Автоматизация процесса загрузки трубы в станок для пробивки отверстий

В настоящее время в различных отраслях машиностроения особенно остро стоит вопрос о повышении производительности труда, эффективности производства, а также увеличение выпуска продукции при одновременном снижении затрат с учетом полной сертификации качества выпускаемой продукции [1]. Основным направлением развития автоматизации производства является повышение эффективности производства (увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат). Это обеспечивается совершенствованием существующих и внедрения новых видов оборудования, технологических процессов и средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством [2].

Особенное значение придается сокращению ручного, малоквали­фицированного и тяжелого физического труда, облегчению его условий. Этого можно достичь путем модернизации существующего обору­дования, усовершенствования технологических процессов, создания автоматических поточных линий, станков, участков. Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства его серийности, оснащенности технологическими средствами. К таким средствам автоматизации относятся промышленные роботы (ПР).

В данный момент автоматизация загрузки трубы в установку для пробивки отверстий не внедрена, загрузка осуществляется вручную, а значит, точность позиционирования оставляет желать лучшего. Помимо этого, автоматизация позволит существенно сократить время загрузки и увеличить объем выпускаемых партий.

Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что замена в этой сфере интеллектуального труда человека машинным, а также научно-обоснованное распределение функций между человеком и компьютером в процессе управления технологией приводит к повышению эффектив­ности и качества принимаемых технологических решений, сокращению сроков их реализации, снижению затрат, более полному использованию имеющихся резервов производственной системы предприятия, обеспе­чению максимального уровня оперативности и гибкости персонала.

Повышение быстродействия процесса загрузки труб установку для пробивки отверстий является важной задачей для машиностроительных предприятий, решить которую возможно в несколько этапов: определить уровень современной техники в данной области; провести патентно-информационные исследования; обосновать выбор элементной базы системы управления; разработать систему управления процессом загрузки труб.

На предприятии ООО «Завод «Автоприбор» г. Владимир, для которого проводились исследования, имеется установка для пробивки отверстий 8 мм в распорке. Она состоит из следующих основных узлов и механизмов: станина, механическая подача, механизм выгрузки, механизм пробивки, рольганги, пульт управления, шкаф электрический, панель пневматическая [3].

Станина является несущей конструкцией всего оборудования и представляет собой сварную конструкцию из уголков. Для устранения неровностей пола и небольшой регулировки по высоте, предусмотрены винтовые регулируемые опоры.

Механизм подачи трубы смонтирован на отдельной плите и предназначен для подачи трубы на заданное расстояние. Каретка этого механизма, на которой установлены зажимные губки, перемещается по направляющим. Подача трубы осуществляется пневматическим цилиндром, ход которого регулируется упором. Зажим трубы пневматический.

Механизм выгрузки смонтирован на отдельной плите и пред­назначен для фиксации трубы в момент пробивки отверстий и выгрузки после пробивки последней пары отверстий. Зажим губок фиксации и выгрузка готовой детали, производятся пневмоцилиндрами, как и в механизме подачи.

Механизм пробивки отверстий предназначен для начальной установки обрабатываемой трубы и пробивки в ней круглых отверстий. Он монтируется на кронштейне, установленном на станине. Механизм пробивки представляет собой рычажный пневматический пресс с максимальным усилием 15 т.

Рольганги устанавливаются на станину справа и слева относительно механизма пробивки и предназначены для облегчения перемещения трубы в зону обработки.

Пульт управления крепится на станине в непосредственной близости от рабочего места и предназначен для включения необходимого режима работы установки и управления работой линии во всех режимах.

Шкаф электрический служит для размещения в нем управляющего электрооборудования. Он установлен на станине сзади относительно рабочего места.

Пневматическая панель служит для размещения на ней управляю­щего пневматического оборудования и аппаратуры подготовки воздуха. Она крепится сзади станины винтами.

Комплекс для загрузки труб представляет собой горизонтальный гидравлический привод с перемещением в двух плоскостях Труба укладывается манипулятором на рольганги, ложится по середине до зажимов, зажимается и протягивается на заданное расстояние, на обратном ходу начинается пробивка отверстий, труба выходит в исходное положение.

