CC BY
70
нелинейных колебаний круговой арки // Знание в практику. 2002. Вып. 3. С. 66-69.
6. Дорофеева Н.Л. Построение дискретной динамичной мо-
дели для исследования вынужденных нелинейных колебаний пластин и оболочек. В кн.: Материалы двух Всероссийских конференций. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. С. 52-56.
УДК 621.924.6
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС УДАЛЕНИЯ ЗАУСЕНЦЕВ ПОСЛЕ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ © А.В. Иванова1, Б.Б. Пономарев2, А.В. Савилов3, А.П. Чапышев4
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлена подготовка к проекту по созданию робототехнического комплекса удаления заусенцев после фрезерования деталей. Приведены обоснования выбора оборудования. Рассмотрены этапы подбора инструмента и программные обеспечения по созданию управляющих программ.
Ил. 7. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: робототехнический комплекс; удаление заусенцев; лепестковый круг; бор -фреза; инструментальный магазин; шпиндель.
ROBOTIC SYSTEM PERFORMING DEBURRING AFTER PART MILLING A.V. Ivanova, B.B. Ponomarev, A.V. Savilov, A.P. Chapyshev
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the preparation for the project on designing a robotic system performing deburring after part milling. It gives the rationale for the choice of equipment, considers the stages of tool selection and the software to create control programs.
7 figures. 4 sources.
Key words: robotic system; deburring; flap wheel; carbide cutter; tool magazine; spindle.
После механической обработки на деталях и заготовках остаются заусенцы, которые должны быть удалены. Обычно эти операции выполняются вручную в несколько проходов с использованием напильников, проволочных щеток, паст, кругов или наждачной бумаги. При этом процесс удаления заусенцев весьма продолжителен, качество обработки во многом зависит от квалификации рабочего, а возникающие зарезы и пе-решлифовки увеличивают объемы брака. Особенно актуальна эта проблема для деталей, имеющих сложные контуры и формы с большим количеством колодцев, карманов, полок, рёбер и других подобных конструктивных элементов.
В авиационном производстве после фрезерной обработки типовых деталей авиационной техники из алюминиевых и титановых сплавов (рис. 1) возникает проблема удаления заусенцев [2]. Сложность таких деталей заключается в разновысотности рёбер жёст-
кости. Поэтому для удаления заусенцев с таких деталей методы удаления виброабразивной обработкой, абразивным эластичным инструментом и другие не подходят.
Одним из путей решения проблемы удаления заусенцев с типовых авиационных деталей является применение робототехнического комплекса (РТК). Преимуществами применения робота в процессе снятия заусенцев является возможность обработки сложных контуров деталей, особенно деталей авиационной техники, исключение влияния человеческого фактора при выполнении операций, повышение качества деталей, сокращение времени выполнения и снижение уровня опасности на рабочем месте. Автоматизированная система, реализованная на основе РТК, позволяет управлять процессом обработки и добиться его стабильности, что гарантирует высокое качество выпускаемой продукции.
1Иванова Алена Владимировна, аспирант, тел.: 89501321663, e-mail: [email protected] Ivanova Alena, Postgraduate, tel.: 89501321663, e-mail: alena91 @istu.edu
2Пономарев Борис Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации авиамашиностроения, тел.: 83952405020, email: [email protected]
Ponomarev Boris, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Enginee ring, tel.: 83952405020, e-mail: [email protected]
3Савилов Андрей Владиславович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации авиамашиностроения, тел.: 89148711574, email: [email protected]
Savilov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89148711574, e-mail: [email protected]
4Чапышев Александр Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации авиамашиностроения, тел.: 89148887106, e-mail: [email protected]
Chapyshev Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89148887106, e-mail: [email protected]
Рис. 1. Типовые авиационные детали
При обосновании перехода к роботизированному удалению заусенцев после фрезерования деталей во внимание принимался ряд факторов, прежде всего номенклатура деталей обработки, далее предполагаемая загрузка робототехнического комплекса, и, как минимум, двухсменная работа оборудования. Инстру-ментообеспечение комплекса во многом определило технологические и конструктивные требования, предъявляемые к роботу, приводу главного движения системы, оснастке для базирования заготовок и устройствам, обеспечивающим смену инструмента.
В предпроектных исследованиях рассматривались две схемы организации процесса удаления заусенцев после механической обработки заготовок. Первая схема предполагала удаление материала заусенцев на плоской части детали, закреплённой на перемещающемся относительно инструмента приспособлении, например, абразивной щетки или концевой фрезы. При этом инструмент при обработке детали пространственной формы должен управляться, как минимум, по четырём координатам одновременно, а приспособление - обеспечивать управляемую продольную и поперечную подачи. Вторая схема ориентирована на применение робота в качестве обрабатывающего центра с семью независимо управляемыми координатами и развитым шпинделем. По зарубежному опыту подобная схема используется фирмами для удаления больших заусенцев с зубьев цилиндрических колес [4]. Обработка при этом производится инструментом, установленным в шпинделе робота. Обход всех зубьев колеса осуществляется по контуру один раз.
