Для промышленных роботов (ПР), обслуживающих металлообрабатывающее оборудование, непосредственному программированию предшествует разработка алгоритма функционирования управляющей программы. Этот алгоритм формируется с учетом специфики конкретного технологического процесса и оборудования, В указанном алгоритме определяется последовательность использования всей требуемой для функционирования ПР информации, включая очередность выполнения отдельных операций и длительность их реализации. Помимо этого в алгоритме предусматривается информация, необходимая для обеспечения взаимодействия ПР с оборудованием.
Особенности программирования ПР в значительной степени определяются их назначением. Управляющая программа ПР, обслуживающего металлорежущие станки, в значительной степени определяется как его конструкцией, так и числом единиц оборудования.
В состав одностаночного РТК входят станок, ПР и два магазина-накопителя (одни для заготовок, другой для изделий). Основные функции ПР в этом случае – разгрузка и загрузка станка. На рис. 1 представлена схема типового алгоритма управления одностаночным РТК. Существует определенное время простоя станка, связанное как с его загрузкой-разгрузкой, так и с выполнением ПР других подготовительных операций. Некоторое сокращение времени простоя достигается путем оснащения ПР двухпозиционным захватом.
В алгоритме управления ПР (рис. 2) предусмотрено ожидание запроса станка на его обслуживание. Результатом выполнения этой операции является переход к обслуживанию станка (его разгрузке-загрузке) либо переход к выполнению вспомогательных функций (укладке детали в тару и взятию заготовки из магазина), совмещенных по времени с циклом обработки детали на станке.
В состав типового многостаночного РТК. (рис. 3) входят, два-три металлообрабатывающих станка; ПР; транспортные устройства; накопители.
Особенностью работы ПР, обслуживающего многостаночный РТК, по сравнению с ПР, обслуживающий одностаночный РТК, является необходимость реализации дополнительной функции – транспортирования деталей между станками. Назначение тар-накопителей аналогично их назначению и в одностаночном РТК. Первая тара (магазин заготовок) предназначена для накопления заготовок, поступающих на вход РТК, последняя – для обработанных деталей. Тара, располагаемая между станками, используется для хранения деталей, прошедших частичную обработку. Специальным вспомогательным оборудованием для многостаночных РТК являются ложементы, расположенные вблизи станков. Они применяются в целях сокращения времени простоя станков, связанного с вспомогательными операциями, выполняемыми ПР при их обслуживании (взятие детали из тары, перемещение детали в рабочую зону станка и т.п.). Ложементы имеют две позиции: 1) для установки обработанной на станке детали при его разгрузке; 2) для размещения заготовки, которой загружается станок. Такая схема работы РТК позволяет сократить время простоя станков при их обслуживании ПР.
Как правило, система управления РТК включает в себя отдельные управляющие устройства (для каждого из видов применяемого технологического оборудования), связанные между собой соответствующими информационными потоками. Подобная структура построения позволяет сохранить работоспособность части применяемого оборудования при выходе из строя отдельных элементов устройств управления РТК.
Для обеспечения согласованной работы подобного комплекса необходимо синхронное функционирование отдельных единиц оборудования. Роль такого синхронизирующего устройства выполняет устройство управления ПР.
Число и содержание сигналов обмена между ПР и металлообрабатывающими станками, входящими в многостаночный РТК. в основном те же самые, что и для одностаночного РТК. Дополнительным входным сигналом на ПР может быть сигнал так называемого «предварительного вызова», который предназначается для сокращения времени простоя станка в результате перемещения робота в зону, требующую обслуживания. Такой сигнал формируется устройством управления станка за определенное (до окончания цикла обработки) время, достаточное для перемещения ПР в зону данного станка из любой точки обслуживаемого им пространства.
Для разработки алгоритма управления ПР необходим технологический процесс обработки деталей на станках РТК. Алгоритм управления ПР должен предусматривать как манипуляции ПР, связанные с загрузкой-разгрузкой станков, захватом и укладкой деталей в тары, так и операции ПР, связанные с межстаночным транспортированием.
Набор стандартных подпрограмм управления ПР в каждом конкретном случае в соответствии с требованиями технологического процесса может меняться либо модифицироваться. Условия технологического процесса могут предусматривать совмещение некоторых основных и вспомогательных операций, выполняемых ПР. В любом случае в основе создания программы управления лежит разделение операций ПР на основные (загрузка-разгрузка станков) и вспомогательные (транспортирование, ориентирование и т.п.), а также применение подпрограммы ожидания.
