Технологический процесс изготовления шибера

АПП1 ТМА-021.doc

Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное учреждение высшего профессионального образования
Белорусско-Российский университет
Кафедра `` Технология машиностроения``
по дисциплине: “Автоматизация производственных процессов в машиностроении”
Тема: “Проектирование роботизированного технологического комплекса для токарной операции технологического процесса изготовления
Студент гр. ТМА-021
Руководитель: ст. преподаватель
Исходные данные для разработки РТК .
Выбор основного оборудования
Выбор промышленного робота для РТК ..
Выбор вспомогательного оборудования для РТК
Анализ возможных компоновок РТК .. .
Построение и расчет элементов траектории захватного устройства ПР
Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки (детали) ..
Построение циклограммы функционирования РТК
Определение основных показателей РТК .. . .
Список использованных источников
Приложение А. Циклограмма работы РТК
Одной из особенностей современного развития машиностроительного производства является постоянный рост объемов и сложности проектных работ в сфере технологической подготовки производства. В этих условиях важнейшим направлением совершенствования технологической подготовки производства является ее автоматизация. Большую часть сервисного оборудования приходится проектировать заново что существенно осложняет задачу создания РТК приводит к удорожанию его стоимости и не всегда обеспечивает высокую надежность функционирования. Также при проектировании роботизированных технологических комплексов разрабатывается не только конструкторская документация но и необходимый состав эксплуатационной документации техническое описание комплекса и его устройство инструкцию по эксплуатации перечень мероприятий по охране труда и технике безопасности.
Только при комплексном подходе к разработке автоматизированных производственных систем может быть достигнута эффективность автоматизации производства даже при достаточно частом обновлении продукции. Для достижения данной эффективности необходимо создавать одностаночные и многостаночные комплексы. Разработка технических решений по созданию автоматизированных технологических комплексов должна осуществляться прежде всего ориентируясь на среднесерийное производство так как они также могут применяться и в крупносерийном и массовом производстве. Из-за морального старения оборудования наблюдается тенденция к снижению объемов выпускаемой продукции и изменение спроса.
В настоящее время технологическое оборудование с ЧПУ объединяют в единые производственные комплексы с помощью транспортной и управляющей системы. Такие комплексы называют ГПС. Отличительными характеристиками ГПС является: гибкость автоматизированность и производство.
В соответствии с ГОСТ 26228—85 ГПС — это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ роботизированных технологических комплексов (РТК) гибких производственных модулей (ГПМ) отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного промежутка времени обладающая свойством автоматической переналадки при производстве изделий различной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.
ГПМ состоит из единицы технологического оборудования и оснащен автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса (устройствами загрузки выгрузки). Он может автономно функционировать а также может быть встроен в систему более высокого ранга.
В данной курсовой работе будем разрабатывать базовую компоновку РТК для обработки шибера в среднесерийном производстве.
Исходные данные для разработки РТК.
К исходным данным относят:
- рабочий чертеж детали;
- рабочий чертеж заготовки;
- годовой объем выпуска деталей (N=9500 шт.);
- маршрутный технологический процесс;
Рабочий чертеж шибера представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. – Рабочий чертёж детали.
Чертеж заготовки представляет собой поковку 229 шириной 39 мм.
Рисунок 2. – Рабочий чертёж заготовки.
Маршрутный технологический процесс изготовления шибера:
- плоскошлифовальная;
Выбор основного оборудования.
Основное оборудование РТК используется непосредственно для выполнения операций технологического процесса.
В данной курсовой работе таким оборудованием является металлорежущие станки. Задача выбора станков является очень важной и ответственной так как необходимо выбрать такой станок который мог бы без каких либо серьезных конструктивных изменений войти в систему РТК. Также необходимо учитывать технологические возможности металлорежущих станков. Станки должны обеспечивать высокую производительность и высокий уровень концентрации и совмещения операций а также иметь максимальную унификацию отдельных узлов и комплектующих изделий крепежной и инструментальной оснастки. В станках необходимо предусматривать автоматическую смену инструмента совмещенную во времени с выполнением холостых ходов. Компоновка станков должны быть удобными для обслуживания ПР. Станки имеющие полностью автоматизированный цикл обработки и обеспечивающие точность установки заготовки роботом данной модели полностью отвечают необходимым требованиям.
