Таблица 1: Типы роботов для литьевых машин по конструкции
| Тип робота | Количество осей | Максимальная нагрузка (кг) | Особенности конструкции | Основные преимущества |
|---|---|---|---|---|
| Линейный (Декартов) | 3-5 осей | 8-80 | Три линейные оси (X, Y, Z), монтаж на верхней плите ТПА | Высокая скорость, точность, низкая стоимость, простота программирования |
| Шарнирный (Артикулированный) | 6 осей | 5-500 | Поворотные суставы, напольный или боковой монтаж | Гибкость на 360°, широкий радиус действия, сложные операции |
| SCARA | 4 оси | 2-20 | Горизонтальные поворотные суставы, жесткость по вертикали | Сверхвысокая скорость (до 5 м/с), точность сборки, компактность |
| Delta (Параллельный) | 3-4 оси | 1-10 | Параллельные рычаги, верхний монтаж моторов | Сверхскоростные операции (до 300 циклов/мин), легкий вес |
| Коллаборативный (Кобот) | 6 осей | 3-25 | Встроенные датчики безопасности, компактный дизайн | Безопасная работа с человеком, простота переналадки, гибкость |
Таблица 2: Сравнение технических характеристик роботов
| Тип робота | Скорость перемещения | Точность позиционирования | Время цикла | Рабочая зона |
|---|---|---|---|---|
| Линейный | До 3 м/с | ±0,05 мм | 0,5-3 секунды | Прямоугольная, 700-4500 мм |
| Шарнирный | До 2 м/с | ±0,1 мм | 1-5 секунд | Сферическая, радиус 500-3000 мм |
| SCARA | До 5 м/с | ±0,01-0,03 мм | 0,3-2 секунды | Цилиндрическая, 300-1000 мм |
| Delta | До 3 м/с | ±0,3-0,5 мм | 0,2-0,5 секунды | Цилиндрическая, 330-1000 мм |
| Коллаборативный | 0,5-1,5 м/с | ±0,05-0,1 мм | 2-6 секунд | Сферическая, радиус 500-1500 мм |
Таблица 3: Области применения различных типов роботов
| Тип робота | Усилие смыкания ТПА (тонн) | Основные функции | Типичные изделия | Рекомендуемые отрасли |
|---|---|---|---|---|
| Линейный | 50-4500 | Извлечение деталей, укладка, транспортировка, вставка элементов | Корпуса, крышки, детали авто, бытовая техника | Автомобильная, электроника, упаковка |
| Шарнирный | 600-4000 | Сложное извлечение, сборка, проверка качества, маркировка | Бамперы, панели приборов, крупные детали | Автомобильная, мебельная, строительная |
| SCARA | 50-680 | Высокоточная сборка, установка вкладышей, проверка | Электронные разъемы, мелкие детали, корпуса телефонов | Электроника, медицина, точное приборостроение |
| Delta | 30-300 | Сортировка, скоростное извлечение, упаковка | Крышки для бутылок, пробки, мелкая тара | Пищевая, фармацевтическая, косметическая |
| Коллаборативный | 50-1300 | Извлечение, контроль качества, сборка с оператором | Детали средней сложности, опытные серии | Мелкосерийное производство, исследования, медицина |
Оглавление статьи
- 1. Введение в роботизацию литьевого производства
- 2. Линейные (Декартовы) роботы для термопластавтоматов
- 3. Шарнирные (Артикулированные) роботы
- 4. SCARA роботы в литье пластмасс
- 5. Delta-роботы для высокоскоростных операций
- 6. Коллаборативные роботы (Коботы)
- 7. Критерии выбора робота для литьевой машины
- Часто задаваемые вопросы
1. Введение в роботизацию литьевого производства
Автоматизация литьевого производства пластмасс является одним из ключевых направлений повышения эффективности современного промышленного производства. Роботы для термопластавтоматов представляют собой специализированные манипуляторы, предназначенные для автоматического извлечения готовых изделий из пресс-форм, установки закладных элементов, транспортировки и укладки продукции.
Роботизация процесса литья под давлением позволяет решить несколько важных задач одновременно. Во-первых, автоматическое извлечение деталей обеспечивает стабильное качество продукции за счет исключения человеческого фактора и строгого соблюдения технологических параметров. Во-вторых, использование роботов значительно сокращает время цикла, что напрямую влияет на производительность всей линии. В-третьих, роботы способны работать круглосуточно без перерывов, что критично для крупносерийного производства.
Современные роботы для литьевых машин оснащаются передовыми системами управления, включая сервоприводы переменного тока, высокоточные линейные направляющие и интеллектуальные контроллеры. Это обеспечивает высокую повторяемость движений, точность позиционирования и возможность гибкой настройки под различные производственные задачи. Интеграция роботов с системой управления термопластавтомата через интерфейсы EUROMAP 12 и EUROMAP 67 позволяет синхронизировать работу оборудования и минимизировать время обмена данными.
