Токарный роботизированный технологический комплекс

ЧертежАПП КАТЯ.cdw

Техническая характеристика
Устройство управления ПР позиционное
Погрешность позиционирования
Грузоподъемность ПР
Цикловая производительность Qц 0.013
Коэффициент относительной загрузки Кг 0.326
Режим работы робота легкий
Станок модели 16К20Т1
ПР модели Taibot N-25
Тактовый стол СТ 350
Белорусско-Российский уневерситет

курсовой по АПП.doc

Исходные данные для разработки РТК 4
Выбор основного оборудования 6
Выбор промышленного робота для роботизированного
технологического комплекса 14
Выбор вспомогательного оборудования для роботизированного
технологического комплекса 16
Анализ возможных вариантов компоновок роботизированного
технологического комплекса 18
Построение и расчет элементов траектории захватного
устройства промышленного робота 20
Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки (детали) 22
Построение циклограммы функционирования
роботизированного технологического комплекса 24
Определение основных показателей роботизированного
технологического комплекса 26
Список использованной литературы 29
Создание и внедрение специальных и специализированных автоматов и автоматических линий для конкретных видов изделий применяется для повышения производительности и качества продукции выпускаемой в течении длительного периода в массовом и крупносерийном производстве. Переналадка таких высокопроизводительных сложных автоматов и автоматических линий на выпуск новой продукции либо невозможна либо весьма ограничена.
Интенсивное развитие наиболее прогрессивных областей техники вызывает частое обновление продукции. В последнее время практически во всем мире появились тенденции увеличить разнообразие выпускаемых изделий и сократить серийность производства. Поэтому на данном этапе более 80% производства - мелкосерийное. А применение технологического оборудования с ЧПУ обеспечивает необходимую гибкость производства изделий.
В настоящее время технологическое оборудование с ЧПУ объединяют в единые производственные комплексы с помощью транспортной и управляющей систем. Эти комплексы называют ГПС. Гибкое производство и полная интеграция управления на базе ЭВМ открывают путь к внедрению более прогрессивной организации производства т.е. осуществление производственного процесса и поставки каждой детали в строго установленное время диктуемое темпом выпуска сборочных комплексов и изделий в целом. Данная концепция применяется не одним предприятием и она связана в единую систему управления несколькими отраслями хозяйства.
Промышленный робот в роботизированном технологическом комплексе должен выполнять вспомогательные функции а в роботизированном производственном комплексе он выполняет основные операции технологического процесса (сборка сварка окраска и т.д.)
В данной курсовой работе будет разрабатываться базовая компоновка РТК для обработки вала в среднесерийном производстве.
Исходные данные для разработки РТК
К исходным данным относят:
- рабочий чертеж детали;
- рабочий чертеж заготовки;
- годовой объем выпуска деталей (N=6000 шт.);
Рабочий чертеж вала представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Рабочий чертеж детали.
Заготовка получается штамповкой на КГШП. Чертеж заготовки представлен на рисунке 2.
Для среднесерийного производства заготовку получают штамповкой на КГШП так как это наиболее целесообразно – заметно уменьшается расход материала в стружку уменьшается время на обработку так как заготовка наиболее приближена по форме и размерам к детали. Увеличивается производительность выпускаемой продукции.
Рисунок 2 – Рабочий чертеж заготовки.
Выбор основного оборудования
В данной курсовой работе необходимо выбрать основное оборудование которое входит в состав РТК. К такому оборудованию относится оборудование используемое непосредственно для выполнения операций технологического процесса (металлорежущие станки прессы нагревательные печи и т.д.)
Станки которые будут в последующем использоваться в РТК должны быть без каких-либо серьезных конструктивных изменений. Также необходимо учитывать и технологические возможности этих станков. Станки имеющие полностью автоматизированный цикл работы зажимы изделия а также устройства для автоматической смены инструмента отвечают всем необходимым требованиям для их использования в РТК.
Станок модели 16К20Т1 полностью соответствует заданным требованиям. Данный станок оснащен ЧПУ и предназначен для выполнения различных токарных операций по замкнутому автоматическому циклу. Также возможна обработка различных профилей с нарезанием резьбы.
