Помощь студентам в учебе
Автоматизация процесса сварки кронштейнов зеркала отвала машины ТМ10 ГСТ12 на роботе FANUC
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ РАЗРАБОТКИ 11
1.1 Конструкция гусеничного трактора ТМ 10 ГСТ 12 и его
бульдозерное оборудование 11
1.2 Технология изготовления отвала ТМ 10 ГСТ 12 22
1.3 Конструкция и схема автоматизации робота FANUC M-10iA/8L 32
2 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ РОБОТА FANUC M-
10iA/8L 41
2.1 Среда программирования контроллера R30iB системы автоматизации
робота FANUC M-10iA/8L 41
2.2 Разработка траектории движения манипулятора согласно чертежу
детали 42
2.3 Разработка и реализация в среде ROBOGUIDE алгоритма
совместного управления позиционером и движением сварочного робота 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 76
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ РАЗРАБОТКИ 11
1.1 Конструкция гусеничного трактора ТМ 10 ГСТ 12 и его
бульдозерное оборудование 11
1.2 Технология изготовления отвала ТМ 10 ГСТ 12 22
1.3 Конструкция и схема автоматизации робота FANUC M-10iA/8L 32
2 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ РОБОТА FANUC M-
10iA/8L 41
2.1 Среда программирования контроллера R30iB системы автоматизации
робота FANUC M-10iA/8L 41
2.2 Разработка траектории движения манипулятора согласно чертежу
детали 42
2.3 Разработка и реализация в среде ROBOGUIDE алгоритма
совместного управления позиционером и движением сварочного робота 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 76
В машиностроительной отрасли с каждым годом усиливается зависимость уровня конкурентоспособности предприятия от степени автоматизации производственных процессов. И это закономерно, ведь технологический процесс производства оборудования и машин включает в себя множество технологических операций по производству десятков - сотен различных деталей и комплектующих. При этом на машиностроительных предприятиях тяжелые условия труда (большая нагрузка, шум, загрязненный воздух и т. п.), а работа однообразна. Поэтому машиностроительная отрасль промышленности идеально подходит для применения роботов.
Роботы-сварщики, паллетайзеры, упаковщики, успешно работают на современных производствах, успешно заменяя людей там, где человеку работать сложно или опасно, там, где требуется однообразный монотонный труд, или предъявляются повышенные требования к санитарии и гигиене производства. Роботизированные сборочные комплексы могут в разы повысить производительность линии, не уставая и не совершая ошибок вследствие «человеческого фактора».
Ранее при оценке целесообразности использования роботов и автоматизации технологических процессов особое внимание уделялось объемам производства. Считалось, что для успеха автоматизации необходимы огромные объемы производства. Ведь автоматизация требует капитальных вложений, которые должны амортизироваться за счет снижения себестоимости каждой единицы выпускаемой продукции. Однако сегодня для этого не надо выпускать в громадных количествах абсолютно одинаковые изделия, поскольку на предприятиях сейчас используется так называемое «оборудование гибкой автоматизации» - роботы [1].
В настоящее время до половины всех промышленных роботов в мире - роботы для сварки. Это не удивительно, так как процесс сварки идеально приспособлен для автоматизации: это ряд многократно повторяющихся однотипных движений по заранее определенной траектории: прямой, кольцу, кругу и заданной кривой.
Преимущества робота для сварки:
- высокая производительность (рост производительности сварочных работ достигает 60-80%);
- уменьшение числа сварщиков (один сварочный робот заменяет собой от 2-х до 4-х сварщиков);
- применение роботов для сварки обеспечивает значительную экономию энергии и расходных материалов за счет минимизации брака продукции;
- стабильно высокое качество сварочных швов;
- строгое выполнение техники безопасности (место работы оператора удалено от места сварки на безопасное расстояние).
Несмотря на то, что роботизированные комплексы, поставляемые на предприятия, оснащены специализированным программным обеспечением, для стабильной и качественной работы роботизированного оборудования на конкретном рабочем участке требуется внесение изменений в базовый вариант программного обеспечения, а чаще требуется разработка нового программного обеспечения и настройка системы управления роботом.