Станок модели 16К20Ф3 полностью соответствует установленным требования. Это токарный станок с ЧПУ предназначенный для выполнения различных токарных операций в один или несколько проходов по замкнутому автоматизированному циклу так как на станке имеется крестовый суппорт с шестипозиционной резцовой головкой. Также возможна обработка профилей с нарезанием резьбы. Применение набора быстросменных взаимозаменяемых блоков с точной предварительной установкой инструмента вне станка на специальном приспособлении сводит к минимуму вспомогательное время. [2]
Основными характеристиками станка являются:
- наибольший диаметр обрабатываемого изделия мм.;
над суппортом – 220;
- наибольшая длина обрабатываемой заготовки – 1000 мм.;
- шаг нарезаемой резьбы метрической – до 20;
- частота вращения шпинделя – 125 – 2000 обмин.;
- число скоростей шпинделя – 22;
- наибольшее перемещение суппорта мм.;
- наибольший диаметр прутка проходящий через отверстие шпинделя – 53 мм.;
- подача суппорта ммоб.;
продольная 3 – 1200;
поперечная 15 – 600;
- бесступенчатое регулирование;
- скорость быстрого перемещения суппорта мммин.;
- мощность электродвигателя – 10 кВт.;
- габаритные размеры без ЧПУ мм.;
- масса – 4000 кг.; [2]
Разработаем подробный план токарной операции выполняемый на станке данной модели. План представим в виде эскизов (рисунок 3) на которых показана последовательность выполнения токарной операции.
Рисунок 3 – Выбор нуля детали.
На рисунках 4 и 5 представим траектории движения инструментов. Элементы траектории по которой инструмент перемещается с рабочей подачей будем изображать сплошной линией а участки где режущий инструмент перемещается по ускоренной траектории со скоростью быстрых перемещений – в виде штриховых линий.
Рисунок 4 – Траектория движения проходного резца при черновом точении.
Рисунок 5 – Траектория движения проходного резца при чистовом точении.
Координаты опорных точек необходимые для расчета элементов траектории занесем в таблицы 1 и 2.
Таблица 1 – Координаты опорных точек при черновом точении.
Координата опорной точки
Таблица 2 – Координаты опорных точек при чистовом точении.
Далее назначим режимы резания на токарную операцию используя рекомендации [4].
Операция 010 – токарная с ЧПУ
Переход 1 – Черновое растачивание цилиндрической поверхности 65. Станок токарный с ЧПУ – 16К20Ф3 режущий инструмент – проходной резец 16х25 Т15К6.
Глубина резания t=1 мм.
Подача выбирается по таблице 11 из [2] so=03 ммоб.
Стойкость инструмента мин
Скорость резания определяется по формуле:
где - табличная скорость резания = 150 ммин;
- коэффициент учитывающий материал обработки K1 = 09;
- коэффициент учитывающий стойкость резца K2 = 09;
- коэффициент зависящий от вида обработки K3 = 085;
Рассчитаем частоту вращения шпинделя по формуле:
Основное машинное время рассчитывается по формуле:
Где - длинна рабочего хода суппорта;
- количество проходов;
- число оборотов шпинделя.
Время холостого хода включает в себя время подвода и отвода инструмента время врезания и время обратного хода.
Время перемещения инструмента по выбранной траектории:
Переход 2 – Чистовое растачивание цилиндрической поверхности 65.
глубина резания t=05мм
скорость резания определяется по формуле:
где - табличная скорость резания = 160 ммин;
Выбор промышленного робота для роботизированного технологического комплекса.
В данной курсовой работе для выбора промышленного робота работающего в составе РТК необходимо отметить основные требования которым должен соответствовать промышленный робот:
- обеспечение заданной грузоподъемности грузоподъемность промышленного робота должна превышать массу объекта манипулирования не менее чем на 10%.
- размеры рабочей зоны промышленного робота должны определяться размерами формой и положением рабочих зон обслуживаемого оборудования;
Рабочая зона пространство в котором может находится рабочий орган ПР.
- захватное устройство ПР выбирается с учетом конструктивно-технологических параметров объекта манипулирования.
- система управления промышленного робота выбирается с учетом способа позиционирования рабочего органа количества управляющих координат объема памяти;
- формы и размеры рабочей зоны должны быть такими чтобы загрузка и выгрузка заготовки из рабочей зоны основного и вспомогательного оборудования осуществлялась беспрепятственно.
- для промышленного робота работающего в составе РТК число степеней подвижности в наибольшей степени зависит от формы размеров и положения рабочей зоны оборудования и относительного положения ограничительных поверхностей образующих зону загрузки-разгрузки.
- погрешность позиционирования существенным образом влияет на процесс установки заготовки в приспособлении как основного так и вспомогательного оборудования.
