Размещено на http://allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский Государственный Университет

Кафедра “ТПиОМП”

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу: Автоматизация технологических процессов и производств

Усть - Катав 2008

Аннотация

В данной работе разработан проект автоматизированного токарного комплекса для производства деталей типа «вал». Подобранно оборудование, которое в совокупности должно обеспечить наибольшую производительность участка.

Рассмотрены вопросы технологии изготовления детали, произведен анализ работы участка до начала автоматизации и после. Разработана структурная схема автоматизированного участка, структурная схема управления комплексом. Спроектировано захватывающие устройство для промышленного робота.

Содержание

Введение

1. Техническая часть

1.1 Анализ лучших мировых проектов в области автоматизированных токарных комплексов

1.2 Анализ работы участка по производству деталей вал до начала автоматизации

1.3 Анализ объекта производства, выбор и расчет припусков заготовки для предстоящей технологической операции

1.4 Составление технологического маршрута обработки, определение основных технологических времен

2. Конструкторская часть

2.1 Автоматизированный комплекс

2.1.1 Описание конструкции автоматизированного токарного комплекса

2.2 Описание работы автоматизированного комплекса и основное время его работы

2.3 Выбор станка, промышленного робота, транспортной системы и позиции контроля

2.3.1 Выбор обрабатывающего станка

2.3.2 Выбор промышленного робота

2.3.3 Выбор и описание работы загрузочного устройства и конвейера

2.4 Система управления автоматизированным комплексом

2.5 Захватные устройства, общие сведения

2.5.1 Разработка конструкции и расчет механического захватного устройства

Заключение

Библиографический список

Введение

Автоматизация производства - одно из главных направлений технического прогресса. В связи с развитием автоматики появилась возможность освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. При автоматизации машины уже не только заменяют физический труд человека, но и выполняют функции управления производством. При этом процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации производятся автоматически.

Автоматизация производственных процессов имеет важное значение на современном этапе развития машиностроения при становлении рыночных отношений. Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы механической обработки и сборки, которые обеспечивают высокую производительность и необходимое качество изготовляемых изделий.

Автоматизация производства подготовлена всем предыдущим развитием науки, техники, технологии и является закономерным продолжением механизации производственных процессов. В то же время автоматизация - это качественно новый этап развития производства. В результате автоматизации увеличивается производительность оборудования, снижается себестоимость, сокращается брак и повышается безопасность работы, улучшается санитарное состояние цехов и т.д.

Интересной особенностью автоматизации является её влияние на технологию и оборудование производства. В настоящее время все вопросы создания новой техники решаются комплексно. Технологические процессы и оборудование проектируется с расчётом на максимальную автоматизацию, что позволяет повышать экономичность и моторесурс оборудования. Современное отечественное машиностроение должно развиваться в направлении автоматизации производства с широким использованием ЭВМ и роботов,

Наиболее высокая эффективность мероприятий по автоматизации производственных процессов присуща предприятиям, характеризующимся большой серийностью выпускаемых изделий, высокой надежностью автоматизированных процессов, минимальной частотой и длительностью переналадок, минимальными дополнительными затратами на автоматизированное оборудование, с большим опытом автоматизации.

Для осуществления программы комплексной автоматизации современных производств разработаны и внедряются типовые системы и устройства автоматизации. Выполненные на электромеханической, электронной, микроэлектронной и микропроцессорной элементных базах.

Грамотная и эффективная эксплуатация современных автоматизированных систем требует соответствующих знаний, умений и навыков обслуживающего персонала.

В данном курсовом проекте необходимо разработать автоматизированный участок обработки детали «Вал»

Производство деталей является крупносерийным и требует точности и качества выполняемых работ. Поэтому создание автоматизированного участка является производственной необходимостью современности производства. Данный вал работает в коробке передач по этому к нему предъявляются достаточно серьезные требования.

Выбор оптимальных параметров обработки позволяет получить продукт отвечающий техническим требованиям при минимальных затратах.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 АНАЛИЗ ЛУЧШИХ МИРОВЫХ ПРОЕКТОВ В ОБЛАСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТОКАРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Эффективное и конкурентоспособное промышленное предприятие в условиях современного рынка должно постоянно модернизировать своё производство, внедрять новые технологии, проводить исследовательские работы.

Улучшить любое производство можно за счет применения новейших технологий. Например, это возможно благодаря внедрению в технологическую цепочку роботизированных систем, которые в полном автоматическом режиме могут выполнять основные технологические и вспомогательные операции.

Расширение применения роботов в промышленном производстве обусловлено не только стремлением к повышению производительности, но и насущной необходимостью обеспечить высокое качество продукции и стабильность этого показателя при больших партиях или при частых изменениях объектов производства.

