CC BY
9УДК 621.9:517.958
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Баимов Азат Салаватович, студент, направление подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: azat.baimov@mail.ru
Научный руководитель: Никитина Инна Петровна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии машиностроения, металлообрабатывающих станков и комплексов, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: innanikitina@list.ru
Аннотация. В статье представлена методика создания робототехнического комплекса на базе глубоко модернизированного универсального горизонтально-фрезерного станка. Целью внедрения такого комплекса на машиностроительном предприятии является встраивание морально устаревшего оборудования в современное высокоавтоматизированное производство, имеющее цифровое управление. Робо-тотехнический комплекс кроме станка, подвергнутого глубокой модернизации, включает транспортно-накопительную систему и промышленный робот. Глубокая модернизация фрезерного станка заключалась в реализации на его базе проекта станка с числовым программным управлением, включающим использование по каждой координатной оси независимых линейных приводов. Привод главного движения, спроектированный на базе асинхронного электродвигателя с частотным регулированием, для расширения диапазона регулирования был дополнен автоматической коробкой скоростей. Для дополнительного расширения технологических возможностей модернизированного станка разработан проект мехатронного модуля в виде шестишпиндельной головки. Расчетная и графическая части проекта реализованы с использованием автоматизированных систем: Matlab, Autodesk Inventor, КОМПАС-3D и Ansys. Графическая часть проекта реализована в виде 2D-чертежей и 3D-моделей.
Ключевые слова: металлорежущие станки, станки с числовым программным управлением, модернизация, шестишпиндельная головка, транспортно-накопительная система, промышленный робот, автоматизированное проектирование.
Для цитирования: Баимов А. С. Автоматизированный робототехнический комплекс на базе универсального горизонтально-фрезерного станка // Шаг в науку. - 2021. - № 3. - С. 30-34.
AUTOMATED ROBOTIC COMPLEX BASED ON UNIVERSAL HORIZONTAL MILLING MACHINE
Baimov Azat Salavatovich, student, training program 15.03.06 Mechatronics and Robotics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: azat.baimov@mail.ru
Research advisor: Nikitina Inna Petrovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, Metalworking Machine Tools and Complexes, Orenburg State University, Orenburg e-mail: innanikitina@list.ru
Abstract. The article presents a methodology for creating a robotic complex based on a deeply modernized universal horizontal milling machine. The purpose of introducing such a complex at a machine-building enterprise is to integrate obsolete equipment into a modern highly automated production with digital control. The robotic complex, in addition to the machine tool, which has undergone deep modernization, includes a transport-storage system and an industrial robot. A deep modernization of the milling machine consisted in the implementation on its basis of a machine tool with numerical control, including the use of independent linear drives along each coordinate axis. The main drive, designed on the basis of a frequency-controlled asynchronous electric motor, was supplemented with an automatic gearbox to expand the control range. To further expand the technological capabilities of the modernized machine, a mechatronic module was developed in the form of a six-spindle head. The design and graphic parts of the project are implemented using automated systems: Matlab, Autodesk Inventor, COMPAS-3D and Ansys. The graphic part of the project is implemented in the form of 2D-drawings and 3D-models.
Keywords: metal-cutting machines, numerically controlled machine tools, modernization, six-spindle head, transport-storage system, industrial robot, computer-aided design.
Cite as: Baimov, A. S. (2021) [Automated robotic complex based on a universal horizontal milling machine]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 3, pp. 30-34.
Внедрение новейшего высокопроизводительного оборудования и передовых технологий, в том числе интеллектуальных, повсеместная замена и модернизация устаревшего основного технологического оборудования [1-7] - необходимые составляющие развития и роста производства.
Создание и внедрение робототехнического комплекса (РТК) в производство выводит любое предприятие на новый, более совершенный, технологический уровень. РТК позволяет объединить отдельные единицы оборудования в механизированную систему, что существенно сокращает время на выполнение операций, сокращает непроизводственные затраты, позволяет увеличить объем производства и снизить стоимость единицы продукции.
Проведенный анализ современного состояния металлообрабатывающего оборудования и уровня развития отечественного машиностроения позволил сформулировать цель работы - встраивание металлорежущих станков с ручным управлением в высокотехнологичное производство, за счет их модернизации и автоматизации, позволяющие создавать РТК, в которых применяются транспортно-
накопительные системы и промышленные роботы.
В качестве базового станка был выбран универсальный горизонтально-фрезерный станок с ручным управлением модели 6Т80.
Для глубокой модернизации фрезерного станка были решены следующие задачи:
- установка по каждой координатной оси независимых линейных приводов;
- замена ручного управления станка числовым программным управлением (ЧПУ).
