10 – цилиндр подъема пакета полос; 11 – узел подготовки воздуха

Система работает следующим образом. После загрузки пакета полос в магазин 8, расположенный на штоке цилиндра 10, на устройстве управления включается кнопка «Пуск». Пакет поднимается, входит в контакт с вакуумным захватным устройством, замыкает контакт датчика, что приводит к включению вакуум-насосов. После выдержки времени, необходимого для удержания захватом полосы, шток цилиндра с пакетом опускается. Робот подает полосу в захватное устройство шаговой подачи. Замыкаются контакты датчика наличия полосы, отключаются вакуум-насосы, захватное устройство робота ПМР-0,5-200К возвращается на исходную позицию и подается сигнал на включение устройства подачи полосы. При замыкании датчика конца шага опускается шток пресса и после выполнения операции возвращается в исходное положение. В момент выхода полосы из толкающего устройства подачи 4 срабатывает датчик наличия полосы и робот подает новую полосу в устройство шаговой подачи. За это время полоса выходит из штампа, контакты датчика конца полосы размыкаются и дается сигнал на включение толкающего устройства подачи. Продвигаясь влево (по стрелке), первая полоса выходит из тянущего устройства 1 и сбрасывается в контейнер. После обработки всех полос отработка программы прекращается. Необходима загрузка нового пакета.

Однако конструктивные особенности большого количества деталей не дают возможности использовать полосовой материал, поэтому для изготовления таких деталей применяют разовые заготовки, которые подаются кассетами, вибробункерами или другими средствами на позицию захватного устройства ПР или другого механизма. Рассмотрим РТК, предназначенный для штамповки шпильки ступицы колеса (рис. 6.16).

Принцип работы комплекса следующий. Заготовки загружаются в приемный бункер 4 элеватором 5, который представляет собой цепной конвейер, предназначенный для подъема заготовок с уровня пола в бункерно-ориентирующее устройство 9 секторного типа. Оно загружает ориентированными заготовками питатель. Смонтированные на питателе пневмооотсекатели 6 служат для разделения потока и выдачи одиночной заготовки на диск подающего револьверного устройства 8, которое представляет собой реечно-храповой механизм, снабженный пневмоприводом и предназначенный для подачи заготовок в зону действия робота.

Рис. 6.16. РТК штамповки шпильки: 1 – пресс усилием 1600 кН; 2 – штамп для высадки детали; 3 – станция смазывания; 4 –приемный бункер; 5 – элеватор; 6 – пневмоотсекатели; 7 – датчик наличия деталей; 8 – подающее револьверное устройство; 9 – бункерно-ориентирующее устройство; 10 – пульт управления комплексом; 11 – ПР «Циклон-ЗБ»; 12 – штамп для обрезки фланца детали; 13 –механизм удаления деталей из зоны штампа; 14 –пресс усилием 1000 кН; 15 – тара

На позиции захвата заготовок установлен датчик 7 наличия деталей. Промышленный робот «Циклон-ЗБ» 11 смонтирован между прессами, на которых установлены штампы 2 и 12 с комплектом технологического оборудования. Робот захватывает и переносит заготовки с позиции захвата в матрицу высадочного штампа 2, а оттуда – в матрицу обрезного штампа 12. Штамп 2 снабжен системой рычагов, связанных с верхним и нижним толкателями, позволяющими фиксировать обработанную деталь в заданном положении. Штамп смазывается станцией смазывания 3. Штамп 12 снабжен зубчато-реечным механизмом 13 для удаления детали из зоны штампа, который имеет пневмопривод. Комплекс управляется с пульта 10.

Несмотря на большое разнообразие структур РТК в их основе заложены две принципиальные компоновки: с боковым и фронтальным расположением ПР относительно пресса. Эти компоновки являются результатом двух подходов, которыми руководствуются при создании РТК. Один из них заключается в обеспечении максимально возможных удобств при выполнении наладочных работ, ему следует отдавать предпочтение при небольшой партии деталей. Другой подход заключается в применении в РТК минимального числа ПР; это должно уменьшить затраты на создание РТК и тем самым компенсировать повышение эксплуатационных расходов и снижение производительности, связанных с увеличением времени переналадки РТК.

Так как производительность РТК – одна из главных характеристик, определяющая рациональность его применения, то выбор структуры, обеспечивающей наивысшую производительность в конкретных условиях, имеет первостепенное значение при создании РТК. Структура РТК будет оптимальной в том случае, если обладает минимальной длительностью цикла штамповки.

Для выявления возможностей, присущих определенной структуре РТК, рассмотрим типовые компоновки без учета конкретного исполнения средств технологического оснащения.

