Манипуляторы с двумя основными руками зарекомендовали себя как эффективные устройства для укладки форм, внутриматочной маркировки, впрыска вставок и различных операций постформовочной обработки. Данная концепция была развита таким образом, что стандартный манипулятор может иметь две оси тяги; при этом каждая ось тяги может быть выполнена либо в виде однорукоя́дного, либо двухрукоя́дного исполнения.

На протяжении многих лет манипуляторы с декартовой системой координат являлись основным типом конструкции, применяемым в процессе литья под давлением. Как правило, они состоят из трёх линейных осей: продольного перемещения вперёд‑назад, вертикального подъёма и транспортировки. При открытии формы вертикальный ход устанавливает захватное устройство так, чтобы оно могло захватить отформованную деталь внутри пресс-формы. Затем продольные оси перемещаются назад для извлечения отлитой детали, после чего вертикальный ход возвращается в исходное положение, позволяя пресс-форме закрыться для продолжения следующего цикла. Далее транспортная ось обеспечивает перемещение деталей; посредством вертикальной оси и осей продольного перемещения детали доставляются в зону разгрузки.

Вскоре после этого, чтобы обеспечить одновременное извлечение литника из трёхплитного пресс-формы, декартовский манипулятор был оснащён ещё одной осью подъёмного хода, расположенной за основным подъёмным рычагом.

В многоармовой конструкции манипулятора с декартовыми координатами первым шагом является добавление вспомогательной стрелы за основной подъёмной стрелой для извлечения литника из трёхплитного пресс-формы.

Эволюция второго основного рукава

Спустя годы вышеупомянутый вспомогательный подъёмный рычаг был заменён вторым основным подъёмным рычагом. Теперь линейные манипуляторы позволяют укладывать пресс-формы и извлекать отлитые детали с обеих сторон стопки одновременно. Такие решения широко применяются на рынке упаковочной продукции.

С развитием технологий манипуляторов программирование стало проще, а конечный инструмент (EOAT) — всё более совершенным, что открыло новые возможности применения. Широкое распространение получило использование манипуляторов с «двойной основной рукой» для предварительных и постформовочных операций. К типичным операциям перед формованием относятся автоматическое встраивание вставок перед процессом литья под давлением; такие вставки предназначены для обливки металлических деталей, обработанных механическим способом или отлитых, а также даже для впрыскивания пластиковых деталей.

В настоящее время двойные манипуляторы с основными руками широко применяются в самых разных отраслях: в медицине — для нанесения оболочек на резьбовые вставки или прозрачные окна; в автомобилестроении — для литья под давлением эластомерных покрытий или металлических армированных конструкций; в электронике и бытовой технике — для формования экранирующих РЧ‑элементов или разъёмов для герметичных клемм; в военной сфере — для инкапсуляции электронных схем или литья ударопрочных звукопоглощающих материалов.

В операциях, выполняемых до и после формования, всё чаще применяются манипуляторы с двумя основными рычагами — например, для вставки и закладки компонентов, размещения этикеток в форме, удаления литников, контроля качества, гибки петель и сборки и т. д.

Почти все отрасли промышленности получат выгоду от применения технологии внутримолекулярной маркировки (IML). Такие этикетки изготавливаются на основе пластиковой плёнки, твёрдого пластика или металла; их применяют для нанесения предупреждающих надписей на газонокосилках, шкал на хирургических инструментах и элементов идентификации в автомобилях.

Ещё одно применение второго основного манипулятора — изменение ориентации детали, как это продемонстрировано на стенде компании Yushin на выставке NPE 2015: захват нижней части флакона с медицинской марихуаной через EOAT позволяет извлечь его из формы. Однако такие флаконы необходимо устанавливать в станцию закрывания крышками так, чтобы горловина была обращена вверх. Чтобы не увеличивать общий цикл литья, компания использует манипулятор с двумя основными руками и противоположными EOAT. После извлечения детали из формы тот EOAT, который захватывает дно флакона, поворачивается к другому EOAT, после чего этот последний захватывает открытую часть флакона. В результате эти ёмкости правильно размещаются в закрытой приспособе, а время цикла при этом не увеличивается, поскольку детали переориентируются во время перемещения к приспособе.

Второй основной манипулятор также может использоваться для сборки изделий. Как продемонстрировал Yushin на выставках NPE 2012 и NPE 2015, для формирования игрушечного робота «Эдди» применялся набор из восьми деталей. Детали извлекаются основным манипулятором‑EOAT, после чего он переставляется. Затем шесть деталей передаются EOAT второго главного манипулятора. Когда первые две детали устанавливаются в сборочное приспособление, деталь на втором EOAT перемещается таким образом, чтобы она точно совмещалась с первыми двумя деталями и заходила в фиксирующую канавку. По завершении всей сборки третий EOAT извлекает «Эдди» из приспособления и помещает его стоящим на конвейере. Вся операция по изготовлению «Эдди» была выполнена менее чем за 1 минуту без участия человека.

