CC BY
14
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МОДЕЛЬНОГО ПЛАСТИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Сидорова Алена Владимировна, младший научный сотрудник (e-mail: a.sidorova@innopolis.ru) Малюков Алексей Викторович, младший инженер-исследователь (e-mail: a.maliukov @innopolis.ru)
Гафиятуллин Айрат Халимович, старший инженер-исследователь (e-mail: a.gafiiatullin@innopolis.ru) Университет Иннополис, г.Иннополис, Россия
В данной статье рассматривается исследование технологии обработки модельного пластика на промышленном роботе. В статье проведены экспериментальные исследования технологии резания для различных материалов, рабочих зон и режимов резания на робототехнической ячейке. По результатам обработки получены сведения об оптимальных рабочих зонах ячейки и режимах резания, что позволит быстро выбирать режимы и настройки комплекса, а также позволит проанализировать результаты для решения задачи повышения точности.
Ключевые слова: промышленный робот, обработка материалов, модельный пластик, режимы резания.
Введение
Промышленные роботы применяются для различных технологий современного производства [10]. В последнее время роботы часто стали применяться для фрезерования деталей из различных материалов [11].
По сравнению с традиционным методами изготовления деталей (например, механическая обработка на станках с ЧПУ [7]), робот имеет несколько преимуществ [2, 3, 4, 5]. Во-первых, возможность полностью автоматизировать процесс от проектирования изделия в среде САПР, до его изготовления, а также сократить время производства и долю участия человека. Несмотря на то, что программа для механической обработки с ЧПУ также может быть автоматически сформирована из моделей САПР, для получения деталей со сложной геометрией необходимо многократное повторное закрепление и калибровка, что делает этот процесс трудоемким и дорогостоящим. Во-вторых, промышленный робот является экономически конкурентоспособным методом изготовления деталей больших габаритов и сложных форм, за счет увеличенной рабочей зоны. В частности, для аэрокосмической промышленности, где детали имеют крупные габариты и сложную геометрию деталей. Кроме того, промышленный робот позволяет создавать детали из различных материалов, начиная от дерева и модельного пластика, заканчивая сплавами на основе алюминия, никеля и титана [11].
К недостаткам использования промышленных роботов можно отнести их низкую жесткость системы и недостаточную точность обработки [6, 9].
Целью работы является повышение эффективности технологического процесса фрезерования деталей с применением робототехнического комплекса с учетом исследования влияния режимных и настроечных параметров робототехнической ячейки на точность обработки [8].
В данной статье приводится методика и экспериментальные исследования для фрезерной роботизированной обработки модельного пластика.
Методика исследования
Выбор материала. В качестве экспериментальных материалов выбраны модельный пластик. Модельный пластик сегодня уверенно занимает первое место среди материалов для оснастки в композитном, литейном и штамповочном производстве. Широкий диапазон возможностей модельных пластиков позволяет решать самые разнообразные задачи.
Модельный пластик используются для создания различных видов оснастки, как правило, путем фрезерования на ЧПУ-станках. Мастер-модели, макеты, формы, матрицы - все эти задачи решаются с использованием модельного пластика [1].
Основные преимущества модельных пластиков возможность быстрого склеивания и ремонта, легкость обработки, однородность структуры, стойкость к влажности и перепадам температуры. Традиционные материалы, такие как дерево, МДФ, фанера, такими свойствами не обладают. Также модельные пластики успешно конкурируют с металлом за счет возможности более быстрой обработки и ремонтопригодности.
Модельный пластик для фрезеровки обладает следующими преимуществами: его несложно перерабатывать, структура поверхности плотная, материал оказывает хорошее сопротивление сжатию, края имеют геометрическую стабильность, тепловая деформация происходит лишь при высоких температурах, кроме того, он устойчив к растворителям.
При механической обработке изделий из таких материалов возникают определенные трудности: режущий инструмент быстро изнашивается, что снижает качество обработанной поверхности. В связи с этим проблема получения изделий из модельных пластиков с гарантированным качеством обработанной поверхности и высокой производительностью обработки является актуальной для современной промышленности.
Для проведения испытаний были предоставлено 5 образцов модельного пластика кампанией «УралХимГрупп» г. Пермь. Список пластика представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Образцы модельного пластика
Изображение
№ Обозначение
1 1 ТС-2
2 4 ТС-2
3 5 ТС-2
4 4 ТС-1М1
5 6 ТС-1М1
Выбор инструмента. Для проведения экспериментов выбран инструмент, представленный в таблице 2.
Таблица 2 - Описание инструмента
№ Название Вид Материал Кол-во зубьев Геометрия Заточка
1 VSM-4E-D4.0 KMG40 5, Фреза 1 1 "Щ м KMG 405 4 Цилиндрическая Однонаправленная со стружколомом
Описание комплекса. Создание робототехнической ячейки на базе промышленного робота Fanuc R-2000iC 165F. Робототехническая ячейка предназначена для механической обработки деталей из различных материалов.
Рабочая среда. Для составления траектории движения робота использовалось ПО SprutCam.
В ходе испытаний обработки различных материалов параметры режимов резания варьировались в следующих пределах:
- скорость резания Vc от 46 до 48, м/мин с шагом 1 м/мин;
- частоты вращения шпинделя п от 1000 мин-1 до 6000 мин-1 с шагом 2500 мин-1;
- подача на зуб fz от 0,15 мм/зуб до 0,35 мм/зуб с шагом 0,1 мм/зуб;
- глубина резания ap от 2 мм до 8 мм с шагом 3 мм.
