CC BY
28
ANALYSIS OF THE BUCKLING PROBLEM OF THIN-CONSTRUCTION STRUCTURES ENHANCED BY THE METHOD OF SELECTIVE LASER SINTERING, IN INTENSIVE
HEATING
A.S. Kurbatov, A.A. Orekhov, L.N. Rabinskiy
The problem of dynamic thermal conductivity simulating the thermal action of a laser on a structure is considered and the buckling problem from the stress gradient caused by heating is solved in an unbound formulation. A finite-element plate model is constructed, which is affected by intense heat flow. Numerical solutions of the dynamic heat conduction problem and quasistatic problem of stability loss at different instants of time are obtained. The permissible time of laser action on the structure is analyzed, depending on the laser power and the wall thickness.
Key words: layer-by-layer synthesis, thermostability, growing body, additive technologies, residual thermal stresses.
Kurbatov Alexey Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, defunt@,inbox.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute,
Orekhov Alexander Alexandrovich, postgraduate, engineer, a_orekhov@mai.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute,
Rabinskiy Lev Naumovich, doctor of physical and mathematical sciences, professor, rabinskiy@,mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute
УДК 621.865.8.075.8
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНОГО МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАНКА-РОБОТА FANUC
Л.Г. Саранин, П.И. Маленко, С.К. Захаров, Д.Б. Белов, О.В. Костыгова
Посвящена практическому применению промышленного станка-робота FANUC для изготовления литейных модельных комплектов в условиях модельного цеха предприятия ООО «ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ» Представлены общая характеристика станка FANUC R-2000iC/165F, элементы базового программирования, возможности применения, технология изготовления модельного комплекта. Приведен пример изготовления конкретного модельного комплекта «Рабочее колесо» Показано, что все размеры элементов стержневого ящика, выполненного роботом из пластика, соответствуют заданным требованиям на чертеже по соответствующим стандартам. Проведенные испытания станка-робота FANUC показали целесообразность его применения при изготовлении литейных модельных комплектов при достижении наибольшей эффективности: наиболее сложные элементы выполняются роботом с высокой степенью точности и прочности и в короткий срок, в то время как менее сложные элементы выполняются модельщиком вручную параллельно с работой робота. Это позволило сократить общий срок изготовления модельного комплекта в 3-4 раза.
Ключевые слова: FANUC, робот, промышленная автоматизация, числовое программное управление, модельный цех, точность позиционирования, изготовление литейных моделей, классы точности и прочности.
На современном конкурентном рынке любое предприятие должно владеть гибким производственным процессом, позволяющим быстро реагировать на изменчивую динамику рынка. Производительность и эффективность предприятия должны непрерывно расти, не компрометируя при этом качество продукции, удовлетворение клиента и прибыльность [1-8].
Выполнять эти требования на производстве возможно только при условии внедрения промышленной автоматизации, числового программного управления и робототехники [9-18]. На этом рынке компания БАКИС занимает лидирующие позиции в мире [19].
Создавая удобный продукт для использования, БАКИС предлагает идеальное сочетание - Робот + Специализированное программное обеспечение для решения конкретных задач: операции различных видов сварки (электродуговая, лазерная, плазменная и др.), задачи лазерной, плазменной, газовой резки металла, гибка, штамповка, шлифовка, полировка, сборка, пайка и многие другие. Роботы БАКИС имеют интегрированную систему технического зрения, систему контроля усилий, систему защиты от столкновений. Все эти системы делают роботов БАКИС интеллктуальными помощниками человека в современном производстве.
Целью данной работы является описание технологии изготовления литейных модельных комплектов с применением станка-робота БАКИС на предприятии ООО «ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ». В качестве примера приведено изготовление модельного комплекта «Рабочее колесо». Этот модельный комплект должен соответствовать 6-му классу точности по ГОСТ 3212-92 и 1-му классу прочности по ГОСТ 1335481.
Основная часть. Основной продукцией предприятия ООО «ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ» являются центробежные гидравлические насосы большой мощности, которые применяются на крупнейших предприятиях России, и работают в жестких условиях с повышенным химическим и абразивным износом (шахтный водоотлив, перекачка нефти и другие). Рабочий цикл производства - полный, то есть все детали насосов отливаются и обрабатываются на месте.