Серьезными стимулами роста инвестиций в производство и применение промышленных роботов также являются: снижение стоимости промышленных роботов на фоне роста стоимости рабочей силы; недостаток квалифицированной рабочей силы; освобождение работающих на производстве от тяжелого, монотонного труда; возможность улучшения экологической обстановки и снижения вредного влияния производства, особенно сварочного, на здоровье производственного персонала.

Загрузка и разгрузка технологического оборудования с помощью промышленных роботов имеет ряд преимуществ, а именно: обеспечение безопасности и освобождение от необходимости вручную переносить тяжести, избежать замедления темпа выпуска, вызываемого застреванием деталей при ручной загрузки станков, сокращением брака и увеличение экономического эффекта.

Одним из ярких примеров научных разработок является автоматизированный участок токарной обработки из шести станков с ЧПУ, обслуживаемых промышленным роботом портального типа «Kawasaki Unimate 5030». В состав подсистемы потока деталей, кроме промышленного робота, входят автоматизированный склад; конвейеры, подводящие от склада к станкам магазины с ориентированными деталями; конвейера для отвода на склад готовых изделий. Управление участком осуществляется на двух уровнях: от центральной ЭВМ, обеспечивающие диспечирование и координацию работы всего комплекса, хранение библиотеки программ и автоматическое программирование работы станков и промышленного робота; от автономных систем ЧПУ станков и промышленного робота.

1.2 АНАЛИЗ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА ДО НАЧАЛА АВТОМАТИЗАЦИИ

Начиная анализ действующего производства не обходимого определить характеристику данного производства, а именно: тип производства.

Тип нашего производства является крупносерийным и характеризуется ограниченным сроком морального старения выпускаемого изделия.

Подготовка такого производства должна осуществляется в короткие сроки, так как выпускаемая продукция изготавливается в течение ограниченного времени. Основные требования, предъявляемые к основному и вспомогательному оборудованию, - высокая производительность, надежность, переналаживаемость. Организационные методы производства поточное одно предметное, а характер перемещения деталей по технологическому процессу непрерывный. Специфические особенности данного производства отсутствуют.

До начала работ связанных с автоматизацией на производственном участке было установлено два станка 1к62 с числовым программным управлением, загрузка которых производилась вручную. Данный участок обслуживало 2 оператора, 1 слесарь ремонтник. Производительность данного участка была достаточно низкой. Причиной этого является потеря времени связанное с физиологическими потребностями человека, ведь рабочему необходим отдых и обеденный перерыв плюс ко всему этому, недобросовестное выполнение задания из-за того, что однообразный труд снижает чувство ответственности за работником и вызывает у него стресс.

Помимо этого операция контроля производилась в ручную, что допускало погрешность при измерениях.

1.3 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА, ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПРЕДСТОЯЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ

Исходные данные: Деталь- вал; материал - углеродистая качественная сталь 40Х ГОСТ 4543-71;сталь 45 содержание углерода 0,45% ;дВ-750 МП; НВ - 250….280; Общая шероховатость Ra = 6,3; Вес: 7,2 кг.

Чертеж детали приведен на рисунке 1.1



Рис. 1.1 Деталь вал

Для разработки технологического процесса изготовления необходимо выбрать заготовку, для чего были выполнены следующие расчеты.

Расчет припусков на диаметр заготовки:

Чистовое точение:

1,1*1,3=1,43 мм, отклонение составляет -0,22 мм.

Черновое точение:

1,43*60/40=2,14 мм.

Наибольший предельный размер детали равен 50 мм, тогда расчетный размер заготовки равен:

50+1,43+2,14=54,07 мм.

Принимаем заготовку: Круг В55 ГОСТ2590-71/40Х ГОСТ4543-71.

Делаем проверку:

55-0,8=54,2?54,07 мм

Расчет припусков на длину заготовки

Чистовое точение:

1*2=2 мм

Черновое точение:

2*60/40=3 мм

Расчетная длина:

432+2+3=437мм, отклонение составляет -0,6мм

Принимаем длину заготовки 437 мм, отклонение составляет -0,6мм.

Кроме представленных выше расчетов были определены массы детали и заготовки, а также коэффициент использования материала: Мз=7,9 кг, Мд=7,2 кг,

К=Мд/Мз=7,2/7,9=0,91

Для изготовления вала был взят горячекатаный прокат конструкционной стали марки 40Х ГОСТ 4543-71. Термообработка - улучшение (закалка и высокий отпуск) НВ 250…280.

1.4 СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ОБРАБОТКИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВРЕМЕН

Выбор режимов резания осуществляется по таблицам режимов. Режимы резания зависят от вида обрабатываемого материала, от конфигурации обрабатываемого материала, от конфигурации обрабатываемой поверхности, от материала режущей части инструмента, от требуемой производительности операции, от требуемой шероховатости поверхности, от величины припуска на обработку, от режима замены и периода стойкости режущего инструмента.

