from 01.01.2006 until now
Ulan-Ude, Ulan-Ude, Russian Federation
UDK 629.735 Летательные аппараты тяжелее воздуха с силовой установкой. Самолеты, винтокрылые летательные аппараты и т.д.
Some cses of robotized systems and complexes (RS and RC) in the aircraft industry are considered. A robotic cell for resistance spot welding is viewed, the main components of which are an industrial robot (IR), welding guns, a linear displacement module of IR, an inverting unit. Here the IR performs welding, it is equipped with welding guns as a hand. An inverting unit equipped with a stepper motor rotates the panel around the axis and sets the part to be welded within the whole welding process. The movement of the IR is also carried out due to the linear displacement module. The robotization of harnesses production is viewed, using automatic lofts and collaborative robots, which, moving along specialized lofts, with the help of a linear displacement module, install holders on the loft and ties wires into harnesses. After the operation is completed, made-up harness is put into a storage hopper. A robotized complex (RC) for manufacturing parts of the «rib» type is studied. It includes a machine equipped with a vacuum gripper, technological equipment, consisting of a cutting machine and a bending press. The technological process has two stages: cutting and bending. The cut blanks are blown out of the press onto the receiving tray. The IR performs feeding of blanks into the working area of the technological equipment and laying in the appropriate storage unit. 3D models of robotized sites are presented, their components are listed. In conclusion, the importance of analyzing the process operation is proved, when the feasibility of robotization is evident. An algorithm for analyzing the process operation is presented. It has been understood that the introduction of robotics in certain technological processes reduces the impact of hazardous production factors.
robotization, industrial robot (IR), aircraft engineering, production of harnesses, blank-stamping production, resistance spot welding
Введение
Развитие и распространение роботизации сказывается на различных отраслях и авиастроение не является исключением. Интерес в применении промышленных роботов (ПР) в авиастроении появился в последние десятилетия.
Для увеличения конкурентоспособности, производительности труда стабильности и качества продукции, а также покрытия дефицита производственного персонала авиационной промышленности необходимо проводить роботизацию технологических процессов (ТП). Кроме того, роботизация может решить проблему низкой производительности труда, повысить качество производимой продукции [1].
Проектирование промышленных роботов представляет собой весьма многостороннюю проблему. Необходимо учитывать требования применения проектируемого робота к определенному классу технологических операций [2].
Авиационная промышленность характеризуется небольшими объемами выпускаемой продукции, что накладывает ограничения для внедрения роботизированных технологических систем и комплексов (РТС и РТК), т. к. в условиях серийного производства не всегда целесообразно проводить роботизацию ТП. Поэтому перед внедрением РТС и РТК необходимо проводить аудит производства, который определит узкие места на производстве и целесообразность роботизации.
В статье приведены некоторые примеры применения РТС и РТК в авиастроении.
Роботизация контактной точечной сварки
При изготовлении панелей летательных аппаратов из листовых материалов находит широкое применение контактная точечная сварка, т. к. обладает рядом преимуществ: возможность получения гладкой поверхности; высокая работоспособность при различных нагрузках.
Точечная сварка – это вид контактной сварки, при котором сваривание деталей происходит по отдельным участкам касания несколькими точками с определённым шагом [3].
Роботизированная ячейка контактной точечной сварки (рис. 1) состоит из промышленного робота 1, сварочных клещей 2, кантователя 3, модуля линейного перемещения робота 4, защитного ограждения с фотобарьерами 5, сменных ложементов 6 и свариваемых деталей 7.
На этом участке происходит сварка продольного силового набора с заданным шагом. После сварки первого ряда, робот перемещается к следующему. Перемещение сварочных клещей вдоль ряда осуществляется как за счет перемещения манипулятора, так и за счет перемещения линейного модуля.
Кантователь, оснащенный шаговым двигателем, производит поворот панели вокруг оси, придавая панели необходимое положение в процессе сварки. Таким образом, робот, перемещаясь от ряда к ряду, производит сварку продольного силового набора всей панели.