Основными характеристиками станка являются:
-наибольший диаметр обрабатываемого изделия мм;
над суппортом - 215;
-наибольшая длина обрабатываемой заготовки - 900 мм;
-частота вращения шпинделя - 10-2000обмин.;
-число скоростей шпинделя - 24;
-наибольшее перемещение суппорта мм.;
-наибольший диаметр прутка проходящий через отверстие шпинделя -70мм.;
-подача суппорта ммоб.;
-бесступенчатое регулирование
-скорость быстрого перемещения суппорта мммин.;
-мощность электродвигателя - 11 кВт;
-габаритные размеры без ЧПУ мм;
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 рисунке представим траекторию движения рабочего инструмента. Основными линиями показана траектория движения рабочего хода инструмента а пунктиром показана траектория движения по ускоренному перемещению со скоростью быстрого движения.
Таблица 1– Координата опорной точки
Координата опорной точки
Используя формулы и справочные данные приведенные в справочнике [2] назначим режимы резания на токарную обработку.
Расчет режимов резания по нормативам
Операция 020 – токарная с ЧПУ.
Черновая обработка поверхности 600.
Исходные данные для расчета.
Обрабатываемый материал – сталь 45 ГОСТ1050-88; в=750 МПа; станок токарный с ЧПУ 16К20Т1.
Lр.х. = lр + у = 87 + 5 = 92мм
у = 5 мм длина подвода врезания и перебега инструмента.
Определяем скорость резания:
гдеVt = 130 ммин - табличная скорость резания;
K1 = 09 - коэффициент учитывающий материал детали;
К2 = 155 - коэффициент учитывающий стойкость инструмента;
K3 = 1 - коэффициент учитывающий вид обработки.
V = 125 09 155 1= 18135 ммин.
Определяем частоту вращения
гдеD = 60 мм - диаметр детали:
По паспорту станка nст.=950 мин-1.
Уточняем скорость резания
V = 314×60×9501000 = 178 ммин.
Черновая обработка поверхности 58.
Обрабатываемый материал – сталь 45 ГОСТ2055-88; в=750 МПа; станок токарный с ЧПУ 16К20Т1.
Lр.х. = lр + у = 57 + 5 = 62мм
V = 130 09 155 1= 18135 ммин.
гдеD = 58 мм - диаметр детали:
V = 314×58×9501000 = 173 ммин.
Чистовая обработка поверхности 60.
Lр.х. = lр + у = 87 + 5 = 92 мм
гдеVt = 160 ммин - табличная скорость резания;
K1 = 07 - коэффициент учитывающий материал детали;
К2 = 125 - коэффициент учитывающий стойкость инструмента;
V = 160 07 125 1= 140 ммин.
По паспорту станка nст.=700 мин-1.
V = 314×60×7001000 = 131 ммин.
Чистовая обработка поверхности 58.
Обрабатываемый материал – сталь 45 ГОСТ1055-88; в=750 МПа; станок токарный с ЧПУ 16К20Т1.
Lр.х. = lр + у = 57 + 5 = 62 мм
По паспорту станка nст.=750 мин-1.
V = 314×58×7501000 = 1366 ммин.
Lр.х. = lр + у = 3 + 5 = 8 мм
гдеVt = 135 ммин - табличная скорость резания;
K1 = 075 - коэффициент учитывающий материал детали;
V = 135 075 125 1= 1266 ммин.
гдеD = 55 мм - диаметр детали:
V = 314×55×7001000 = 1208 ммин.
Рассчитаем время перемещения инструмента по выбранной траектории tтр:
где tр.х. - время выполнения рабочего хода траектории;
n - количество рабочих ходов;
tх.х. - время выполнения холостого хода траектории;
m - количество холостых ходов;
где Lр.х - длина рабочего хода;
Sm - минутная подача;
где tсм - время смены инструмента;
tз - время зажима заготовки в приспособлении;
tраз - время разжима заготовки в приспособлении;
Выбор промышленного робота для роботизированного технологического
В данной курсовой работе для выбора промышленного робота работающего в составе РТК необходимо отметить основные требования которым должен соответствовать промышленный робот:
-обеспечение заданной грузоподъемности;
-размеры рабочей зоны промышленного робота должны определяться размерами формой и положением рабочих зон обслуживаемого оборудования;
-система управления промышленного робота выбирается с учетом способа позиционирования рабочего органа количества управляющих координат объема памяти;
-захватное устройство ПР выбирается с учетом конструктивно-технологических параметров объекта манипулирования.