Эти задачи актуальны и для предприятия «ДСТ-Урал» - современного предприятия по производству трубоукладчиков, тракторов, бульдозеров и спецтехники на базе гусеничного трактора. В настоящее время на предприятии выпускаются бульдозеры 5-ти тяговых классов массой до 40 тонн (трубоукладчик ТГ20.45, кабелеукладчик ГСТ15 КВГ280, бульдозер ТМ10 ГСТ20 и другие модели). Данная техника востребована среди многих небольших частных компаний и крупных предприятий для работы в горнодобывающей и золотодобывающей сфере, дорожном строительстве и коммунальном хозяйстве. Предприятие «ДСТ-Урал» первым среди тракторных заводов Российской Федерации внедряет современные роботы FANUC M-10iA/8L на участке сварки сложных, трудоемких и крупногабаритных элементов ходовой группы, iPendant, станция оператора. В программном обеспечении ROBOGUIDE осуществляется написание кода программы, определяющей траекторию движения руки робота. Далее данный код загружается в управляющее устройство системы управления роботом - контроллер R30iB, который позволяет легко подключать роботов. Затем с помощью пульта управления R30iB iPendant можно осуществить запуск имеющегося кода, а также изменить его, если физические размеры свариваемых деталей отличаются. На дисплее можно отображать трехмерную графику, на которой более наглядно визуализируются шаги программы.
Особенность предприятия «ДСТ-Урал», формирующая его конкурентное преимущество - частая смена моделей и конструкций выпускаемых изделий, что вызывает необходимость постоянного оперативного обновления программного обеспечения для управляющего устройства системы управления роботов. Причем для разработки программного обеспечения специалист должен не только владеть языком программирования Karel в среде ROBOGUIDE, но и знать особенности технологии сварки, уметь по технологическим картам/чертежам, рассчитывать программную траекторию, обладать навыками настройки системы управления роботом.
В настоящее время предприятие «ДСТ-Урал» активно внедряет роботизированные технологические комплексы роботов-сварщиков
FANUC M-10iA/8L в цехе сварки малогабаритных деталей и телег, однако из-за отсутствия готового ПО вынуждено ограничиваться «ручным» обучением роботов (основанном на запоминании роботом контрольных точек). Такой подход, конечно, не позволяет обеспечить требуемую точность геометрии и параметров сварного шва.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - разработка комплекса управляющих программ для робота FANUC M-10iA/8L, осущест
вляющего сварку деталей кронштейнов ТМ10.5219.080, ТМ10.5219.020 для зеркала отвала гусеничной машины ТМ10 ГСТ12 производства «ДСТ-Урал».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с предметной областью разработки:
- изучить конструкцию гусеничного трактора ТМ 10 ГСТ 12 и его бульдозерное оборудование;
- ознакомиться с технологию изготовления отвала ТМ 10 ГСТ 12;
- изучить конструкцию и схему автоматизации робота FANUC M-10iA/8L.
2. Разработать управляющие программы для робота FANUC M-10iA/8L:
- освоить среду программирования контроллера R30iB системы автоматизации робота FANUC M-10iA/8L;
- разработать программные траектории движения сварочной головки и манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020;
- разработать и реализовать управляющие программы для дуговой сварки деталей кронштейна TM10.5219.080 и ТМ10.5219.020.
Роботы-сварщики, паллетайзеры, упаковщики, успешно работают на современных производствах, успешно заменяя людей там, где человеку работать сложно или опасно, там, где требуется однообразный монотонный труд, или предъявляются повышенные требования к санитарии и гигиене производства. Роботизированные сборочные комплексы могут в разы повысить производительность линии, не уставая и не совершая ошибок вследствие «человеческого фактора».
