Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали №7406.1111056)

Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали №7406.1111056)

Анализ существующего технологического процесса и его недостатки, подбор основного и вспомогательного оборудования, аппаратной части системы управления. Разработка участка и наладки. Порядок реализации управляющей программы в среде разработки Step7.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 06.11.2014
Размер файла 1,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Частотные преобразователи

Частотные преобразователи Siemens (Германия) предназначены для бесступенчатой регулировки скорости вращения асинхронных двигателей. Оборудование данной марки производится с использованием современных IGBT-транзисторов и логических контроллеров. Такое сочетание компонентов гарантирует высокую точность поддержания скорости электродвигателя. Частотные преобразователи Siemens обеспечивают плавный разгон электродвигателя с возможностью существенного увеличения пусковых моментов. Тем самым снижается нагрузка на привод и смежные механизмы, что уменьшает их износ и продлевает срок эксплуатации. Благодаря эффективному регулированию частот асинхронных двигателей преобразователи частоты Siemens позволяют значительно сократить потребление электроэнергии. Это обеспечивает быструю окупаемость оборудования и снижение производственных затрат. Кроме того, благодаря использованию преобразователя повышается производительность электроприводной системы. Частотники Siemens характеризуются универсальностью, безотказностью, повышенной надежностью и долгим сроком службы. Оборудование давно зарекомендовало себя на рынке, ведь эта марка является знаком высокого качества.

Частотные преобразователи для электродвигателей немецкого производства находят применение в системах водо- и теплоснабжения, в конвейерном и лифтовом оборудовании, на производствах для регулирования частот электроприводов металлообрабатывающих станков.

Продуктовая линейка производителя представлена сериями Sinamics и Micromaster. Наибольшим спросом пользуются частотники Siemens Micromaster 420 и Micromaster 440, характерными особенностями которых являются надежность и высокий КПД.

1.7 Обзор языков программирования контроллеров

Главная задача ПЛК - это выполнение прикладной программы управления технологическим процессом. Очевидно, что незапрограммированный контроллер - это всего лишь пустая железяка, не приносящая никакой пользы человечеству.

Современный контроллер свободно программируем, т.е. предоставляет разработчику возможность создавать пользовательские программы произвольной структуры без ограничений их функциональности, будь то программа управления пастеризатором на молочном комбинате или управление колонной ректификации на НПЗ. По сути, единственным ограничением здесь может быть объем свободных ресурсов контроллера.

Программирование ведут на персональном компьютере или портативном программаторе, подключенном к контроллеру по сети. Программный пакет разработки, поставляемый, как правило, за дополнительную плату. Иногда среда разработки входит в состав комплексного ПО для инсталляции и эксплуатации всей системы управления.

Современные средства разработки чрезвычайно функциональны и предлагают разработчику множество возможностей:

1. Разнообразные программные библиотеки, функциональные блоки, готовые процедуры и шаблоны. Использование предподготовленных компонентов сильно ускоряет процесс разработки программного обеспечения для ПЛК.

2. Инструменты для отладки, тестирования и симуляции прикладной программы. Последние позволяют выполнять программу ПЛК на персональном компьютере без загрузки в реальный контроллер.

3. Инструменты для автоматизированного документирования разработанной программы в соответствие с принятыми стандартами.

Но у программиста есть и более мощный инструмент. Дело в том, что современные средства разработки прикладного ПО для промышленных контроллеров, как правило, поддерживают до шести разных языков программирования.

Существует международный стандарт IEC 61131, разработанный Международной Электротехнической Комиссией (МЭК, IEC) и состоящий из восьми частей. Наиболее интересной является третья часть, IEC 61131-3, описывающая языки программирования ПЛК. Первоначальной целью стандарта IEC 61131-3 была унификация языков программирования ПЛК и предоставление разработчикам ряда аппаратно-независимых языков, что, по замыслу создателей стандарта, обеспечило бы простую переносимость программ между различными аппаратными платформами и снимало бы необходимость изучения новых языков и средств программирования при переходе разработчика на новый ПЛК.

К сожалению, цели в полном объеме достигнуты не были. Каждый производитель ПЛК сопровождает свой продукт собственной средой программирования, которая, как правило, не совместима с другими, да и о кросс-платформенности программного кода можно забыть. Тем не менее, в части описания языков программирования стандарт IEC 61131 остается чрезвычайно актуальным и является ориентиром для большинства разработчиков ПЛК.

Ниже приведен краткий обзор языков стандарта.

Язык LD

Язык LD (LAD, Ladder) является графическим языком разработки, программа на котором представляет собой аналог релейной схемы. По идеи авторов стандарта, такая форма представления программы облегчит переход инженеров из области релейной автоматики на ПЛК.

К недостаткам данного языка можно отнести то, что по мере увеличения количества «реле» в схеме она становится сложнее для интерпретации, анализа и откладки. Еще один недостаток языка LD заключается в следующем: язык, построенный по аналогии с релейными схемами, может быть эффективно использован только для описания процессов, имеющих дискретный (двоичный) характер; для обработки «непрерывных» процессов (с множеством аналоговых переменных) такой подход теряет смысл.

Язык FBD

Язык FBD (Functional Block Diagram, Диаграмма Функциональных Блоков) является языком графического программирования, так же, как и LD, использующий аналогию с электрической (электронной) схемой. Программа на языке FBD представляет собой совокупность функциональных блоков (functional flocks, FBs), входа и выхода которых соединены линиями связи (connections). Эти связи, соединяющие выхода одних блоков с входами других, являются по сути дела переменными программы и служат для пересылки данных между блоками. Каждый блок представляет собой математическую операцию (сложение, умножение, триггер, логическое «или» и т.д.) и может иметь, в общем случае, произвольное количество входов и выходов. Начальные значения переменных задаются с помощью специальных блоков - входов или констант, выходные цепи могут быть связаны либо с физическими выходами контроллера, либо с глобальными переменными программы.

