Simularea Functionarii Unei Celule Flexibile Pentru Asamblarea Elementelor de Caroserie, Utilizand Robcad

CUPRINS

LINII FLEXIBILE DE FABRICAȚIE A CAROSERIILOR AUTO

Generalități

În zilele noastre printre cele mai importante industrii din lume este industria de fabricare a automobilelor. Aceasta are un impact atât asupra economiei cât și a culturii. Industria auto asigură locuri de muncă pentru milioane de oameni, care sunt implicați atât în mod direct, cât și în mod indirect contribuind la obținerea produsului finit, automobilul.

În ultimele secole, automobilul a fost cel care a revoluționat transportul, acesta schimbând modul de trai al oamenilor și al afacerilor. Acesta permite transportul materialelor mai rapid, ajutând la deschiderea pieței largi pentru afaceri și comerț.

Costul total de producere al unui automobil a fost redus de către industria auto utilizând metode ca: vânzarea în masă, producția de serie mare precum și globalizarea producției.

Ideea producerii unui autoturism cât mai ieftin a dus la folosirea liniei de asamblare și a producției de masă. Înainte de a fi introdusă această metodă, automobilele erau fabricate individual, fiind nevoie de personal foarte calificat, ceea ce făcea ca prețul automobilului să fie foarte mare. Linia de asamblare și producția de masă au inversat lucrurile: autoturismele se produc în cantități mari, la preț mic fără ca să fie afectată calitatea.

Primul concept de linie de montaj cu bandă mobilă și posturi fixe de lucru (fig.1) a fost dezvoltat de către Henry Ford și colaboratorii săi, la începutul secolului XX. În 1909 montează în serie un autoturism dotat cu un motor cu patru cilindrii în linie, răcit cu apă, capacitatea cilindrică 2896 cm3, o putere de 15kW, dotat cu ambreiaj și cutie de viteze planetară cu 2+1 trepte. S-au produs pînă în 1927 peste 15 milioane bucăți.

Fig.1 Linia de asamblare a modelului “T” al mărcii Ford. Post fix de lucru și bandă mobilă [1]

Acest concept a a avut un impact uriaș asupra industriei constructoare de autovehicule, aflată atunci în perioada de ascensiune, dar și economia industrială, aflată în plin proces de formare și dezvoltare.

Procesul de optimizare și punere în practică a noului sistem a durat 10 ani, între 1903 și 1913, desfãșurându-se în trei mari etape:

Prima etapă, începută în 1903, a constat în organizarea de standuri de montaj în care era asamblată o singură mașină, cel mai adesea de către un singur muncitor, adică sistemul de fabricație manuală (fig. 2).

Fig.2 Sistem de fabricație manuală [2]

A doua etapă, finalizată în anul 1908, a constat în reducerea numărului de operații executate de către un singur muncitor; fiecare muncitor executa montajul unei mari pãrți a autoturismului (modelul Ford T), care dura în total 12 ore și 30 de minute. Acum, montorii rămâneau la același loc de muncă toată ziua. Faimosul model T, se producea la prețul de 850$.

A treia etapă a început dupã 1908 când Ford a reușit să obțină interschimbabilitatea totală a reperelor.

El a stabilit că muncitorul montor va executa numai o singură operație de montaj și se va deplasa de la un vehicul la altul în cadrul halei de montaj. În august 1913, înainte de introducerea liniei de montaj, ciclul de muncă al unui muncitor se redusese de la 514 minute la 2,3 minute. Introducerea liniei de montaj în flux continuu (fig. 3), a fost realizată în 1913.

Fig.3 Linie de montaj cu bandă mobilă și posturi fixe de lucru.

Foto: Șasiul Twin Six Packard seria 3 (1918-1923) [3]

Elementtul constituient al liniei de ansamblare este postul de lucru. În cadrul unui post de lucru se pot realiza una sau mai multe faze ale procesului tehnologic. Faza sau fazele la rândul lor, care se execută la un post de lucru formează o operație.

Gruparea fazelor pe posturi de lucru se face după anumite criterii ce poartă denumirea de echilibrarea liniei.

Un parametru de bază al liniei de producție este ritmul liniei și reprezintă intervalul de timp între două livrări succesive de produse ale liniei, sau altfel spus, intervalul de timp dintre două intrări succesive de semifabricate pe linie.

Producția în masă este acel tip de fabricație neîntreruptă, ce se întinde pe o perioadă mare de timp sau permanent, organizarea în flux continuu pe linii de fabricație, în care se produc cantități mari de produse la un preț cât mai mic. Cu toate acestea calitatea produselor se menține la un nivel ridicat. Calificarea muncitorilor este în general scăzută, cu excepția celei a personalului de reglare și întreținere a liniilor de ansamblare. Acest tip de producție se întâlnește și în alte domenii cum ar fi bunurile de consum, aparaturi și mașini electrice și electrocasnice, organe de ansamblare.

În cadrul liniilor de ansamblare se folosesc, pe scară foarte largă, standardizarea produselor și interschimbabilitatea pieselor. Procesul de fabricație este caracterizat prin mecanizare, volumul mare de produse executate, elaborarea planului de fabricație în flux în diferite stagii ale producției, verificarea atentă a produselor stanadardizate precum și diviziunea muncii. Datorită reducerii drastice a timpilor de ansamblare a automobilelor, prețul lor de vânzare a scăzut considerabil.

Dezvoltarea producției de masă a condus la organizarea muncii în trei direcții importante.

Prima se referea la împărțirea sarcinilor și realizarea lor de către muncitorii necalificați, deoarece utilajele performante executau munca în locul lor.

A doua direcție punea accent pe creșterea fabricilor în mari concerne, unde a fost nevoie de o ierarhizare a personalului de conducere.

A treia direcție era orientată spre creșterea complexității operațiilor, ceea ce a dus la majorarea necesarului de personal cu calificări superioare cum ar fi: ingineri de producție, maiștri, electricieni, chimiști, economiști, psihologi.

O caracteristică importantă a producției de masă este mecanizarea, automatizarea și robotizarea. Nici o altă industrie nu realizează un produs care să conțină atât de multe puncte de sudură ca și industria auto. In industria auto o mașină este realizată în segmente ca: uși, compartimentul motorului, plafonul (acoperișul), capota, etc. Toate aceste părti diferite sunt unite, apoi prin metoda adecvată: sudura, nituirea, pentru a forma un “organism” complet.

Structura unei linii de asamblare auto poate se aibă, la prima vedere, o configurație destul de simplă sau chiar una foarte complexă. În componența acestor linii și stații intră un număr mare de repere care trebuiesc fabricate (manufacturate), iar pe lângă acestea mai intră și repere comerciale și standardizate. O caracteristică importantă a acestor linii sau a stațiilor din cadrul unei linii de asamblare este dată de faptul că acestea sunt unicate.

În ultima perioadă producătorii de automobile manifestă o preocupare pentru realizarea unor linii flexibile care să permită asamblarea a cel puțin două modele de automobil pe aceeași linie de fabricație și dacă este cazul cu puține ajustări ale liniei, adică înlocuire sau scoatere de componente din cadul posturilor de lucru.

În ceea ce privește metodologia de proiectare a liniilor de asamblare, este nevoie de o structurare a tuturor etapelor ce trebuiesc parcurse începând de la conceperea până la proiectarea propriu-zisă a liniei de asamblare.

Așadar firmele de proiectare primesc indicații cu privire la modul de proiectare al liniilor, poziția liniilor în cadrul halei de producție, studiul pozițiilor în care se realizează sudarea „gun study”, punctele unde se îmbină tabla, pozițiile găurilor sau sloturilor în care se orientează tabla în cadrul stațiilor și alte echipamentele utilizate în cadrul liniei.