Восемь деталей, отлитых в формовочной матрице, собираются в игрушечного робота Эдди. На выставках NPE 2012 и NPE 2015 двурукий робот продемонстрировал этот процесс сборки.

Послесборочные операции, которые может выполнять второй основной манипулятор, включают удаление флюса, удаление литников, контроль качества и гибку петель. Совмещение этих и аналогичных второстепенных операций, выполняемых вторым основным манипулятором робота, позволяет добиться двух ключевых преимуществ:

Во‑первых, эти операции могут выполняться по мере перемещения детали из формы на следующую рабочую станцию. Поскольку роботу не требуется устанавливать деталь в стационарный позиционер или зажимное устройство и ждать завершения операции, общее время цикла значительно сокращается. Если один или оба манипуляторных плеча оснащены сервоприводными поворотными шпинделями с односторонним или двусторонним движением, спектр возможных применений манипулятора существенно расширяется. Например, некоторые операции гибки шарниров невозможно выполнить с помощью стандартного EOAT и иногда требуют дополнительных приспособлений для обеспечения необходимого движения. Чтобы заменить приспособление, которое удерживает компоненты на месте и отнимает драгоценное время цикла, Ковей добавил соответствующее устройство ко второму основному плечу. Благодаря такой концепции данная операция осуществляется в рамках процесса: «робот переносит отформованную деталь на следующий этап обработки».

Эта идея порождает ещё одно преимущество роботизированной вторичной основной стрелы: освобождение ценного пространства цеха, которое Ковей ранее использовало для других целей. Благодаря ей станки можно размещать ближе друг к другу или добавлять другие устройства, экономящие труд и оптимизирующие складские запасы, например системы хранения в ящиках. Готовые детали упаковываются роботом непосредственно рядом со станком, что исключает необходимость ручной перегрузки деталей с конвейера на складскую зону, а также последующую проверку и упаковку, тем самым сокращая излишние очереди незавершённой продукции и снижая вероятность повреждений или потерь деталей. Каждое из этих двух преимуществ повышает рентабельность компании и создаёт дополнительную воспринимаемую ценность для её клиентов. ROI (возврат инвестиций) у Ковея становится весьма привлекательным при реализации комплекса улучшений в конкретном производственном процессе.

Войдите в крылья

За последнее десятилетие функциональные возможности манипулятора вновь повысились благодаря внедрению двух полностью независимых механических рук. Каждая из этих рук имеет собственную ось движения по транспортной или поперечной оси. Управляясь единым контроллером, две руки могут работать как механически сцеплённые, так и независимо; во втором случае реализуется так называемая конструкция «двойного крыла». Данный манипулятор обладает двумя независимыми осями захвата с поперечным ходом, причём каждая из них может быть выполнена в одной из следующих конфигураций: с основной подъёмной рукой; с основной и вспомогательной руками; с двумя основными руками; либо в любой комбинации этих вариантов.

Манипуляторы, использующие две выдвижные оси поперечного перемещения, например конструкция «двойного крыла» компании Юшин, появились в последнее десятилетие.

Этот манипулятор обеспечивает независимость функций управления друг от друга — словно две отдельные установки, — при этом все они по‑прежнему управляются одним контроллером. Преимущество этой функции заключается в сокращении занимаемой площади и экономии затрат на 10–15% по сравнению с традиционными решениями, использующими два робота. Кроме того, дополнительные операции, выполняемые в формовочном модуле, позволяют снизить трудозатраты и потребность в складских площадях для обработки материалов, а также уменьшить повреждения, связанные с дополнительной обработкой. В итоге клиенты получают более быстрое и более экономичное производство.

Как показывают эти примеры, данная конструкция хорошо подходит для автоматизированных систем литья под давлением, используемых в различных технологических процессах:

1. Двухцветное или многокомпонентное литьё под давлением

Сначала форма открывается, и основной манипулятор A устанавливает захватное устройство EOAT для захвата и извлечения отлитой детали. Когда основной манипулятор A перемещает отлитую деталь из первой промежуточной формы во вторую промежуточную форму для нанесения второго цвета или материала, основной манипулятор B переходит в зону выгрузки.

2. Сохраняйте полную раздельность правых и левых компонентов

Сначала форма открывается, и основной манипулятор A устанавливает EOAT для захвата и извлечения отлитой детали. Когда основной манипулятор A перемещается в зону выгрузки со стороны оператора, основной манипулятор B перемещается к задней стороне этой зоны. Отформованные детали могут быть сняты на конвейер выгрузки или помещены в систему штабелирования.

Применение 2: Конструкция с двумя крыльями, каждое из которых оснащено основным рычагом на соответствующем тяговом валу; это позволяет производить расформовку деталей со стороны оператора и с задней стороны машины, обеспечивая разделение правых и левых деталей.

3. Расформовка и выбрасывание для короткого цикла

Сначала форма открывается, и основной манипулятор B устанавливает захватное устройство (EOAT) для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор B поднимает деталь из зоны формования, что позволяет машине перейти к следующему циклу. Далее захватное устройство основного манипулятора B перемещает деталь в зону смены положения и возвращается в исходное ожидательное положение над формой. В этот момент станция смены поворачивает деталь на 90°. После этого основной манипулятор A забирает детали и, перемещая их в положение выгрузки, поворачивается, обеспечивая оптимальную окончательную ориентацию детали для её удобного выброса на конвейер выгрузки или в систему штабелирования.