Недостатком компоновки роботизированной ячейки, показанной на рис. 1 является то, что при сварке панелей из алюминиевых сплавов требуются большие сварочные токи и усилия сжатия электродов, они зависят от толщины свариваемых деталей, марки материала. Большинство сварочных клещей представленных на рынке производителей не обеспечивают вышеперечисленные условия. Поэтому данная компоновка подходит для сварки панелей, требующих небольших сварочных токов и усилий сжатия электродов.
Стационарные машины для контактной точечной сварки имеют ряд преимуществ по сравнению со сварочными клещами, такие как: больший сварочный ток и усилие сжатия электродов.
Роботизированный технологический комплекс сварки панелей, в составе которого – стационарная машина, представлен на рис. 2. Состав РТК: 1 – стационарная машина для контактной точечной сварки; 2 – техническое зрение; 3 – стол для подачи свариваемых деталей; 4 – модуль линейного перемещения с двумя независимыми платформами; 5 – промышленный робот с захватным устройством;
6 – стол для готовых деталей; 7 – защитное ограждение с фотобарьерами.
Здесь два ПР, работая синхронно, перемещают свариваемую деталь на заданный, конструкторской документацией, шаг. Для устранения перекоса и обеспечения точности позиционирования панели в процессе сварки предусмотрено техническое зрение. Захват детали осуществляется с помощью вакуумных присосок.
Модуль линейного перемещения с двумя независимыми платформами отвечает за перемещение ПР.
При открытии сервисной двери или пересечении фотобарьеров ПР в этой зоне останавливается. При входе оператора в рабочую зону система безопасности ограничивает возможность перемещения робота до тех пор, пока оператор не выйдет и не нажмет кнопку подтверждения на пульте управления.
Роботизация производства жгутов
В настоящее время процесс изготовления жгутов в авиастроении представляет собой неавтоматизированное производство. Как и много лет назад раскладка и вязка жгутов производится вручную.
После формирования жгутов, кобот 1 снимает готовые жгуты с плаза и укладывает в бункер-накопитель, откуда поступает на склад готовой продукции. Особенностью коботов является то, что они могут перемещаться вдоль автоматической линии сборки жгутов модулем линейного перемещения.
В целом, производство жгутов в авиастроении представляет огромный потенциал для автоматизации, роботизации
процессов.
Роботизация заготовительно-штамповочного производства
Особенностью листовой штамповки является незначительное машинное время, затрачиваемое на обработку одной заготовки. Вспомогательными операциями являются операции транспортирования, загрузки и выгрузки штучных заготовок и полуфабрикатов в технологическом оборудовании. Именно они и определяют в основном производительность листоштамповочных комплексов [6].
РТК (рис. 5 и рис. 6) укомплектован промышленным роботом KUKA установленным на пьедестале между двумя прессами, накопителем для заготовок с щеточно-воздушным разделителем листов, накопителем для вырубленных деталей, накопителями для штампованных деталей, системой управления и системой безопасности. Робот оборудован двухсекционным вакуумным захватом: секция с вакуумными присосками и секция c губчатой подушкой, что позволяет производить захват заготовок как за плоские поверхности (нервюры), так и за неровные (рифленки).
В рассматриваемом РТК технологический процесс состоит из двух этапов: вырубка и гибка. На первом этапе оператор укладывает заготовки в накопитель в рабочей зоне РТК. Промышленный робот с помощью вакуумного захвата снимает заготовку с накопителя. Для облегчения снятия листа с накопителя, а также для исключения возможности взятия слипшихся листов в накопителе установлены щеточно-воздушные разделители.
Далее ПР устанавливает заготовку в вырубной пресс. Вырубной пресс совершает цикл вырубки. Вырубленные заготовки выдуваются из пресса на приемный лоток. Далее ПР продвигает лист заготовки в рабочую зону пресса и цикл вырубки повторяется до окончания листа заготовки. ПР перемещает отход листа в контейнер, а вырубленные детали из лотка в накопитель. Для определения местоположения и ориентации вырубленных деталей в лотке применяется техническое зрение.
Далее цикл вырубки повторяется до заполнения накопителя вырубленных деталей или выполнения программы выпуска.