Используя рекомендации учебной литературы[6] и анализируя технологическую операцию выбираем промышленного робота модели РКТБ имеющего следующие характеристики:
грузоподъемность – 7кг
- число степеней подвижности – 4
- привод основных движений – электрический
- система управления – позиционная
- число программируемых координат – 4
- способ программирования – обучение
- объем памяти системы управления – 25 команд
- погрешность позиционирования - ±1мм
- наибольший вылет руки – 1300мм
- линейное перемещение мм скорость мс;
- угловые перемещения ° угловая скорость °с;
- габаритные размеры мм H
На рисунке 6 представим схему закрепления заготовки.
Рисунок 6 – Схема закрепления заготовки.
Рисунок 7 – Промышленный робот РКТБ.
Выбор вспомогательного оборудования для роботизированного технологического комплекса.
При работе ПР в составе РТК прежде чем подать заготовку к станку и выгрузить ее оттуда необходимо получить заготовку на входе РТК и после ее обработки установить ее на выходе. Для этого используется вспомогательное оборудование.
Для работы любого РТК необходимо в его состав включить вспомогательное оборудование которое выполняет следующие функции: функция транспортировки заготовки и подачи ее в рабочую зону ПР функция накопления а также при помощи вспомогательного оборудования осуществляется функция ориентации и переориентации заготовки. Иногда в виду своей сложности вспомогательное оборудование может быть дороже чем ПР и даже дороже чем основное оборудование.
При выборе вспомогательного оборудования необходимо учесть и то что заготовка должна занимать требуемое положение то есть должна быть забазирована таким образом чтобы рабочая зона ПР пересекалась с рабочей зоной вспомогательного оборудования. Для решения этих задач используют различное оборудование: бункерные и магазинные тактовые столы шаговые транспортеры и т. д.
На пластины тактового стола или шагового транспортера устанавливают приспособления для базирования заготовок.
В данной курсовой работе в качестве вспомогательного оборудования согласно рекомендациям [1 таблица 7 с. 502] принимаем тактовый стол модели СТ350 со следующими техническими характеристиками:
- габаритные размеры стола мм.;
- грузоподъемность одной пластины кг. – 20
- число пластин – 12 шт.
- размеры пластин мм.;
На рисунке 8 представим схему тактового стола.
Рисунок 8 – Схема тактового стола.
В качестве приспособления используют две пластины: с точечным упором в торец и пальцем рисунок 9.
Рисунок 9 – Схема укладки заготовки на пластины.
Исходя из того что для заготовки и готовой детали пластины одинаковы то в состав проектируемого РТК будет входить один тактовый стол. С него будет происходить поступление в рабочую зону заготовок а также с него будут сниматься готовые изделия.
Анализ возможных вариантов компоновок РТК
Для анализа РТК рассмотрим следующие схемы компоновки линейного и кольцевого типа. Эти схемы имеют свои преимущества и недостатки по отношению друг к другу.
Рассмотрим компоновочную схему линейного типа (рисунок 10).
Рисунок 10– Компоновочная схема линейного типа.
- промышленный робот
Данная компоновочная схема имеет следующие преимущества:
- РТК такого типа строится на базе напольных или портальных роботов;
- оборудование расположено в один ряд (реже в два);
- возможность расстановки оборудования с учетом удобства подхода к нему оператора или наладчика;
- сокращение занимаемых РТК площадей.
В данной курсовой работе мы используем вариант с компоновкой кольцевого типа так как она наиболее подходит для данного РТК.
Схема компоновки кольцевого типа представлена на рисунке 11. На данной схеме:
Данная схема компоновки дает возможность облуживания роботом оборудования расположенного вокруг робота. Робот работает в полярной цилиндрической или сферической системе координат. Главной отличительной особенностью данной схемы является ее точное позиционирование. Данная схема обеспечивает сокращение вспомогательного времени на установку и закрепление заготовки что позволяет повысить производительность.
Рисунок 11 – Компоновочная схема кольцевого типа.
Построение и расчет элементов траектории захватного устройства промышленного робота.
Необходимые размеры элементов траектории и соответствующие пояснения сводим в таблицу 2.
Таблица 2 – элементы траектории перемещения захватного устройства (схвата).
Величина перемещения мм..
Перемещение руки ПР вперед.
Зажим заготовки схватом ПР
Перемещение руки ПР вверх
Ротация руки по часовой стрелке
Перемещение руки ПР назад
Поворот руки ПР по часовой стрелке
Перемещение руки ПР вперед
Поворот руки ПР против часовой стрелки
Зажим детали схватом ПР
Ротация руки против часовой стрелки
Перемещение руки ПР вниз
На рисунки 12 представим траекторию движения в виде графического изображения. На рисунке сплошными линиями указана траектория движения схвата с заготовкой а пунктиром движение схвата без заготовки.