Базовые детали насосов представляют из себя сложные по конфигурации, крупногабаритные многорадиусные изделия. Для их отливок модельный цех предприятия изготавливает модели высшего класса точности и высшей группы сложности.
До 2016 г. такие модели изготавливались вручную. Это очень сложный и трудоемкий процесс. Так, изготовление одного модельного комплекта повышенной сложности занимало 35-50 рабочих дней.
С 2016 г. в ассортименте продукции предприятия появились новые более мощные, современные насосы. Базовые детали этих насосов (рабочие колеса, крышки нагнетания, корпуса направляющих аппаратов) имеют более сложную многорадиусную конструкцию по сравнению с деталями старых насосов. Материал древесина, применявшийся ранее, при изготовлении моделей для отливки этих деталей, уже не отвечал требованиям ГОСТ 13354-81 по прочности. Материалом, удовлетворяющим требования ГОСТа по прочности, является специальный модельный АВС пластик двух марок: КАКЦ-ТООЬ WB-1460/50 74381700161; КАКИ-ТОСЬ WB-1404-75 20401729074. Однако вручную, как это делалось ранее, изготовить модель из такого материала невозможно. Для этого требуется специальный станок. Специалистами предприятия был выбран многофункциональный станок робот БАКИС (рис. 1).
Метод изготовления модельных комплектов в этом случае является комбинированным: с помощью робота из пластика изготавливаются наиболее сложные элементы модельного комплекта, например: стержневой ящик «Рабочее колесо». Остальные элементы (верхняя и нижняя полуформы, литниково-питающая система, прибыли) изготавливаются вручную из древесины и фанеры. Таким образом, достигается наибольшая эффективность применения робота в модельном производстве: сложные элементы выполняются роботом с высокой степенью точности и прочности и в короткий срок (23 рабочие смены), менее сложные элементы выполняются модельщиком вручную параллельно с работой робота. Общий срок изготовления модельного комплекта сократился в 3-4 раза и составляет 12-14 рабочих смен.
Технические характеристики робота ЕЛЫиС Я-20001С/165¥
1. Максимальный размер обрабатываемых деталей, мм
- длина 1700;
- ширина 1200;
- высота 700.
2. Радиус досягаемости, мм - 2655.
3. Обрабатываемые материалы - АБС пластик, древесина, сплавы цветных металлов.
4. Погрешность, мм - +0,2.
Рис. 1. Общий вид станка-робота «Гапне»
Основными узлами робота, участвующими в работе при изготовлении моделей являются: узел главного движения (рис. 1, поз. 1,), магазин инструментов и измерительный датчик (рис. 1, поз. 2).
Узел главного движения (рис. 2) предназначен для механической обработки детали. Он включает: высокоскоростной фрезерный мотор-шпиндель (рис. 2 поз. 1), установленный в специальном кронштейне, крепящемся к руке робота и систему охлаждения шпинделя. Система охлаждения представляет собой замкнутый воздушный контур с осушительным блоком. В специальном патроне закреплен инструмент, в данном случае фреза (рис. 2, поз. 2).
ВШё I
К -. ^¿¿л %
Рис. 2. Узел главного движения. Мотор-шпиндель
Магазин инструментов (рис. 3) предназначен для размещения режущего инструмента и измерительного датчика касания (поз. 1). Магазин представляет собой стойку, на которой установлены держатели для трех инструментальных наладок (поз. 2). В конструкции магазина предусмотрены датчики наличия инструмента в держателях. Также на нем предусмотрены датчики касания и датчик контроля поломки и наличия инструмента в мотор - шпинделе, который проверяет наличие инструмента перед началом обработки заготовки.
Рис. 3. Магазин инструментов
Измерительный датчик (рис. 3, поз. 1) предназначен для автоматической привязки робота к базовым поверхностям заготовки и измерения обработанных поверхностей. Датчик устанавливается в магазине инструментов в специальном патроне.