При проектировании маршрута определяется общая последовательность обработки детали с учетом применяемого оборудования. Причем, обработку детали можно выполнить на одном станке с ЧПУ или последовательно на нескольких станках.

При проектировании маршрута обработки необходимо определить количество установов (положений) детали на столе или шпинделе станка для ее полной обработки. Число установов должно быть минимальным (вообще, надо стремиться к тому, чтобы все или большинство поверхностей детали были обработаны с одного установа). Первый установ, как правило, выбирают из условия наиболее удобного базирования заготовки по “черным” или заранее подготовленным “чистым” базам. Второй и последующие установы должны предусматривать использование, обработанных на предыдущих установах, чистых поверхностей в качестве промежуточных баз.

Таким образом, конечной задачей является поиск схемы, обеспечивающей наиболее полную обработку детали со всех сторон, наименьшим количеством установов и требуемой при этом оснастки.

Методика измерений может быть предложена следующая:

измерению подвергается, например, каждая десятая деталь партии; если обнаруживается отклонение от допустимых погрешностей изготовления, то проверяются все следующие детали; в случае если количество отбраковки превышает среднестатистический уровень производится контроль металлорежущего оборудования.

Составим краткий маршрут для нашей детали

Краткий маршрут изготовления валика:

05 Токарная

10 Контрольная

15 Фрезерная

20 Контрольная

25 Термическая

30 Шлифовальная

35 Контрольная

Произведем расчет нормы времени на каждую операцию.

Так как на разрабатываемым мною участке выполняется только токарная операция то при составление технологического маршрута рассматриваем только операции 05 и 10.

05 Токарная

А. Установить, снять.

Принимаем по справочнику n = 1000 об/мин, s = 0,4 мм/об

1. Подрезать торец пов.1

t₀ = L/(ns) = 25,5/(1000*0,4) = 0,064 мин

2.Центруем отверстие пов.1

t₀ = L/(ns) = 9/(1000*0,4) = 0,023 мин

3. Сверлим отверстие пов.2

t₀ = L/(ns) = 39/(1000*0,4) = 0,097 мин

4.Расстачиваем отверстие пов.3

t₀ = L/(ns) = 11/(1000*0,4) = 0,027 мин

5. Точим фаску пов.4

t₀ = L/(ns) = 3/(1000*0,4) = 0,075 мин

6. Точим фаску пов.5

t₀ = L/(ns) = 5/(1000*0,4) = 0,012 мин

7. Нарезаем резьбу пов.2

t₀ = L/(ns)*i*q = 21/(1000*0,2)*1*1 = 0,1 мин

8. Точим пов.6

t₀ = L/(ns) = 29/(1000*0,4) = 0,072 мин

9. Точим канавку пов.7

t₀ = L/(ns) = 3/(1000*0,4) = 0,075 мин

10. Точим фаску пов.8

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

11. Точим фаску пов.9

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

Определяем время на переходы

t_в1 = 1,24 мин

Общее время: Т общ А = 2.195

Б. Установить, снять.

1. Подрезать торец пов.10

t₀ = L/(ns) = 18/(1000*0,4) = 0,11 мин

2. Центруем отверстие пов.10

t₀ = L/(ns) = 8/(1000*0,4) = 0,045 мин

Определяем время на переходы

t_в1 = 0,78 мин

Общее время: Т общ Б = 1.335

В. Установить , снять

1. Точим пов.11

t₀ = L/(ns) = 204/(1000*0,4) = 0,51 мин

2. Точим пов.12

t₀ = L/(ns) = 15/(1000*0,4) = 0,037 мин

3. Точим пов.13

t₀ = L/(ns) = 134/(1000*0,4) = 0,33 мин

4. Точим пов.14

t₀ = L/(ns) = 21/(1000*0,4) = 0,052 мин

5. Точим канавку пов.15

t₀ = L/(ns) = 9/(1000*0,4) = 0,022 мин

6. Точим канавку пов.16

t₀ = L/(ns) = 11,5/(1000*0,4) = 0,029 мин

7. Точим фаску пов.17

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

8. Точим фаску пов.18

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

9. Точим фаску пов.19

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

10. Точим фаску пов.20

t₀ = L/(ns) = 2/(1000*0,4) = 0,005 мин

Определяем время на переходы

t_в1 = 1,3 мин

Общее время: Т общ В = 3.36 мин

Определяем общее время трех рабочих циклов с учетом переходов по формуле:

Tобщ.= Т общ А + Т общ Б + Т общ В

Tобщ.= 2.195 + 1.335 + 3.36 = 7,29 мин

10 Контрольная

1. Контролировать деталь по всем параметрам согласно рабочего чертежа

Данный маршрут поможет нам при составлении циклограммы комплекса и настройки работы промышленного робота.