Для повышения быстродействия процесса загрузки труб установку предлагается к внедрению система управления с многоуровневой структурой (рис. 1), в состав которой входят:

· головной модуль, отвечающий за общую координацию линии, выдающий задания станциям и отслеживающий процессы по сигналам со станций, линий и датчиков;

· управление конвейерной линией, отвечающая за перемещение объектов между станциями с помощью шаттлов с тарами. Конвейерная линия нелинейна, т. е. шаттл может переместиться между двумя стан­циями, минуя третью между ними;

· база данных на ПК, куда заносится и откуда считывается информация о деталях в таре с определенным номером, который и является ее идентификатором;

· модуль управления конкретной станцией. Для каждой станции модуль, вообще говоря, имеет разную структуру, так как станции выполняют разную задачу, но, в общем, можно выделить модули для управления каждым роботом на станции, а также устройство считывания номера тары RFID и модуль датчиков, которые получают сигналы при измени чего-либо на станции;

· головной модуль станции общается с головным модулем линии и управляет остальными модулями станции;

· модуль управления роботом-манипулятором управляет переме­щениями робота-манипулятора по программе;

· модуль управления пневматическим приводом (ПП) управляет перемещениями ПП по программам, конкретная программа выбирается головным модулем станции;

· модуль считывания RFID получает информацию о пришедшей таре, затем головной модуль принимает решение принять ее или пропустить (это решение сообщается головному модулю линии, который затем посылает соответствующую команду на конвейерную линию).

Головной модуль станции (контроллер) должен координировать действия станции и давать задания ее компонентам на высоком уровне, т. е., например, дать ПП задание переместить тару с шаттла на столик №1, при этом на низком уровне (какие клапаны в какой момент открываются или закрываются) решает уже модуль управления ПП.

Головной модуль включает в себя:

1)  модуль считывания данных от устройства RFID по протоколу RS485;

2)  модуль управления и контроля робота-манипулятора, дающий ему задания перемещать ту или иную линзу/оправу/узел;

3)  модуль управления и контроля ПП, дающий ему задания перемещать тару на передвижной шаттл, с шаттла или со столика на столик.

Рисунок 1. Структурная схема системы управления

Рабочий цикл системы управления загрузки труб проходит по заданному алгоритму и предусматривает прохождение следующих этапов:

1.    Устанавливается заготовка в механизм пробивки, одев на оправку.

2.    Нажимается упор вниз и продвигается труба до него.

3.    Отпускается упор.

4.    После нажатия кнопки «ПУСК» происходит обработка трубы по программе:

·      включается цилиндр зажима механизма выгрузки;

·       датчик дает сигнал на перемещение поршня пневмоцилиндра механизма пробивки отверстий;

·      по завершению операции, цилиндр пробивки перемещается в исходное положение.

·      далее подается сигнал на включение цилиндра зажима механизма подачи.

·      датчик цилиндра механизма зажима подачи подает сигнал на разжим цилиндра механизма выгрузки;

·      после этого цилиндр подачи трубы перемещается вперёд до упора.

·      далее включается цилиндр зажима механизма выгрузки.

·      затем включается цилиндр механизма пробивки и разжим цилиндра механизма подачи.

·      после разжима цилиндра механизма подачи, цилиндр подачи трубы перемещается назад.

·      после пробивки, цилиндр пробивки перемещается в исходное положение.

1.    Далее цикл повторяется, пока не сработает датчик наличия трубы перед механизмом пробивки.

2.    После срабатывания датчика наличия трубы, совершается работа цилиндра перемещения механизма выгрузки вправо.

3.    Происходит разжим цилиндра механизма выгрузки.

4.    Цилиндр перемещения механизма выгрузки поступает в исходное положение.

5.    Снимается готовая труба с установки и повторяются действия.

Для реализации алгоритма работы системы управления был проведен расчет параметров пневматического привода для пробивки отверстий.

Разработанная система управления на базе контроллера позволяет в режиме реального времени следить за ходом технологического процесса. В системе управления предусмотрены возможности удаленной диагностики, мониторинга и удаленного доступа к функциям контроля процесса производства и технического состояния оборудования.