Рисунок 12 – Построение траектории.
Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки.
Определим скорость линейного позиционирования Vх мс по формуле
где Lх – вылет руки ПР Lх = 044 м;
М – масса объекта манипулирования (масса заготовки) М = 63 кг;
Скорость вертикального перемещения ПР при условии уравновешивания масс находим по формуле:
где αz – коэффициент зависящий от конструкции привода αz = 3;
Lz – длина пути при вертикальном перемещении Lz = 039 м;
Построение циклограммы функционирования роботизированного технологического комплекса.
Циклограмма функционирования включает в себя все действия выполняемые основным и вспомогательным оборудованием а также ПР. на основании циклограммы мы можем сделать заключение о работе нашего РТК найти значение рабочего цикла а также значение цикловой производительности.
Для построения циклограммы функционирования РТК определим длительность всех перемещений ПР.
iVi – скорости углового и линейного перемещения механизмов по соответствующей координате.
Определение основных показателей роботизированного технологического комплекса.
Определим основные показатели РТК:
цикловая производительность Qц;
коэффициент относительной загруженности ПР Кгр;
коэффициент использования ПР Кир;
коэффициент использования основного оборудования Кио;
коэффициент нагруженности ПР Кнр;
режим работы робота.
Цикловая производительность Qц ч-1
где Тр – длительность рабочего цикла Тр = 442мин;
Коэффициент относительной загруженности Кгр
где Рср – среднее значение рабочей нагрузки Рср = 63 кг;
Р – грузоподъемность робота Р = 10 кг;
Коэффициент использования Кир
где Тпр – время работы ПР за рабочий цикл Тпр = 02 мин;
Коэффициент использования основного оборудования Кио
где То – время работы основного оборудования за рабочий цикл То = 4206 мин;
Рассчитав значения коэффициентов по [6 стр.379 таблица 3] устанавливаем что режим работы ПР “легкий” при этом коэффициент нагруженности Кнр = 11.
В данной курсовой работе был разработан РТК с компоновкой кольцевого типа которая позволяет максимально сократить затраты за счет применения промышленного робота с меньшим числом степеней подвижности по сравнению с линейной компоновкой а также за счет уменьшения перемещений руки робота при загрузке-разгрузке заготовок. В данном случае количество перемещений составило 19 перемещений в то время как линейная схема компоновки – не менее 25 перемещений.
Исходя из циклограммы работы РТК (приложение А) можно сделать вывод о том что значительную часть рабочего цикла составляет токарная обработка 4206 мин. Поэтому уменьшение времени обработки позволит существенно сократить и рабочий цикл. Одним из способов снижения может быть интенсификация режимов резания. Так же уменьшить рабочий цикл возможно за счет сокращения времени зажима-разжима заготовки увеличения скорости перемещения пластины с приспособлением к загрузочно-разгрузочной позиции на тактовом столе.
По данным раздела 9 где были рассчитаны основные характеристики РТК опираясь на [6] делаем заключение о том что режим работы ПР соответствует области его применения т.е обслуживание станков с ЧПУ. Однако следует отметить низкий коэффициент использования робота для повышения которого компоновка РТК может предусматривать обслуживание ПР трех станков с ЧПУ.
Справочник технолога-машиностроителя: Т.1 Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение 1985.
Справочник технолога-машиностроителя: Т.2 Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение 1985.
Режимы резания металлов: Справочник Под ред. Ю.В. Барановского – М.: Машиностроение 1972.
Козырев Ю.Г. Современные промышленные роботы Ю.Г Козырев и Я.А.Шифрин. М.: Машиностроение 1984. 152 с.: ил.
Евенко М.Л. Проектирование роботизированных технологических комплексов. Методические указания к курсовой работе по дисциплине “Автоматизация производственных процессов в машиностроении” для студентов специальности 1-36 01 01 “Технология машиностроения”.– ГУВПО ”Белорусско-Российский университет” 2005. 28 с.
Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справ.– М: Машиностроение 1988. – 392 с.: ил.
Циклограмма работы роботизированного
технологического комплекса.

ЦИКЛОГРАММАгот.cdw

Чертеж(апп).cdw

Техническая характеристика
Цикловая производительность Q
Коэффициент относительной загруженности ПР К
Коэффициент использования ПР К
Коэффициент использования основного оборудования К
Коэффициент нагруженности ПР К
Режим работы робота -легкий
Белорусско-Российский
- станок с ЧПУ 2Р118Ф2
- робот модели "S-900"
- тактовый стол модели "СТ 220"