разработка роботизированного участка механической обработки. ГАП 56. Разработка роботизированного участка механической обработки
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Волгоградский государственный технический университет Факультет _ вечерний технологический__________________________________ Направление _15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств______ Кафедра _автоматизиции производственных процессов_____________________ Дисциплина_Гибкие автоматизированные производства____________________ Контрольная работа Студент: ____ Карлина Татьяна Александровна ______________ (фамилия, имя, отчество) (подпись) Группа: ___АЗБ-488-2с_______ Тема: Разработка роботизированного участка механической обработки Вариант _56_____________________ Руководитель работы __________________________ _______________ подпись, дата инициалы и фамилия Оценка _______________________ Волгоград 2022 Задание и исходные данные на проектирование РТК Ставится задание спроектировать роботизированный технологический комплекс (РТК) для механической обработки детали в условиях серийного производства. Исходные данные для разработки: 1. деталь: Колесо зубчатое 1; 2. технологические операции: токарная (Т), сверлильная (С); 3. компоновка РТК: угловая (У). При проектировании необходимо решить следующие задачи: 1. выбрать типоразмер проката под заготовку детали и определить массу заготовки; 2. коротко охарактеризовать технологический процесс 3. выбрать основное технологическое оборудование, оснащенное системами программного управления; 4. определить необходимый состав вспомогательного оборудования для накопления и ориентации заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, а также для базирования и зажима деталей на рабочих позициях; 5. выбрать типоразмер промышленного робота с необходимыми техническими параметрами; 6. разработать компоновку РТК 7. разработать алгоритм работы РТК (в виде циклограммы). 8. разработать управляющую программу. Эскиз детали Выбор и расчёт заготовки Для изготовления детали используется прокат круглого сечения диаметром 110 мм длиной l = 70 мм. Материал – Сталь 45 Согласно ГОСТ, масса 1 метра проката диаметром 140 мм составляет 74,8 кг, тогда масса заготовки длиной l m= 0.07×74,8= 5,2 кг. 70 Рис. – Заготовка Ø110 1. Назначение технологического процесса обработки Требуется разработать технологический процесс обработки проката круглого сечения для получения зубчатого колеса. Сначала осуществляются токарные операции, затем сверлильные. 2. Выбор основного технологического оборудования, оснащенного системами программного управления Исходя из размеров заготовки, заданных технологических операций и требований к качеству обрабатываемых поверхностей, выбираем в качестве основного технологического оборудования следующее. 1. Токарный станок с ЧПУ TRENS SЕ 320 Numeric 2. Рис. – Внешний вид станка Токарные станки с ЧПУ TRENS SЕ 320 Numeric – младшая модель в линейке станков с ЧПУ TRENS. Машины достаточно компактны и обладают всеми преимуществами токарных станков с ЧПУ. Это и повышенный класс точности «П», и возможность ручной обработки. Благодаря невысокой цене, станки SE 320 незаменимы для выполнения самых разнообразных работ как в небольших помещениях ремонтных предприятий, так и на больших производствах. По геометрическим параметрам токарный станок с ЧПУ TRENS SЕ 320 Numeric является аналогом токарного станка с ЧПУ 16Б16Т1, значительно превосходя его по возможностям. Особенности Характерная особенность станков серии SE: он может работать как в ручном режиме - как универсальный токарный станок, так и в режиме запоминания/повтора обработки (полуавтоматическом), а также в режиме управления ЧПУ (автоматическом). Назначение Токарный станок с ЧПУ TRENS SЕ 320 Numeric предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем. Он прост в обслуживании, занимает минимальную площадь и достигает высокой точности и производительности при всех типах обработки. Область применения: мелкосерийное и серийное производство, ремонтное хозяйство и учебные заведения. По заказу станок может оснащаться системами ЧПУ и электроприводами фирм Siemens, Heidenhain. Таблица 2– Основные технические характеристики станка Технические характеристики станка Параметры Диаметр обработки над станиной, мм 320 Диаметр