В качестве наблюдаемых величин принят визуальный срез обработанной поверхности.
Результаты
По итого проведения экспериментального исследования технологии фрезерования модельного пластика на робототехнической ячейке получены следующие результаты, представленные в таблице 3 в виде изображений.
Таблица 3 - Результаты эксперимента
№ Обозначение Изображение
1 1 ТС-2 Щг-т ти
2 4 ТС-2 вь ш? ШРИПИ! ^ШЖ*
3 5 ТС-2
4 4 ТС-1М1
5 6 ТС-1М1
Придерживаясь данной методики, были подобраны режимы резания представленных модельных пластиков, представленные в таблице 4. При этом резание проходило без посторонних шумов, дымление и перегрев пластика и режущего инструмента отсутствовали. Присутствовали незначительные сколы на обработанных кромках. Качество обработанной поверхности удовлетворительное.
Таблица 4 - Режимы резания для модельного пластика
Режимы Марка модельного пластика
резания 1 ТС-2 4 ТС-2 5 ТС-2 4 ТС-1М1 6 ТС-1М1
Vc, м/мин 46 47 47 48 47
n, мин-1 3500 1000 3500 6000 1000
Fz, мм/зуб 0,15 0,15 0,25 0,25 0,25
ap, мм 2 2 2 5 2
Заключение
По результатам эксперимента могут быть определены вариации с перспективными настройками фрезеровочного робототехнического комплекса, а также область наихудшего функционирования системы. Результаты являются основой для дальнейшего исследования повышения точности фрезерования робототехнической ячейки.
Список литературы
1. Саранин Л.Г. Исследование процессов изготовления литейной оснастки из древесины и модельных пластиков. / Саранин Л.Г., Маленко П.И. // Известия ТулГУ. Технические науки. -2019. № 10. С. 502-507.
2. Sidorova A.V. Determination of optimal combination of industrial robot control parameters in a part edge processing robotic complex. /Sidorova A.V. , Ponomarev B.B. // Proceedings of ISTU 2019 Vol.23 No. 4 Pp. 723-730
3. Ivanova A.V. Manufacturing capability of the robotic complex machining edge details / Ivanova A., Belomestnyh A., Semenov E., Ponomarev B. // International Journal of Engineering and Technology. -2015. Т. 7. № 5. С. 1774-1780.
4. Semyonov E.N. Accuracy assessment of Kuka KR210 R2700 extra industrial robot / Semyonov E.N., Sidorova A.V., Pashkov A.E., Belomestnykh A.S. // International Journal of Engineering and Technology. -2016. Т. 16. № 1. С. 19-25.
5. Sidorova A.V. Robotic edge machining using elastic abrasive tool / Sidorova A.V., Semyonov E.N., Belomestnykh A.S. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 11. Сер. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2017 - Simulation and Automation of Production Engeenering". -2018. С. 022097.
6. Д. Попов и А. Климчик, «Оценка и локализация внешней контактной силы в реальном времени для коллаборативного робота», Международная конференция IEEE по мехатронике (ICM) 2019 г., Ильменау, Германия, 2019 г., стр. 646-651, doi: 10.1109 / ICMECH .2019.8722893.
7. A. V. Savilov, V. M. Svinin, S.A. Timofeev. Studies on Titanium Alloy Turning Rate Improvement//Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019), 2019. DOI: 10.1007/978-3-030-22063-1_109.
8. Чапышев А.П. Программный модуль назначения режимов финишной обработки с применением автоматических щеточных стационарных установок / А.П. Чапышев, Д. А. Стародубцева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. «Машиностроение, материаловедение». - 2016. - Т. 18. - № 2. - С. 21-37.
9. Klimchik A., Bondarenko D., Pashkevich A., Briot S., Benoit F. Compliance error compensation in robotic-based milling // Informatics in Control, Automation and Robotics. — 2014. — Vol. 283, — P. 197-216.
10. Хусаинов Р.Р., Мамедов Ш.Н., Савин С.И., Климчик А.С. Поиск реализуемых энергоэффективных походок плоского пятизвенного двуногого робота с точечным контактом // Компьютерные исследования и моделирование, 2020, т. 12, № 1, с. 155-170.
11. Чащин Н.С. Исследование технологии обработки отверстий малых диаметров в полимерном композиционном материале на робототехническом комплексе / Н.С. Чащин, Ю.Н. Иванов, А.В. Сидорова, Е.Н. Семенов, А.А. Стуров // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6 (125). С. 39-48.
Sidorova Alena Vladimirovna, junior research assistant
(e-mail: a.sidorova@innopolis.ru)
Innopolis university, Innopolis, Russia
Malyukov Alexey Viktorovich, junior research engineer
(e-mail: a.maliukov @innopolis.ru)
Gafiyatullin Airat Halimovich, senior research engineer
(e-mail: a.gafiiatullin@innopolis.ru)
Innopolis university, Innopolis, Russia
RESEARCH OF MODEL PLASTIC PROCESSING TECHNOLOGY WITH THE USE OF INDUSTRIAL ROBOTS
Abstract. This article examines the study of the technology of processing model plastic on an industrial robot. The article contains experimental studies of cutting technology for various materials, working zones, and cutting modes on a robotic cell. Based on the processing results, information was obtained about the optimal working zones of the cell and cutting modes, which will allow you to quickly select the modes and settings of the complex, and also allow you to analyze the results to solve the problem of increasing accuracy. Keywords: industrial robot, material handling, model plastic, cutting modes.