Echipamentele utilizate pot să includă repere comerciale și standardizate, roboții folosiți la sudarea și manipularea componentelor caroseriei, tipuri de clești utilizați în procesul de sudare.

Toate aceste informații se obțin înainte de faza de concept. Conceptul se realizează de regulă, în cadrul firmei pentru care se realizează postul sau linia de fabricație, prin delegarea unui proiectant care se obligă să realizeze conceptul dorit de client. După aprobarea conceptului de către client se trece la etapa de retușare finală sau „final design”.

După această etapă, se impune realizarea unei simulări în cadrul halei de producție legate de studiul dimensiunilor, coliziunilor care pot să apară în momentul realizării sudurii și manipulării tablei sau probleme legate de deplasarea stației în cadrul liniei automate, cu scopul remedierii lor. Acest studiu se realizează cu ajutorul software-urilor de simulare și programare (CAE). Un asfel de software ce se folosește la simularea și programarea off-line a roboților precum și a liniilor de asamblare din hală este RobCad-ul (fig.4).

Fig.4 Simularea și programarea off-line a roboților cu ajutorul software-ului RobCad Tecnomatix.[4]

Odată rezolvate toate aceste probleme se impune realizarea desenelor de execuție ale reperelor manufacurate din cadrul stațiilor sau liniilor și întocmirea listelor de piese. Aceste desene trec printr-o serie de verificări amănunțite pentru a nu apărea probleme în momentul lansării în execuție a reperelor.

DISPOZITIVE PENTRU CENTRARE ȘI FIXARE A ELEMENTELOR DE CAROSERIE UTILIZATE ÎN CONCEPȚIA LINIILOR

Noțiuni generale

Caroseriile auto se compun în mare parte din piese din tablă ambutisată , piese care se îmbină unele cu altele formând diferite subansamle. Pe lângă piesele din tablă ambutisată caroseria cuprinde și organe de asamblare (piulițe , șuruburi etc) fixate prin sudură (fig.5).

Fig.5 Piese din tablă ambutisată îmbinate formând caroseria.[5]

Pentru sudarea reperelor se folosesc în principiu două metode de sudură – sudura în puncte și sudura MIG , iar pentru sudarea organelor de asamblare (piulițe , șuruburi) se folosesc dispozitive speciale pentru sudura electrică cu încărcare automată a organelor de asamblare ce urmează a fi sudate.

Linia tehnologică – subdiviziuni

Linia tehnologică este divizată în: linie, stație, grup de „unituri”, „unituri”. Liniile tehnologice pentru sudarea caroseriilor auto pot fi clasificate din punct de vedere al metodei de sudură în:

linii tehnologice cu sudură manuală.

linii tehnologice cu sudură complet robotizată.

linii tehnologice cu sudură mixtă (disp. de sudura robotizate + disp. manuale).

Liniile tehnologice cu sudură manuală sunt de regulă dotate cu dispozitive semi-automatizate sau cu comandă numerică. În cazul dispozitivelor semi-automatizate, acționarea dispozitivelor se face în majoritatea cazurilor, pneumatic. În cazul dispozitivelor cu comandă manuală acționarea poate fi pneumatică, manuală sau combinație dintre cele două.

Liniile tehnologice cu sudură complet robotizată, au de regulă majoritatea dispozitivelor automatizate cu acționare pneumatică. În situații excepționale, cu acordul beneficiarului aceste linii pot fi prevăzute și cu dispozitive acționate manual.

Liniile tehnologice au destinații bine definite , în sensul că pe fiecare tip de linie se realizeaza un singur tip de produs (un singur model de mașină) – linii diferite pentru uși , capote, etc.

Elementele componente ale unei linii tehnologice pentru sudură sunt:

stațiile de sudură;

dispozitive, instalații de transport subansamble între stații („gripper-e”, conveioare);

stații sau zone de stocare a reperelor;

sisteme de siguranță active sau pasive – controlate prin senzori de proximitate;

diferite zone auxiliare și de deservire.

De regulă prin stație de sudură se întelege un grup de dispozitive așezate pe un suport comun, cu ajutorul cărora se realizează o anumită operație sau o succesiune de operații în vederea sudării ansamblului de table încărcat în stația respectivă.

Prin construcția mai multor stații cu operații specifice fiecăreia, amplasate într-o ordine logică în cadrul linei de sudare, practic se realizează construirea produsului final prin trecerea diferitelor subansamble prin aceste stații.

Rolul funcțional al dispozitivelor și tipologia lor

Există trei categorii de dispozitive utilizate în construcția stațiilor denumite în jargon:

rest unit.

tivelor semi-automatizate, acționarea dispozitivelor se face în majoritatea cazurilor, pneumatic. În cazul dispozitivelor cu comandă manuală acționarea poate fi pneumatică, manuală sau combinație dintre cele două.

Liniile tehnologice cu sudură complet robotizată, au de regulă majoritatea dispozitivelor automatizate cu acționare pneumatică. În situații excepționale, cu acordul beneficiarului aceste linii pot fi prevăzute și cu dispozitive acționate manual.

Liniile tehnologice au destinații bine definite , în sensul că pe fiecare tip de linie se realizeaza un singur tip de produs (un singur model de mașină) – linii diferite pentru uși , capote, etc.

Elementele componente ale unei linii tehnologice pentru sudură sunt:

stațiile de sudură;

dispozitive, instalații de transport subansamble între stații („gripper-e”, conveioare);

stații sau zone de stocare a reperelor;

sisteme de siguranță active sau pasive – controlate prin senzori de proximitate;

diferite zone auxiliare și de deservire.

De regulă prin stație de sudură se întelege un grup de dispozitive așezate pe un suport comun, cu ajutorul cărora se realizează o anumită operație sau o succesiune de operații în vederea sudării ansamblului de table încărcat în stația respectivă.

Prin construcția mai multor stații cu operații specifice fiecăreia, amplasate într-o ordine logică în cadrul linei de sudare, practic se realizează construirea produsului final prin trecerea diferitelor subansamble prin aceste stații.

Rolul funcțional al dispozitivelor și tipologia lor

Există trei categorii de dispozitive utilizate în construcția stațiilor denumite în jargon:

rest unit.

clamp unit.

pin unit.

Pe lângă cele trei tipuri de dispozitive se pot întâlni și alte dispozitive de poziționare grosieră (exemplu: rough locator (pronunțat: raf locator) – care resprezintă un dispozitiv de pozitionare grosieră a unei părți de caroserie sau ansamblu de table) și combinații ale acestora, respectiv a dispozitivelor necesare realizării diferitelor deplasări ale „unit-urilor” sau grupurilor de „unituri” cum ar fi „slide unit-uri” fig. 6 (ansamblu de “unit-uri” ce realizează o mișcare de translație cu ajutorul unui cilindru pneumatic conectat la o sanie cu rigle de ghidare și patine), „dump unit-uri” fig. 7 (ansamblu de “unit-uri” ce realizează o mișcare de rotație cu ajutorul unui cilindru pneumatic special pe care sunt montate “unit-urile” ).

Fig.6 Slide unit

Fig.7 Dump unit

Rest unit

Reprezintă un grup de repere care au rolul de a susține elemetele de caroserie sau subansambluri realizate într-o stație anterioară, în momentul încărcării în stație. Nu are rol de fixare și de orientare a elementelor de caroserie aflate în stație.