Система управления
Конструктивно робот выполнен, как машина на базе стационарной руки с шестью степенями подвижности (6 осей - Л...1б), по кинематическому строению приближающейся к строению руки человека (рис. 4). Основное требование к конструкции такого механизма - надежность в условиях длительной работы на повторяющихся операциях, точность позиционирования при заданных значениях параметров обработки и скорости перемещения рабочего органа.
Конструктивная схема степеней подвижности робота (рис. 4) имеет следующие обозначения: Л - ось подвижности главного агрегата; 12 - ось подвижности «плеча»; 13 - ось подвижности «локтя», радиальная; 14 - ось подвижности «локтя», осевая 15 - ось подвижности «кисти»; 16 - ось подвижности мотор - редуктора.
Рис. 4. Конструктивная схема степеней подвижности робота
Закон движения инструмента у робота (узловые точки) программируется в абсолютной системе координат, когда в его память вводятся дискретные значения точек требуемой траектории движения руки робота с инструментом. При этом компьютер аппроксимирует координаты точек, преобразуя траекторию движения «руки» с фрезой в плавную кривую. Одновременно можно откорректировать как саму траекторию, так и другие параметры движения. Кроме того, в системе управления робота есть программа
самодиагностики, которая контролирует его техническое состояние, наличие ошибок и сбоев, сбор статистических показателей работы с вводом на дисплей соответствующих параметров.
Для управления роботом и дополнительным оборудованием в комплект станка входит контролер FANUC серии R30iB, представляющий отдельно стоящий шкаф управления, в котором находятся блоки систем управления приводами для каждой степени подвижности, управляющий компьютер, жидкокристаллический монитор и клавиатура.
Специальное программное обеспечение в системе контроллера выполняет следующие функции:
- возможность создания программы обработки непосредственно на оборудовании через графический интерфейс пользователя;
- наглядно отображает программу и воспроизводит динамическую симуляцию для отдельных циклов и всей программы обработки;
- импорт модели детали из персонального компьютера в виде данных САПР, что сокращает время на трехмерное моделирование.
Технология изготовления модельного комплекта «Рабочее колесо»
Испытания робота были проведены в модельном цехе ООО «ЛИНК ПРОМОБОРУДОВАНИЕ». При проведении испытаний необходимо было решить следующие задачи:
1. Внедрить станок - робот в практику работы модельного участка в производственных условиях, освоить формирование программных рабочих методик и их взаимодействие с встроенной программой системы управления (контроллер FANUC R30iВ) робота.
2. Сопоставить достигнутые результаты при изготовлении литейного модельного комплекта с требованиями ГОСТ 3212-92 (классы точности на уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров); ГОСТ 1497-84 (линейная литейная усадка); ГОСТ 13354-81 (классы прочности различных материалов из древесины); ГОСТ 33366.1-2015 (классы прочности пластических материалов.
Для проведения испытаний было выбрано изготовление модельного комплекта «Рабочее колесо» (рис. 5, 6).
640
\ /шншабсшшпельная система
1. Уа&а 2% по ГОСТ 14 97 - 84.
2. Модельный котлет 6 т точности по ГОСТ 3212- 92 3 Модельный комплект 1 кл прочности по ГОСТ 13354 - 81 4. Формобочные уклоны по ГОСТ 3212 - 92
Рис. 5. Технологический чертеж модельного комплекта «Рабочее колесо» (вид сверху)
523
А-А
Подернуто
Ст. ящик №2 Прибыль берхняя полу форма
1. Усадка 2% по ГОСТ Ш - 84.
2. Модельный комплект 6 кл. точности по ГОСТ3212 - 92.
3. Модельный комплект 1 кл. прочности по ГОСТ 13354 - 81.