Ранее при оценке целесообразности использования роботов и автоматизации технологических процессов особое внимание уделялось объемам производства. Считалось, что для успеха автоматизации необходимы огромные объемы производства. Ведь автоматизация требует капитальных вложений, которые должны амортизироваться за счет снижения себестоимости каждой единицы выпускаемой продукции. Однако сегодня для этого не надо выпускать в громадных количествах абсолютно одинаковые изделия, поскольку на предприятиях сейчас используется так называемое «оборудование гибкой автоматизации» - роботы [1].
В настоящее время до половины всех промышленных роботов в мире - роботы для сварки. Это не удивительно, так как процесс сварки идеально приспособлен для автоматизации: это ряд многократно повторяющихся однотипных движений по заранее определенной траектории: прямой, кольцу, кругу и заданной кривой.
Преимущества робота для сварки:
- высокая производительность (рост производительности сварочных работ достигает 60-80%);
- уменьшение числа сварщиков (один сварочный робот заменяет собой от 2-х до 4-х сварщиков);
- применение роботов для сварки обеспечивает значительную экономию энергии и расходных материалов за счет минимизации брака продукции;
- стабильно высокое качество сварочных швов;
- строгое выполнение техники безопасности (место работы оператора удалено от места сварки на безопасное расстояние).
Несмотря на то, что роботизированные комплексы, поставляемые на предприятия, оснащены специализированным программным обеспечением, для стабильной и качественной работы роботизированного оборудования на конкретном рабочем участке требуется внесение изменений в базовый вариант программного обеспечения, а чаще требуется разработка нового программного обеспечения и настройка системы управления роботом.
Эти задачи актуальны и для предприятия «ДСТ-Урал» - современного предприятия по производству трубоукладчиков, тракторов, бульдозеров и спецтехники на базе гусеничного трактора. В настоящее время на предприятии выпускаются бульдозеры 5-ти тяговых классов массой до 40 тонн (трубоукладчик ТГ20.45, кабелеукладчик ГСТ15 КВГ280, бульдозер ТМ10 ГСТ20 и другие модели). Данная техника востребована среди многих небольших частных компаний и крупных предприятий для работы в горнодобывающей и золотодобывающей сфере, дорожном строительстве и коммунальном хозяйстве. Предприятие «ДСТ-Урал» первым среди тракторных заводов Российской Федерации внедряет современные роботы FANUC M-10iA/8L на участке сварки сложных, трудоемких и крупногабаритных элементов ходовой группы, iPendant, станция оператора. В программном обеспечении ROBOGUIDE осуществляется написание кода программы, определяющей траекторию движения руки робота. Далее данный код загружается в управляющее устройство системы управления роботом - контроллер R30iB, который позволяет легко подключать роботов. Затем с помощью пульта управления R30iB iPendant можно осуществить запуск имеющегося кода, а также изменить его, если физические размеры свариваемых деталей отличаются. На дисплее можно отображать трехмерную графику, на которой более наглядно визуализируются шаги программы.
Особенность предприятия «ДСТ-Урал», формирующая его конкурентное преимущество - частая смена моделей и конструкций выпускаемых изделий, что вызывает необходимость постоянного оперативного обновления программного обеспечения для управляющего устройства системы управления роботов. Причем для разработки программного обеспечения специалист должен не только владеть языком программирования Karel в среде ROBOGUIDE, но и знать особенности технологии сварки, уметь по технологическим картам/чертежам, рассчитывать программную траекторию, обладать навыками настройки системы управления роботом.
В настоящее время предприятие «ДСТ-Урал» активно внедряет роботизированные технологические комплексы роботов-сварщиков
FANUC M-10iA/8L в цехе сварки малогабаритных деталей и телег, однако из-за отсутствия готового ПО вынуждено ограничиваться «ручным» обучением роботов (основанном на запоминании роботом контрольных точек). Такой подход, конечно, не позволяет обеспечить требуемую точность геометрии и параметров сварного шва.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - разработка комплекса управляющих программ для робота FANUC M-10iA/8L, осущест
вляющего сварку деталей кронштейнов ТМ10.5219.080, ТМ10.5219.020 для зеркала отвала гусеничной машины ТМ10 ГСТ12 производства «ДСТ-Урал».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с предметной областью разработки:
- изучить конструкцию гусеничного трактора ТМ 10 ГСТ 12 и его бульдозерное оборудование;
- ознакомиться с технологию изготовления отвала ТМ 10 ГСТ 12;
- изучить конструкцию и схему автоматизации робота FANUC M-10iA/8L.