Кроме расположения ПР относительно пресса РТК отличаются количеством ПР, видом и составом операций, выполнение которых на них возложено. Наиболее простым является РТК с ПР, имеющим один манипулятор и осуществляющим только загрузку заготовок в штамп, а отштампованная деталь удаляется выталкивателем или сдувается.

Существуют две принципиальные компоновки таких РТК, отличающиеся расположением ориентирующе-подающего устройства заготовок относительно ПР и пресса. В первом случае ориентирующе-подающее устройство расположено сбоку от ПР и пресса (РТК-1 на рис. 6.17), во втором – между ними (РТК-2 на рис. 6.17). Фронтальное расположение ПР относительно пресса в компоновках этих комплексов предпочтительнее бокового с точки зрения возможности обслуживания прессов с большим усилием при одной и той же модели ПР.

Рис. 6.17. Принципиальные компоновки РТК штамповки: 1 – устройство выдачи заготовок; 2 –ПР; 3 – пресс; 4 – устройство для приема деталей; 5 – отводной лоток (склиз)

Комплекс РТК-1 создается на базе прессов с усилием до 360 кН и различных моделей ПР, выбор которых определяется конструктивно-технологическими признаками штампуемых деталей, а потому в ней могут быть реализованы различные траектории перемещения заготовок (рис. 6.18 а, б, в).

- Пресс; □ - устройство выдачи заготовок; - устройство приема деталей

Рис. 6.18. Схема перемещения деталей в РТК штамповки

Минимальное число переходов реализуется при использовании схемы, представленной на рис. 6.18 а, этим обеспечивается наибольшая производительность.

Траектория перемещения заготовки, приведенная на рис. 6.18 б увеличивает длительность цикла штамповки на 1,5с. С точки зрения производительности РТК траектория, представленная на рис 6.18 в, наименее рациональна, так как ее реализация вызывает использование дополнительного ориентирующе-подающего устройства.

Комплекс РТК-2 создается на базе прессов с усилием до 250 кН и ПР для штамповки деталей небольшой ширины. В этом РТК реализуется одна траектория перемещения заготовки (рис. 6.18 г), которая по числу переходов аналогична показанной на рис. 6.18 а.

В подавляющем большинстве комплексов ПР осуществляет не только загрузку, но и разгрузку пресса, причем эти операции выполняются (в целях сокращения затрат на создание РТК) одним ПР, а при боковом расположении – двумя ПР.

Комплекс РТК-3 (рис. 6.17) создается на базе прессов с усилием 400 кН и меньше. Благодаря широкой номенклатуре ПР, которые могут работать при такой компоновке, в РТК-3 реализуются различные траектории перемещения заготовок и деталей (рис. 6.18 е, ж). Несмотря на однотипность реализуемых в РТК-1 и РТК-3 траекторий и общую тенденцию снижения производительности комплекса при увеличении числа переходов в РТК-3 выявляется особенность, характерная для обслуживания одной рабочей позиции двумя ПР: большая или меньшая возможность совмещения выполняемых ПР отдельных переходов и перекрытие ими машинного времени (двойной ход ползуна) пресса. Этим и объясняется тот факт, что применение ПР, обладающих большим быстродействием и реализующих траекторию перемещения детали и заготовки с минимальным числом переходов (рис. 6.18 д), не обеспечивает повышения производительности РТК по сравнению с ПР, реализующих траекторию, показанную на рис. 6.18 е. В обоих случаях длительность цикла штамповки составляет приблизительно 3,8 с. Минимальную производительность имеет РТК-3 (рис. 6.18 ж), длительность цикла которого 5 с.

Разработка ПР модели «Импульс» (рис. 6.19) позволила создать РТК-4 (рис. 6.17) на базе прессов до 1000 кН. Несмотря на то, что в РТК-4 реализуется линейная траектория перемещения заготовки и детали с минимальным числом переходов (см. рис. 6.18 з), длительность цикла штамповки не сокращается по сравнению с циклом РТК-3 (рис. 6.18 е). Это объясняется необходимостью позиционирования в промежуточной точке при линейном перемещении захватных устройств ПР, а также наличием хоть и совмещенного, но холостого хода захватных устройств. Среди недостатков ПР «Импульс» можно отметить относительно большие габаритные размеры привода и возможность создания РТЛ только на базе двух прессов.

Рис. 6.19. Промышленный робот «Импульс»: 1 – захватное устройство манипулятора; 2 – каретка манипулятора; 3 – манипулятор; 4 – панель с датчиками и распределителями; 5 – привод; 6 –пульт управления

Благодаря большому количеству ПР, выполняющих различные траектории перемещения заготовки и детали (рис. 6.18 и–м, п),наибольшее распространение получил РТК-5 (рис. 6.17). Эта структура наиболее перспективна, так как даже в настоящее время она по производительности не уступает РТК-3, созданному на базе самых быстродействующих ПР.