обработки над суппортом, мм 170 Расстояние между центрами, мм 750 Диапазон частот вращения шпинделя, мин –1 0 - 3500 Скорость быстрых ходов по осям, м/мин 10 2. Прецизионный фрезерный станок с ЧПУ Асгард MGM-0404. Гранитная станина обеспечивает гашение вибрации в 5-6 раз лучше, по сравнению с классическими чугунными станинами. Обработанная поверхность имеет шероховатость на 2-3 класса выше, по сравнению с классическими чугунными станинами. Ключевые преимущества: – японские сервоприводы yaskawa; – оптические энкодерные линейки renishaw; – направляющие bosch rexroth; – шлифованные шарико-винтовые передачи bosch rexroth; – компоненты электроавтоматики abb, weidmuller; –прецизионный шпиндель kessler с высоким крутящим моментом, высокоточными подшипниками, системой охлаждения; – превосходные демпфирующие свойства станины; – низкий коэффициент теплового расширения. нет необходимости в применении термоконстантного помещения; – наличие системы компенсации теплового расширения; – система чпу собственной разработки с сенсорным экраном 24" и процессором intel core i9; – повышенная, по сравнению с серией mgf жесткость. Рис. Фрезерный станок с ЧПУ Асгард MGM-0404 Перемещение: – ход по оси x - 450 мм; – ход по оси y - 450 мм; – ход по оси z - 400 мм; – точность позиционирования ±0,001 мм; – повторяемость ±0,001 мм; – скорость холостых перемещений 30 м/мин; – скорость рабочих перемещений 15 м/мин; – усилие приводов подач - 18 кн. Шпиндель: – мощность - 7,5квт; – максимальная частота вращения шпинделя - 10 000 об/мин; – вращающий момент - 85 н*м; – тип хвостовика инструмента - bt40; – кол-во инструмента в инструментальном магазине - 8 шт; – время смены инструмента - 3 сек. Конструктивные элементы: – длина стола - 600 мм; – ширина стола - 400 мм; – кол-во т-образных пазов - 3 шт; – ширина т-образных пазов - 18 мм; – шаг т-образных пазов - 110 мм; – диаметр винтов швп x/y/z - 32/32/32. Общие: – система чпу - acnc v1.5; – электропотребление станка - 19 ква; – габаритная длина - 2 750 мм; – габаритная ширина - 2400 мм; – габаритная высота - 2500 мм; – масса станка - 1 900 кг. 3. Подбор вспомогательного оборудования Для зажима заготовки на токарном станке используется трехкулачковый самоцентрирующий патрон с гидравлическим приводом, входящий в базовую комплектацию основного оборудования. Патрон закрепляет деталь и центрирует её по оси шпинделя. Условный общий вид патрона представлен на рисунке. Рис. – Трехкулачковый патрон Для установки вала на столе фрезерного обрабатывающего центра и на столе используются используется автоматизированные станочные тиски, условный общий вид которых представлен на рисунке. Рис. Автоматические тиски Тиски укреплены на столе 12 консольно-фрезерного станка со стороны станины. Между неподвижной 8 и подвижной 2 губками установлена обрабатываемая деталь 5. Автоматическое закрепление детали происходит при включении механической подачи стола. Стол движется в направлении, показанном толстой черной стрелкой, и обрабатываемая деталь подводится к фрезе. При этом пружина 7, помещенная внутри корпуса 11 тисков, разжимается и передвигает стакан 6 и правый конец рычага 9 вправо (это и последующие движения показаны на рисунке тонкими черными стрелками). Рычаг 9, поворачиваясь вокруг оси 10, толкает вперед стержень 4, упирающийся в нижний конец рычага 3. Этот рычаг, поворачиваясь вокруг оси 1, перемещает подвижную губку и давит на деталь с силой P. Одновременно левый конец рычага 9 давит на выступ рычага 17, стремясь повернуть его вокруг оси 15; поворот ограничивается упором 13, по которому катится ролик 14. В качестве накопителей предметов производства для деталей типа вала целесообразно использовать поворотный тактовый стол. Рис. Поворотный тактовый стол Табл. 3 Технические характеристики TT315 Основные размеры Фланец, мм 360 Высота, мм 243,5 Центральное отверстие,мм 90 Рекком. размер пов. плиты,мм 2800 Вес,кг 193 Направление Направление по часовой стрелке, против часовой, обратный ход Монтажное положение Произвольное Нагрузка на фланец Осевая нагрузка ,kN 32 Радиальная нагрузка, kN 17 Крутящий момент, kNm 5 Нагрузка на центральную колонну Осевая нагрузка ,kN 28 Крутящий момент, kNm 4 Точность Точность позиционирования ±23 Осевое смещение, мм ±0,01 Стандартный привод Мотор Kobold/SEW Редуктор