-грузоподъемность промышленного робота должна превышать массу объекта манипулирования не менее чем на 10%.
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.
Руководствуясь рекомендациями ученой литературы выбран промышленный робот модели “Taibot N- 25”.
-грузоподъемность – 25 кг
-число степеней подвижности – 5
-число захватных устройств на одной руке - 1
-привод основных движений - гидравлический
-система управления - позиционная
-число программируемых координат- 5
-средство программирования перемещений- штекерная панель
-емкость памяти системы число шагов- 24
-погрешность позиционирования - ±3 мм
-наибольший вылет руки – 1030 мм
-линейное перемещение мм скорость мс;
-угловые перемещения ° угловая скорость °с;
На рисунке 4 представим схему закрепления заготовки.
Рисунке 4- Схема закрепления заготовки.
Выбор вспомогательного оборудования для роботизированного
технологического комплекса
Основными функциями вспомогательного оборудования является:
-функция накопления;
-функция транспортирования и поштучной выдачи изделий;
-функция ориентации и переориентации изделий.
Сложность выполняемых задач заставляет использовать различные вспомогательные устройства.
Основным требованием к выбору вспомогательного оборудования для РТК является: заготовка при поступлении и удалении должна занимать требуемое положение относительно захватного устройства ПР а рабочая зона вспомогательного оборудования должна пересекаться с рабочей зоной промышленного робота.
В состав проектируемого РТК в качестве вспомогательного оборудования будет входить шаговый транспортер. На пластину шагового транспортера устанавливается приспособление с заготовкой. В качестве приспособления используются призмы которые выбираются в зависимости от величины диаметров заготовки и детали устанавливаемых на нее. Так как размеры заготовки и детали сильно не отличаются то призмы для них будут одинаковые. Согласно рекомендациям выбираем следующую призму для 58.
Представим схему укладки заготовки в призму на рисунке 5
Рисунок 5- Схема укладки заготовки в призму.
В состав проектируемого РТК будет входить тактовый стол. Представим схему тактового стола СТ 350 и пластины на рисунке 6.
Рисунок 6- Схема тактового стола СТ 350 и пластины.
Анализ возможных вариантов компоновок роботизированного
При анализе возможных вариантов компоновок РТК мы будем сравнивать компоновочные схемы линейного типа кольцевого типа портального типа.
При линейной компоновке обслуживаемое оборудование расположено в один ряд. Роботизированный технологический комплекс такого типа строится на базе напольных и портальных роботов.
Рисунок 7а - Компоновочная схема линейного типа.
На схеме линейного типа ПР как мы видим располагается в стороне от остального оборудования.
Этот факт говорит о том что тратится лишнее время на закрепление и установку заготовки.
Портальная схема компоновки оборудования имеет следующие преимущества: экономия производственной площади и удобство обслуживание оборудования. Применение опорных систем большой длины позволяет компоновать участки с групповым обслуживанием нескольких станков общим роботом при линейном расположении оборудования (рисунок 7б).
Рисунок 7б - Компоновочная схема портального типа.
Погрешность позиционирования данной схемы компоновки (б) составляет ±15мм.
В кольцевой компоновке оборудование располагается непосредственно вокруг робота. Кольцевая компоновка РТК дает удобство загрузки и разгрузки оборудования беспрепятственное перемещение захватного устройства ПР. Обеспечивает сокращение вспомогательного времени на закрепление и установку заготовки что позволяет уменьшить штучно - калькуляционное время и следовательно повысить производительность. Кольцевая компоновка РТК дает очень высокую точность позиционирования ±002мм. Изобразим схему кольцевого типа на рисунке 7в.
Рисунок 7в - Компоновочная схема кольцевого типа.
В данной курсовой работе мы принимаем компоновочную схему кольцевого типа так как она наиболее предпочтительнее.