Практика показывает, что FBD является наиболее распространенным языком стандарта IEC. Графическая форма представления алгоритма, простота в использовании, повторное использование функциональных диаграмм и библиотеки функциональных блоков делают язык FBD незаменимым при разработке программного обеспечения ПЛК. Вместе с тем, нельзя не заметить и некоторые недостатки FBD. Хотя FBD обеспечивает легкое представление функций обработки как «непрерывных» сигналов, в частности, функций регулирования, так и логических функций, в нем неудобным и неочевидным образом реализуются те участки программы, которые было бы удобно представить в виде конечного автомата.

Язык SFC

Язык последовательных функциональных схем SFC (Sequential Function Chart), использующийся совместно с другими языками (обычно с ST и IL), является графическим языком, в котором программа описывается в виде схематической последовательности шагов, объединенных переходами. Язык SFC построен по принципу, близкому к концепции конечного автомата, что делает его одним из самых мощных языков программирования стандарта IEC 61131-3

Наиболее простым и естественным образом на языке SFC описываются технологические процессы, состоящие из последовательно выполняемых шагов, с возможностью описания нескольких параллельно выполняющихся процессов, для чего в языке имеются специальные символы разветвления и слияния потоков (дивергенции и конвергенции, в терминах стандарта IEC 61131-3).

Шаги последовательности располагаются вертикально сверху вниз. На каждом шаге выполняется определенный перечень действий (операций). При этом для описания самой операции используются другие языки программирования, такие как IL или ST.

Действия (операции) в шагах имеют специальные классификаторы, определяющие способ их выполнения внутри шага: циклическое выполнение, однократное выполнение, однократное выполнение при входе в шаг и т.д. В сумме таких классификаторов насчитывается девять, причем среди них есть, например, классификаторы так называемых сохраняемых и отложенных действий, заставляющие действие выполняться даже после выхода программы из шага.

После того, как шаг выполнен, управление передается следующему за ним шагу. Переход между шагами может быть условным и безусловным. Условный переход требует выполнение определенного логического условия для передачи управления на следующий шаг; пока это условие не выполнено программа будет оставаться внутри текущего шага, даже если все операции внутри шага уже выполнены. Безусловный переход происходит всегда после полного выполнения всех операций на данном шаге. С помощью переходов можно осуществлять разделение и слияние ветвей последовательности, организовать параллельную обработку нескольких ветвей или заставить одну выполненную ветвь ждать завершения другой.

Как и любому другому языку, SFC свойственны некоторые недостатки. Хотя SFC может быть использован для моделирования конечных автоматов, его программная модель не совсем удобна для этого. Это связано с тем, что текущее состояние программы определяется не переменной состояния, а набором флагов активности каждого шага, в связи с чем при недостаточном контроле со стороны программиста могут оказаться одновременно активными несколько шагов, не находящихся в параллельных потоках.

Еще одно неудобство языка связано с тем, что шаги графически располагаются сверху вниз, и переход, идущий в обратном направлении, изображается в неявной форме, в виде стрелки с номером состояния, в которое осуществляется переход.

Язык ST

Язык ST (Structured Text, Структурированный Текст) представляет собой язык высокого уровня, имеющий черты языков Pascal и Basic. Данный язык имеет те же недостатки, что и IL, однако они выражены в меньшей степени. Пример программы на языке ST приведен на рис. 4.

С помощью ST можно легко реализовывать арифметические и логические операции (в том числе, побитовые), безусловные и условные переходы, циклические вычисления; возможно использование как библиотечных, так и пользовательских функций. Язык также интерпретирует более 16 типов данных.

Язык ST может быть освоен технологом за короткий срок, однако текстовая форма представления программ служит сдерживающим фактором при разработке сложных систем, так как не дает наглядного представления ни о структуре программы, ни о происходящих в ней процессах.

Язык IL

Язык IL (Instruction List, Список Команд) представляет собой ассемблероподобный язык, достаточно несложный по замыслу авторов стандарта, для его практического применения в задачах промышленной автоматизации пользователем, не имеющим, с одной стороны, профессиональной подготовки в области программирования, с другой стороны, являющимся специалистом в той или иной области производства. Однако, как показывает практика, такой подход себя не оправдывает.

Ввиду своей ненаглядности, IL практически не используется для программирования комплексных алгоритмов автоматизированного управления, но часто применяется для кодирования отдельных функциональных блоков, из которых впоследствии складываются схемы FBD или CFC. При этом IL позволяет достичь высокой оптимальности кода: программные блоки, написанные на IL, имеют высокую скорость исполнения и наименее требовательны к ресурсам контроллера.

Язык IL имеет все недостатки, которые присущи другим низкоуровневым языкам программирования: сложность и высокую трудоемкость программирования, трудность модификации написанных на нем программ, малую степень «видимого» соответствия исходного текста программы и решаемой задачи.

Многие производители инструментальных средств, опирающиеся на стандарт IEC, не ограничиваются поддержкой рассмотренных выше пяти языков стандарта. Можно выделить, как минимум, еще один язык визуального программирования, который довольно популярен среди разработчиков.

Язык CFC

Язык CFC (Continuous Flow Chart) - еще один высокоуровневый язык визуального программирования. По сути, CFC - это дальнейшее развития языка FBD. Этот язык был специально создан для проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами.

Проектирование сводится к выбору из библиотек готовых функциональных блоков, их позиционированию на экране, установке соединений между их входами и выходами, а также настройке параметров выбранных блоков. В отличие от FBD, функциональные блоки языка CFC выполняют не только простые математические операции, а ориентированы на управление целыми технологическими единицами. Так в типовой библиотеке CFC блоков находятся комплексные функциональные блоки, реализующие управление клапанами, моторами, насосами; блоки, генерирующие аварийные сигнализации; блоки PID-регулирования и т.д. Вместе с тем доступны и стандартные блоки FBD. Унаследовав от FBD саму концепцию программирования, язык CFC в наибольшей степени ориентирован на сам технологический процесс, позволяя разработчику абстрагироваться от сложного математического аппарата.