Подпрограмма ожидания обеспечивает анализ информации с оборудованием РТК в целях выбора цикла последующего действия ПР. По существу, эта подпрограмма является основной, определяющей деятельность ПР в соответствии с требованиями технологического процесса.
Опыт показывает, что для правильного выбора последующего действия ПР требуется анализ следующей информации: запрос станков на их обслуживание; наличие либо отсутствие деталей в станках; наличие деталей в тарах и ложементах, позволяющих осуществить их захват, наличие свободных мест в тарах, позволяющих осуществить укладку деталей и т.п.
Этот анализ осуществляется в два этапа. Первый этап предназначен для непосредственного обслуживания станков РТК (реализации подпрограмм загрузки и разгрузки станков) и осуществляется после получения ПР запросов на обслуживание отдельных станков. Переход ко второму этапу производится при отсутствии запросов на обслуживание. Результатом выполнения операций, предусмотренных этим этапом, является выполнение вспомогательных операций, включая межстаночное транспортирование. Особенность второго этапа заключается, как правило, в минимальном совмещении по времени выполнения соответствующих подпрограмм с работой станков.
В целях сокращения возможного времени простоя станков, связанного с выполнением всех основных и вспомогательных операций, алгоритм предусматривает переход (возврат) к анализу запросов (первый этап подпрограммы) после выполнения каждой из подпрограмм.
Способы возврата могут быть различными и определяются требованиями конкретного производства.
Наличие в РТК станка, лимитирующего производительность комплекса, приводит к появлению системы приоритетов на обслуживание станков РТК, реализуемой несколькими способами. Простейший из них – первоочередной анализ в подпрограмме «Ожидание» данных о станке, лимитирующем производительность РТК.
Один из наиболее распространенных способов сокращения времени простоя станков, применяемых в настоящее время, состоит в организации дополнительного предварительного вызова. Это позволяет ПР заранее совершить необходимые подготовительные операции (в частности, перемещение в зону станка, взятие заготовки из ложемента), т.е. начальные операции подпрограмм разгрузки-загрузки станков, Дальнейшая отработка этих подпрограмм в этом случае осуществляется после появления сигнала окончательного вызова, т.е. по окончании всего цикла обработки детали: повышение производительности ртк может быть достигнуто в результате рациональной организации управления пр путем реализации более совершенной подпрограммы ожидания, в основе ее может лежать прогнозирование поступления заявок на обслуживание станка ртк, определение возможности обслуживания станков до прихода другой заявки с более высоким приоритете а также определение возможности и целесообразности выполнения отдельных вспомогательных подпрограмм управления ПР с учетом его текущего положения до прихода заявок на обслуживание от станков ртк.
В данном разделе рассмотрены примеры компоновочных решений РТК типа «станок – ПР».
Однопозиционный РТК на базе токарного станка мод. 16К20ФЗ с ЧПУ и ПР мод. М20П40.01 (рис. 5) предназначен для обработки деталей типа валов (с диаметром до 120 мм и длиной до 500 мм, массой до 10 кг) и фланцев (диаметром до 150 мм и длиной до 110 мм, массой до 5 кг). РТК оснащен тактовым горизонтальным магазином-накопителем замкнутого типа вместимостью 12 – 24 заготовки. ПР выполняет операции загрузки и разгрузки станка, а также дает команду на пуск станка.
Однопозиционный РТК на базе токарного станка мод. 16К20ФЗ с ЧПУ и встроенного ПР мод. СМ80Ц48.11 портального типа (рис. 6) предназначен для токарной обработки деталей типа валов диаметром до 120 мм и длиной до 710 мм и массой до 40 кг. ПР, оснащенный двумя руками, выполняет операции загрузки – разгрузки станка. Система управления ПР – цикловая.
РТК токарной обработки деталей массой до 160 кг
Многопозиционный РТК предназначеные для токарной обработки валов в условиях серийного производства.
Способы установки обрабатываемых деталей: в самоцентрирующем патроне; в самоцентрирующем патроне и заднем центре; в центрах.
Применение РТК обеспечивает; увеличение производительности оборудования на 20 – 25% в результате высокой концентрации операций на станках с ЧПУ и сокращения вспомогательного времени; сокращение простоев оборудования благодаря гибкой системе транспортирования и параллельной работе оборудования; сокращение затрат на средства автоматизации, так как один ПР обслуживает несколько станков; ликвидацию тяжелого, неквалифицированного труда операторов путем автоматизации загрузки – выгрузки деталей массой до 160 кг в условиях частой смены обрабатываемых изделий; быструю и легкую переналадку оборудования при смене объектов производства; высвобождение четырех производственных рабочих.