Построение и расчет элементов траектории захватного устройства
промышленного робота
Построение траектории выполним в виде графического изображения пути перемещения геометрического центра захватного устройства ПР. Начало траектории свяжем с нулевой (исходной) точкой определенной в соответствии с исходным положением ПР.
Таблица 2– Элементы траектории перемещения захватного устройства (схвата)
Величина перемещения мм(град)
Перемещение руки ПР вперед
Зажим заготовки схватам ПР
Перемещение руки ПР вверх
Перемещение руки ПР назад
Поворот руки ПР по часовой стрелки
Перемещение руки ПР вниз
Представим на рисунке 8 фрагменты траектории перемещения ПР.
Рисунок 8 - Фрагменты траектории перемещения ПР.
Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки (детали)
Для определения скорости линейного позиционирования в диапазоне вылета руки промышленного робота будем использовать эмпирическую формулу:
где - вылет руки ПР;
- погрешность позиционирования;
М - масса объекта манипулирования (масса заготовки детали) Мзаг. = 95 кг Мдет. = 68 кг;
Скорость вертикального перемещения ПР при условии уравновешивания масс находим по формуле:
где - коэффициент зависящий от конструкции привода =3;
- длина пути при вертикальном перемещении м;
Угловая скорость при повороте руки ПР относительно вертикальной оси:
где – погрешность углового позиционирования с;
φ – угол поворота руки рад.;
Построение циклограммы функционирования роботизированного
Циклограмма функционирования РТК включает в выбранной последовательности все действия выполняемые основным и вспомогательным оборудованием а также ПР необходимые для обработки заготовки.
Построение циклограммы функционирования РТК обеспечивает быстроту определения рабочего цикла Тр значение цикловой производительности Qц. построение циклограммы также дает существенное представление о том как возможно произвести сокращение Тр за счет совмещения времени выполнения отдельных переходов и сокращении длительности несовмещенных переходов.
После того как мы определи все движения ПР и установили последовательность их выполнения нам необходимо определить время выполнения каждого движения по следующим формулам:
где - углы поворотов механизмов;
- линейные перемещения механизмов;
- скорости углового и линейного перемещения механизмов по соответствующей координате.
Основные показатели характеризующие работу РТК следующие: 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 определяется по следующей формуле:
где - длительность рабочего цикла = 755 с;
Коэффициент относительной загруженности Кгр
где - среднее значение рабочей нагрузки = 815 кг;
- грузоподъемность робота = 25 кг;
Коэффициент использования Кир
где - время работы ПР за рабочий цикл = 172 с;
Коэффициент использования основного оборудования
где - время работы основного оборудования за рабочий цикл = 548 с;
Рассчитав значения коэффициентов по [5 стр.379 таблица 3] устанавливаем что режим работы ПР "легкий" при этом коэффициент нагруженности Кнр =11.
Применение промышленных роботов при обслуживании станков с ЧПУ позволяет исключить участие рабочего в выполнении вспомогательных операциях и полностью автоматизировать процесс механической сборки.
Анализ линейной и кольцевой компоновки показал что для данного РТК наиболее удовлетворяющая всем условиям является компоновочная схема кольцевого типа. Это объясняется прежде всего тем что размеры и масса заготовки не очень велики поэтому применение компоновочной схемы линейного типа не целесообразно.
Время рабочего цикла можно уменьшить за счет правильно назначенных режимов резания выбора кольцевой схемы компоновки. Это позволило ПР совершать меньше перемещений при подаче заготовки на тактовый стол станка.
Режим работы ПР в составе РТК соответствует области применения РТК.
Список использованной литературы
Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Под ред. А.Г. Косиловой Р.К. Мещерякова.– М.: Машиностроение 1985.-Т.1.-656с.
Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Под ред. А.Г. Косиловой Р.К. Мещерякова.– М.: Машиностроение 1985.-Т.2.-496с.
Режимы резания металлов: справочник Под ред. Ю.В. Барановского. - М.: Машиностроение 1972.-408с.
Современные промышленные роботы: каталог Под ред. Ю.Г.Козырева Я.А.Шифрина. – М.: Машиностроение 1984. – 152с.: ил.
Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: справочник .Г. Козырев – М.: Машиностроение 1988. – 392с.: ил.