Referat Msfic Petrus I. [306314]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

PROGRAMUL DE STUDII:

INGINERIE ECONOMICă ȘI MANAGEMENT PENTRU AFACERI

REFERAT

LA DISCIPLINA:

-[anonimizat],

Prof.dr.ing. Ganea Macedon

Masterand: [anonimizat]: 1111

“Modelare și simulare virtuală a funcționarii în cicluri a unui fixture și robotul său”

Scurt istoric al industriei auto;

Proiectarea dispozitivelor de poziționare și manipulare a tablelor. [anonimizat] (a Gripper-ului);

Asamblarea robotizată a tablelor:
-prin sudura ([anonimizat], [anonimizat]/MAG)
-[anonimizat]
-[anonimizat] ([anonimizat], [anonimizat]…)

Prezentarea celulei robotizate de sudura a stud-urilor;

-Stud-uri;
-Rol funcțional;

-Prezentarea procesului celulei;

Concluzii;

Bibliografie;

1.Scurt istoric al industriei auto

Industria auto este una dintre cele mai importante industrii din lume care afectează atât economia cât și cultura lumii în care trăim. Industria de automobile asigură locuri de muncă pentru milioane de oameni și generează baza pentru o multitudine de servicii.

Apariția autovehiculelor a revoluționat transportul în secolele 20 și 21, schimbând pentru totdeauna modul de a trăi al oamenilor și modul de a face afaceri. Automobilul a [anonimizat], deschizând astfel o piață largă pentru afaceri și comerț. Industria auto a [anonimizat].

[anonimizat], având sucursale și fabrici în diferite țări. [anonimizat], asamblează automobile în țări străine. [anonimizat], Ford Motor Company și Crysler asigură cele mai multe locuri de muncă iar intrarea pe piață a unor companii străine (Toyota Motor Corporation și Nissan Motor Co., Ltd.) a contribuit de asemenea la apariția multor oportunități de dezvoltare și inovare.

[anonimizat] a circulat pe un drum public a folosit un motor cu aburi și a [anonimizat], în anul 1769.

Fig.1.1 Nicolas Joseph Cugnot Fig. 1.2 Primul vehicul care a circulat pe
drum public

Henry Ford a inventat și îmbunătățit linia de asamblare și a instalat primul conveior în linia de asamblare în fabrica sa Ford’s [anonimizat] 1913-1914. Rezultatul liniei de asamblare a fost de a reduce costurile de producție a automobilelor prin diminuarea timpilor de montaj. Renumitul Model T, a fost asamblat în 93 de minute.

Fig. 1.3 Renumitul Model T al lui Ford(1908)

După ce a [anonimizat] a devenit cel mai mare producător de automobile din lume în anul 1913. În anul 1927 firma Ford a fabricat 15 milioane de automobile Model T.

Fig. 1.4 Modelul T(1910)

Linia de asamblare s-a introdus datorită ideii de a crește numărul de automobile produse la un preț cât mai mic. [anonimizat] o calificare ridicată ceea ce ducea la o producție mică cu un preț mare al automobilului. Linia de asamblare a inversat procesul de fabricare a automobilului astfel încât automobilul se deplasează la muncitori și nu muncitorii merg spre automobil.

Fig. 1.5. Linia de asamblare Ford (1913)

Fabricația este procesul parțial al producției de bunuri materiale prin care se realizează transformările de configurație geometrică și proprietăți fizico – chimice și funcționale ale produsului rezultat precum și procese de alipire și inserționare.

În zilele noastre liniile de asamblare sunt aproape în totalitate automatizate, oamenii au fost înlocuiți de roboți ceea ce a dus la creșterea calității și a productivității.

Fig. 1.6. Statie de sudură cu dispozitiv de schimb (tool changer) a cleștilor de sudură

Fig. 1.7. Linie de asamblare modernă (robotizată)

2.Proiectarea dispozitivelor de poziționare și manipulare a tablelor. Proiectarea Fixture-ului de manipulare (a Gripper-ului)

Scopul proiectării dispozitivelor de poziționare și prindere a tablelor este de a crea condițiile necesare pentru asamblarea diverselor elemente de caroserie.

În funcție de procedeul de asamblare a elementelor de caroserie (sudură, nituire, lipire etc) proiectantul trebuie să țină cont de multe aspecte legate de: accesul cleștilor de sudură (weldguns) la zonele de lucru, de ergonomia locului de mună, de posibilitatea de introducere/ scoatere a elementelor de caroserie, de mișcările roboților și/sau a elementelor automatizate din linia de asamblare etc.