Применение 3: Расформовка и упаковка при коротких циклах литья. Главный рычаг B вместе с вспомогательным рычагом извлекает детали и перемещает их в поворотный узел, который поворачивается на 90° для перестановки. Главный рычаг A захватывает повернутые детали и упаковывает их.

4. Расформовка и упаковка при сверхкоротком цикле формования

Сначала пресс‑форма открывается, и основной манипулятор А устанавливает захватное устройство (EOAT) для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор А поднимает деталь из зоны пресс‑формы, чтобы машина могла перейти к следующему циклу, и передаёт готовую деталь на сторону оператора для выгрузки. Когда основной манипулятор А покидает пресс‑форму, основной манипулятор B занимает положение над формой, ожидая сигнала об её открытии. Далее пресс‑форма открывается, и основной манипулятор B устанавливает захватное устройство (EOAT) для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор B поднимает деталь из зоны пресс‑формы, переводит машину в следующий цикл и передаёт готовую деталь на сторону оператора для разгрузки. Когда основной манипулятор B покидает пресс‑форму, основной манипулятор A вновь занимает позицию над формой, и так далее.

Применение 4: Расформовка и упаковка при сверхкратких циклах литья. Выталкивающий шток на сторонах А и В оборудования оснащён основным рычагом и стрелой, которые используются для извлечения деталей и их укладки на стороне оператора и сзади машины.

5. Расформовка, сборка и/или контроль и упаковка

Сначала форма открывается, и основной манипулятор B устанавливает захватное устройство (EOAT) для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор B поднимает деталь из зоны формования и перемещает её на съёмный стенд. По завершении операции съёма основного манипулятора B захватное устройство основного манипулятора A может выполнять вторичные операции, такие как сборка и/или контроль качества. Далее детали, прошедшие проверку, Ковей переносит на конвейер выгрузки либо помещает в систему штабелирования. Отходы Ковей хранит отдельно.

Применение 5: Расформовка, сборка и/или контроль и упаковка

6. Расформовка, охлаждение, удаление литников и упаковка

Сначала пресс‑форма открывается, и основной манипулятор B устанавливает захватное устройство (EOAT) для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор B поднимает деталь из зоны пресс‑формы и перемещается к открытому охлаждающему приспособлению (или к зажимам). После завершения сброса детали основным манипулятором B захватное устройство основного манипулятора A может взять охлаждённую деталь и перенести её на станцию удаления литников. Отрезанная деталь может быть передана на конвейер выгрузки или помещена в систему штабелирования.

Применение 6: Расформовка, охлаждение, удаление литников и упаковка

7. Расформовка, удаление материала из грубых и тонких литниковых каналов и упаковка

Сначала форма открывается, и основной манипулятор B устанавливает захватное устройство EOAT для захвата и извлечения отлитой детали. Затем основной манипулятор B поднимает деталь из зоны формования и перемещает её к станции черновой обработки литников. После завершения разгрузки основным манипулятором B захватное устройство EOAT основного манипулятора A может взять заготовки с черновой обработкой и перенести их на станцию чистовой обработки литников. Обработанная деталь направляется на конвейер выгрузки или помещается в систему штабелирования. Кроме того, основной манипулятор A способен переместить весь поддон на конвейер выгрузки.

Применение 7: Расформовка, черновая и чистовая обрезка литников, а также упаковка

8. Ориентация и размещение нескольких вставок, подходящие для применения метода обливки

EOAT заднего основного рычага A захватывает вложенный этикетку и перемещается в положение над формой. Затем форма открывается, что позволяет переднему основному рычагу A и заднему основному рычагу A установить соответствующие EOAT в форму. Далее EOAT заднего основного рычага A точно подаёт этикетку в форму. После формования EOAT переднего основного рычага A захватывает деталь с нанесённой этикеткой и извлекает её из формы. Затем оба основных рычага A поднимаются из зоны формовки и перемещаются на разгрузочный конвейер для выгрузки деталей с этикетками.

9. Ориентация и размещение вставок для обливки в вертикальной машине литья под давлением

EOAT главного манипулятора B извлекает надлитьные детали из нижней половины пресс-формы и перемещает их на транспортёр выгрузки или в штабелёр. Главный манипулятор A забирает вставки из питательного бокса или другого устройства хранения и укладывает их в полость нижней пресс-формы.

Сегодня манипуляторы, такие как Kowey, настраиваются различными способами в соответствии со сложными требованиями рынка, и наиболее эффективным подходом является снижение рисков за счёт повторного использования существующих технологий вместо разработки индивидуальных новых продуктов. Производителям следует тщательно изучать продукцию и опыт поставщика роботов и выбирать решение, приносящее наибольшую ценность, а не исключительно самое дешёвое.