2. Линейные (Декартовы) роботы для термопластавтоматов
Линейные роботы, также называемые декартовыми или портальными, представляют собой наиболее распространенный тип автоматизации для литьевых машин. Их название происходит от декартовой системы координат, поскольку робот перемещается по трем перпендикулярным линейным осям X, Y и Z. Эта конструктивная особенность обеспечивает простоту программирования и высокую надежность системы.
Конструктивные особенности
Линейный робот состоит из горизонтальной балки, которая устанавливается на стационарной плите термопластавтомата. Балка несет вертикальную стойку с телескопической рукой, способной перемещаться в трех плоскостях. Ось X обеспечивает движение вдоль машины, ось Y - поперек, а ось Z - вертикальное перемещение для входа в пресс-форму и извлечения изделий.
Современные модели могут оснащаться дополнительными поворотными осями A и C с сервоприводами, что расширяет функционал робота до 5 осей. Это позволяет выполнять более сложные операции, включая поворот детали на заданный угол, отделение литников и укладку изделий в определенной ориентации.
Максимальная грузоподъемность: от 8 до 80 кг
Скорость перемещения: до 3 м/с (отдельные модели до 10 м/с)
Ускорение: до 120 м/с² (примерно 12g)
Точность позиционирования: ±0,05 мм
Рабочий ход: от 700 до 4500 мм
Преимущества линейных роботов
Основным преимуществом декартовых роботов является их монтаж непосредственно на термопластавтомат, что минимизирует занимаемую производственную площадь. Верхнее расположение обеспечивает оптимальный доступ к рабочей зоне пресс-формы и позволяет извлекать детали с высокой скоростью. Благодаря использованию сервоприводов переменного тока достигается плавность и точность движений при минимальном энергопотреблении.
Линейные роботы совместимы с термопластавтоматами широкого диапазона усилий смыкания - от 50 до 4500 тонн. Они успешно применяются для извлечения как миниатюрных деталей весом несколько граммов, так и крупногабаритных изделий массой до нескольких десятков килограммов. Использование высококачественных линейных направляющих THK или PMI обеспечивает бесшумную и стабильную работу даже в условиях высокоскоростного производства.
3. Шарнирные (Артикулированные) роботы
Шарнирные роботы представляют собой класс манипуляторов с вращающимися суставами, конструкция которых имитирует человеческую руку. Эти роботы обладают шестью осями вращения, что обеспечивает максимальную гибкость и возможность достижения любой точки в рабочем пространстве практически под любым углом.
Конструкция и принцип работы
Артикулированный робот состоит из основания, плечевого звена, предплечья и запястья с инструментальным фланцем. Каждая ось приводится в движение отдельным сервомотором, что обеспечивает независимое управление всеми степенями свободы. Такая конструкция позволяет роботу совершать сложные траекторные движения, включая круговые перемещения, наклоны и повороты под различными углами.
В отличие от линейных роботов, шарнирные манипуляторы обычно устанавливаются на полу рядом с термопластавтоматом или на специальных постаментах. Боковой вход в рабочую зону имеет свои преимущества при работе с вертикальными литьевыми машинами или при необходимости доступа к нескольким рабочим станциям одновременно.
Сферы применения
Шарнирные роботы особенно эффективны при работе с крупногабаритными и тяжелыми изделиями, такими как автомобильные бамперы, панели приборов, детали бытовой техники. Их способность совершать движения на 360° позволяет размещать робота в различных позициях относительно литьевой машины, оптимизируя использование производственного пространства.
Количество осей: 6 (стандартно)
Грузоподъемность: от 5 до 500 кг
Радиус действия: от 500 до 3000 мм
Точность: ±0,1 мм
Скорость движения: до 2 м/с
Одним из важных преимуществ шарнирных роботов является возможность выполнения дополнительных операций вне литьевой машины. Робот может не только извлечь изделие из пресс-формы, но и переместить его к станции контроля качества, выполнить маркировку, установить в сборочное приспособление или разместить на конвейере. Современные системы управления позволяют легко программировать сложные последовательности действий через графический интерфейс.
4. SCARA роботы в литье пластмасс
SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) представляет собой специализированный тип роботов, разработанный для высокоскоростных операций сборки и перемещения. Название отражает ключевую особенность конструкции - избирательную податливость в горизонтальной плоскости при сохранении жесткости в вертикальном направлении.
Особенности конструкции
SCARA робот имеет четыре оси: два горизонтальных поворотных сустава (плечо и предплечье), вертикальное линейное перемещение и поворот инструмента вокруг вертикальной оси. Такая кинематическая схема обеспечивает цилиндрическую рабочую зону и позволяет выполнять быстрые движения в горизонтальной плоскости с минимальными вибрациями.