CFC прост в освоении, и при этом позволяет разрабатывать сложнейшие алгоритмы автоматизированного управления без каких-либо специфических знаний других языков программирования.

Из соображений удобства программирования логических операций предпочтительнее язык FBD

1.8 Цель и задачи дипломного проектирования

Целью данного проекта является повышение эффективности участка изготовления корпуса переднего подшипника, за счет повышения производительности, уменьшения простоев, повышения культуры производства, путем автоматизации.

Повышение эффективности и культуры производства может быть достигнуто путем автоматизации, т.е. путем полной или частичной замены ручных операций.

Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:

- Разработать планировку участка

- Рассчитать режимы резания

- Выполнить технологическое нормирование операций

- Определить количество станков

- Выбрать основное и вспомогательное оборудование

- Разработать компоновку участка

- Выбрать датчики и исполнительные устройства

- Разработать циклограмму

- Разработать наладки

- Выбрать механизм захватного устройства

- Рассчитать захватное устройство

- Разработать систему управления

- Произвести расчет и выбор элементов системы управления.

2. Разработка планировки участка

2.1 Расчет режимов резания

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режимов резания:

Глубина резания: t: при черновой обработке назначают по возможности максимальную t, равную всему припуску на обработку или большей его части (75%); при чистовой обработке - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Подача s: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Подача на оборот (мм/об):

(1)

Где: SО - табличное значение подачи;

Кi - поправочные коэффициенты на подачу в зависимости от предела прочности в или твердости НВ обрабатываемого материала, от глубины обработки Н от жесткости инструмента Ж.

Скорость резания v (м/мин): рассчитывают по формуле, установленной для каждого вида обработки, которая имеет общий вид:

(2)

где: vтабл - табличное значение скорости резания;

Кi - поправочные коэффициенты на скорость резания в зависимости от предела прочности в или твердости НВ обрабатываемого материала, от состояния обрабатываемой поверхности П, от периода стойкости Т, от главного угла в плане , от марки твердого сплава ТС, от формы заточки инструмента, от глубины обработки Н, от ширины обработки В, от жесткости инструмента.

Число оборотов (об/мин) шпинделя определяется по формуле:

(3)

где: d - наибольший диаметр обрабатываемой детали;

v - скорость резания (м/мин);

Минутная подача (мм/мин) рассчитывается по формуле:

(4)

При фрезеровании:

(5)

Где: Sz - подача на зуб, мм/зуб;

z - число зубьев фрезы;

2.2 Технологическое нормирование операций

Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. В машиностроении норма времени обычно устанавливается на технологическую операцию.

Штучное время обработки детали:

, мин (6)

где Тао - время автоматической обработки, состоит из времени на совершение инструментом холостых и рабочих ходов:

(7)

Время холостых ходов:

, мин (8)

где Li - длина i-ого холостого хода, мм

v - скорость быстрого перемещения станка, мм/мин.

N - количество холостых ходов.

Время рабочих ходов:

(9)

где Tр.х.i - время i - ого рабочего хода, мин.

(10)

L - длина обрабатываемой поверхности, мм;

l - длина врезания, перебега и ускоренного подвода инструмента, мм. Для станков с ЧПУ в большинстве случаев принимается 1-2 мм вследствие высокой жесткости системы СПИД.

i - число рабочих ходов;

n - частота вращения заготовки или инструмента, об/мин;

s - подача на один оборот, мм/об.

Расчет времени автоматической обработки.

Время быстрых перемещений определяем, используя формулу (8) Время рабочих ходов рассчитывается по формуле (10).

Результаты расчетов приведены в таблице 8.

Вспомогательное время:

(11)

Вспомогательное время, включающее Тв.у. на установку и снятие заготовки и машинно-вспомогательное время Тм.в., включает комплекс приемов, связанных с позиционированием, ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической смены режущего инструмента путем поворота револьверной головки (резцодержателя) или из инструментального магазина. Эти элементы времени зависят от скоростей перемещений рабочих органов и длины перемещений. При составлении программы управления (ПУ) следует учитывать возможность совмещения приемов и назначать такую последовательность выполнения переходов обработки, чтобы Тм.в. было минимальным. Значения Тв.у. и Тм.в. берутся из справочных таблиц (табл. 12, с.604 [1]).

Таблица 2.2.1 - Вспомогательное время, связанное с закреплением заготовки Тву.

Наименование

Операция 1

Установить заготовку

0,174

Включит станок выключить

0,0310

Задвинуть, отвести щиток станка

0,034

ИТОГО Тву

1,1

Таблица 2.2.2 - Машинно-вспомогательное время Тм.в

Наименование

Операция 1

Установочное

0,164

Поворот головки на одну позицию

0,110

ИТОГО Тм.в.

1,64

Вспомогательное время Твсп рассчитывается для каждой операции по формуле (11) и заносится в таблицу 7.

Оперативное время находиться по формуле:

(12)

Тобс - время обслуживания рабочего места, мин. В состав работ по организационному обслуживанию рабочего места выключены: осмотр, нагрев системы СПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы. К техническому обслуживанию рабочего места относятся: смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.

Тп - время на личные потребности, мин.

Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности, назначается в процентах от оперативного времени

Штучно-калькуляционное время:

, (13)

где N - размер партии деталей, запускаемых в производство; N=200.

Тп-з - подготовительно-заключительное время на партию, мин.

Подготовительно-заключительное время Тп-з при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени Тп-з1 из затрат Тп-з2, учитывающих дополнительные работы, и времени Тп-з3 на пробную обработку детали:

, (14)

В затраты Тп-з1 включено время на получение наряда, чертежа, технологический документации на рабочем месте в начале работы и на сдачу в конце смены. На ознакомление с документами и осмотр заготовки затрачивается 4 мин; на инструктаж мастера - 2 мин; на установку рабочих органов станка или зажимного приспособления по двум координатам в нулевое положение - 4 мин; на установку перфоленты - 2 мин; итого на комплекс приемов - 12 мин.