Анализируя существующие производство деталей «вал», были сделаны следующие выводы, что необходимо спроектировать автоматизированный токарный комплекс для производства детали вал. Участок будет являться составляющим звеном гибкой автоматизированной системы управляемого с компьютера. Диспетчер будет наблюдать за параметрами работы линии, в том числе и участка и вносить коррективы в настройку инструмента и многого другого.

Из условий работы автоматизированного участка можно сказать следующие:

- Деталь - обработка, которой производится, является телом вращения, и ее обработка может быть осуществлена с применением робота.

- Составом основного технологического оборудования для токарной операции являются два станка 1к62 с ЧПУ.

- Средством автоматизации труда, являются промышленный робот, который позволит увеличить темпы производства за счет загрузки и разгрузки оборудования и позволит работать участку бесперебойно.

Основной схемой применения промышленно робота в составе автоматизированного участка является групповое обслуживание оборудования при линейном расположении.

Методы организации и средства межстаночного транспортирования и складирования заготовок и готовых изделий после автоматизации работы производятся в автоматическом режиме за счет установки промышленного робота, устройство бункерного типа и конвейера.

Метод контроля отобранной детали предполагается сделать автоматическим при помощи измерительной машины, которая будет измерять параметры радиального и торцевого биения и контролировать размеры детали. В случае обнаружения отклонений от заданных параметров машина будет сообщать необходимые корректировки на центр управления, а тот в свою очередь будет корректировать режущий инструмент в процессе обработки и определять его износ.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС

Автоматизированный токарный комплекс предназначен для обработки деталей типа вал. Автоматизированный токарный комплекс входит в состав гибкой автоматизированный линии по производству валов. Автоматизированный токарный комплекс является автоматизированным участком гибкой автоматизированный линии.

На автоматизированном токарном комплексе можно обрабатывать различные ступенчатые валы.

2.1.1 Описание конструкции автоматизированного токарного комплекса

Автоматизированный токарный комплекс представляет собой совокупность различного оборудования. В его состав входят: промышленный робот портального типа, два станка токарной группы, контрольно измерительная машина, бункер, конвейер, гидростанция, система ЧПУ станков, робота и контрольной машины.

Промышленный робот портального типа - представляет собой сложное устройство. Портал выполнен из цельного металлического монорельса установленного на опорных колонах. Станки и контрольно измерительная машина, бункер, конвейер установлены на одной продольной оси. Гидростанция представляет собой бак с рабочей жидкостью и гидравлическим насосом лопастного типа соединенного с трубопроводом и с исполнительными органами промышленного робота. Система ЧПУ станков, робота и контрольной машины объединена в одном шкафу и представляет из себя программируемый компьютер соединенный с исполнительными устройствами.

2.2 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА И ОСНОВНОЕ ВРЕМЕНЯ ЕГО РАБОТЫ

Пусть производство деталей происходит партиями, при этом, на каждом токарном станке производится полная токарная обработка.

В начале рабочего цикла робот находится в исходной позиции. В качестве исходной позиции, выбрана позиция, когда робот держит захват над устройством подачи заготовки.

Для правильной работы комплекса необходимо определить последовательность выполняемых действий всего оборудования и согласовать последовательность действий. Для этого необходимо определить время работы каждой единицы оборудования и по этим данным построить циклограмму работы участка.

Автоматизирований комплекс для обработки детали «вал» создан для работы без участия человека. Работа участка начинается с добавления заготовок в бункерное устройство, заготовки располагаются одна на другой. В низу устройства находится окно для подачи заготовок. Заготовки скатываются в это окно так как дно бункера имеет скат в 10 градусов в сторону окна. Далее эти заготовки катятся по лотку и первая по счету попадает на специальный подъемник отсекатель и нажимает на датчик концевого типа.

Взятия заготовки из бункерного устройства происходит на начальной позиции работы робота. Его рука находится над подъемником. Устройство работает автономно за счет датчика установленного на подъемнике. Датчик установленный на подъемнике концевого типа, при попадание на подъемник заготовки происходит его срабатывание он замыкает цепь и напряжение попадает на электропневматический клапан который, срабатывая и подает давление в пневматический цилиндр тот в свою очередь выдвигает шток, и чаша с заготовкой поднимается вверх к руке робота. В чаше имеются технологические прорезы, которые служат для того чтобы захватывающие устройство смогло взять заготовку, остальные заготовки остаются на лотке. Для предотвращения их скатывания к чаще подъемника крепится отсекающая стенка. Помимо этого на загрузочном устройстве установлен еще один датчик концевого типа, который связан с управляющим компьютером, он служит для определения наличия заготовок в бункере устройства, когда заготовок в магазине остается пять в этот момент происходит его срабатывание, и он сигнализирует об этом оператору. Это помогает предотвратить простой оборудования и является обратной связью участка. После того как устройство подняло заготовку к руке робота происходит взятие заготовки из загрузочного устройства захват робота находится в разомкнутом положение, после чего под действием гидроцилиндра пальцы руки начинают смыкаться, зажимая заготовку. Когда заготовка находится в руке робота, срабатывает датчик и подъемник опускается в низ за следующей заготовкой, а каретка робота перемещается по монорельсу к станку 1.