Конструкция SCARA оптимизирована для минимизации инерции движущихся частей. Моторы первых двух осей располагаются в основании робота, что снижает нагрузку на приводы и позволяет достигать экстремально высоких скоростей перемещения - до 5 метров в секунду. Это делает SCARA идеальным выбором для приложений, требующих максимальной производительности.
Применение в литье пластмасс
В индустрии литья под давлением SCARA роботы находят применение преимущественно при работе с малогабаритными изделиями, требующими высокой точности позиционирования. Типичные примеры включают электронные разъемы, корпуса мобильных устройств, медицинские компоненты и прецизионные детали.
Количество осей: 4
Грузоподъемность: 2-20 кг
Радиус действия: 300-1000 мм
Точность повторяемости: ±0,01-0,03 мм
Максимальная скорость: до 5 м/с
Время цикла: 0,3-2 секунды
Особенностью SCARA является способность выполнять вертикальные операции вставки с высокой точностью. Благодаря жесткости по оси Z, робот может с усилием вставлять детали в отверстия с малыми зазорами, что критично для сборочных операций. Механизм SCARA естественным образом компенсирует небольшие горизонтальные смещения, что повышает надежность процесса сборки.
5. Delta-роботы для высокоскоростных операций
Delta-роботы, также известные как параллельные роботы или роботы-пауки, представляют собой уникальный класс манипуляторов, специально разработанных для сверхскоростных операций pick-and-place. Их конструкция основана на параллельной кинематике, что кардинально отличает их от последовательных конфигураций других типов роботов.
Принцип параллельной кинематики
Основу Delta-робота составляют три или четыре параллельных рычажных механизма, соединяющих неподвижное основание с рабочей платформой. Все приводные моторы располагаются на стационарной базе сверху, что минимизирует инерцию движущихся элементов. Рычаги изготавливаются из легких композитных материалов, таких как углеродное волокно, что дополнительно снижает массу подвижных частей.
Параллелограммная конструкция рычагов обеспечивает постоянную ориентацию рабочей платформы - она всегда остается горизонтальной независимо от положения в рабочем пространстве. Это критически важно для операций захвата и переноса изделий, так как исключает необходимость дополнительной стабилизации.
Экстремальная производительность
Delta-роботы способны достигать невероятных показателей производительности - до 300 операций pick-and-place в минуту. Ускорения могут превышать 30-100g для специальных direct drive версий, что в несколько раз больше, чем у роботов других типов. Минимальное время цикла составляет 0,2-0,32 секунды, включая захват, перемещение и укладку изделия.
Количество осей: 3-4
Грузоподъемность: 1-10 кг
Рабочая зона: цилиндр диаметром 330-1000 мм
Максимальная скорость: до 3 м/с
Ускорение: 20-100g (для direct drive версий)
Точность: ±0,3-0,5 мм
Производительность: 60-300 циклов/минуту
Применение в литьевом производстве
В индустрии литья пластмасс Delta-роботы используются преимущественно для работы с мелкими деталями массового производства. Типичные применения включают извлечение крышек для бутылок, пробок, колпачков, мелкой упаковочной тары. Особенно эффективны Delta-роботы при работе с многогнездными пресс-формами, где необходимо последовательно извлечь множество идентичных изделий за минимальное время.
Интеграция Delta-роботов с системами технического зрения позволяет реализовать высокоточную сортировку изделий по качественным признакам непосредственно на линии. Камеры отслеживают детали на конвейере, а робот за доли секунды принимает решение о захвате и направлении каждого изделия в соответствующий накопитель.
6. Коллаборативные роботы (Коботы)
Коллаборативные роботы, или коботы, представляют собой новое поколение промышленных манипуляторов, спроектированных для безопасной совместной работы с человеком в едином рабочем пространстве. Появление коботов стало возможным благодаря внедрению передовых систем безопасности и интеллектуального управления.
Системы безопасности коботов
Ключевым отличием коботов от традиционных промышленных роботов является наличие многоуровневых систем обеспечения безопасности. Встроенные силомоментные датчики в каждом суставе непрерывно контролируют усилия, возникающие при движении. Если датчики фиксируют превышение заданных пороговых значений, что может происходить при столкновении с человеком или препятствием, робот мгновенно останавливается.
Современные коботы оснащаются множеством функций безопасности, включая программируемые зоны ограничения движения, датчики приближения, системы контроля скорости и усилия. Стандарты безопасности для коллаборативных роботов определены в международном документе ISO/TS 15066:2016 и его российском аналоге ГОСТ Р 60.1.2.3-2021. Округлые формы корпуса и отсутствие острых кромок дополнительно минимизируют риск травмирования при возможном контакте.
Количество осей: 6
Грузоподъемность: 3-25 кг
Радиус действия: 500-1500 мм
Точность: ±0,05-0,1 мм
Скорость: 0,5-1,5 м/с (ограничена требованиями безопасности)
Наработка на отказ: до 100 000 часов (11 лет непрерывной работы)
Преимущества коботов в литье
Главное преимущество коллаборативных роботов заключается в возможности их работы без защитных ограждений. Это значительно экономит производственное пространство и упрощает интеграцию автоматизации на существующих линиях. Кобот может быть установлен непосредственно рядом с рабочим местом оператора, помогая в выполнении рутинных или физически тяжелых операций.
Программирование коботов осуществляется через интуитивный графический интерфейс на планшете. Многие модели поддерживают режим обучения движением - оператор вручную направляет руку робота по требуемой траектории, а система запоминает последовательность позиций. Такая простота настройки делает коботов идеальным решением для мелкосерийного и опытного производства с частой сменой номенклатуры.
Применение в литьевом производстве
В индустрии литья пластмасс коботы находят применение в широком спектре задач. Они извлекают изделия из пресс-форм среднего размера, выполняют визуальный контроль качества с помощью встроенных камер, осуществляют сборочные операции с установкой вкладышей. Особенно эффективны коботы при производстве изделий, требующих ручной доработки или проверки - робот выполняет основные операции, а оператор занимается контролем и финишной обработкой.
7. Критерии выбора робота для литьевой машины
Выбор оптимального типа робота для конкретного литьевого производства является комплексной задачей, требующей учета множества факторов. Правильное решение позволяет максимизировать отдачу от инвестиций и обеспечить эффективную работу автоматизированной системы на долгие годы.
Характеристики изделий
Первичным критерием выбора являются параметры производимых изделий. Масса детали определяет требуемую грузоподъемность робота с учетом веса захвата и коэффициента безопасности. Геометрия изделия влияет на выбор типа захвата и траектории движения. Размеры определяют необходимую рабочую зону манипулятора.
Для мелких прецизионных деталей массой до 5 кг оптимальны SCARA или Delta роботы, обеспечивающие высокую скорость и точность. Изделия среднего размера весом 5-30 кг эффективно обрабатываются линейными роботами. Крупногабаритные детали массой более 30 кг требуют применения шарнирных роботов или мощных линейных систем.
Параметры производственного процесса
Время цикла литья напрямую влияет на требования к скорости робота. Для высокопроизводительных процессов с циклом менее 5 секунд необходимы роботы со временем операции не более 1-2 секунд. Многогнездные пресс-формы могут потребовать специализированных роботов с несколькими захватами или увеличенной скоростью перемещения.
Время операции робота = Время входа в форму + Время захвата + Время извлечения + Время перемещения к месту укладки + Время укладки
Оптимально: Время операции робота ≤ 0,7 × Время цикла литья
Это обеспечивает запас на синхронизацию и исключает простой оборудования.
Технологические требования
Сложность технологического процесса определяет необходимое количество осей и функциональность робота. Простое извлечение изделий может выполняться трехосевым линейным роботом. Операции с поворотом детали требуют дополнительных осей. Сложные траектории перемещения, сборка или установка вкладышей лучше реализуются шарнирными роботами или коботами.
Требования к точности позиционирования также влияют на выбор. Для неответственных операций достаточна точность ±0,5 мм. Прецизионная сборка требует точности ±0,05 мм и менее, что обеспечивается SCARA или высокоточными линейными роботами с серводвигателями.
Организационные факторы
Наличие квалифицированного персонала влияет на выбор системы управления. Простые линейные роботы с интуитивным интерфейсом могут программироваться операторами после краткого обучения. Сложные шарнирные системы могут требовать специалистов по робототехнике. Коботы представляют компромиссный вариант - они просты в программировании, но обладают широким функционалом.
Планы развития производства также важны. Если предполагается частая смена номенклатуры, предпочтительны гибкие системы - коботы или программируемые шарнирные роботы. Для стабильного крупносерийного производства оптимальны специализированные высокоскоростные решения.
Интеграция с производственной инфраструктурой
Совместимость робота с имеющимся оборудованием является критическим фактором. Необходимо убедиться в наличии соответствующих интерфейсов связи с термопластавтоматом. Стандартные протоколы EUROMAP 12 (устаревший, 32 контакта) и EUROMAP 67 (современный, 50 контактов) обеспечивают совместимость большинства современных роботов с ТПА различных производителей.
Производственное пространство также накладывает ограничения. Высота потолков критична для линейных роботов с верхним монтажом. Наличие свободного места сбоку от машины позволяет рассмотреть шарнирные роботы. Ограниченное пространство может потребовать компактных решений - SCARA или коботов.