Для всех станков с ЧПУ принята единая норма Тп-з1 = 12 мин.

Таблица 2.2.3 - Время Тп-з2 на дополнительные приемы

Наименование

Ознакомление с чертежом

4

Инструктаж мастера

2

Получит инструмент

7

Разложить инструмент, убрать

2

Получить и сдать приспособления

-

Установка приспособления

-

ИТОГО Т п-з2

15

Тп-з3 выбираю в зависимости от числа режущих инструментов и числа измеряемых по диаметру поверхностей.

Таблица 2.2.4 - Подготовительно-заключительное время Тп-з

Составляющая времени

Операция 1

Тп-з1

12

Тп-з2

15

Тп-з3

12

ИТОГО Тп-з

39

Таблица 2.2.5 - Нормы времени

Тао

Тву

Тмв

Твсп

Топ

Тобс+Тл

Тшт

Тп-з

Тшт-к

1,55

0,2

0,30

0,508

2,05

0,28

2,338

39

2,668

2.3 Выбор количества станков

Фонд работы оборудования рассчитывается по формуле:

, (15)

где N - количество смен;

w - количество часов в одной смене.

Расчетное количество станков определяется по формуле:

, (16)

где Тшт - штучное время на i-ой операции;

n - количество выпускаемых деталей;

Принятое число Кприн оборудования получается из расчетного путем округления последнего в большую сторону.

Таблица 2.3.1 - Расчет количества станков

Тштi

Кприн

Кприн

Загрузка, %

2,338

0,974

1

97

Общее количество основного оборудования: 1.

2.4 Выбор основного оборудования

Обрабатывающий центр GENOS L300Е-M OKUMA. Производитель: OKUMA - Япония.

Рисунок 2.4.1 Обрабатывающий центр GENOS L300Е-M OKUMA

Токарные обрабатывающие центры экономсерии Genos - это простые многозадачные станки для высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения по приемлемой цене. Они сочетают в себе все возможности для достижения высокого качества обработки и простоту использования с огромным разнообразием комплектаций для выполнения различных операций - от обработки деталей, зажимаемых в патроне, до обработки сложных деталей из прутка. В линейке представлены различные варианты спецификаций.

Таблица 2.4.1 Технические характеристики GENOS L300Е-M OKUMA

Технически характеристики

L300-MW

Максимальная длина обработки, мм

150

Максимальный диаметр обработки, мм

300

Перемещения по осям

Х:230 мм,

Z:460 мм,

С:360 градусов,

W:520 мм

Скорость шпинделя, об/мин

25 - 3000

Габариты станка:

Высота, мм

1852

Занимаемая площадь, мм

3537*2393

Вес (с ЧПУ), кг

7500

2.5 Выбор вспомогательного оборудования

Выбор портального робота

Для построения ГПС наряду с основным оборудованием применяют и вспомогательное, которое обеспечивает работу основного оборудования в автоматическом режиме в течение заданного срока. К таким вспомогательным средствам относят: робототехническое оборудование (загрузка-разгрузка, смена инструмента, приспособления); средства складирования заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов; транспортно-накопительные устройства, контрольно-измерительные средства и др.

К вспомогательному оборудованию данного ГПМ относятся: робот; конвейер. Выбор промышленного робота (ПР) производится по количеству степеней подвижности, размеру зоны обслуживания (большая зона обслуживания вследствие габаритов основного оборудования), грузоподъемности (масса заготовки 0,32 кг), типу привода, быстродействию. Выбираем промышленный робот GUDEL gantryRobot.

Промышленные роботы GUDEL для автоматизированной транспортировки могут использоваться как портальные роботы-манипуляторы для перемещения деталей между технологическими операциями, сборочные манипуляторы для перемещения тяжелых деталей и как роботы складирования и упаковки в сочетании с паллетной системой.

GUDEL gantryRobot портальный робот модульной конструкции, может иметь до пяти осей перемещения в декартовой системе координат.

2.6 Разработка пластинчатого конвейера

Пластинчатые конвейеры - вид непрерывного транспорта, один из видов цепных транспортеров. Оборудование отличается повышенной надежностью и обычно применяется для перемещения грузов в условиях ограниченности или невозможности использования ленточного транспортера.

Особенности конструкции пластинчатого конвейера

Основные элементы конструкции пластинчатого конвейера следующие: грузонесущее полотно, представляющее собой настил, собранный из унифицированных пластин; тяговый орган - две цепи, к которым пластинчатый настил крепится; приводная станция, включающая редуктор, электродвигатель, передачи; металлическая конструкция с направляющими для цепей; натяжная станция. Передача движения тяговому элементу происходит от приводных звездочек, вращение которых осуществляется через редуктор и передачи от электродвигателя. С противоположной стороны опорной конструкции тяговый орган огибает натяжные звездочки, которые в свою очередь соединены с натяжной станцией.

Применяют четыре типа цепей: втулочные, катковые с ребордами и без реборд, роликовые.

Пластины, из которых собирается настил, производят из разных материалов, в основном, из хромоникелевой стали и полимеров. Конструкция настила зависит от характеристик транспортируемого груза. Чаще всего используют типы плоский (безбортовой) сомкнутый или разомкнутый, а также бортовой волнистый. Для транспортировки штучных грузов подходят все три типа настилов, однако предпочтительнее плоский, поскольку он легкий и дешевый. Настил бортовой волнистый используют для перемещения сыпучих материалов. В данном случае важен также такой нюанс - пластины должны перекрывать одна другую, иначе на повороте материал может просыпаться в образовавшийся зазор.