Каретка робота перемещается к программируемой точке, где робот останавливается у станка 1 и вводит манипулятор в его рабочую зону. Когда горизонтальная ось заготовки совпадает с осью трех кулачкового патрона, (компьютер определяет это по за программируемой точке) происходит разжим пневматического цилиндра станка. Манипулятор устанавливает заготовку в патрон станка и пневматический патрона зажимает заготовку. Робот выводит руку из рабочей зоны станка и станок обработку детали по рабочему циклу А, время работы которого было определенно при составление маршрута обработки детали.

После начала рабочего цикла А станка 1 робот возвращается к загрузочному устройству за заготовкой для станка 2.Загрузочное устройство уже находится в режиме ожидания руки с поднятой заготовкой, далее робот берет заготовку и направляется к станку 2. Загрузка станка 2 производится также как и станка 1 после чего робот находится в режиме ожидания команды.

Рабочий цикл А станка 1 подошел к концу, далее по маршруту необходимо сделать переустановку детали, компьютер направляет робота от станка 2 к станку 1 для переустановки обрабатываемой детали. Производит переустановку обрабатываемой детали. Таким образом робот перемещаясь между двух станков выполняет переустановки деталей по заданному маршруту обработки.

После полной обработки детали робот перемещает первую деталь на контрольную машину, а при окончание обработки вторым станком перемещает деталь непосредственно сразу же на конвейер. При последующей обработки десяти деталей будет работать по сценарию без контрольной машины, так как принято, что контролироваться будет каждая десятая деталь, но так как рабочий цикл только начат то первая деталь должна пройти контроль для того что бы можно было определить точность настройки инструмента. При дальнейшем контроле каждой десятой заготовки будет чередоваться номер станка с которого будет взята деталь на контроль. Полный рабочий цикл составляет 9 минут 24 секунды.

Ниже приведена таблица рабочего времени комплекса.

Таблица 2.1 : Время работы автоматизированного комплекса

Действие	Расстояние (метр)	Время (секунда)
Взятия заготовки из загрузочного устройства	---	1.6
Перемещения каретки робота к станку 1	1.840	2.208
Ввод руки в рабочую зону станка 1	---	1.8
Разжим патрона станка 1	---	1.5
Установка заготовки	---	1.1
Зажим патрона станка 1	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 1	---	1.8
Рабочий цикл А обработки детали станка 1	---	121.95
Перемещение каретки робота от станка 1 к загрузочному устройству	1.840	2.208
Взятия заготовки из загрузочного устройства	---	1.6
Перемещения каретки робота к станку 2	5.064	6.076
Ввод руки в рабочую зону станка 2	---	1.8
Разжим патрона станка 2	---	1.5
Установка заготовки	---	1.1
Зажим патрона станка 2	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 2	---	1.8
Рабочий цикл А обработки детали станка 2	---	121.95
Перемещение каретки робота от станка 2 до станка1	3.254	3.904
Ввод руки в рабочую зону станка 1	---	1.8
Разжим патрона станка 1	---	1.5
Переустановка заготовки	---	2.1
Зажим патрона станка 1	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 1	---	1.8
Рабочий цикл Б обработки детали станка 1	---	80.10
Перемещение каретки робота от станка 1 до станка2	3.254	3.904
Ввод руки в рабочую зону станка 2	---	1.8
Разжим патрона станка 2	---	1.5
Переустановка заготовки	---	2.1
Зажим патрона станка 2	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 2	---	1.8
Рабочий цикл Б обработки детали станка 2	---	80.10
Перемещение каретки робота от станка 2 до станка1	3.254	3.904
Ввод руки в рабочую зону станка 1	---	1.8
Разжим патрона станка 1	---	1.5
Переустановка заготовки	---	2.1
Зажим патрона станка 1	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 1	---	1.8
Рабочий цикл В обработки детали станка 1	---	80.10
Перемещение каретки робота от станка 1 до станка2	3.254	3.904
Ввод руки в рабочую зону станка 2	---	1.8
Разжим патрона станка 2	---	1.5
Переустановка заготовки	---	2.1
Зажим патрона станка 2	---	1.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 2	---	1.8
Рабочий цикл В обработки детали станка 2	---	80.10
Перемещение каретки робота от станка 2 до станка1	3.254	3.904
Ввод руки в рабочую зону станка 1	---	1.8
Разжим патрона станка 1	---	1.5
Снятие детали с патрона станка	---	0.5
Ввод руки в рабочую зону станка 1	---	1.8
Перемещение каретки робота к контрольной машине	6.180	5.15
Ввод руки в рабочую зону	---	1.8
Установка детали в контрольную детали	---	3
Вывод руки из рабочей зоны	---	1.8
Рабочий цикл контрольной машины	---	50
Ввод руки в рабочую зону	---	1.8
Снятие детали из контрольной машины	---	2
Вывод руки из рабочей зоны	---	1.8
Перемещение каретки робота к конвейеру	1.560	1.3
Ввод руки в рабочую зону	---	1.8
Установка детали на конвейер	---	2.0
Вывод руки из рабочей зоны	---	1.8
Перемещения каретки робота к станку 2	3.660	3.05
Ввод руки в рабочую зону станка 2	---	1.8
Снятие детали	---	0.5
Вывод руки из рабочей зоны станка 2	---	1.8
Перемещение каретки робота к конвейеру	3.660	3.05
Ввод руки в рабочую зону	---	1.8
Установка детали на конвейер	---	2.0
Вывод руки из рабочей зоны	---	1.8
Перемещение каретки робота от конвейера к загрузочному устройству	8.712	7.26