На втором этапе ПР с помощью вакуумного захвата снимает из накопителя заготовку и устанавливает в гибочный пресс. Пресс осуществляет цикл прессования. Затем ПР снимает готовую деталь с пресса и укладывает ее в соответствующий накопитель. Далее цикл гибки продолжается до окончания заготовок для гибки в накопителе. Во время осуществления цикла гибки оператор пополняет накопитель с заготовками для вырубного пресса.
Циклограмма работы ПР по обслуживанию пресса с учетом времени, необходимого для взятия заготовки и штампованной детали, времени на перенос и опускание заготовок и штампованных деталей представлена на рис. 7.
Заключение
ПР играют большую роль в техническом перевооружении авиационных предприятий, на базе которых можно автоматизировать, роботизировать существующие технологические процессы.
Анализ технологического процесса (ТП) является одним из наиболее ответственных этапов, от качества выполнения которого в значительной степени зависит эффективность разрабатываемого комплекса [7]. Алгоритм анализа ТП представлен на рис. 8.
В условиях серийного производства не всегда получается достичь экономического эффекта от внедрения РТС и РТК, поэтому ключевым фактором внедрения роботизации в производство может послужить повышение безопасности труда.
При наличии опасных для жизни и вредных для здоровья условий труда решение о роботизации принимают на основании предварительного отбора независимо от результата технико-экономического обоснования [8].
В работах [9, 10] подтверждается, что одной из причин внедрения роботизации является снижение влияния опасных производственных факторов.
В целом, внедрение роботизации зависит от множества факторов:
– необходимость решения проблем текучести и нехватки кадров;
– необходимость повышения качества продукции;
– возможность технологического перевооружения с минимальными объемами перепланировок производственных помещений.
Понимание и оценка этих факторов являются важным этапом в процессе решения вопроса о внедрении роботизации.
1. Efendieva A.A., Khadzhieva M.I.,Kanyukova M.A. The influence of the process of mass robotization and automation of production on the structure of labor resources // Izvestiya of Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2019, no. 6 (92), pp. 186-193.
2. Kolmakov L.A., Odnopalov A.D., Sharapanovskaya M.S., Shelest Yu.A. Application of robots in the aerospace industry // Actual problems of aviation and cosmonautics, 2020, vol. 1, pp. 374-376.
3. Resistance spot and seam welding, its definition and essence, schemes, technology and equipment // [Electronic resource]. URL: https://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/kontaktnaya-svarka/kontaktnaya-tochechnaya-i-sho-vnaya-svarka-shemy-tehnologiya-oborudovanie.php. (date of access 16.11.2023)
4. Sidorov S., Poltarykhin D. An innovative approach to robotization of cable management and wiring harness production // Technologies in the electronic industry, 2019, no. 1, pp. 64-69.
5. Eremin A. Harness: old problems and new opportunities // Technologies in the electronic industry, 2020, No. 6, pp. 18-22.
6. Computer-aided design and management of MF (metal forming) technological / processes: an electronic textbook for course design [Electronic resource] / V. A. Mikheev, D. V. Savin; Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Korolev (National Research University). Samara. 2011. 8 p. 1 CD-ROM. System requirements: PC with a CPU frequency of 800 MHz and above; Windows XP and above; CD-ROM drive.
7. Evteeva E.V. Application of mechatronic devices in industry // Bulletin of the V.N. Tatishchev Volga State University, 2011, no. 17, pp. 78-85.
8. R 50-54-85-88. Recommendations. Design of robotic technological processes. All-Union Scientific Research Institute for Normalization in Mechanical Engineering (VNIINMASH). M, 1988, 26 p.
9. Stakhanova Ya.A., Kutuzova A.V., Gusev A.D. Improvement and analysis of labor safety in the processes of procurement production in mechanical engineering // Izvestiya TulSU. Technical sciences, 2019, Issue 3, pp. 627-631.
10. Pikalov A.A. Application of robotic systems in the assembly of aircraft structures containing mixed CMU-Ti-Al packages // Izvestiya of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2014, vol. 16, no. 1(5), pp. 1550-1556.