Totuși la cererea beneficiarului, „rest unit-ul” poate îndeplini și rolul de poziționare prin alicarea unei profilări asupra elementului care susține tabla denumit în jargon „NC Back-up”. În figura 8 este prezentat un dispozitiv de tip „rest unit”.

Fig.8 Rest unit

Clamp unit

Acesta are rolul de susținere și fixare a elementelor de caroserie în vedera sudării. În unele cazuri partea de susținere poate să lipsească, caz în care „unit-ul” realizează doar fixarea (apăsarea) elementelor de caroserie.

În figura 9 este prezentat un „clamp unit”.

Fig.9 Clamp unit

Pin unit

Acesta are rolul de orientare a elementelor de caroserie în vederea poziționării corecte între ele. Pentru poziționarea unei table în cadrul unei stații de sudură este devoie de cel puțin doi „pini”.

Primul dintre ei are rolul de anulare a 5 grade de libertate, iar celălalt are rolul de anulare a celui de-al 6-lea grad de libertate impus subansamblului de table.

În figura 10 este prezentat un „pin unit”, care defapt este o combinație de „rest” cu „pin unit”.

Fig.10 Pin Unit

Base unit

Este o categorie specială de “unituri” cu rol de susținere/montaj a întregului grup de unituri care compun o stație. Se mai numește și “masă” (Fig 11).

Acesta poate fi un ansamblu demontabil compus din elemente tipizate sau poate fi un ansamblu nedemontabil (sudat).

Fig.11 Base unit

Elemente utilizate în construcția de dispozitive “unit-uri”

În cadrul dispozitivelor care fixează elementele de caroserie în vederea sudării și asamblării întâlnim trei mari categorii de repere: repere manufacturate – cele realizate după desenul de execuție; repere comerciale – care sunt comandate de la furnizori ca de exemplu Tunkers/FESTO/EXPERT, furnizori de echipamente pneumatice; repere standardizate – adică reperele care se găsesc în comerț. De aceea pentru o productivitate cât mai ridicată se recomandă folosirea a cât mai multe repere standardizate și comerciale deoarece sunt mai ieftine în comparație cu costul pe care îl generează reperele manufacturate.

Repere manufacturate

Piesele care se manufacturează de obicei și care intră în construcția dispozitivelor de prindere a caroseriilor auto sunt, plăci – „plate-uri” , suporți – „riser”, „support”, repere în formă de L – „l-block”, „NC-Finger”, „NC-Back-up”.

Riser

Suport susținere „riser” – are rolul de a susține toate elementele componente ale unui dispozitiv „unit”, pe care se montează o placă cu forme variate denumită „blade”, cu sau fără posibilități de reglaj. Acest suport este realizat în construcție sudată și poate fi standardizat (NAAMS, STD COMAU) (fig.12a,b) , sau nestandardizat.

Fig.12.a Riser standard COMAU Fig.12.b Riser standard NAAMS

Un „riser” standard poate fi folosit oriunde în construcția dispozitivelor, iar utilizarea „riser-elor” nestandardizate se impune doar în cazuri excepționale ca de exemplu, imposibilitatea înscrierii „unit-ului” în cotele de gabarit prestabilite, sau necesitatea unei construcții sudate speciale datorită gabaritului impus.

Aceste „riser-e” se achiziționează de către cel care construiește „unit-ul” în stare pregătită pentru montaj, cu toate prelucrările realizate. Pentru acesta nu se face desen de execuție. În general la reperele standardizate și achiziționate nu se face desen de execuție. Excepție fac doar piesele la care se execută prelucrări în plus față de cele standard, ca de exemplu operații de frezare sau găurire.

Blade

„Blade-ul” (fig. 13) este piesa cu rol de suport sau altfel spus legătura dintre diferite elemente componenete ale „unit-ului”. De asemenea, ca și în cazul „risere-lor” acestea pot fi standardizate sau nestandardizate.

De obice în majoritatea proiectelor se folosesc „blade-uri” nestandardizate în sensul că nu au formă și dimensiuni prescrise, în afară de unele condiții minim impuse legate de grosime și gabarit. Dar există și cazuri în care se impune utilizarea lor standardizată.

Fig.13 Exemplu de blade cu toate prelucrările necesare

„Blade-urile” sunt în general piese relativ simple, cotarea acestora depinde de tehnologia de execuție. În majoritatea cazurilor „blade-urile” se obțin prin tăiere cu flacără sau după un șablon. Aceste contururi, în documentația de execuție, sunt reprezentate la scara 1:1, iar în cazul în care conturul nu se încadrează în format la scara 1:1 se reprezintă la scară mai mică și se cotează în totalitate.

În funcție de tehnologia folosită la obținerea „blade-ului” și a prelucrărilor care se fac ulterior debitării cu flacără, care sunt de regulă frezări și găuri se aleg astfel:

„Blade” cu reglaj – baza de cotare în acest caz sunt 2 sau 3 suprafețe frezate, perpendiculare între ele. Poziția găurilor în acest caz se cotează față de aceste suprafețe.

„Blade” fără reglaj – baza de cotare în acest caz este o gaură de știft, care se alege de obicei după condiții impuse de beneficiar. Atunci când nu este specificată această gaură se alege de regulă din grupul de găuri prin intermediul cărora piesa manufacturată este prinsă de o altă piesă din cadrul „unit-ului”.

NC-finger / NC-back-up

Piesele denumite „NC-finger” / „NC-back-up” sunt piesele ce intră în contact direct cu elementele de caroserie. Aceste piese au atât rolul de suport cât și de fixare a elementelor de caroserie. Denumirea de „NC” provine din americană „NC-block” – „Numerical Controled machined block” – adică bloc prelucrat prin metode CNC (fig. 14).

Aceste repere sunt întâlnite la „unit-urile” de tip „Rest” și „Clamp” sau combinații ale acestora. “NC-finger”este denumirea generică a reperului mobil care este montat pe brațul mobil al „clamp-ului”, direct sau prin piese de legătură. „NC-back up” este denumirea generică a reperului fixat pe „blade” în mod direct sau cu ajutorul pieselor de legătură.

De asemenea forma suprafeței de contact a „NC-urilor” trebuie să copieze identic forma elementelor de caroserie în zona contact cu acestea, denumită generic „patch”. Acestă copiere a suprafeței de contact se obține prin metode specifice de prelucrare – generarea CNC

a suprafeței pornind de la forma electronică a fișierului de tablă, sau când suprafața este perfect plană, generarea suprafeței se face prin frezare convențională.

Ținând cont că suprafețele de contact trebuie să copieze exact forma elementului de caroserie, se impune cunoașterea exactă a poziției în spațiu a acestor repere, atât din punct de vedere al orientării cât și a coordonatelor unui punct de control de pe piesă. În unele proiecte se mai folosește și denumirea de „mylar” pentru aceste repere. Poziționarea „mylar-urilor”(“NC-urilor”) în spațiu se face utilizând cotele de referință față de „grid-uri”.

Fig. 14. NC-finger.NC-back-up

Pin

„Pin-ul” este de regulă o piesă de revoluție cu rol de poziționare relativă a elementelor de caroserie (fig.15). Pentru poziționarea unui element de caroserie împotriva rotației și a translației sunt necesari cel puțin doi „pini”. În ceea ce privește gradul de libertate impus punctului de poziționare a elementului de caroserie folosit poate fi: „pin” cilindric, „pin” frezat în gaură rotundă respectiv pin cilindric în slot.

.