Unitățile de fixare (clamp)

Aceste unități sunt elemente de sprijin a caroseriei respectiv de apăsare sau strângere. Pentru ca aceste unități să își îndeplinească funcția de strângere, trebuie să asigure o forță de strângere de minimum 40daN, această forță depinde de forma și gabaritul tablei. Forța este dată de cilindri care pot fi cilindri acționați manual, acționați pneumatic sau electric. Cilindrii sunt produși de firme ca și FESTO, TUENKERS, DESTACO, SANDFIELD.

Fig. 2.1 Cilindru pneumatic

În construcția unităților de clamp pe lângă cilindri mai intră și elementele de poziționare și fixare(NC-uri), respectiv orientare. Aceste elemente sunt cele care vin în contact cu tabla.

Fig. 2.2. Elemente de poziționare și fixare

Fiindcă sunt piesele a căror poziție va determina poziția tablei, la fel ca și în cazul elementelor de orientare (pin-ilor), această poziție trebuie să poată fi ajustată pentru obținerea preciziei cerute (în general +/-0.1mm). Acest deziderat se poate obține prin utilizarea unor piese distanțier monobloc (Spacere) sau prin utilizarea unor pachete de piese distanțier (Shims). Dacă suprafața de clamp-uit este înclinată atunci există următoarea regulă: dacă direcția de înclinare este mai mică sau egală cu 15 atunci se face reglaj după o singură direcție (fig. 2.3) iar dacă înclinarea este mai mare de 15 se face reglaj după două direcții (fig. 2.4).

Fig. 2.3. Reglaj pe o direcție Fig. 2.4. Reglaj pe două direcții

Elementele de poziționare și fixare pot fi standard (fig. 11) sau prelucrate (fig. 12) în funcție de forma tablei.

Fig. 2.5. Elemente de poziționare și fixare standard

Fig. 2.6. Elemente de poziționare și fixare prelucrate

Montajul cilindrilor nu trebuie să fie complet închis de alte repere. Trebuie să se prevadă accesul pentru reglare, înlocuire astfel încât operațiile de mentenanță să se facă ușor, fără a fi nevoie să se demonteze alte repere.

Elementele de poziționare și fixare trebuie sa fie poziționate în zone stabile. O zonă stabilă este în general o zonă care nu se modifică în cursul operațiilor de prelucrare.

Găurile sau suprafețele de poziționare sunt alese simultan în timpul procesului de proiectare și în cazul procesului preliminar.

Pinii de poziție sunt elemente de centrare si poziționare a tablei. Acești pini pot fi ficși, care se utilizează pentru tabla principală, sau mobili care sunt retractabili și sunt folosiți pentru tablele secundare. Tabla principală este tabla pe care se asamblează tablele secundare.

După forma pinilor aceștia se clasifică în:

Pin Rotund (cilindric) se folosește pentru poziționarea e două direcții în cazul găurilor circulare din tablă sau pentru poziționarea pe o direcție în cazul găurilor alungite (sloturi).

Fig. 2.7. Pin Rotund

Pinul Diamond (diamant) se utilizează pentru poziționarea pe o direcție în cazul găurilor circulare sau în cazuri speciale pentru poziționarea pe două direcții în găuri alungite.

Fig. 2.8. Pin Diamond

După modul de funcționare pinii se clasifică în:

Pin fix acesta are o poziție fixă (montaj rigid)

Fig. 2.9. Pin fix

Pin retractabil (mobil) acesta poate fi montat pe: cilindru linear pentru pin (Fig. 2.10), cilindru liniar antirotație pentru pin decalat (Fig. 2.11), cilindru liniar cu ghidaje fixe (Fig. 2.12), clamp sau pe un mecanism cu pivotare .

Fig. 2.10. Cilindru liniar

Fig. 2.11. Cilindru liniar antirotatie

Fig. 2.12. Cu ghidaje fixe

Fig. 2.13. Fin retractabil montat pe un mecanism pivotant

În funcție de forma pinului și de rolul funcțional se alege numărul de reglaje corespunzător astfel: – centrare cu pin rotund în gaura circulară și pin diamond (cu reglaj pe două direcții) în gaura alungită se vor face reglaje pe două direcții. Dacă pinul are rol de element de poziționare atunci se fac trei reglaje.

-centrare cu pin rotund în gaură alungită sau pin diamond în gaură circulară înclinată se va face reglaj pe o direcție. Dacă pinul are rol de NC atunci se fac reglaje pe două direcții.

-centrare cu pin rotund în gaura alungită sau pin diamond în gaură circulară înclinată pe o direcție sau două, se va face reglaj pe două direcții sau pe trei direcții.

O tablă este de preferat a se fixa prin metoda 3-2-1 dacă este posibil.

Metoda 3-2-1 ( 3 asezari <S>, 2 directii principale <H>, 1 antirotatie Fig. 2.14. Metoda preferată 3-2-1

În figura de mai jos sunt reprezentate regulile generale de folosire a găurilor și poziționare a NC-urilor pe tablă.