2. Разработать управляющие программы для робота FANUC M-10iA/8L:
- освоить среду программирования контроллера R30iB системы автоматизации робота FANUC M-10iA/8L;
- разработать программные траектории движения сварочной головки и манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020;
- разработать и реализовать управляющие программы для дуговой сварки деталей кронштейна TM10.5219.080 и ТМ10.5219.020.
Навесным оборудованием бульдозеров, изготавливаемых на базе гусеничного тягача ТМ10 ГСТ12 заводом «ДСТ-Урал» является отвал. Отвал - сварная конструкция коробчатого типа с приваренным в передней части лобовым листом криволинейного профиля - зеркалом отвал ТМ10.5219.010 СБ «Зеркало».
Зеркало отвала соединено с толкающим брусом при помощи двух кронштейнов ТМ10.5219.020 СБ СП, соединение зеркала отвала с гидроцилиндром подъема отвала, с гидроцилиндром перекоса, с боковой тягой осуществляется при помощи четырех кронштейнов ТМ10.5219.080 СБ СП.
Технологический процесс производства отвала включает операции нарезки металла, подготовки металла для сварочных работ (зачистка, шлифовка), сварки, покраски деталей и собственно сборку.
Технологическая операция сварки кронштейнов зеркала отвала осуществляется в цехе сварки, причем процесс дуговой сварки с использованием сварочной насадки (сопло модели «ОТС-31») осуществляется на роботизированном комплексе (РК) FANUC M-101A/8L.
Система автоматизации РК включает в себя систему управления движением сварочной насадки. Управляющим устройством этой системы управления является контролер R30iB. В контроллер R-30iB встроен высокопроизводительный программируемый контролёр станка (ПКС) серии iPendant, который обеспечивает доступ ко всей системе ввода-вывода робота, а также простое раздельное или асинхронное управление периферийными устройствами.
Возможны следующие методы составления и ввода программы (применительно к управлению манипулятором робота):
- аналитическое программирование путем расчета программы и последующего ввода ее в запоминающее устройство;
- программирование методом обучения с одновременным вводом программы путем однократного (образцового) выполнения операции в режиме ручного управления роботом с помощью пульта;
- программирование методом обучения, но путем механического перемещения манипулятора рукой человека-оператора.
Для автоматизации процесса сварки кронштейнов зеркала отвала на роботе FANUC M-101A/8L требуется выполнить аналитическое программирование контроллера R30iB с использованием специализированного ПО ROBOGUIDE. Данное ПО - программный пакет, который моделирует как движение робота, так и команды приложения, значительно сокращая время, требуемое для создания новых траекторий движения.
По результатам изучения технологических карт кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020 определены используемые виды сварочных швов (тавровые швы с использованием катета в 10, 6 и 15 мм соответственно и угловой шов по незамкнутому контуру в 6 мм ). Также определены места сварочных прихваток, выполняемых в основании детали или для закреплённых прижимами частей. Так, из технологического чертежа детали ТМ10.5219.080 СБ «Кронштейн» определено, что сварочные прихватки следует выполнять для основания (позиция 1) с «ухом» (позиция 4) и «ребрами» (позиция 2) при длине прихваток порядка 5 мм. Протяженность соединения основания с (позицией 4) и (позицией 2) небольшая, поэтому следует делать прихватки размером 5 мм. На основании выше изложенного разработаны программные траектории движения сварочной головки робота-манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020.