Fig.15 Pini de diferite forme și dimensiuni

Repere comerciale

Reperele comerciale se găsesc în comerț și pot fi achiționate pe baza comenzii. De exempu Tunkers este un furnizor de dispozitive de prindere pneumatice, „clamp-uri” utilizate în construcția liniilor de asamblare auto. Aceste dispozitive sunt acționate pneumatic.

Deoarece există o cerere mare pe piață, aceste componente trebuie comandate cu cel puțin 3 luni înainte și este foarte important să existe în stoc și restul componentelor necesare asamblării dispozitivelor, cu atât mai mult în momentele în care se impune livrarea stațiilor de sudură către clienți la termenele bine stabilite în contracte.

În cadrul firmei în care lucrez, clienții își exprimă preferințele în ceea ce privește folosirea reprelor comerciale care intră în compunerea „unit-urilor”, dar există și excepții în care clientul oferă posibilitatea furnizorului să aleagă reperele comeciale necesare. Cele mai utilizate repere comerciale cu care se lucrează sunt cele de la Tunkers – „clamp-uri” și cilindri pneumatici de „pin”; Sandfield – „clamp-uri” și cilindri pneumatici de „pin”; DESTACO – „clamp-uri”, cilindri de „pin”, „grippere”; IFM – senzori de proximitate; Sankyo – bucși (fig. 16).

Fig. 16 Exemple de repere comerciale folosite în construcția liniilor de asamblare auto

Repere standardizate

Reperele standardizate se găsesc în comerț mult mai ușor deoarece producătorii acestor componenete sunt mai numeroși față de cei ce furnizează reperele comerciale.

În construcția dispozitivelor se dorește folosirea a cât mai multe repere standardizate, astfel reducându-se prețul de cost al dispozitivului. Un avantaj este dat de faptul că un reper standardizat este mai economic din punct de vedere al costului decât unul manufacturat, deoarece la un calcul simpu reperul manufacturat costă începând de la modelarea acestuia (achiziția licenței unui program CAD), generearea desenului de execuție până la prelucrarea efectivă a acestuia pe mașina unealtă.

Repere standardizate sunt considerate: țevi, bare, tuburi cu diferite profiluri, corniere, suporți, „pini”, distanțiere, suruburi, piulițe ș.a.

PRINCIPII DE UTILIZARE A PROGRAMULUI ROBCAD

Considerații generale. Structuri de date RobCAD

Robcad este un soft cu ajutorul căruia este posibilă:

-simularea pe calculator a lucrului cu ajutorul roboților sau a unor dispozitive, mecanisme, care au elemente în mișcare.

-studiul ergonomiei muncii în cazul lucrului cu operatorii umani.

Pornind de la versiunea 6.0.2., numele softului a fost schimbat în “eM-Power”, care definește un pachet de softuri specializate, numite generic module. Programul Robcad are o structură care este organizată în 2 zone importante (secțiuni): librarie și proiect, acestea stabilindu-se de la începutul proiectului.

Proiectul (Project) – este zona efectivă de lucru, unde există acces de modificare și salvare a fișierelor și de creare a fișierelor noi. Acesta conține celulele și prototipurile.

Libraria (Library) – este zona în care se “stochează” și de unde se încarcă fișierele folosite pentru studiu (biblioteca de prototipuri), neavând posibilitatea de a edita fișierele, dar nici de a crea altele noi. Acestea se pot folosi în toate celulele din sistemul RobCAD.

Robcad utilizează în general două tipuri de fisiere : ".co" și ".ce" .

Fișierul de tip ".co" (fig17) definește o componentă adică un fișier cu geomentrie proprie compus dintr-o combinație de suprafețe, solide, muchii, etc, altfel spus fiecare componentă este un obiect “fizic” din celula Robcad (table, piese, produse, roboți). Pentru a avea posibilitatea de editare a componentelor din librărie, acestea trebuiesc copiate în directorul ̋project ̋, unde se vor realiza modificările dorite, existând mai apoi posibilitatea să se suprascrie ulterior în librărie.

Fig.17 Componența fișierului de tip “.co”

Fișierul ".ce" definește o celulă (cell), care reprezintă unitatea de bază în construcția unui proiect Robcad. Aceasta se prezintă ca fișier fără geometrie proprie, în care sunt încărcate și poziționate componentele și elementele necesare studiului. Celulele sunt fișierele în care se lucrezază efectiv în timpul studiului și sunt situate întotdeauna în directorul de proiect.

Elementele reprezintă construcții singulare ca: locații, trasee, sisteme de referință, sisteme de axe.

Entitățile sunt elementele constructive ale prototipurilor componentelor (linii, puncte, suprafețe, solide). Fiecare entitate este creată cu propria origine iar utilizatorul entității nu poate modifica originea acesteia.

La activarea unor comenzi generate de către soft, se pot folosi și alte tipuri de fișiere auxiliare precum: .csv, .path, .sop, etc. Acestea sunt fișiere de tip text care sunt situate în directorul de proiect sau în directorul de celulă. Ele pot fi editate atât prin utilizarea unor comenzi din cadrul softului cât și direct prin utilizarea unui editor de text.

Pornire/ Terminare/ Minimizare Robcad

Pornirea Robcad se face folosind una din metodele

Din Start Menu: Start →Programs→Tecnomatix→Robcad→Robcad

Sau dublu-click pe link-ul plasat de procedura de instalare pe Desktop

Terminarea aplicației se face dând click cu mouse-ul (buton stânga) pe butonul Robcad (din partea de sus-stânga a ferestrei grafice) și apăsând Exit. Minimizarea ferestrei Robcad se face prin apăsarea butonului-punct din partea dreaptă sus a ferestrei . Pentru reluarea lucrului cu Robcad, se execută dublu-click pe icon .

De reținut este faptul că spre deosebire de aplicațiile Windows sau Motif (Unix) obișnuite, nu există un buton pentru comanda Close (închiderea aplicației). Pentru terminarea aplicației, se aplică următoarea procedură: din meniul de sus (Top Menu) Robcad→Exit.

Organizarea ecranului Robcad

Fig.18 Organizarea ecranului Robcad

Fereastra Top Menu se află în partea superioară a ecranului Robcad. Este compusă dintr-o etichetă superioară (actualizată conform stării Robcad) și un set de butoane. Primul buton (Robcad) are o componență fixă, activând diverse aplicații. Celelalte butoane au etichetă specifică butonului Robcad apăsat. Lista funcțiilor activate la apăsare este următoarea:

Fig.19 Rezultatul apăsării butonului Robcad din fereastra” Top Menu”

Prin selectarea unei funcții, programul Robcad ne va direcționa către un modul. Mai jos avem câteva din modulele disponibile și descrierea lor pe scurt.

Workcell – modulul principal folosit pentru a crea o celulă;

Modeling – modulul în care se pot modela piese și se poate realiza partea cinematică a unui mecanism;

Spot – modul specific pentru aplicații de sudură în puncte;

Human – modul dedicat testării ergonomiei modelelor umane;

Draft – modul pentru crearea desenlor;

Project – se definiște calea pe disc unde se află fișierul celulei și unde se vor salva automat modificările aduse proiectului curent.

Fereastra Graphics Window este regiunea cea mai mare din ecranul Robcad.

Fereastra Command Window este fereastra de dialog aflată în dreapta celei grafice. Are regimul unui submeniu, cu o structură de comenzi aliniată opțiunii din meniul Robcad.

Exemplu de submeniu:

Fig.20 Submeniul “Layout”

Fereastra de mesaje este plasată sub fereastra Graphics. Aceasta afișează trei linii de text, fiecare având semnificația sa proprie.

Linia de mesaje: conține un mesaj de stare (tip succes-eșec), pentru ultima comandă executată.