Fig. 2.15. Reguli generale de folosire a găurilor și poziționare a NC-urilor pe tablă

Pentru a asigura funcționarea corespunzătoare a NC-urilor și pentru a asigura suficient acces la punctele de sudură/rivetare(nituire), se recomandă respectarea următoarelor reguli:

Distanța între un pin și un NC să fie de minim 20mm

Distanța între marginea pinului și marginea tablei să fie minim 100mm

Distanța între un pin și un punct de sudură, rivetare să fie minim 20mm

Distanța între marginea NC-ului și marginea tablei sau tangenta la o rază să fie de minim 3mm.

Fig. 2.16. Dispunerea pinilor și a NC-urilor pentru a avea acces la puncte

În figura de mai jos este reprezentat cazul clasic de prindere a tablei

Fig. 2.17. Cazul clasic de prindere a tablei

Elemente de susținere (risere) fac legătura între elementele de poziționare a caroseriei și baza de montaj fixă, care poate fi constituită de un banc de montaj rigid sau chiar de pardoseala de beton. Această legătură poate fi rigidă sau mobile. Elementele de susținere pot fi standard sau manufacturate. Riserele sunt repere care fac legătura rigidă între montajul elementelor active și baza de susținere a întregii unități de clamp. În marea lor majoritate sunt subansamble sudate dar există și risere turnate.

Fig. 2.18. Riser turnat (standard)

Legătura dintre unitățile de clamp și riser se face de obicei printr-o placa intermediară.

Base-urile (mesele) sunt în general compuse din repere sudate și care constituie suprafața de așezare pentru elementele de poziționare și fixare (Fig. 2.20).

Fig. 2.19. Masă de susținere (Base)

Elemente de manipulare:

Hoist- sunt dispozitive folosite în cazul manipulării manuale a elementelor de caroserie.

Fig. 2.20. Dispozitiv de manipulare manual (Hoist)

Handling gripper- sunt dispozitive de prindere folosite la roboți, pentru manipularea elementelor de caroserie.

Fig. 2.21. Dispozitiv de manipulare folosit de către robot

Respot gripper- sunt dispozitive utilizate în timpul sudurii elementelor de caroserie.

Fig. 2.22. Dispozitiv de manipulare folosit de către robot pentru sudura (Respot)

GEO gripper- în acest tip de dispozitiv se asamblează mai multe elemente de caroserie. Punctele de sudură se execută în aceaste dispozitive se numesc puncte GEO și trebuie să asigure geometria ansamblului final.

Fig. 2.23. Realizare geometrie ansamblu final

Fig. 2.24. Gripper GEO

Dispozitivele de asamblare (toolings) se compun, în general, dintr-un ”Base” unit (masa) pe care sunt fixate minidispozitive de fixare care se numesc UNITS (în engleză) sau Gruppi (în italiană). În anumite situații sau pentru anumite tipuri de dispozitive masa poate fi înlocuită cu un cadru sudat (frame unit) pe care se fixează unit-urile. De asemenea în anumite situații dispozitivul este compus dintr-un singur unit.

Fig. 2.25. Exemple

Proiectarea Fixture-ului de manipulare (a Gripper-ului)

Pentru celula prezentată este utilizat un Gripper acționat de către robot. Ansamblul de table sosește în zona celulei pe un sistem de transfer. Robotul împreună cu gripper-ul prinde ansamblul de table.
Rolul Gripper-ului este de a manipula ansamblul de table (underbody).

Fig. 2.26. Gripper-ul de manipulare

Softul utilizat pentru modelarea 3D a gripper-ului este NX12, soft realizat de către cei de la Siemens. Softul de proiectare utilizat pentru modelare este ales de către client iar dacă, compania (Comau în cazul de față) nu beneficiează de soft sau de licență de soft conform cerințelor clientului atunci se ajunge la un acord.

Fig. 2.27. Siemens NX

3. Asamblarea robotizată a tablelor:

Asamblarea elementelor de caroserie se poate face prim mai multe metode:
-prin sudură (în puncte, laser, prin inducție, MIG/MAG…);
-prin fălțuire;

-prin nituire

-îmbinare șurub-piuliță

Sudura în puncte este îmbinarea cu ponderea cea mai importantă în asamblarea caroseriilor.

Punctele de sudură au 2 roluri principale: primul acela de a asigura asamblarea caroseriei într-o anumită toleranță și al doilea de a asigura o rezistență corespunzătoare caroseriei.

Sudura se realizează cu ajutorul Gun-urilor(cleștilor) de sudură. Gun-urile sunt de diferite tipuri: C-gun, X-gun, CXR-gun..