Программные траектории движения сварочной головки робота- манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020 реализованы в пакете моделирования Roboguide и набор модулей его программных расширений. В данной среде моделирования созданы модели роботизированных комплексов на базе роботов FANUC и разработаны алгоритмы совместного управления позиционером и движением сварочного робота манипулятора для сваривания деталей ТМ.10.5219.080 СБ «Кронштейн», ТМ.10.5219.020 СБ «Кронштейн».
Для применения на производстве разработанного комплекса программ необходимы их корректировки и отладки на реальном роботе с реальными деталями. Данные действия выполняются, чтобы учесть небольшие расхождения в размерах деталей в сравнение с конструкторской документацией, опыт оператора по установке деталей на кондукторе.
Зеркало отвала соединено с толкающим брусом при помощи двух кронштейнов ТМ10.5219.020 СБ СП, соединение зеркала отвала с гидроцилиндром подъема отвала, с гидроцилиндром перекоса, с боковой тягой осуществляется при помощи четырех кронштейнов ТМ10.5219.080 СБ СП.
Технологический процесс производства отвала включает операции нарезки металла, подготовки металла для сварочных работ (зачистка, шлифовка), сварки, покраски деталей и собственно сборку.
Технологическая операция сварки кронштейнов зеркала отвала осуществляется в цехе сварки, причем процесс дуговой сварки с использованием сварочной насадки (сопло модели «ОТС-31») осуществляется на роботизированном комплексе (РК) FANUC M-101A/8L.
Система автоматизации РК включает в себя систему управления движением сварочной насадки. Управляющим устройством этой системы управления является контролер R30iB. В контроллер R-30iB встроен высокопроизводительный программируемый контролёр станка (ПКС) серии iPendant, который обеспечивает доступ ко всей системе ввода-вывода робота, а также простое раздельное или асинхронное управление периферийными устройствами.
Возможны следующие методы составления и ввода программы (применительно к управлению манипулятором робота):
- аналитическое программирование путем расчета программы и последующего ввода ее в запоминающее устройство;
- программирование методом обучения с одновременным вводом программы путем однократного (образцового) выполнения операции в режиме ручного управления роботом с помощью пульта;
- программирование методом обучения, но путем механического перемещения манипулятора рукой человека-оператора.
Для автоматизации процесса сварки кронштейнов зеркала отвала на роботе FANUC M-101A/8L требуется выполнить аналитическое программирование контроллера R30iB с использованием специализированного ПО ROBOGUIDE. Данное ПО - программный пакет, который моделирует как движение робота, так и команды приложения, значительно сокращая время, требуемое для создания новых траекторий движения.
По результатам изучения технологических карт кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020 определены используемые виды сварочных швов (тавровые швы с использованием катета в 10, 6 и 15 мм соответственно и угловой шов по незамкнутому контуру в 6 мм ). Также определены места сварочных прихваток, выполняемых в основании детали или для закреплённых прижимами частей. Так, из технологического чертежа детали ТМ10.5219.080 СБ «Кронштейн» определено, что сварочные прихватки следует выполнять для основания (позиция 1) с «ухом» (позиция 4) и «ребрами» (позиция 2) при длине прихваток порядка 5 мм. Протяженность соединения основания с (позицией 4) и (позицией 2) небольшая, поэтому следует делать прихватки размером 5 мм. На основании выше изложенного разработаны программные траектории движения сварочной головки робота-манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020.
Программные траектории движения сварочной головки робота- манипулятора для кронштейнов ТМ10.5219.080 и ТМ10.5219.020 реализованы в пакете моделирования Roboguide и набор модулей его программных расширений. В данной среде моделирования созданы модели роботизированных комплексов на базе роботов FANUC и разработаны алгоритмы совместного управления позиционером и движением сварочного робота манипулятора для сваривания деталей ТМ.10.5219.080 СБ «Кронштейн», ТМ.10.5219.020 СБ «Кронштейн».
Для применения на производстве разработанного комплекса программ необходимы их корректировки и отладки на реальном роботе с реальными деталями. Данные действия выполняются, чтобы учесть небольшие расхождения в размерах деталей в сравнение с конструкторской документацией, опыт оператора по установке деталей на кондукторе.