Mesajele anterioare pot fi păstrate și vizualizate, derulându-se cu ajutorul săgeților cursorului vertical.

Fereastra de stare (date) este plasată dedesubtul ferestrei grafice. Cu click dreapta se poate copia conținutul acestei ferestre.

Fereastra de management al butoanelor (Toolbox Manager Window) (fig.21) găzduiește grupul de butoane specifice unui meniu. Butoanele apăsate în această fereastră activează/dezactivează afișarea submeniurilor care apar peste Fereastra Grafică. Apăsând aceste butoane, se activează comenzile propriu-zise. Pot apărea mai multe tipuri de butoane: unele cu valabilitate permanentă, altele vizibile doar în contextul unui submeniu. Butoane permanent vizibile: Undo, View-Center, Reset, Limits Check, Collisions.

Fig. 21 Fereastra de management al butoanelor

Utilizarea mouse-ului în Robcad

Butonul stânga – se utilizează pentru selecția în meniu și indicarea de entități în fereastra grafică.

Buton din mijloc (nu rola mouse-ului) – se utilizează pentru mișcarea tip zoom a ferestrei grafice. Mișcarea ferestrei este cu atât mai rapidă cu cât mișcarea mouse-ului este mai rapidă. Mișcarea mouse-ului pe orizontală spre stânga va duce la micșorarea zoom-lui și invers.

Butonul dreapta – se utilizează în principal pentru deplasarea imaginii tip Pan (translație).

Fig. 22 Utilizarea mouse-ului în Robcad

Încărcarea unei celule în Robcad

Procedura:

Se modifică nivelul de selecție (Pick Level) în Component. Schimbarea lui Pick Level se face apăsând succesiv tasta [F12]. Valoarea curentă Pick Level va fi afișată în eticheta Top Menu .

Încărcarea unei celule (.ce) în Robcad se va face urmând pașii de mai jos:

-Selectare Robcad→Workcell

-În Top Menu se apasă Layout. Va apărea submeniul Layout (în dreapta feretrei “Graphics”)

-Se navighează la proiectul celula_robcad_andrei_moisanu/project și se selectează celula cu acelasși nume.

-În linia Selection apare ceea ce poate selecta din lista Cells – în cazul nostru: celula_robcad_andrei_moisanu.ce

Fig. 23 Fereastra de selecție a celulei “Load Cell”

-Se dă click OK.

-Conținutul celulei este încărcat în Robcad și prezentat în fereastra grafică.

Fig.24 Celula “celulă_robcad_andrei_moisanu” încărcată

Modelarea/editarea unei componente

Componentele pot fi modelate atât în celula de lucru (workcell), cât și independent.

Componenta modelată în celulă (in cell), va avea orientarea geometriei în raport cu sistemul de referință al celulei. Componenta independentă este echivalentă cu modelarea reperului unde nu există posibilitatea importării unei alte componente (de unde ar putea fi copiate entitățile ce formează componenta). În momentul curățării de date importante, este recomandabil să se utilizeze un workcell gol, acest lucru ducând la îndeplinirea mai rapidă a sarcinilor de către calculator. Pentru începerea modelării, se selectează secvența de butoane astfel:

ROBCAD → Modeling → Files → Open

O listă de tip pop-up va afișa toate componentele din directorul curent, urmând să se selecteze una dintre componentele afișate sau să se introducă un o denumire nouă (creându-se astfel o componentă nouă).

În momentul modelării unei componente în celula de lucru, trebuie să ne asigurăm că acesta este salvată înainte de a începe modelarea ei, ținând cont că nu poate fi salvată în timp ce se modelează o componentă.

Lucrul în ROBCAD ar trebui să fie salvat frecvent (la interval de 10-15 minute, în funcție de modificările efectuate în acest interval). Există însă și o salvare automată care va salva workcell-ul periodic, într-o celulă numită "backup.ce". În timpul modelării componentelor, acestea pot fi salvate, după exemplul de mai jos:

ROBCAD → Modeling → Files → Save

Pentru a vizualiza o componentă într-o nouă fereastră grafică, navigați la:

ROBCAD → Modeling → Files → Display in new window

Originea mașinii (caroseriei)

Conceptul cel mai important în utilizarea uneltelor în ROBCAD îl reprezintă originea caroseriei de mașină. Cele mai multe dispozitive de centrare și fixare sunt modelate sau concepute făcând referire la originea caroseriei (zero mașină). Originea caroseriei este numită "oo", cu excepția cazului în care se prevede altfel în proiect. În unele cazuri, anumite unități cum ar fi suporții de roboți (fig.25), suporții de grippere (fig.26) sunt exceptate de la această regulă.

Fig.25 Suport robot Fig.26 Suport gripper

Există două clase importate de dispozitive care se construiesc respectând originea mașinii ca și referință: tooling (fig.27) și grippers (fig.28). Respectând această condiție gripper-ele vor avea două axe:

TCP (Tool Center Point) – cu originea în zero mașină.

FR_MOUNT (Frame Mount) – axa aflată pe placa ce se va monta pe flanșa robotului.

Fig.27 Originea mașinii într-un dispozitiv de centrare și fixare (tooling)

Fig 28. Originea mașinii într-un gripper. Sistemul de axe pentru montarea pe robot

Dacă unitățile de fixare sunt modelate în raport cu zero mașină, produsul poate fi plasat în poziția corectă în cadrul mașinii în orice celulă. Gripperul, de asemenea, va fi modelat față de originea caroseriei, iar acest lucru permite realizarea “pickup-ului” și a „drop-ului” (încarcarea/descarcărea) în locațiile care urmează să fie stabilite.

În momentul importării componentelor în ROBCAD, nu toate solidele pot fi convertite. Așadar, pentru a verifica dacă lipsesc entități, desenul CAD original ar trebui luat ca desen de referință. Solidele care nu se transferă în mod corect în ROBCAD pot fi de multe ori copiate de la o altă secțiune a componentei. Alte solide vor trebui să fie modelate în ROBCAD sau remodelate în sistemul CAD original și apoi tranferate din nou.

Curățarea unei componente presupune ștergerea tuturor elementelor inutile. Solidele care sunt complet delimitate de alte solide ar trebui eliminate, deoarece acestea nu afectează funcționalitatea tooling-ului sau gripper-rului.

Odată ce toolingul sau gripperul este curățat, se poate adăuga și cinematica. Unele entități plane ar trebui să fie păstrate până la realizarea cinematicii, deoarece unele linii și puncte sunt utile atunci când se creează articulațiile (joint-urile). Odată cu finalizarea cinematicii, toate entitățile plane, incluzând puncte și linii, pot fi șterse.

Cinematica în Robcad

După “curățarea” tooling-ului sau a gripper-ului și a activităților de modelare, comportamentul cinematic al unității ar trebui să fie specificat ca parte a modelului. Crearea cinematicii în ROBCAD implică crearea de articulații (joints), axe și link-uri. Un link este definit ca fiind segmentul minimal care nu se deplasează dintr-un lanț cinematic. Implicit, etichetele specifice încep cu litera k. Lanțul cinematic reprezintă o colecție structurată de articulații și elemente cinematice. Articulațiile (joints) conțin două elemente cinematice (link-uri) și o axă. Implicit etichetele specifice încep cu litera j.

Există două tipuri de joint-uri (articulații):

de rotație – unde acestea se rotesc în jurul unei axe definite în prealabil.

prismatice – unde culisează în lungul unei axe.