Вторая схема по отношению к авиационным деталям (узкие и длинномерные) предпочтительнее. Результаты экспериментальных исследований позволяют сделать заключение, что инструмент, который был разработан и используется для ручного удаления заусенцев, может быть применён и при выполнении этих операций роботом, в том числе полимерно-абразивные щетки, предложенные учеными Иркутского государственного технического университета [1]. Хорошие результаты получены при использовании лепестковых кругов, один из которых представлен на рис. 2. Выбор инструмента производился по предварительной оценке размеров заусенцев и сложности обрабатываемой поверхности. При этом малый размер заусенцев - от 0,01 до 0,5 мм, средний - от 0,5 до 2 мм, большой - от 2 мм и более.
Величина обработанной фаски регламентируется ОСТ 100022-80 «Предельные отклонения размеров от 0,1 до 10000 мм и допуски формы и расположения поверхностей, не указанные на чертеже» и составляет
0,1 <Р<0,4 мм.
Проведение исследований потребовало обоснованного определения траектории движений при обработке контуров деталей. Как правило, обучение робота, выполняющего операции снятия заусенцев, производится с помощью пошагового программирования предполагаемой траектории движения. Однако для этого могут быть использованы и специализированные программные пакеты. Например, пакет Roboguide моделирования компании Рапио - это программа моделирования, разработанная специально для проектирования и обслуживания роботизированных комплексов. Программный комплекс дает возможность пользователю создавать виртуальное рабочее пространство на основе IGES-файлов самого робота и Эй-модели обрабатываемой детали. На электронной модели детали указываются края и плоскости, которые необходимо обрабатывать. Пакет Roboguide позволяет выбрать параметры обработки. Программа создает траекторию движения робота для удаления заусенцев, которая может быть загружена в контроллер робота и запущена в реальном режиме времени.
Рис. 2. Лепестковый круг
САй/САМ-программа Robotmaster интегрирует программирование робота, моделирует и генерирует коды внутри Mastercam, обеспечивая быстрое программирование робота. Применение автоматизированных систем значительно сокращает сроки подготовки производства по сравнению с ручным обучением робота по каждой точке контура и исключает ошибки.
В реализуемом проекте используется программный продукт Robotmaster. Процесс снятия заусенцев
программой Robotmaster генерируется автоматически из CAD-модели, а затем может изменяться с минимальными затратами для корректировки нескольких параметров: изменение контуров резания, диаметра фрезы, глубины резания, количества обрабатываемых поверхностей. На рис. 3 показан выбор траектория обработки и симуляция с применением робота. Программным путем разработчику предоставляется возможность запрограммировать и управлять направлениями наклона инструмента для оптимизации контакта поверхности, повышения качества поверхности и увеличения срока службы инструмента. Программа позволяет моделировать процесс снятия заусенцев с использованием нескольких инструментов, проводить виртуальную калибровку инструментов. На рис. 4 представлен интерфейс программы Robotmaster с 3й-моделью обрабатываемой детали и симуляцией движений робота с инструментом.
Недостаточная жёсткость и точность робота при выполнении исследований стали причиной некоторых затруднений в программировании. Для минимизации отклонений от теоретических контуров появилась необходимость использовать датчик
«РогоеТоо!Соп^о!», что позволило отслеживать силы, действующие на инструмент, и учитывать влияние неровностей поверхности детали, поддерживая эти силы постоянными в установленных пределах. При атмосферном давлении 5-6 бар система позволяет поддерживать постоянной силу от 5 до 100 Н, а при смене позиции во время выполнения рабочего цикла менять направление действия силы и изменять величину нормированной силы. Использование датчика «РогоеТоо!Соп^о!» в роботизированном комплексе удаления заусенцев кроме повышения точности воспроизведения траекторий существенно продлевает срок службы инструмента.
Рис. 3. Виртуальное построение траекторий движения робота
Рис. 4. Интерфейс программы Robotmaster
Наличие в РТК системы удаления стружки, пыли и других частиц при обработке деталей позволяет использовать абразивный инструмент, применение которого упрощает процесс программирования траектории движения робота и снижает уровень требований к точности её воспроизведения роботом [3]. При этом незначительные отклонения от траектории при движении такого инструмента не приводят к существенным изменениям геометрии детали. Абразивные круги для снятия заусенцев должны работать с частотой вращения 2500—3000 оборотов в минуту. Применение борфрез повышает производительность процесса снятия заусенцев при малом износе инструмента, но требует точного программирования траекторий движения. Частота вращения шпинделя при обработке борфрезами может быть ниже, чем при обработке абразивными кругами.