Для дополнительного расширения технологических возможностей модернизированного станка было предложено использовать мехатронный модуль в виде шестишпиндельной головки.
Для встраивания морально устаревшего оборудования в современное высокоавтоматизированное производство, имеющее цифровое управление, было предложено осуществлять в автоматическом режиме транспортировку заготовок и готовых деталей, а также их подачу в зону обработки станка с помощью тактового стола и промышленного робота.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Рисунок 1. Кинематическая схема модернизированного станка
Источник: разработано автором
- проектирование приводов главного движения и подач станка;
- проектирование мехатронного модуля;
- проектирование тактового стола;
- проектирование захватного устройства промышленного робота;
- проектирование компоновки РТК.
Проект приводов и компоновки станка. В кинематической схеме модернизированного станка (рисунок 1) произвели сокращение и упрощение
длины кинематических цепей, все движения имеют независимый привод.
Трехмерная модель модернизированного станка модели 6Т80 (рисунок 2) была создана в программной среде трехмерного моделирования «КОМПАС-3D». Расчеты статических и динамических характеристик спроектированной модернизированной несущей системы станка были выполнены в САЕ-системе «Ansys». Это позволило оптимизировать конструктивные параметры несущей системы.
Рисунок 2. Компоновка модернизированного станка
Источник: разработано автором
Проект мехатронного модуля. Анализ существующих способов расширения технологических возможностей фрезерных станков позволил предложить проект мехатронного модуля в виде шести-шпиндельной головки (рисунок 3), обеспечиваю-
щей быструю смену режущих инструментов при обработке горизонтальных поверхностей. Надежное закрепление головки в рабочей позиции обеспечивает спроектированный механизм фиксации.
Рисунок 3. Шестишпиндельная головка
Источник: разработано автором
Проект тактового стола. Тактовый стол (рисунок 4) предназначен для подачи заготовок и приема готовых деталей. По конструкции представляет со-
бой горизонтально замкнутый конвейер с настольным тактовым перемещением тележек.
Рисунок 4. Тактовый стол
Источник: разработано автором
Проект захватного устройства промышленно- ные роботы (ПР). Захватное устройство ПР (рису-
го робота. Для транспортирования заготовок и го- нок 5) служит для захвата объектов и удержания
тового изделия из зоны хранения (тактовый стол) их при перемещении. В качестве промышленного
в зону обработки (станок) применяют промышлен- робота (рисунок 6) был принят прототип Кика Кг6.
Рисунок 5. Захватное устройство промышленного робота
Источник: разработано автором
Рисунок 6. Промышленный робот
Источник: разработано автором
Проект компоновки РТК. Применение в РТК зону станка, обеспечивая непрерывную работу транспортно-накопительной системы и промыш- РТК. В проект добавлены: кабинетная защита стан-ленного робота улучшает условия труда, так как ка с системой ЧПУ, система ограждения участка. избавляет человека от подачи заготовок в рабочую
Рисунок 7. Компоновка РТК
Источник: разработано автором
Предложенный РТК объединит отдельные единицы оборудования в механизированную систему, что существенно сократит время на выполнение вспомогательных операций, позволит значительно
снизить себестоимость производимой продукции за счет увеличения производственных объемов, высвободить основных и вспомогательных рабочих обслуживающего персонала.
Литература
1. Амосёнок Э. П. Проблемы обновления и модернизации парков оборудования в РФ на основе фон-досоздающих видов деятельности обрабатывающих производств // Мир экономики и управления. - 2011. -Т. 11. - № 3. - С. 5-11.
2. Бобриков А., Калмыков А. Модернизация старого станка // Главный механик. - 2008. - № 1. -С. 43-45.
3. Махонин Н. С., Разживалов П. Н., Золотарев Ю. В. Модернизация фрезерного широкоуниверсального инструментального станка // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. - 2020 - № 7. - С. 7-12.
4. Модернизация металлообрабатывающих станков, применяемых в условиях автоматизированного производства / Федонин О. Н. [и др.] // Вестник Брянского государственного технического университета. -2009 - № 3(23). - С. 57-59.
5. Никитина И. П., Поляков А. Н. Методика модернизации станков фрезерной группы с ручным управлением // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. - 2018 - № 5. - С. 82-89.
6. Разработка варианта модернизации универсального вертикально-фрезерного станка / Плотников А. Л. [и др.] // Металлообработка. - 2017 - № 3(99). - С. 43-50.
7. Соколова И. Д., Беккель Л. С., Панкрашин А. М. Модернизация привода главного движения универсального консольно-фрезерного станка // Наука, техника и образование. - 2017 - № 2(12). - С. 49-55.
Статья поступила в редакцию: 25.05.2021; принята в печать: 30.06.2021.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