Atunci când modelăm în celulă, prezența unor componente cinematice pot provoca în Robcad mesajul de eroare " Error: Name XXX already exists", în momentul în care utilizatorul încearcă să specifice un nume specific pentru fiecare link sau articulație. Pentru a evita problemele de nume, se va realiza cinematica pe fiecare componentă deschizând independent fiecare componentă.

Procedura de definire a cinematicii

1 – Definirea articulațiilor lanțului cinematic. Este un proces offline, nu neapărat pe calculator unde se analizează construcția mecanismului și rezultă lista de elemente și de articulații.

2 – Se creează elementele cinematice și se verifică entitățile care au fost selectate pentru construirea elementelor cinematice.

3 – Se creează axa pentru fiecare articulație. Această axă este definită de punctele de capăt, orientarea ei fiind de la primul punct la al doilea punct conform regulii mâinii drepte.

4 – Se definește fiecare articulație (joint): link-ul superior (parent link), link-ul subordonat (child link) și tipul de articulație. Articulațiile se definesc între un obiect/ansamblu și un al doilea obiect/ansamblu.

5 – Se definește dispozitivul.

6 – Se salvează prototipul componentei.

7 – Se testează articulațiile mecanismului, metoda de deplasare. Pentru deplasare se folosște butonul Device Jog accesibil doar daca aplicația curentă este Modeling.

8 – Se definește un domeniu de deplasare pentru fiecare articulație.

9 – Se definește dispozitivul.

10 – Se testează și salvează componenta.

Procedura de definire a stărilor mecanismului

1 – Se deschide componenta cu ajutorul aplicației Modeling.

2 – Se activează mecanismul.

3 – Se definesc stările dispozitivului (OPEN, CLOSE, SEMIOPEN).

4 – Se deplasează articulațiile dispozitivului (folosind comanda Device Jog).

5 – Se introduc valorile pentru pozițiile articulațiilor în starea OPEN.

6 – Se definesc și celelalte stări CLOSE și SEMIOPEN la fel ca și în cazul primei stări OPEN.

7 – Se salvează dispozitivul.

Notă: "HOME" reprezintă poziția mecanismului în care toate valorile articulațiilor sunt zero (joints). Valorile articulațiilor (joint-urilor) pot fi resetate la zero mutând mecanismul în poziția Home.

3.9 Trasee parcurse de robot.

3.10 Aplicația de detectare a coliziunilor în Robcad.

3.11 Secvențe de operații (SOP).

Cinematica Directă. Cinematica inversă.

Cinematica directă se aplică în toate cazurile atunci când se cunosc coordonatele în cuplele cinematice, necesare pentru atingerea poziției finale dorite. Robcad nu va mai trebui să calculeze poziția finală a cuplelor, aceasta fiind deja disponibilă. Cinematica directă se regăsește în cazul programării off-line a robotului astfel: Robcad execută o deplasare între poziția inițială (primul set de coordonate al articulațiilor) și poziția finală (al doilea set de coordonate al articulațiilor).

Exemplu:

În robotul din imagine (fig.29) se cunoaște poziția de “HOME” a robotului. Această poziție este poziția dată de fabricant și presupune ca toate cele 6 cuple cinematice ale robotului sa fie 0 (zero). De menționat este faptul că fiecare cuplă cinematică a robotului are și valori limită impuse de fabricant, peste care nu se poate trece, astfel:

j1=0 j4=0

j2=0 j5=0

j3=0 j6=0

Fig.29 Robotul în poziția de HOME

Se cere poziția de start pentru operația de nituire “JPounce”, exprimată de valorile cuplelor cinematice ale robotului. Astfel pentru aducerea robotului în poziția de start a operației de nituire valorile cuplelor sunt:

j1=10 j4=-70

j2=5 j5=90

j3=15 j6=-5

Fig.30 Robotul în poziția de start a opeației de nituire

Cinematica inversă. Cu ajutorul acestui tip de cinematic, Robcad primește poziția finală (coordonate și orientare ale unui sistem de axe) și calculează deplasările în cuplele cinematice pe baza cinematicii și geometriei robotului. Cinematica inversă necesită un efort de calcul mai mare din partea programului Robcad, dar în același timp oferă si un avantaj mare: oferă o mai mare flexibilitate din punct de vedere al utilizatorului.

Calculul cinematicii inverse este posibil numai pentru roboți.

Principiul de funcționare al procesului:

Controllerul robotului primește o locație unde trebuie să ajungă. Locația conține poziția țintă și orientarea TCP-ului (Tool Center Point).

Intern, Robcad caută să plaseze dispozitivul din capătul robotului (gripper ,clește de sudură) pe locația țintă.

Odată ce acest process de aliniere s-a făcut cu success, Robcad calculează valorile necesare articulațiilor pentru a atinge poziția anterior calculată.

Robcad “deplasează” mecanismul (robotul) din poziția inițială în poziția care a fost calculată.

Exemplu:

În robotul din imagine (fig.31) se cunoaște locația ce corespunde cu poziția de HOME a robotului și implicit TCP-ul dispozitivului de nituit. Astfel se cere poziționarea dispozitivului de nituire a robotului din poziția de HOME, pe prima locație de nituire a tablei.

lo8 – locația ce corespunde cu poziția de HOME a robotului cu dispozitivul de nituit atașat.

nit_1-locația pe care trebuie să ajungă dispozitivul de nituit, atașat robotului.

Obiectivul este de a plasa TCP-ul cu orientarea țintă și poziția țintă în raport cu cererea de bază. Se va respecta ambele elemente:

-poziția țintă

-orientarea țintă

Fig.31 Robotul în poziția de HOME dată de locația “lo8”

Fig.32 Robotul în poziția de nituire dată de locația “nit_1”

STUDIU DE CAZ. SIMULAREA FUNCȚIONĂRII UNEI CELULE FLEXIBILE PENTRU ASAMBLAREA ELEMENTELOR DE CAROSERIE, UTILIZÂND ROBCAD

Prezentare generală a celulei de fabricație

Prezenta celulă de fabricație arată modul de îmbinare a două elemente de caroserie. În această celulă regăsim următoarele:

1-gard de protecție.

2-ușă culisantă.

3-masă rotativă.

4-traseu pentru cablaje și protecție cablaje.

5-dispozitiv de centrare și fixare a elementelor de caroserie (2 seturi):

Setul 1 (2x) – pentru table de dreapta (RH).

Setul 2 (2x) – pentru table de stânga (LH).

6-robot ABB IRB6640 și echipament auxiliar.

7-dispozitiv de schimbare rapidă a sculei de lucru pentru robot (tool-changer).

8-dispozitiv de nituire tip “C” și echipament auxiliar.

9-alte echipamente: senzori de proximitate, scanner pentru prezența operatorilor, dulapuri PLC, etc.

Celula mai are în componență și un operator: un bărbat sau o femeie. Sarcina acestuia este aceea de a încărca tablele (stânga și dreapta) pentru partea din spate a mașinii și de a le descărca pe acestea după ce robotul le-a îmbinat prin operația de nituire.

Operatorul este și cel care supraveghează întreaga operațiune, putând opri în orice moment procesul, dacă intervine ceva neprevăzut. Există totuși și o serie de senzori care monitorizează procesul și care opresc automat mecanismele și dispozitivele atunci când intervine o problemă.

Fig.33 Vedere de sus a celulei flexibile

Fig.34 Vedere axonometrică a celulei flexibile

Celula flexibilă funcționează astfel:

Ușa culisantă se deschide dându-i acces operatorului să încarce primul set de table în dispozitivele de centrare și fixare, montate pe masa rotativă cu ajutorul unui suport sudat. În tot acest timp robotul își face alimentarea cu nituri de la dispozitivul de reumplere ce vine împreună cu cel de nituire tip “C” (rivet gun). În partea robotului mai există al doilea set de dispozitive de centrare și fixare (stații) ce așteaptă să fie încărcate în timp ce robotul nituiește primul set de table.