Натяжное устройство может быть винтового или пружинно-винтового типа. В современном производстве применяют пластинчатые транспортеры стационарные и мобильные, прямые, наклонные и поворотные, однорядные, двурядные, многорядные. Дополнительно конвейеры оснащаются устройством регулировки скорости движения, с регулируемыми по ширине и высоте ограничительными бортами, перегрузочными устройствами, накопительными столами и рольгангами.

Применение пластинчатых конвейеров

Пластинчатый конвейер имеет достаточно длинную историю. Механизм, работающий от парового двигателя, в России впервые был применен на предприятиях золотодобычи в 1878 году. Затем оборудование стало использоваться в горной промышленности для перемещения угля, горной массы, крупнокусковой руды, известняка, горячего агломерата и пр. Все пластинчатые конвейеры по назначению делятся на общие и специальные. В качестве интересных примеров последних можно привести пассажирские эскалаторы, аэровокзальные карусели для выдачи багажа, линии упаковки, разлива и пр. Основная технологическая задача современных пластинчатых транспортеров - непрерывное перемещение таких грузовых единиц, как коробки и другие всевозможные виды упаковки, банки, бутылки, заполненные мешки, различные детали и пр.

Преимущества пластинчатых конвейеров:

- Возможность жесткого позиционирования груза

- Высокая надежность и долговечность оборудования;

- Возможность создания трасс со сложными пространственными траекториями.

Определение основных параметров

Определим характеристики транспортируемого груза.

Размер типичного элемента ; коэффициент трения груза по стальному настилу ; угол трения груза о металлический настил .

Для заданных условий выбираем двухцепной конвейер общего назначения с длиннозвенными тяговыми пластинчатыми цепями и звездочками с малым числом зубьев. С учетом этого принимаем скорость конвейера .

Производительность, соответствующая расчетной производительности , составляет

Выбор типа настила и определение его ширины

С учетом параметров груза и выбираем безбортовой настил, так как для транспортирования данного груза пригодны только такие конвейеры.

Определим конструкцию настила.

Для предотвращения смещения деталей по настилу, на пластинах закрепляются ромбовидные ограничители, в которые устанавливаются заготовки. Высота ограничителей выбирается равной - 4 мм.

Определим высоту бортов.

. Принимаем

Находим требуемую ширину настила.

где - производительность, т/ч;

- скорость конвейера, м/с;

- угол естественного откоса груза (щебня) в покое;

- коэффициент угла наклона конвейера, [1, табл. 6.10, с.247];

- высота борта, м;

- коэффициент использования высоты борта [1, с.246].

Из ряда ГОСТ 22281-76 принимаем ближайшее большее значение ширины настила

Приближенный тяговый расчет.

где - начальное натяжение цепи, Н;

- горизонтальная проекция полной длины загруженной ветви

конвейера, м;

- то же для незагруженной ветви конвейера, м;

- линейная нагрузка от ходовой части конвейера, Н/м; - для металлического настила [1, с.246]. А - эмпирический коэффициент [2, табл. 5.3] - линейная нагрузка от груза, Н;

- коэффициент сопротивления движению ходовой части на прямолинейных участках.

- для катков на подшипниках качения [1, с.247];

Определим разрывное усилие

По найденному усилию выбираем цепь по ГОСТ 588-81 М1250 с максимальной разрушающей нагрузкой 1,250 кН, шагом .

Подробный тяговый расчет.

а) Определяем натяжения в характерных точках трассы. Наименьшее натяжение тягового элемента будет в нижней точке 2 (рис. 2).

Принимаем натяжение в точке 2 . При обходе трассы от точки 2 по направлению движения полотна определяем:

;

Значения qц и qн выбираются по таблицам 3.11 и 6.2 [1] в соответствии с принятыми цепями и настилом.

Т.к номер цепи М125, то масса 1 м цепи для шага цепи tц=150 мм будет равна 6,12 кг

qц= 2·6,12 ·9,8= 119,95 Н/м

По ширине настила Вн=200 мм определяем его массу m = 27,8 кг

qн= 27,8· 9,8 = 274,4 Н/м

q0 = qц + qн =119,95+274,4= 394,35 Н/м

Расчетное натяжение цепи для двухцепного конвейера: Smax= S4= 952 Н

Определение расчетного натяжения тягового элемента.

По аналогии с применяемыми конструкциями принимаем тяговый элемент, состоящий из двух параллельно расположенных пластинчатых цепей с шагом ; приводную звездочку с числом зубьев

При заданной схеме трассы конвейера максимальное натяжение тягового элемента

Определяем динамическое усилие по формуле (2.88) [3, с.168]

где - коэффициент, учитывающий интерференцию упругих волн;

- коэффициент участия в колебательном процессе массы перемещаемого груза ( при );

- коэффициент участия в колебательном процессе ходовой части конвейера ( при общей длине горизонтальных проекций ветвей конвейера );

- масса груза, находящегося на конвейере, кг;

- масса ходовой части конвейера, кг;

- число зубьев приводной звездочки;

- шаг тяговой цепи, м.

Н

В виду незначительности, динамическую нагрузку не учитываем.

Определение расчетного натяжения тягового элемента.

Так как разрывная нагрузка меньше, чем у выбранной цепи, то окончательно останавливаемся на М125.

Определение мощности и выбор двигателя.

Тяговое усилие на приводных звездочках

При коэффициенте запаса и КПД привода мощность двигателя

По полученному значению мощности выбираем двигатель серии 1LA7 - трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором:

,

Определяем крутящий момент на приводном валу

Расчет и выбор редуктора

Определяем частоту вращения приводного вала

Диаметр звездочки

Dзв= м

Определяем передаточное число привода

Т.к. передаточное число велико, то требуется дополнительная понижающая передача. В качестве дополнительной передачи применяем открытую одноступенчатую зубчатую передачу. Рекомендуемое передаточное число такой передачи не более 5.