Fig. 3.1. X-gun Fig. 3.2. C-gun

Fig. 3.3. CXR-gun

4. Prezentarea celulei robotizate de sudura a stud-urilor

Stud-uri: Prezentare generală, didpozitive folosite

Sudura stud-urilor(știfturilor) se realizează cu ajutorul unui arc electric. Procesul este unul rapid, elementul de fixare se unește cu un element de bază sau un substrat. Forma elementului de fixare poate să difere, poate să fie filetat, netratat, tapetat etc. Atât elementul de fixare cât și suportul pot fi din diferite materiale inclusiv: oțel, oțel inoxidabil, aluminiu etc.

Fig. 3.4. Stud-uri

Dispozitive folosite: pentru a automatiza procesul de sudură a stud-urilor sunt utilizați roboți pentru manipulare și sudură.

Tipuri de roboți:

Fig. 3.5. Tipuri de roboți

Fig. 3.6. Echipament surudă Stud

Pentru a putea poziționa roboții într-o poziție cât mai corespunzătoare sunt folosiți suporți (riseri) pentru roboți, aceștia fiind pe diferite dimensiuni.

Fig. 3.7. Suporți roboți

Rol funcțional: Stud-urile se sudează pe caroseriile de mașini pe partea de underbody sau pe pe părțile interioare ale caroserie pentru ca mai apoi pe acestea să se poată monta toate elementele de interior, cabluri, cablaje, conducte, protecții etc.

Fig. 3.8. Rol stud-uri

Fig. 3.9. Rol stud-uri

Fig. 3.10. Rol stud-uri

Prezentarea celulei de sudură robotizată a stud-urilor

Fig. 3.11. Celulă sudură robotizată

Pentru a se realiza operația de sudare a stud-urilor pe underbody sunt utilizați 4 roboți. Un robot împreună cu gripper-ul său pentru manipulare și alți 3 roboți împreună cu echipamentul de sudură cu arc electric care vor suda pe ansamblul de caroserie stud-urile.

Layout celulă:

Fig. 3.12. Layout celulă

Gripper de manipulare:

Fig. 3.13. Gripper manipulare

Fixture-ul pe care este așezat subansamblul de caroserie:

Fig. 3.14. Fixture

Descriere proces celulă:

-sistemul de transfer (Skid) aduce ansamblul de tablă în celulă;
-senzorii sesizează prezența tablei, dă comandă la roboți;
-robotul împreună cu gripper-ul de manipulare primește semnal, deschide clampii și se pregătește să preia tabla de pe fixture; închide clampii și rotește tabla aducând-o în poziția pentru sudură și o ține în poziție;

-ceilalți 3 roboți sudează fiecare cate 8 stud-uri (3,5 secunde pentru fiecare stud) – 28 de secunde;

-roboții intră în poziția de ”home” ;

-robotul cu gripper-ul rotește tabla, o așează pe fixture își deschide clampii și se retrage în poziția ”home”;

-sistemul de transfer (skid-ul) preia tabla și o scoate din celulă.

Cycle time-ul este de 52 de secunde.

5.CONCLUZII

Programul RobCAD este extrem de folositor deoarece putem simula întregul proces de asamblare a tablelor din industria auto astfel încat în momentul în care se începe executia, montarea entitatilor din celula sa putem fi siguri ca ceea ce urmeaza a fi executat este si functional.

RobCAD permite introducerea greutatilor tablelor, clestilor de nituire, sudura, dispozitivelor de manipulare a tablelor astfel incat sa fim siguri ca robotii pe care ii vom comanda pentru proces sa poată să efectueze operatiile cu incarcarea pe care o va avea in realitate.

Softul RobCAD ofera posibilitatea de a crea liste de coliziuni intre diferitele entitati din celula pentru a evita orice contact intre entitati in momentul in care linia va fi asamblata, in momentul in care robotii vor efectua operatii simultan.

Avem posibilitatea ca in RobCAD sa putem pune unele rezerve de siguranta pe axele robotilor pentru ca in momentul in care incepe montarea liniei sa nu avem surpriza ca pe unele locatii robotii sa nu ajunga.

Fiecare path facut in RobCAD pentru roboti va fi descarcat unul cate unul si folosit pe linia de asamblare reala deoarece robotii pe linia de asamblare vor face exact acceasi miscare pe care o fac in celula RobCAD deoarece in celulă folosim un program care controleaza robotul dandu-i exact aceleasi miscari ca in realitate.

6.BIBLIOGRAFIE

Curs tooling, Comau Romania

http://www.shutterstock.com/

http://www.abb.com/

Die Quality detection with use of Camera Technologies

www.henrob.com

Curs simulare , Comau Romania

www.robotics.ucv.ro

https://www.imageindustries.com/