Dispozitivele de centrare și fixare (stațiile) sunt automat comandate pneumatic să se deschidă pentru a fixa tablele.

Stațiile se închid fixând tablele în poziția corectă. Această operație se efectuează cu ajutorul senzorilor de proximitate care detectează tablele și comandă închiderea clamp-urilor.

Operatorul părăsește spațiul de încărcare/descărcare și comandă închiderea ușii culisante.

Masa rotativă efectuează o mișcare precisă de indexare cu 180°. În acest fel setul 2 de stații vine în poziția de încărcare a tablelor și operatorul încarcă al doilea set de table.

Robotul parcurge programul de nituire aplicând nituri pentru tablele de dreapta (RH) și cele de stânga (LH) în ordinea bine stabilită.

După aplicarea niturilor, acesta iși reîncarcă magazia de nituri atașată gun-ului de nituire și așteaptă următorul set de table.

Ciclul se reia.

IMPORTANT: Existând două seturi de dispozitive de centrare și fixare, se observă faptul că avem un flux continuu de lucru, fără timpi morți, astfel ciclul de fabricare este mic. Robotul nu va fi oprit decât pentru mentenanța sa sau a altor dispozitive din celulă.

Ansamblul elementelor de caroserie

Ansamblul tablelor de dreapta (RH)

Ansamblul tablelor de dreapta (fig.35) este format din (2) două bucăți îmbinate cu ajutorul a două (2) nituri prezentate în figura 36.

Fig.35 Ansamblul tablelor dreapta (RH)

Fig.36 Niturile aplicate.

Acest ansamblu formează doar o parte din aripa interioară dreapta.

Materialul folosit la fabricarea tablei 1 si 2 este un aliaj de aluminiu, formula chimică completă a materialului fiind un secret al producătorului.

Grosimea tablei 1 = 3mm

Grosimea tablei 2 = 1,5mm

Ansamblul tablelor de stânga (LH)

Ansamblul tablelor de stânga (fig.38) este format din (4) patru bucăți îmbinate cu ajutorul a zece (10) nituri, prezentate în figura 39.

Fig.37 Ansamblu table de stânga: a-vedere exterior; b-vedere interior; c-vedere axonometrică

Fig. 38 Ansamblul tablelor stânga

Acest ansamblu format din cele (4) patru table reprezintă doar o parte din aripa interioară stânga.

Materialul folosit la fabricarea tablelor 1-4 este un aliaj de aluminiu la fel ca și în cazul tablelor de dreapta, formula chimică completă a materialului fiind un secret al producătorului.

Grosimea tablei 1 = 3mm

Grosimea tablei 2 = 1,5mm

Grosimea tablei 3 = 1.5mm

Grosimea tablei 4 = 1.5mm

Fig.39 Nituri aplicate pentru asamblarea tablei de stânga.

DISPOZITIVUL DE CENTRARE ȘI FIXARE A ELEMENTELOR DE CAROSERIE ÎN VEDEREA ÎMBINĂRII LOR PRIN OPERAȚIA DE NITUIRE.

Cele două dispozitive de centrare și fixare a elementelor de caroserie sunt produse unicat (fig.40). Ele se produc pentru fiecare operație de asamblare și au forme si dimensiuni diferite. Reperele care intră în componența lor sunt repere comerciale, standard, dar și piese manufacturate.

Dispozitivele (stațiile) se regăsesc în celulă în două seturi, fiecare set incluzând două stații pentru aceeași tablă:

-un set de stații pentru table de dreapta (RH).

-un set de stații pentru table de stânga (LH).

Ele sunt montate pe masa rotativă de mare capacitate prin intermediul unui suport sudat (fig.41)

Fig.40 Dispozitivele de centrare și fixare

Fig.41 Setul de stații montate pe masa rotativă

ROBOTUL ABB IRB6640

Robotul IRB 6640 produs de către compania ABB, este un robot frecvent folosit pentru diferite aplicații axându-se pe producția de mare capacitate. Capacitatea de încărcare, de până la 235kg, face ca robotul să fie foarte apreciat în aplicațiile ce necesită manipularea obiectelor grele. Pentru varianta cu echipament integrat, capacitatea lui este de 200kg, variantă care îndeplinește toate cerințele pentru manipularea dispozitivelor grele de sudură din industria auto.

IRB 6640 are integrată cea dea doua generație de mișcări dezvoltate de cei de la ABB și anume: TrueMove și QuickMove. Acestea redau robotului mișcări de o acuratețe mult mai ridicată, care se reflectă într-un timp mai scurt de programare precum și rezultate mai bune a procesului de fabricație.

Robotul este folosit la aplicații precum:

încărcare/descărcare a piesei dintr-un post de lucru (Pick & Place robot).

asamblare/manipulare (gripper robot).

vopsire de produse (spray robot).

asamblarea pieselor prin nituire, sudură în puncte, sudură în linie cu arc electric (weld robot).

aplicare de adeziv (seal robot).

În prezenta celulă flexibilă, robotul IRB 6640 are capacitatea de încărcare de 235kg și o rază de acțiune de 2.55m (fig.42). În capătul robotului se găsește un dispozitiv de nituire tip “C” atașat de flanșa robotului (despre care voi vorbi în următorul subcapitol) cu ajutorul unui ajustaj special cu posibilitate de schimbare rapidă a sculei de lucru, produs de compania WALTHER.

De menționat este faptul că dispozitivul de nituire din capătul robotului are o masă de 175Kg, îndeplinind astfel cerințele de încărcare a robotului.

Fig.42 Robotul IRB 6640. Ajustajul WALTHER. Dispozitivul de nituire tip “C”

DISPOZITIVUL DE NITUIRE TIP “C”

În cadrul celulei flexibile asamblarea tablelor se va face cu ajutorul unui dispozitiv de nituire tip “C”, numit în termenii de specialitate (rivet gun). Procedeul se asamblare se numește SPR (Self Pierce Rivet) care se traduce în limba română ca și nituire prin ștanțare.

Nituirea prin ștanțare este o metodă de realizare a legăturilor mecanice, un procedeu de îmbinare la rece, cu o rezistență mecanică mare care poate avea loc între materiale identice dar și între materiale combinate. Acest procedeu permite asamblarea fără probleme a mai multor straturi de material. [8]

Principalele avantaje ale acestui procedeu sunt:

nu este nevoie de o găurire preliminară.

este indicat acest procedeu pentru îmbinările hibride (materiale diferite).

rezistență dinamică mare.

nu există transfer de căldură în zona de îmbinare.

componentele nu sunt deformate.

Piesele care necesită să fie îmbinate sunt asamblate printr-o legătură fixă prin forță și formă, într-o singură etapă, fără o găurire prealabilă a pieselor, fără emisii poluante și cu un nivel de zgomot redus, cu ajutorul unui nit semi-tubular de diferite forme și dimensiuni fig în funcție de materialele ce se doresc a fi asamblate (fig.43). Nitul realizează ștanțarea primului strat de material, iar capătul ultimului material este desfăcut. Dat fiind faptul că ultimul material nu este ștanțat, rezultă astfel o asamblare punctiformă, etanșă (fig.44)

Fig.43 Exemplu de nituri de diferite forme și dimensiuni [8]

Fig.44 Elementele principale ce intră în procesul de nituire

Fig.45 Asamblare prin nituire

Materialele ce se pot asambla prin nituire sunt diverse (vezi figurile de mai jos)

Niturile folosite în industria auto pot avea diametre de ø3 și ø5 mm. Asamblarea rezultată poate avea: 10mm-aluminiu; 7-mm-oțel. Forțele de îmbinare folosite în procesul de nituire sunt de până la 85 kN.