Следовательно

Выбираем редуктор Ц2-500 с ,

Выбор тормоза

Тормоз устанавливаем на приводном валу, что в значительной мере уменьшает величину тормозного момента.

Определяем тормозной момент (3.81) [2, с.97].

,

где - момент на приводном валу,

Определим момент звездочки

- делительный диаметр звездочки

Так как момент звездочки имеет отрицательное значение, следовательно, тормозной момент так же будет отрицателет. Из этого следует, что необходимо устанавливать храповый останов.

Выбор муфты

Между электродвигателем и редуктором устанавливаем упругую втулочно-пальцевую муфту. Номинальный момент муфты равен крутящему моменту на приводном валу электродвигателя

Расчетный момент муфты

Выбираем МУВП 500

2.7 Разработка участка

Гибкие производственные модули для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач. Наибольшее применение в машиностроении получили ГПМ, состоящие из автоматизированных станков (токарных, кругло-шлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие ГПМ предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Модули могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешним ПР напольного или портального типа.

Сначала заготовки поступают на конвейер заготовок, который производит их транспортировку в зону действия промышленного робота. ПР снимает заготовку с конвейера заготовок и устанавливает ее в патроне станка, после этого рабочие органы робота выводятся из зоны обработки и производится обработка заготовки. Переустановка заготовки в патроне производится механизмами станка. После завершения всех технологических переходов ПР снимает заготовку со станка, вставляет следующую, а обработанную деталь кладет на конвейер обработанных деталей.

Участок снабжен ограждением, для того чтобы не допустить попадание посторонних предметов и персонала в зону действия технологического и вспомогательного оборудования.

Доступ обслуживающего персонала на данный участок производится в специальном месте.

2.8 Разработка наладки

При написании программы для станка с ЧПУ необходимо иметь перед собой эскиз того участка детали, где происходит обработка с указанием систем координат станка, приспособления, инструмента, холостых и рабочих ходов инструмента. При проектировании наладки необходимо выбирать рабочие и холостые ходы таким образом, чтобы время на их совершение было минимальным и происходила обработка с заданной точностью и шероховатостью.

Выбор систем координат детали и инструмента осуществляют из удобств программирования.

Для станков с ЧПУ существует большое количество функций. Функция «G» всегда задается непосредственно после кадра.

Последовательность записи в кадре:

1. номер кадра (Nxx)

2. подготовительная функция (Gxx)

3. размерные перемещения (Xnn, Ynn, Znn)

4. подача, скорость (Fnn, Snn)

5. вспомогательная функция (Мхх)

Инструменты

T1 - Проходной резец

Т2 - канавочный резец

Т3 - сверло ?2,5

Т4 - цековка ?8

Т5 - левый проходной резец

М3 Включение вращения шпинделя

M4 - против часовой

S - обороты

G0 - ускоренный ход

G1 - рабочая подача

SPOT [1] = 0 выставление в (0) основного шпинделя

SETMS (2) - включение шпинделя инструмента

M5 - выключение оборотов

M30 - коней прогаммы

G4 F100 - выдержка времени

D2 - 2 корректор

SETMS (3) - второй шпиндель

Программа для ЧПУ Siemens

Первая сторона, наружный контур

N1 T1 M3 M8 S1700 F450

N2 G0 x70 z0

N3 G1 z20

N4 G1 x77.5

N5 G1 z-25

N6 G0 x80 z10 M5

Первая сторона, внутренний контур

N7 G0 M4 x-50

N8 C1 Z-22

N9 G1 x-44.53

N10 G1 z-30

N11 G0 x-44

N12 G0 Z 10000

Обработка канавки

N13 T2 S500 F25

N14 G0 x 72 z -15

N15 G1 x 63

N16 G0 x 100

N17 Z 10000 M5

N18 SPOS [1] = 0

N19 SETMS (2)

N20 S2 = 2500

Сверление ?2,5

N21 T3 M3 F 600

N22 G0 x 47 z -25

N23 G1 z -30

N24 G0 z 10

N25 G0 x -6

N26 G0 z -23

N27 G1 z -30

N28 G0 z 10000 M5

Циковка ?8

N29 T4 M3 S2=1500 А 350

N30 G0 x 47 z -23

N31 G1 z -26

N32 G0 z 10

N33 G0 x -65 z -23

N34 G1 z -26

N35 G0 z 10000 M5

смена шпинделя

N36 G4 F20

N37 SPOS [2] = 0

N38 SETMS (3)

N39 S3 = 1700

Внутренняя поверхность, левый проходной резец

N40 T5

N41 M3 F450

N42 G0 x 65,5 z 40

N43 G1 x 50

N44 M5

N45 M4 G0 x -50

N46 G1 Z*8

N47 G0 x -44

N48 G1 z*10

N49 G1 x -50

N50 G0 x -44

N51 G0 z - 10000

N52 SPOS [3] = 0

N53 M30

2.9 Адаптация захватного устройства

Выбор механизма захватного устройства

Захватное устройство (захват) промышленного робота предназначено для захватывания предмета обработки и удержания его в процессе перемещения. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами захватываемого предмета обработки, а так же специфическими требованиями технологического процесса.

В зависимости от принципа действия захваты делят на механические (работают по принципу зажима с удержанием детали с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов, а так же по принципу использования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для детали), вакуумные (работают в результате сил, возникающих при разности давлений), магнитные (работают с помощью сил магнитного притяжения).

Захватные устройства изготавливают не сменными и сменными (требуют малого времени для смены, могут заменяться автоматически). Для загрузки металлообрабатывающих станков, как правило, используют, механические захватные устройства. Кроме закрепления заготовки эти устройства выполняют функции ориентации, центрирования предмета обработки.

Механические захваты используются для загрузки станков деталями типа тел вращения или коробчатой формы.

Для разработки в курсовом проекте выбрано захватное устройство с зубчатым передаточным механизмом.