4. Формовочные уклоны по ГОСТ3212 -92 6 сторону увеличения тела
отлиЬки
Рис. 6. Технологический чертеж модельного комплекта «Рабочее колесо» в сборе (разрез А-А)
Как видно из чертежа модельного комплекта, он состоит из 4-х основных частей: верхняя полуформа с верхней частью модели и литниково-питающей системой, нижняя полуформа с нижней частью модели и стержневых ящиков №1 и №2. Изготовление модельного комплекта производилось комбинированным методом: верхняя и нижняя полуформы, модель, литниковопитающая система и стержневой ящик №2 выполнены из древесины разных пород и фанеры вручную модельщиком. Стержневой ящик №1 (рис. 7, 8), представляющий наиболее сложный элемент модельного комплекта (многорадиусные лопатки с тонкими стенками толщиной от 4 мм), выполнены из АВС пластика RAKU - TOOLWB 1404-75 20201729074 с помощью робота FANUC путем фрезерования заготовки.
Рис 7. Технологический чертеж стержневого ящика М1 модельного комплекта «Рабочее колесо» 524
Формирование рабочей программной методики (технология изготовления модели) осуществлено с чертежа готового изделия детали с помощью системы трехмерного моделирования КОМПАС - 3Бу.17. Выполненная технология введена в собственную программу контроллера и с помощью системы управления все блоки приводов робота для каждой степени подвижности настроены на необходимую траекторию движения.
стержень №1
Кольцо для форммиройания знаковой части стержня
Рис. 8. Стержневой ящик №1 модельного комплекта «Рабочее колесо» Материал - пластик АВС
Выводы
1. Все размеры элементов стержневого ящика, выполненного роботом из пластика, соответствуют заданным требованиям на чертеже: 6-му классу точности по ГОСТ 33366.1-2015 (уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров). Прочность стержневого ящика №1 соответствует 1-му классу по ГОСТ 33366.1-2015. Размер линейной литейной усадки 2% соответствует ГОСТ 1497-84. Остальные элементы модельного комплекта, выполненные вручную из древесины, также соответствуют требованиям вышеуказанных ГОСТов и технологическим размерам.
2. Проведенные испытания станка - робота FANUC показали целесообразность его применения при изготовлении литейных модельных комплектов. Скорость и точность изготовления сложных многорадиусных элементов позволили сократить изготовление всего модельного комплекта в 3-4 раза.
Список литературы
1. Буданов Е. Н. Применения роботов в литейном производстве по типу Laempe // Литейщик России. 2016. № 9. С. 35-39.
2. Vijayaram T. R. Robots and Robotics in Foundries // Metalworld. 2012. № 1.
Р. 88-92.
3. Brogardth T. Robot Control Overview: An Industrial Perspective // Modeling, Identification and Control. 2009. Vol. 30. No. 3. P. 167-180.
4. Буданов Е. Н. Применение роботов в литейном производстве, по типу Laempe 1 // Литейное производство. 2016. № 9. С. 25-29.
5. Шаров К. В., Богомягков А. В., Пустовалов Д. О. Промышленные роботы в литейном производстве: учеб. пособие. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2016. 125 с.
6. Ткаченко С. С., Емельянов В. О., Мартынов К. В. Автоматизация литейных процессов в современных условиях // Литейщик России. 2018. № 2. С. 32-34.
7. Ткаченко С. С., Емельянов В. О., Мартынов К. В. Будущее комплексной автоматизации литейных процессов // Вестник арматуростроителя. 2018. № 1 (43). С. 74-75.
8. Хиршманнер М., Блюменштайн И., Эбнер Х., Хюгель М., Пфайль С., Приснер А., Шайдеггер Р. Применение современных промышленных роботов повышает безопасность труда в разливочном пролете // Металлургическое производство и технология. 2012. № 1. С. 26-34.
9. Шахинпур М. Курс робототехники. М.: Мир, 1990. 526 с.
10. Накано Э. Введение в робототехнику. М.: Мир, 1988. 334 с.
11. Корендясев А. И., Саламандра Б. Л., Тывес Л. И. Теоретические основы робототехники. Книга 1. М.: Наука, 2006. 383 с.
12. Blanke M., Kinnaert M., Lunze J., Staroswiecki M. Diagnosis and Fault Tolerant Control. Springer-Verlag: Berlin, 2003. 571 p.
13. Филаретов В.Ф. Самонастраивающиеся системы управления приводами манипуляторов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2000. 304 с.
