Сборочные операции

Операции сборки можно считать наиболее сложными и ответственными в машиностроении, они также и наиболее распространенные. Трудно назвать изделие промышленности, которое можно было бы изготовить без сборочных операций. При их выполнении требуются визуальный контроль, высокая чувствительность пальцев, гибкость и способность к мгновенному принятию решений. Тем не менее эти операции довольно однообразны. Анализ показал, что 75% основных операций заключается в установке штифтов в отверстия и различного рода завинчиваниях. Поэтому, когда, наконец, роботы начали применять на сборке (а это произошло гораздо позже, чем в других процессах), их создавали именно с учетом выполнения этих основных операций.

Множество специализированных сборочных автоматов и комплексов высокопроизводительно работают в условиях массового производства. Наметившийся в последнее время переход к созданию гибких автоматизированных сборочных комплексов обусловлен следующими основными причинами: рост конкуренции заставляет все чаще переходить на новые виды изделий, уменьшается серийность, расширяется номенклатура выпускаемых изделий; стоимость средств жесткой автоматизации неуклонно возрастает, в то время как стоимость роботов, микропроцессорной техники и других элементов гибких автоматизированных комплексов постепенно снижается; появляется все больше разнообразных промышленных роботов, отличающихся повышенным быстродействием, гибкостью, точностью, надежностью, которые так необходимы для сборочных операций; разработаны и выпускаются в большом количестве различные датчики, визуальные и тактильные системы, которые позволяют сделать процесс сборки "осознанным" и подвластным точному контролю; появились сравнительно дешевые средства микропроцессорной техники, способные обеспечить оперативное управление процессом сборки в реальном режиме времени, а также систем памяти, запоминающих большой объем информации, необходимой для выполнения сборки; возникла острая нехватка квалифицированных рабочих-сборщиков, которых не привлекает утомительный и монотонный труд на конвейере.

Среди роботов, применяемых для сборки, можно выделить три основные группы. Роботы первого типа представляют машины, закрепленные на жесткой базе, под которой происходит выполнение функциональных операций. Один из первых вариантов реализации такого подхода - серийно выпускаемый промышленный робот "Сигма" итальянской фирмы "Оливетти". Модульность конструкции, гибкость, а также простота программирования и обслуживания делают этот двурукий робот очень полезным при решении разнообразных задач автоматизированной сборки. Первоначально прямоугольная рама, к которой крепились манипуляторы, состояла из боковых стоек и одной горизонтальной перекладины. В новой серии "Сигма-МТГ-3" для повышения жесткости количество боковых стоек было доведено до четырех, горизонтальных перекладин стало две, а в пространстве между ними перемещается пара манипуляторов. Доступ к манипуляторам открыт со всех сторон, что облегчает обслуживание, программирование и смену инструмента и оснастки. Такая конфигурация также облегчает встраивание робота в различные поточные автоматизированные линии и дает возможность компоновать на его основе гибкие производственные системы. Количество программируемых степеней подвижности - восемь (по четыре на каждую руку), при необходимости может быть добавлена и дополнительная девятая.

В странах Западной Европы эксплуатируются уже более 100 сборочных систем на основе робота "Сигма". Наряду со сборкой различных механических узлов, в которых количество собираемых деталей доходит до двенадцати, выполняются также такие операции, как установка радиоэлементов на печатные платы, сборка клавиатуры пишущих машинок и дисплеев, разводка макетов печатных плат методом соединения под накрутку.

Второй подход к роботизации сборки заключается в разработке машинной архитектуры под конкретные сборочные операции. Примером такого подхода может служить сборочный комплекс, скомпонованный на основе промышленного робота W-500 фирмы "Уикман Отомейшн" (Великобритания). Используя разнообразное сборочное оборудование и оснастку, в том числе различные столы-позиционеры, блоки подачи компонентов и деталей, механизмы сжатия, зажима, завинчивания, клепки и т. д., на основе этого робота можно по модульному принципу составлять комплексы различного назначения. Таких комплексов разработано уже более тридцати.

Третий подход - создание универсальных манипуляторов с широким диапазоном перемещений, оснащенных разнообразными средствами программного и математического обеспечения. Среди таких роботов можно назвать уже упоминавшиеся в этой книге роботы серии "Пума", а также ряд выпускаемых различными фирмами роботов типа "Скара". Если первый работает в угловых координатах и имеет основной тип движения в вертикальной плоскости, то роботы типа "Скара" работают в цилиндрической системе координат и реализуют движение в горизонтальной плоскости. Количество моделей, работающих по этому принципу (он был предложен в 1978 г. профессором Макино из японского университета Яманаши), постоянно увеличивается - достаточно назвать, например, модели "Микро-Арм" фирмы "Фудзитсу Фанук", "Пикмат-Скара" фирмы "Нитто Сейки", "Скилам" фирмы "Санкио Сейки", "Пуха" фирмы "Пентель", "Арм-Бейз" фирмы "Хирата Кико".

"Скара" - сокращение первых букв английского выражения, которое в переводе означает "рука сборочного робота с выборочной гибкостью", причем выборочная гибкость обеспечена только в горизонтальной плоскости, в то время как в вертикальной робот имеет значительную жесткость. Такая многозвенная структура особенно удобна именно на операциях сборки, где, как показывают подсчеты, более 75% операций заключаются в установке штифтов в отверстия и различного рода завинчиваниях. Применение в роботе "Скара" специального схвата с компенсацией погрешности дает возможность быстро производить установку штифта в отверстие даже при довольно значительной ошибке позиционирования. Эксперименты с роботом "Скилам" фирмы "Санкио Сейки" показали, что погрешность при введении штифта в отверстие до ±1,0 мм существенно не влияет на время установки, которое составляет в среднем 0,6 секунды.

При оценке экономичности сборочных операций нельзя просто сравнивать производительность робота с производительностью одного рабочего. Следует иметь в виду и повышение гибкости сборочной системы, которая становится особенно важной при уменьшении серийности выпускаемых изделий.