Принцип работы захватного устройства

Захватное устройство с зубчатым передаточным механизмом изображено на листе.

Схват предназначен для деталей типа дисков и фланцев. Данный схват имеет одну пару губок 1, зажим и разжим которых осуществляется за счет осевого движения тяги 2 с жестко связанной с ней зубчатой рейкой 3. Рейка находится в зацеплении с зубчатыми секторами, нарезанными на рычагах зажимных губок.

Расчет захватного устройства

Расчёт сводится к определению силы зажима заготовки в захватном устройстве и определению диаметра поршня пневмоцилиндра.

Захватное устройство имеет пару рычагов, выполненных заодно с зажимными губками. На этих рычагах нарезаны зубчатые секторы, входящие в зацепление с рейками. Зубчатые секторы и рейка представляют собой зубчатую передачу. Таким образом, необходимо рассчитать межосевое расстояние , модуль зацепления m, число зубьев и оси на срез.

,

где - коэффициент силы трения;

=

= 0,32*9,8=3,136 Н

Зажимные губки захватного устройства оснащены резиновыми накладками, тогда коэффициент трения сталь - резина равен 0,8.

Н

,

где F=1,96 Н, L=55 мм, D=20 мм.

Следовательно

H,

Диаметр цилиндра определяется по формуле:

Где P - давление воздуха в пневмосети (0,5 МПа);

S - площадь сечения цилиндра;

L - длина перемещения штока цилиндра;

N - количество пальцев;

- сила зажима;

- перемещение рейки.

Здесь L=,

мм2

Определим диаметр цилиндра по формуле:

мм.

По справочным данным по диаметру сечения цилиндра выбран пневмоцилиндр. Обозначение пневмоцилиндра 7020-0151. Диаметр цилиндра 50 мм, диаметр штока 16.

Расчет зубчатого сектора и рейки.

На этом этапе проводится расчет межосевого расстояния, модуля зацепления, числа зубьев и оси на срез.

Межосевое расстояние определяется по формуле:

где - вспомогательный коэффициент (для прямозубых передач =49.5);

u - передаточное число редуктора;

- коэффициент ширины венца колеса(=0,25)

Передаточное число определяется по формуле:

Где d2 - диаметр зубчатого сектора (ведомое колесо)

d1 - диаметр ведущего колеса.

В данном случае, d2 = 20 мм, а в качестве ведущего колеса будет рейка. Определим d1. Длина рейки 15.7 мм, тогда т.к. l=2рR, то R= l/2р, R=2.5 мм. Значит, диаметр d1 =2 *R=5 мм.

Рейка и рычаги захватного устройства изготовлены из стали 45, термообработка - улучшение, твердость которой ?350НВ, из таблицы 2.1: 2.

Коэффициент неравномерности нагрузки по длинне зуба: Kнв=1.

Все составляющие для расчета известны, тогда:

Модуль зацепления m определяется по формуле:

где - вспомогательный коэффициент (для прямозубых передач=6,8)

- делительный диаметр колеса(мм);

- ширина венца колеса (мм);

- допускаемое напряжение изгиба материала колеса;

([]=1,03*НВср=360,5Н/мм2)

Делительный диаметр колеса определяется по формуле:

Ширина венца колеса:

Тогда

Т.к прямозубое колесо, то m=m+30 % m=0.093+0.028=0.121 (m?1)

Суммарное число зубьев рейки и зубчатого сектора:

Число зубьев рейки определяется по формуле:

Число зубьев зубчатого сектора:

Фактическое передаточное число определяем по формуле:

и определяется отклонение

Фактическое межосевое расстояние находим как:

Основные геометрические параметры передачи

Параметр

Расчеты

Диаметр делительный

Диаметр вершин зубьев

Диаметр впадин зубьев

Ширина венца

Фактическое число зубьев на зубчатом секторе Z2=11.88/2-11.88/6=3.97

Основные геометрические параметры рейки: l=11.78 мм, ширина венца b1=b2+3=1.9+3=4.9мм.

Проверочный расчет.

Контактные напряжения:

=

3. Разработка системы управления

3.1 Разработка циклограммы

Циклограмма - это графическое отображение взаимодействия технологического, вспомогательного и транспортного оборудования в пределах ГАУ. Циклограмма также позволяет определить состояние всех элементов ГАУ в определенный момент времени.

Рассмотрим построение циклограммы, описывающей момент времени обработки детали, начиная с ее поступления в зону участка.

Перед началом рабочего цикла (исходное состояние) каретка портального робота находится в позиции над конвейером деталей (S6), его рука поднята (S9), угол поворота 90° (S20), схваты разжаты (S13, S15), положение 0° (S11). Станок в ожидании заготовки или идет обработка детали.

Порядок следования заготовки:

(такт 1) - При попадании заготовки на конвейер заготовок (S1), включается электродвигатель заготовок.

(такт 2) - После попадания заготовки в зону робота (S2) электродвигатель конвейера заготовок выключается, каретка перемещается в зону конвейера заготовок (S5).

(такт 3) - Схват поворачивается в положение 90°.

(такт 4) - Рука робота опускается (S8)

(такт 5) - и зажимает заготовку (S16),

(такт 6) - поднимается (S9) и

(такт 7) - разворачивает схват на 0° (S20)

(такт 8) - и разворачивается в положение 0° (S20).

После окончания обработки или, в случае отсутствия заготовки в станке, каретка перемещается в позицию над станком (S7) (такт 9). Далее происходит опускание руки робота (S10) (такт 10). Схат развернут пустыми пальцами к патрону и если в патроне деталь, то перемещается в сторону патрона (S17) (такт 11).

(такт 12) - Деталь захватывается (S16).

(такт 13) - Патрон отпускает деталь (инверсия q1).

(такт 14) - Схват отодвигается (S18)

(такт 15) - и поворачивается на 90° (S12).

(такт 16) - Заготовка вставляется в патрон (S17).