2.3 ВЫБОР СТАНКА, ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА, ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ И ПОЗИЦИЯ КОНТРОЛЯ

Выбор станков, планировка автоматизированного участка и конструктивно - технологические особенности комплектующих вспомогательных устройств в большей мере зависит от системы координат основных движений и технических характеристик промышленных роботов.

В разрабатываемом мною комплексе промышленный робот, работает в плоской системе координат или близкой к ней и обеспечивающую загрузку патронного станка с боку.

В автоматизированном комплексе станки располагаются в одну линию.

2.3.1 Выбор обрабатывающего станка

Производство данной детали в ручном варианте осуществлялось на станке 1к62 с ЧПУ.

Токарный станок мод. 1К62 оснащен шаговой - импульсной системой программного управления. Двух координатная система управления станком обеспечивает автоматический цикл обработки в один или несколько проходов различных деталей, имеющих форму тел вращения, как с прямолинейной, так и с криволинейной образующей. Наряду с обтачиванием наружных поверхностей на станке можно растачивать внутренне и обрабатывать торцевые поверхности.

Ниже в таблице 2.2 приведена техническая характеристика станка:

Таблица 2.2: Техническая характеристика станка

Наибольший диаметр детали, устанавливаемой над станиной	400 мм
Расстояние между центрами	1000 мм
Наибольший диаметр точения при работе по программе	220 мм
Наибольший диаметр точения при работе с задним резцедержателем	140 мм
Наибольшая длина обработки	930 мм
Число скоростей шпинделя	23 мм
Числа оборотов шпинделя в минуту	12,3--2000
Рабочие подачи продольные	6--1800 мм/мин
Рабочие подачи поперечные	0,6-- 180 мм/мин
Скорость быстрых перемещений продольных	1,8 м/мин
Скорость быстрых перемещений поперечных	0,18 м/мин
Перемещение на один импульс (шаг) продольное	0,05 мм
Перемещение на один импульс (шаг) поперечное	0,005 мм
Время работы по программе без смены ленты	80 мин
Мощность привода главного движения	7,5 кВт
Общая мощность электродвигателей	11 кВт
Габаритные размеры станка с гидроагрегатом без пульта программного управления	мм
длина	3439
ширина	1333
высота	1425
Масса станка гидроагрегатом и пультом программного управления	2693 кг

2.3.2 Выбор промышленного робота

Выбираем промышленный робот SCARA-Portal Robots предназначенный для группового обслуживания оборудования (преимущественно металлорежущих станков с горизонтальной осью шпинделя или горизонтальным столом). Обеспечивает установку-снятие и межстаночное транспортирование деталей типа тел вращения или корпусных. Грузоподъемность робота 15 кг. Число степеней подвижности 4. Кинематические возможности манипулятора позволяют обслужить 80 моделей станков: токарных, фрезерно-центровальных, вертикально-сверлильных, отделочнорасточных, шлифовальных, зубообрабатывающих и других при линейном их расположении под несущим монорельсом. Максимальная скорость перемещении каретки по монорельсу 1,2 м/с. Робот поставляется заводом изготовителем без устройства захвата так как программируемость и универсальность является основным отличием современного робота.

Номенклатура захватов очень широка, и они часто конструируются заказчиком применительно к конкретной задаче.

Технические данные промышленного робота SCARA-Portal Robots приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3 Техническая характеристика робота SCARA-Portal Robots.

Грузоподъемность	15 кг
Число степеней подвижности	4
Число рук	1
Число захватываемых устройств на одной руке	1
Привод основных движений	гидравлический
Способ программирования	обучение
Погрешность позиционирования	0,1 мм
Наибольший вылет руки	600 мм
Перемещение:	мм
продольной каретки	1600
горизонтальной руки	300
вертикальной руки	1200
качание звеньев руки в вертикальной плоскости,	90
поворот кисти руки вокруг продольной оси	180 град.
Скорость:
перемещение каретки	1,2 м/с
горизонтальное перемещение руки	1,8 м/с
качание звеньев руки	30 град/с
поворот кисти руки	90 град/с
Масса манипулятора	600 кг

2.3.3 Выбор и описание работы загрузочного устройства и конвейера

В качестве загрузочного устройства выбираем устройство бункерного типа, с лотком и пневматическим подъемником.