14. Филаретов В.Ф., Губанков А.С. Система формирования предельно высокой скорости движения рабочего органа многостепенного манипулятора по произвольной траектории // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. Т. 11. № 4. C. 19-25.
15. Филаретов В.Ф., Жирабок А.Н., Зуева А.В., Проценко А.А. Разработка метода синтеза системы аккомодации к дефектам в электроприводах манипуляционных роботов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. Т. 11. № 4. C. 26-33.
16. Филаретов В.Ф., Зуев А.В., Проценко А.А. Метод синтеза наблюдателей для определения величин возникающих дефектов в робототехнических системах // Робототехника и искусственный интеллект: материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием / под науч. ред. В. А. Углева. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2016. С. 58-63.
17. Крахмалев О.Н., Петрешин Д.И., Крахмалев Г.Н., Пимонов А.Ю. Методы калибровки центра инструмента промышленных роботов // Робототехника и искусственный интеллект: материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием / под науч. ред. В.А. Углева. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2016. С. 34-40.
18. Жиденко И.Г., Кутлубаев И.М. Методика определения сигналов управления антропоморфным манипулятором // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 5. С.41-46.
19. Бабаскин Е.Н. Деятельность компании "Fanuc Corporation" на мировом рынке металлорежущих станков // Интеллектуальный потенциал XXI века инновационной России: материалы IV Международной научно-практической конференции студентов среднего профессионального образования: в 3 т. Т. 1. Орел: Госуниверситет-УНПК, 2015. С. 125-128.
Саранин Леонид Геннадьевич, студент, saranin53@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маленко Павел Игоревич, канд. техн. наук, доцент, malenko@,tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Захаров Сергей Константинович, канд. техн. наук, доцент, zzzsk19 71@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Белов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доцент, imsbelov@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Костыгова Ольга Викторовна, студент, kostygova_o@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MANUFACTURER OF FOUNDRY MODEL KIT WITH THE USE OF MACHINE - ROBOT FANUC
LG. Saranin, P.I. Malenko, S.K. Zakharov, D.B. Belov, O. V. Kostygova
The article is devoted to the practical application of the industrial machine - robot FANUC for the manufacture of casting model kits in the model shop of the company "LINK PROMOBORUDOVANIE". The General characteristics of the machine FANUC R-2000iC/165F, basic programming elements, application possibilities, manufacturing technology of the model set are presented. An example of manufacturing a specific model kit is given: "Impeller ". It is shown that all the dimensions of the rod box elements, made of plastic robot, meet the specified requirements in the drawing according to the relevant standards. The tests of machine - robot FANUC robot machine showed the expediency of its application in the manufacture of casting model kits when achieving the greatest efficiency: the most complex elements are performed by the robot with a high degree of accuracy and strength and in a short time, while less complex elements are performed manually by the Modeler in parallel with the robot. This allowed to reduce the total production time of the model set by 3-4 times.
Key words: FANUC, robot, industrial automation, numerical control, model shop, positioning accuracy, production of casting models, accuracy and strength classes.
Saranin Leonid Gennadievich, student, saranin53@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malenko Pavel Igorevich, candidate of technical science, docent, malen-ko@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Zakharov Sergey Konstantinovich, candidate of technical science, docent, zzzsk19 71@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Belov Dmitry Borisovich, candidate of technical science, docent, imsbelov@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kostygova Olga Viktorovna, student, kostygova_o@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 655.344.022.7-181.4
МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УЧАСТКА ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ
В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ТУЛГУ
Д.А. Ёлкина
Рассматривается процесс модернизации производства, его полезность и экономическая выгода. Для примера взят участок офсетной печати на базе Издательства Тульского государственного университета, где предлагается замена печатной машины и обосновывается выгода от проведения модернизации.
Ключевые слова: модернизация, офсетная печать, полиграфия.
Своевременная модернизация и замена оборудования крайне важна на любом предприятии. Модернизация позволяет шагать в ногу с современными технологиями, совершенствовать производственные процессы, экономить время, повышать качество