Задача определения точности, которую должен обеспечить робот при удалении заусенцев, стала одной из самых сложных при формировании состава РТК. Повторяемость результатов работы роботизированной системы не должна выходить за установленные пределы, которые определяются размерами и расположением заусенцев на деталях. Если количество и размер заусенцев на деталях нестабильны, то обработку следует осуществлять в несколько проходов с допустимыми отклонениями, назначаемыми на каждый проход.
Наиболее полно требованиям разрабатываемого технологического процесса отвечает промышленный робот KUKA KR210 R2700 prime с дополнительной седьмой линейной осью, позволяющей увеличить рабочую зону робототехнического комплекса и повысить производительность обработки (рис. 5).
Рис. 6.30-модель РТК зачистки: 1 - робот KUKA KR210 R2700 prime; 2 - дополнительная линейная ось; 3 - рабочий стол; 4 - вытяжной шкаф; 5 - шпиндель; 6 - защитное ограждение
Рис. 5. Промышленный робот KUKA KR210 R2700 prime
На рис. 6 показана 3й-модель всего робототехнического комплекса, который содержит: робота KUKA KR210 R2700 prime, линейную ось KUKA KL 1000-2, рабочий стол, вытяжной шкаф, шпиндель RC90/2235FP1IS025CRPDSF и защитное ограждение, оснащенное фоторелейным барьером.
При обработке детали должны фиксироваться в зажимном приспособлении (оснастке). В реализуемом проекте это рабочий стол, выполненный в виде верстака, на котором крепится оснастка или гидравлические тисы. Для быстрой смены инструмента предусмотрен трёхпозиционный инструментальный магазин, представленный на рис. 7.
Рис. 7. Инструментальный магазин
Особое внимание в проекте уделено технике безопасности. В РТК использован вариант с закрытой линейной осью. Нахождение человека в зоне обработки деталей недопустимо, поэтому в комплексе предусмотрены механическое ограждение и фоторелейный барьер. После установки детали в приспособление оператор должен покинуть зону обработки и все дальнейшие действия осуществлять с помощью электронной панели. При попытке проникновения оператора или постороннего лица в рабочую зону робота происходит пересечение луча, который наводится системой защиты между стойками барьера, сигнал о его преры-
вании поступает в контроллер и работа комплекса блокируется.
Робототехнический комплекс для удаления заусенцев с длинномерных деталей позволяет производить обработку деталей из титановых и алюминиевых сплавов. Данный комплекс не имеет аналогов в России. Его простота в использовании, точность, гибкость и адаптивность в полной мере согласуются с тенденциями и особенностями малого, среднего и крупносерийного производства. РТК создается по проекту, выполняемому совместно с Иркутским авиационным заводом - филиалом корпорации «Иркут».
Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научнопроизводственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.
Библиографический список
1. Димов Ю.В. Перспективы использования лепестковых кругов при изготовлении деталей самолета // Повышение эффективности технологических процессов в машиностроении. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. С. 3-10.
2. Оптимизация процессов механообработки на основе модального и динамометрического анализа / Савилов А.В. [и др.] // Наука и технологии в промышленности. 2013. № 1-2. С. 42-46.
3. Пашков А.Е., Малащенко А.Ю. Об автоматизации процесса гибки-прокатки деталей типа обшивок крыла в комбинированном процессе формообразования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 11. С. 37-42.
4. Kennedy B. Prosock Machine featured // Cutting Tool Engineering Magazine. October 2005.
УДК 621.7.04
ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКАЯ ФОРМОВКА И ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА ТРЁХСЛОЙНЫХ КЛИНОВИДНЫХ ПАНЕЛЕЙ С ПОДПОРОМ ОБШИВОК
1 9
© А.В. Колесников1, А.К. Шмаков2
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрена возможность изготовления трёхслойных клиновидных панелей методом пневмотермической формовки и диффузионной сварки с подпором обшивок. Предложены схемы формовки многослойных клиновидных панелей с подпорной плитой. Определены зависимости для расчёта технологических параметров проведения процесса предложенным методом формовки.
Ил. 6. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: пневмотермическая формовка; сверхпластичность; клиновидные многослойные конструкции.
THERMAL-PNEUMATIC FORMING AND DIFFUSION BONDING OF THREE-LAYER WEDGE-SHAPED PANELS
WITH SKINS SUPPORT
A.V. Kolesnikov, A.K. Shmakov
1Колесников Алексей Владимирович, аспирант, тел.: 89025787277, e-mail: [email protected] Kolesnikov Aleksei, Postgraduate, tel.: 89025787277, e-mail: [email protected]
2Шмаков Андрей Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры самолетостроения и эксплуатации авиационной техники, тел.: 89140074508, e-mail: [email protected]
Shmakov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Aircraft Construction and Maintenance, tel.: 89140074508, e-mail: [email protected]