Комплекс РТК-6 (рис. 6.17) рекомендуется создавать на базе прессов с усилием до 400 кН и ПР с выполнением траекторий перемещения заготовки и детали по схеме на рис. 6.18 н, о. Длительность цикла штамповки с ПР, работающим по схеме на рис. 6.18, н, приблизительно равна длительности цикла РТК-3 (рис. 6.18 ж) и РТК-5 (рис. 6.18 м). При возможности сброса отштампованных деталей в поток (при выдвинутом манипуляторе ПР, разгружающем штамп) длительность цикла уменьшается на 0,5–0,8 с. Таким образом, схема на рис. 6.18 о предпочтительнее схемы на рис. 6.18 н.

Комплекс РТК-7 создается на базе прессов с усилием до 250 кН.

Возможны и другие варианты (РТК-8 и РТК-9, рис. 6.17; 6.18 р, с) с загрузкой пресса двумя ПР и автоматическим удалением деталей в устройство приема.

Наряду с РТК серийно выпускаются и РТЛ с круговым расположением прессов типа АККД2330.01, а также РТК-206 (рис. 6.20). Несмотря на очевидные преимущества РТЛ с круговым расположением прессов (обслуживание нескольких, в данном случае двух, прессов одним ПР, минимальная занимаемая площадь и отсутствие межоперационного устройства), область применения такой компоновки весьма ограничена. Представляется наиболее рациональным использование этих компоновок в основном для штамповки деталей большой величины, требующих значительного времени переналадки.

Рис. 6.20. Схема штамповочного комплекса РТК-206: 1 – ограждение; 2 – система управления; 3 – транспортный манипулятор; 4 – манипулятор разгрузки; 5 – прессы (2 шт.) КД 2124, КД 2126; 6 – манипулятор загрузки; 7 – кассетно-магазинное многопозиционное загрузочное устройство

Линейная компоновка кроме свободного доступа к прессу обеспечивает возможность создания более гибкой РТЛ, позволяющей изменять номенклатуру штампуемых одновременно деталей. Например, из двухоперационной РТЛ можно создать два РТК за счет установки дополнительных загрузочно-ориентирующих устройств и устройств приема деталей. Это обстоятельство обеспечивает повышение коэффициента использования РТК, входящих в состав РТЛ. Так как РТЛ структурно состоит из отдельных РТК, объединенных с помощью межоперационных ориентирующих устройств, то требования, предъявляемые к РТК при их создании, остаются необходимыми и для РТЛ.

Главным показателем эффективности любой системы, включая ГПС, является производительность этой системы, отнесенная кзатратам на ее создание и эксплуатацию. Поэтому для РТК как составной части ГПС можно выделить следующие основные направления повышения эффективности РТК: ускорение ритма работы; увеличение цикловой производительности; сокращение простоев и снижение трудозатрат, связанных спереналадкой иэксплуатацией РТК.

Наиболее простым способом ускорения ритма работы РТК является применение быстродействующих прессов.

Среди основных способов уменьшения длительности рабочего цикла ПР можно выделить повышение быстродействия ПР и доведение до минимума переходов, выполняемых роботом при обслуживании прессов.

Для изготовления деталей, которые могут быть удалены изштампа потоком воздуха или с помощью встроенных в штамп сбрасывателей, применяют преимущественно РТКс ПР, имеющим один манипулятор, загружающий заготовку в штамп.

Необходимость автоматизации операций загрузки-разгрузки пресса создает также предпосылки для применения такого эффективного средства повышения производительности, как многоместные штампы. Если при ручном выполнении этих операций использовать многоместный штамп может быть нецелесообразно вследствие того, что затраты на его изготовление не компенсируются снижением стойкости, то в РТК, где ритм работы не зависит от числа одновременно штампуемых деталей, эти факторы уже не могут служить препятствием к применению многоместного штампа. Так как ритм работы РТК при многоместном штампе в п раз выше, чем при одноместном, а стоимость п -местного штампа ниже, чем п одноместных, одна из главных причин, по которой можно поставить под сомнение целесообразность применения многоместного штампа, особенно при изготовлении малогабаритных деталей, – это значительное усложнение конструкции, что может привести к снижению его эксплуатационных свойств (стойкости, надежности и др.). Следующей причиной может быть многооперационность изготовления детали, когда на последующих операциях исключается возможность одновременной обработки нескольких деталей, а создание многооперационного задела связано с большими трудностями или не позволяет получить необходимого суммарного эффекта. Поэтому при разработке РТК и определении объектов роботизации особое внимание приходится уделять в первую очередь выбору рационального количества одновременно штампуемых деталей.

Резервом повышения эффективности РТК является сокращение времени на его переналадку.