В качестве конвейера используется конвейер ленточного типа. На ленте имеются поперечные бортики которые отделяют детали друг от друга. Конвейер приводится в движение шаговым двигателем при помощи которого осуществляется необходимое перемещение ленты. Далее детали по конвейеру поступают на следующую операцию.

2.3.4 Позиция контроля

Для контроля размеров деталей выберем координатно-измерительную машину серии KMZ-S фирмы «Маузерверк» (Германия).

Машина KMZ оснащена большим набором измерительных щупов, что обеспечивает возможность измерения сложных деталей.

В машине предусмотрены три режима работы с ручной, полуавтоматической и автоматической. Вычислительное устройство KMZ обеспечено программами UMESS, разработанных фирмой «Оптон». Вычислительное устройство автоматически распознаёт направления ощупывания, ось и плоскость измерения и может различать внутренние и внешние контуры.

Все измеренные значения адресуются и записываются на диске. В любое время их можно обрабатывать с другими результатами при помощи программной клавиши «обратное отношение», а также использовать для образования новых геометрических элементов. Для измерения зубчатых колёс, кулачковых валов, кривых и изогнутых пространственных поверхностей имеются специальные программы.

Управление при помощи вычислительного устройства позволяет работать в автоматическом режиме с высокой экономичностью. Посредством обучающей программы при измерении первой детали производится программирование, специфическое для данной детали. Программы вызываются аналогично ручному режиму, вместе с требуемой дополнительной информацией о перемещении они записываются на магнитную ленту. Процесс измерения всех последующих деталей проходит автоматически. Записанная в память программа может корректироваться.

В процессе измерения не требуется пере закрепление детали и смена щупов. Измерительное устройство соединено по интерфейсу с единым компьютером и передает на него все данные измерения.

2.4 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ КОМПЛЕКСОМ

Управление автоматизированным комплексом осуществляется от управляющего компьютера управления линией, основной функцией данного компьютера является выдача основных команд работы на вспомогательные устройства управления оборудованием и анализ правильности выполнения работы оборудования, принятий решения по настройке режущего инструмента, точности позиционирования и т.д.

Все сигналы которые поступают на управляющий компьютер гибкой автоматизированной линией от автоматизированного участка, которые приходят от распределительного устройства РПЛ 2. Данное устройство является аналоговым коммутатором всех устройств управления участком, оно принимает сигналы запрашивающие разращения на выполнения задачи и передает ответ запрашиваемому устройству, если ответ приходит положительный, то устройство начинает работать по собственной программе. В состав управляющих устройств входят: устройство числового программного управления станками; устройство программного управления роботом SCARA-Portal Robots. Устройство программного управления роботов серии SCARA-Portal Robots представляет собой микропроцессорную систему, построенную на основе модулей и унифицированных механических узлов и деталей. Система управления является устройством позиционного типа и предназначено для управления перемещениями руки робота. Объем программной памяти устройства позволяет вводить до 99 управляющих программ с длиной до 999 кадров каждая, хранить до 500 точек позиционирования, содержать программные комплексы обеспечения работы 5 палет. При этом общее число кадров программной памяти не должно превышать 1500 кадров. Для расширения объема памяти в устройстве предусмотрена возможность работы с внешним запоминающим устройством (ВЗУ). С помощью одного магнитного диска можно достичь 8-кратного увеличения объема программной памяти.

Управляющее устройство обеспечивает связь с внешним оборудованием посредством 32 релейных выходов и 32 цифровых входов. Эти возможности гарантируют легкую организацию и быструю переналадку управления.

Система управления обеспечивает работу промышленного робота в режимах: обучение и редактирование, воспроизведение, диагностика, работа с ВЗУ; Управляющие устройство координатно-измерительной машины осуществляет управление при помощи вычислительного устройства, позволяет работать в автоматическом режиме с высокой экономичностью. Посредством обучающей программы при измерении первой детали производится программирование, специфическое для данной детали.

Устройство выполнено в виде электрического шкафа 780 ? 910 ?1970 мм.

2.5 ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Захватные устройства промышленных роботов и манипуляторов служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому захватные устройства относятся к числу сменных элементов промышленных роботов. К захватным устройствам предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. Прочность захватного устройства должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе.

2.5.1 Разработка конструкции и расчет механического захватного устройства

Проектирование захватного устройства производят в следующей последовательности:

а) определяют усилие захвата;

б) усилие привода;

в) выбирают тип привода;

д) рассчитывают размеры кинематических элементов захватного устройства

а)Определение усилия двух шарнирного клещевого захвата.