(такт 17) - Патрон фиксирует деталь (q1)

(такт 18) - и схват отпускает заготовку (S13).

(такт 19) - Схват отводится (S18)

(такт 20) - и рука поднимается (S9).

(такт 21) - Запускается обработка детали

(такт 22) - Каретка перемещается к конвейеру деталей (S6)

(такт 23) - и рука разворачивается в положение 0° (S19).

(такт 24) - Схват поворачивается в 0° (S11), а рука опускается (S8).

В такте 25 происходит разжим схата (S13) и деталь оказывается на конвейере деталей (S3).

(такт 26) - Рука поднимается (S9).

(такт 27) - Привод конвейера деталей включается до срабатывания (S4).

На этом цикл заканчивается.

Таблица 1. Датчики и сигналы.

Обозначение

Наименование

Прим

S1

наличие заготовки на конвейере заготовок

S2

наличие заготовки на позиции загрузки

S3

наличие детали на конвейере деталей

S4

наличие детали на позиции разгрузки конвейера деталей

S5

каретка робота у конвейера заготовок

S6

каретка у конвейера деталей

S7

каретка у станка

S8

Рука опущена у конвейера

S9

рука поднята

S10

рука опущена у станка

S11

схват 0°

S12

схват 90°

S13

захват детали разжат

S14

захват детали зажат

S15

захват заготовки разжат

S16

захват заготовки зажат

S17

вставка в патроне

S18

забрана из патрона

S19

рука 0°

S20

рука 90°

b1

патрон разжат / зажат

b2

обработка завершена

Таблица 2. Управляющие сигналы

Обозначение

Наименование

Прим

Q1

Конвейер заготовок

Q2

Конвейер деталей

Q3

Каретка вперед

Q4

Каретка назад

Q5

Рука подъем

Q6

Рука опускание

Q7

Схват повернуть в 90°

Q8

Схват повернуть в 0°

Q9

Схват заготовки разжать

Q10

Схват заготовки зажать

Q11

Схват детали разжать

Q12

Схват детали зажать

Q13

Руку повернуть в 0°

Q14

Руку повернуть в 90°

Q15

Схват подвести

Q16

Схват отвести

Z1

Патрон зажать

Z1

Патрон разжать

Z3

Начало обработки

3.2 Разработка математической модели

Математическая модель, описывающая управляющие воздействия пуска и останова агрегатов, представляет собой систему логических уравнений. В уравнениях условия пуска связаны логическим умножением «И» с инверсией условий останова. Агрегаты, включающиеся за цикл управления несколько раз, должны иметь для каждого включения уникальные условия, связанные логическим сложением «ИЛИ».

Конвейер заготовок

Конвейер деталей

Каретка назад

Каретка вперед

Рука подъем

Рука опускание

Схват повернуть в 90°

Схват повернуть в 0°

Схват заготовки разжать

Схват заготовки зажать

Схват детали разжать

Схват детали зажать

Руку повернуть в 0°

Руку повернуть в 90°

Схват подвести к патрону

Схват отвести от патрона

Патрон зажать

Патрон разжать

Начало обработки

3.3 Выбор элементов систем управления

Описание датчиков

Для управления ходом технологического процесса необходимо получать информацию о происходящих на данный момент «событиях». Технические средства для контроля объектов на нижнем (исполнительском) уровне АСУ ГАУ определяются их назначением, конструкцией и условиями работы. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме. Промышленные роботы обычно оснащаются датчиками позиционирования и касания (для контроля захвата изделия), а транспортно-накопительные устройства - датчиками типа путевых выключателей.

В качестве датчиков индуктивного типа взяты датчики IME18 и IME30 разного типоразмера.

На секциях конвейеров устанавливаются четыре индуктивных датчика наличия заготовки (детали) (S1-S4) - индуктивный датчик, датчик наличия.

Датчик наличия заготовки(детали) IMЕ30 представляет собой концевик - бинарный датчик, срабатывающий (сигнал «1»), когда на позиции есть заготовка. Соответственно, когда детали нет, то он не срабатывает (сигнал «0»).

На промышленном роботе установлены 16 датчиков: положение каретки ДП-4, датчик зажима - разжима заготовки, датчик положения захватного устройства, датчики опускания - поднятия кисти робота, датчики положения руки робота при повороте. Датчик холла регистрируют движущиеся ферромагнитные объекты.

Информация о состоянии органов станка получают путем обращения к ЧПУ станка. ЧПУ отправляет в ответ таблицу состояния. Формируются переменные q1 о состоянии патрона - зажат / разжат и q2 - конец обработки.

Контроллер SIMATIC S7-300

Контроллер характеризуется следующими особенностями:

- Модульный программируемый контроллер для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности.

- Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.

- Использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации.

- Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

- Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления.

- Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 имеют:

- cертификаты DIN, UL, CSA, FM, CE;

- морские сертификаты ABS, BV, DNV, GLS, LRS, PRS, RINA;

- сертификат соответствия и метрологический сертификат Госстандарта России; и многие другие.

Для автоматизации участка необходимо управлять дискретными исполнительными устройствами, получать информацию от дискретных датчиков, вести обмен данными с УЧПУ станка и с персональным компьютером оператора.

Программируемые контроллеры S7-300 могут включать в свой состав:

- Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых задач в программируемом контроллере могут использоваться более 20 типов центральных процессоров.

- Блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

- Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов, в том числе FailSafe и модули со встроенными Ex-барьерами. Поддерживаются отечественные ГОСТ градуировки термометров сопротивления и термопар.

- Коммуникационные процессоры (CP) - интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и системах PtP связи. Применение загружаемых драйверов для CP 341 позволяет расширить коммуникационные возможности контроллера поддержкой обмена данными в сетях MODBUS RTU и Data Highway. Для организации модемной связи в составе S7-300 могут использоваться коммуникационные модули семейства SINAUT ST7.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены