ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

АННОТАЦИЯ

Отделочные методы обработки характеризуется большой трудоёмкостью, сложностью самого процесса, и как правило являются одними из самых дорогостоящих обработок во всем технологическом процессе. Нельзя также исключать действия продуктов обработки при полировании на здоровье рабочего: может приводить к различным респираторным заболеваниям. Одним из возможных вариантов замены ручной отделочной обработки может служить роботизированная отделочная обработка. В данной работе приводятся обзор исследований роботизированной отделочной обработки.

ABSTRACT

Finishing processing methods are characterized by high labor intensity, the complexity of the process itself, and, as a rule, are one of the most expensive treatments in the entire technological process. It is also impossible to exclude the effects of processing products during polishing on the health of the worker: it can lead to various respiratory diseases. One of the possible options for replacing manual finishing is robotic finishing. This paper provides an overview of research on robotic finishing.

Ключевые слова: полирование, шероховатость, роботизированная обработка.

Keywords: polishing, roughness, robotic machining.

Роботизированная полировка корпуса наручных часов воском воском P126 [1]. Материал корпуса – нержавеющая сталь с параметрами шероховатости: , , . Перед роботизированной обработкой этот корпус предварительно подвергался предварительному шлифованию в несколько проходов. Оптимальные режимы обработки выделены на рисунке 1. Среднее арифметическое отношений фактора/отклика системы (S/N) эффективности полирования (PE) и крутящего момента (T) в каждом уровне, служили оптимизацией факторов контроля, соответственно для условий „Больше-Лучше” и „Меньше-Лучше”. Наибольшее влияние на PE оказывает нормальная составляющая силы резания  (), а наименьшее подача заготовки (). На T наиболее влияет нормальная составляющая силы резания  (), а наименее начальный крутящий момент ().

Рисунок 1. Оптимальные режимы обработки лезвия мясорубки

Роботизированная полировка оправы очков воском P126 [2]. Материал оправы очков – пластик, с параметрами шероховатости: , , , , с блеском 76 G. В этом исследовании в качестве целевых показателей были выбраны также PE и T, а планирование экспериментов осуществлялось по методу. Taguchi. Анализ и оптимизация экспериментальных данных осуществлялись на основе высокого соотношения S/N, для достижения высокой PE и низкого T. Шероховатость поверхности после полирования, имеет параметры: , , . Оптимальные режимы обработки, выделены на рисунке 2. После первого рабочего хода, в котором оправа очков перемещалась против вращения инструмента, значения параметров шероховатости уменьшились приблизительно на 83 %, а после второго хода, при котором оправа очков перемещалась по направлению вращения инструмента, шероховатость относительно начальной уменьшилась на 90 %. Значение блеска после двух проходов улучшилось на 88 % относительно начального значения.

Рисунок 2. Оптимальные режимы обработки оправы очков

Роботизированное полирование лезвия мясорубки [3]. Габариты лезвия: Ø60, высота 11 мм. Материал лезвия – нержавеющая сталь. В качестве входных параметров полирования выбраны: частота вращения инструмента, подача, контактная сила, различные типы инструмента и плотность маршрута. При обработке торцевых поверхностей, к инструменту для предотвращения удара, был добавлен дополнительный небольшой угол. Полировка осуществлялась за несколько этапов с различными номерами зернистости инструментов, имеющих разную жесткость:

1. Шлифование жёстким инструментом с зернистостью P180;
2. Полирование гибким инструментом с зернистостью P180;
3. Полирование гибким инструментом с зернистостью P320.

Наилучшие режимы обработки: контактная сила 5 Н, частота вращения 3000 , подача 10 мм/с. Рекомендации, полученные в данной работе: для шлифования и предварительного полирования частота вращения должна быть меньше, чем при чистовом полировании; плотность маршрута должна соотноситься с эффективной шириной инструмента. Повышение плотности маршрута, способствует увеличению качества поверхности. Однако слишком большая плотность приводит к излишнему удалению материала и износу инструмента, увеличению времени обработки, что не способствует достижению экономичной обработки.

Роботизированная полировка, с высоко-производительными абразивными материалами, рабочих колес турбины на заводе Alstom для электростанции Hydro-Quebec Sarcelle, со специально спроектированным промышленный робот, заменившем ручную полировку которая достигала не более  [4,5]. Габариты турбин: от Ø11 м до Ø450 м. Материал лопаток турбин – нержавеющая сталь CA6NM с шероховатостью (после 5-ти осевой фрезерной обработки). Основная сложность, с которой столкнулись при внедрении роботизированного полирования в производство, заключалась в ограниченном радиусе охвата промышленного робота при достаточно широком диапазоне размеров лопаток турбин, что повысило сложность проектирования мест полирования.

Полировка производилась за 2 или 3 установа (в зависимости от типа турбины) и нескольких этапов. Первый этап уменьшает высоту бороздок от 0,3 мм до 0,1 мм, которые остаются после фрезерной обработки. Второй этап снижает шероховатость с  до . Последний этап доводит шероховатость поверхности до , при помощи использования Trizact абразивов фирмы 3M. Общая скорость обработки при этом составила 5 , а число проходов за все этапы – 7. Режимы обработки на первых пяти проходах показаны в таблице 1.

Таблица 1.

Режимы обработки при полировании лопатки турбины

Достигнутая шероховатость после обработки составила , со значительно сниженным значением волнистости (бороздки высотой до 0,2 мм и шириной от 15 мм до 30 мм были полностью удалены). Полученное качество поверхности позволило сократить гидродинамические потери на трения, что повысило производительность турбины на 0,5%. Стоит отметить, что разработанная технология имеет экономическую эффективность в долгосрочной перспективе.

Список литературы:

1. Optimization of the Polishing Efficiency and Torque by Using Taguchi Method and ANOVA in Robotic Polishing. – Imran Mohsin, Kai He, Zheng Li, Feifei Zhang and Ruxu Du. – 23.01.2020. MDPI – 15 pp.
2. Path Planning under Force Control in Robotic Polishing of the Complex Curved Surfaces. – Imran Mohsin, Kai He, Zheng Li and Ruxu Du. – 13.12.2019. MDPI. – 22 pp.
3. Robotic Polishing of the Meat Grinder Blade under Path Planning and Controlled Force. – Xinrui Liang et al 2020 IOP Conf. Ser. : Mater. Sci. Eng. 790 012158. – 9 pp.
4. Robotic Polishing of Turbine Runners. - B. Hazel, J. Côté and P. Mongenot, Institut de recherche d’Hydro-Québec, Varennes, Canada, M. Sabourin and F. Paquet, Alstom Hydro Canada, Tracy, Canada. – 2nd International Conference on Applied Robotics for the Power Industry (CARPI) ETH Zurich. – Switzerland : September 11-13, 2012. – 3 pp.
5. Robotic Approach to Improve Turbine Surface Finish. – M. Sabourin and F. Paquet, Alstom Hydro Canada, Sorel-Tracy, Canada, B. Hazel , J. Côté and P. Mongenot, Institut de Recherche, Hydro-Quebec, Varennes, Canada. – 1st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry Delta Centre-Ville Montréal. – Canada : October 5-7, 2010. – 7 pp.