Усилие захватывания определяют по формуле :

[1]

где m - масса объекта манипулирования;

a - максимальное ускорение центра масс объекта манипулирования, м/с²

(а=2...3g); K₁ - коэффициент, зависящий от положения заготовки по отношению к губкам ЗУ и направления действия силы тяжести; выбирают по таблице 1.1 , схема закрепления груза 2 поэтому K₁₌ , , ; K₂=1,3...2,0 - коэффициент запаса; большие значения K₂ берут для захватных устройств, в которых отсутствует самоторможение. [1]

Усилие удерживания заготовки:

H.

б) Усилие привода определяют из условия соотношения между силой Р привода, силами F или моментом М (рисунок 2.1).

автоматизированный токарный робот механический

рисунок 2.1 Условие соотношения

Для рассмотренного на рис.2.1 захвата сила привода может

быть определена также через наибольший момент Mj по формуле :

, [1]

где: Ї модуль зубчатого сектора; Ї полное число зубьев

сектора; Ї КПД реечной передачи.

Наибольший момент Mj по формуле:

, [1]

Из конструктивных соображений принимаем L=50 мм.

Угол определим исходя из максимального перемещения, максимальное перемещение определим по формуле:

, [1]

где d₁=55 мм - максимальный диаметр заготовки; S_доп=2 мм - дополнительный ход, необходимый для выхода призмы от поверхности заготовки.

Максимальное перемещение:

Определим угол:

.

Радиус зубчатого колеса определяется из расчета зубчато - реечной передачи на изгиб:

, [1]

где z=17- число зубьев; =4,26 - коэффициент формы зуба; - коэффициент ширины венца; - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;МПа - допустимое напряжение при расчете зубьев на изгибную прочность (сталь 40XH, термообработка поверхностная токами высокой частоты), тогда

мм.

Принимаем m=5 мм, тогда усилие привода будет равно:

Н.

в) Тип привода ЗУ выбирают исходя из элементной базы, наличия энергоносителя, требований производства. Выбираем гидравлический привод.

Диаметр поршня привода определяют по формуле (мм):

, [1]

где - усилие ЗУ, H; P - давление энергоносителя: для гидропривода 3...12,5 МПа; ,- К.П.Д. привода и ЗУ: =0,85...0,95, = 0,9...0,95.

Площадь поршня гидроцилиндра (давление масла p=12,5 МПа).

мм.

Принимаем d_п=18 мм.

д) расчет размеры кинематических элементов захватного устройства

Определяем ширину губок по контактным напряжениям:

 , [1]

где E_пр=МПа - приведенный модуль упругости материала стали( справочные данные); МПа (сталь 45, термообработка - улучшение, ), =55 мм - диаметр заготовки, тогда:

мм.

Из конструктивных соображений принимаем =10 мм.

Опасным сечением (h) губок является сечение, сопрягаемое с зубчатым сектором, испытывающим изгиб:

, [1]

где =250 МПа (сталь 40Х - улучшение), тогда

мм.

Ширину рычагов обычно принимают из конструктивных соображений.

Принимаем толщину рычага ЗУ равной 30 мм.

Шарниры ЗУ рассчитывают на срез и смятие:

, [1]

где -усилие, действующее на шарнир; H; =(0,2...0,3)-допускаемое напряжение смятия, МПа.

Из конструктивных соображений принимаем расстояние между шарнирами С=60 мм. Тогда усилие, действующее на шарниры:

Н.

Диаметр шарниров выбираем исходя из расчета на срез =120 МПа - допускаемое напряжение среза для стали 45:

мм.

Принимаем d_ш= 12 мм.

Проверяем шарниры на смятие (=80МПа - допускаемое напряжение смятия для стали 45):

МПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение проекта можно сказать, что загрузка оборудования является, вероятно, одной из самых важных применений роботов. Потому, что освобождает человека от необходимости поднимать тяжести, а также заниматься монотонной работой особенно в условиях крупносерийного производства. С развитием новых компьютерных технологий человечество переходит на новый уровень производства.

Разработанный мною автоматизированный комплекс - это совокупность различных наук связанных в одну единственную автоматизированную систему, способную работать без участия человека, но на благо ему.

Будущее человечества находится за автоматизацией производств и производственных процессов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-у издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. -392 с.

2. Лебедовский М.С. Автоматизация в промышленности/Лебедовский М.С., Федотов А.Н.-Л.: издательство, 1976 - с.

3. Механика промышленных роботов/В 3-х книгах. Под ред. К.В.Фролова и Е.И.Воробьева. -М: изд-во 1988. Кн.-3, -380 с.

4. Полищук М.Н. Наладка промышленных роботов и автоматических линий/ Полищук М.Н., Васюков Ю.Г.: Справ. пособие. - К.: Техника, 1987.-231 с.

Размещено на Allbest.ru