În celula flexibilă prezentă se vor folosit nituri cu diametrul de ø3mm pentru asamblarea tablelor date.

Pentru ca procedeul de nituire prin ștanțare să fie posibil se va folosi un dispozitiv de nituire tip “C” produs de compania HENROB (fig.46). Toate reperele care intră direct în procesul de asamblare sunt elemente tipizate și se pot schimba între ele dar după anumite reguli impuse de producător. Dispozitivul este format din:

servo-motor pentru antrenarea poansonului.

tubul de alimentare cu nituri.

magazie de nituri.

C-frame-suport turnat.

matriță.

poanson.

suport de prindere pentru robot.

Fig.46 Elementele care compun dispozitivul de nituire tip “C”

SIMULAREA CELULEI FLEXIBILE

Pentru a simula celula este nevoie să introducem secvențe de operații, pe baza cărora vom obține și timpul în care se efectuează operațiunea de nituire. Se încarcă mai întâi celula în Robcad și din fereastra “Top Menu” se selectează SOP (fig47).

Fig. 47 Selecția submeniului SOP din fereastra “Top Menu”

Din fereastra “Sequence of Operations” se dă click pe butonul “Sequence” și se scrie denumierea secvenței de operație “simulare_celulă_flexibilă” (fig.48).

Fig.48 Inserarea denumirii secvenței de operație

Pentru introducerea unei operații se va folosi butonul “Operation” din fereastra “Sequence of Operations” și se introduce denumirea și tipul operației care poate fi: mecanic, robot, manipulare om, etc. (fig.49)

Fig. 49 Realizarea unei operații

Se introduc astfel toate operațiile stabilite în procesul de fabricare iar la sfârșit vom obține un grafic Gantt unde vom putea vedea timpul total al ciclului de fabricație precum și timpul consumat de fiecare operație. Pentru obținerea graficului Gantt se dă click pe butonul aflat în fereastra “Sequence of Operations”

Pentru îmbunătățirea timpului de fabricare, robotul va trebui să ruleze programul, utilizând un controller specific fiecărui tip de robot. Cu ajutorul controller-ului, vitezele de mișcare ale robotului vor fi mai realiste și se vor putea seta vitezele maxime de mișcare pe fiecare articulație a robotului, dar care să fie în conformitate cu cartea tehnică a acestuia la care se ține cont și de încărcarea lui.

În cazul de față robotul va rula pe controller-ul default al Robcad. După scrierea operațiilor, stabilite în faza de proces, vom genera primul grafic Gantt (fig. 50).

Fig. 50 Graficul Gantt pentru simularea celulei flexibile

Se poate observa faptul că procesul durează 67.37 de secunde sau 1 minut și 07 secunde. Este un timp relativ bun, dar în cele ce urmează se va încerca optimizarea procesului scăzând timpii de producție (vezi graficul Gantt fig.51).

În primul rând se va modifica startul operațiilor 2 și 3 (deschiderea clamp-urilor RH și LH), astfel încât ele vor proni de la 0 la fel ca si prima operație (cea de deschidere a porții). De acestea două depinde și încarcarea tablelor de operator (op.4) unde în loc unul vor fi doi operatori. Astfel timpul de încărcare scade de la 12 sec., cât era alocat unui un operator, la 6 sec. Vom avea astfel un câștig de 7 secunde în urma acestor modificări.

Fig.51 Graficul Gantt în urma optimizării celulei flexibile

De asemenea mai există și posibilitatea simulării celulei flexibile activând lista de coliziuni. Lista de coliziuni este de foarte mare ajutor atunci când se simulează o operație întrucât ea scoate înevidență elementele care interacționează prin colorarea acestora în roșu acolo unde există o coliziune sau galben acolo unde distanța dintre una sau mai multe elemente în mișcare este mai mică față de cea impusă de utilizator și avertizeză utilizatorul de faptul că există posibilitatea unei coliziuni dacă operația continuă.

Pentru a defini și activa o listă de coliziuni se va proceda astfel:

Din Fereastra de Management al Butoanelor se selectează “Collision Setup” (fig. 52) și se definește (“define pair”) perechea de elemente ce au posibilitatea să intre în coliziune în timpul mișcării.

Fig. 52. Definirea listei de coliziuni

Se va introduce valoarea “near miss” (apropiere) pentru fiecare pereche definită. În timpul simulării, atunci când între elementele în mișcare va fi o distanță mai mică decât (ex: 5 mm) aceste se vor îngălbeni, iar dacă vor intra în coliziune, se vor înroși.

Prima listă de coliziuni va fi definită între dispozitivul de nituire și stațiile existente unde (ex: near miss=5mm) (fig.53).

Fig. 53 Lista de coliziuni: dispozitiv de nituire – stații

A doua listă va fi definită între dispozitivul de nituire și table, unde (ex: near miss=5mm) (fig. 54).

Fig. 54 Lista de coliziuni: dispozitiv de nituire – table

A treia listă va fi definită între robot și elementele din celulă (incluzând și stațiile), unde (ex: near miss=200mm) (fig. 55).

Fig. 55 Lista de coliziuni: robot – elementele din celulă (incluzând și stațiile)

Exemplu de coliziune (fig. 56)

Fig. 56 Coliziune între corpul dispozitivului de nituit și o piesă din stație

Exemplu de apropiere sub limita impusă (ex: near miss=5) (fig. 57)

Fig. 57 Apropiere sub limita impusă

BIBLIOGRAFIE

[1]- (https://people.hofstra.edu/geotrans/eng/ch2en/conc2en/assemblyft.html)

[2]- (Sursă foto: http://www.fasttrackteaching.com/burns/Unit_3_Industry/U3_Ford.html).

[3]- (Sursă foto: http://theoldmotor.com/?tag=automobile-factories&paged=13).

[4]- (Sursă foto: http://www.teknigroup.com/sites/default/files/Tecnomatix_pic_3.jpg).

[5]- (Sursă foto: http://www.nikonmetrology.com/en_EU/Media/Images/Virtual-assembly-of-digitized-prototype-car-parts).

[6]Mihail Iosip, Eduard opera, Daniel Boricean. Realizarea fabricației digitale a produselor folosind prototipul virtual. PLM Adaptor. pp 233-270.

[7] Normative GMAB.

[8]http://www.boellhoff.ro/ro/ro/elemente_de_asamblare/elemente_de_asamblare_speciale/tehnica_nituirii/rivset.php.

BIBLIOGRAFIE

[1]- (https://people.hofstra.edu/geotrans/eng/ch2en/conc2en/assemblyft.html)

[2]- (Sursă foto: http://www.fasttrackteaching.com/burns/Unit_3_Industry/U3_Ford.html).

[3]- (Sursă foto: http://theoldmotor.com/?tag=automobile-factories&paged=13).

[4]- (Sursă foto: http://www.teknigroup.com/sites/default/files/Tecnomatix_pic_3.jpg).

[5]- (Sursă foto: http://www.nikonmetrology.com/en_EU/Media/Images/Virtual-assembly-of-digitized-prototype-car-parts).

[6]Mihail Iosip, Eduard opera, Daniel Boricean. Realizarea fabricației digitale a produselor folosind prototipul virtual. PLM Adaptor. pp 233-270.

[7] Normative GMAB.