SAF57/67 Тип мотора IEC80-100 Напряжение,V 230/400 Мощность,kW 0,37-3,0 4. Выбор моделей промышленного и транспортного роботов В первую очередь при выборе модели ПР необходимо учесть следующие факторы: - масса детали не должна превышать номинальной грузоподъемности ПР; - количество степеней подвижности манипулятора ПР должно обеспечивать загрузку технологического оборудования; - для загрузки станков с горизонтально расположенным столом наиболее удобны роботы, работающие в цилиндрической системе координат. Для загрузки-разгрузки основного технологического оборудования, входящего в состав РТК, в соответствии с заявленной по заданию линейной компоновкой РТК выбран промышленный робот FanucM-20iА/20М. Данная модель универсального шестиосевого робота с высокими инерционными показателями позволяет сократить продолжительность циклов и упростить выполнение операций загрузки-разгрузки различных материалов весом до 20 кг , что более чем достаточно для манипулирования заготовкой, подающейся на обработку в РТК. Рис. - Робот FanucM-20iА/20М Риc. 8 – Рабочая зона На рис. представлен график рабочей зоны робота, а в табл. 4 приведены технические характеристики робота по справочным данным. Табл. 4 - Технические характеристики Для загрузки-разгрузки основного технологического оборудования, входящего в состав РТК, в соответствии с заявленной по заданию линейной компоновкой РТК выбран промышленный робот FanucM-710iC/50T Этот монтируемый сверху шестиосевой робот является самой лёгкой моделью в линейке роботов М-710 и имеет грузоподъёмность 20 кг, что более чем достаточно для манипулирования заготовкой, подающейся на обработку в РТК. 5. Разработка компоновочной схемы РТК Риc. - Компоновочная схема На компоновочной схеме: 1-й поворотный тактовый стол; Станок 1 - токарный станок; промышленный робот; Станок 2 – сверлильный станок; 2-й поворотный тактовый стол. Перемещения робота: - по оси X – выдвижения руки робота: l1 – до накопителя, l2 – до рабочей зоны токарного станка, l3 – до рабочей зоны сверлильного станка с ЧПУ; - угол φ– угловое перемещения робота: φ1 – до первого накопителя (с заготовками), φ2 – до токарного станка, φ3 – до сверлильного станка, φ4 – до второго накопителя (с готовыми деталями); - по оси Z – вертикальные перемещения манипулятора: a1 – до высоты накопителя (на схеме не указано), а2 – до рабочей зоны токарного станка, а3 – до рабочей зоны сверлильного станка. 6. Разработка циклограммы работы РТК Циклограмма работы РТК, включающая такты вышеописанных перемещений робота и рабочие такты основного оборудования представлена на рисунке. При начале очередного цикла работы РТК происходит поворот робота в положении 𝜑1, параллельно с этим происходит подъем руки в положение а1. Во втором такте производится выдвижение руки манипулятора в положение l1. В третьем такте схват робота осуществляет зажим заготовки. В четвертом такте происходит поворот робота в положение 𝜑2, параллельно с этим происходит втягивание руки манипулятора в исходное положение. В пятом такте осуществляется подъем руки в положение а2. В шестом такте производится выдвижение руки манипулятора в положение l2. В седьмом такте схват робота осуществляет разжим заготовки. В восьмом такте происходит выдвижение руки манипулятора в положение l1. В девятом такте рука манипулятора возвращается в положение l2 и параллельно с этим включается токарный станок на обработку детали. В десятом такте происходит выключение токарного станка и параллельно с этим схват робота осуществляет зажим детали. В одиннадцатом такте производится ротация схвата робота с деталью. В двенадцатом такте схват разжимает деталь и включается обработка на токарном станке. В тринадцатом такте схват производит ротацию и параллельно выдвигает руку манипулятора в положение l1. В четырнадцатом такте выключается токарный станок, и рука манипулятора возвращается в положение l2. В пятнадцатом такте схват зажимает деталь и выдвигает руку манипулятора в положение l1. В шестнадцатом такте происходит поворот робота в положение 𝜑3, параллельно с этим осуществляется подъем руки в положение а3. В семнадцатом такте рука манипулятора перемещается в положение l3. В восемнадцатом такте происходит разжим детали схватом, параллельно рука манипулятора перемещается в положение l1 и включается на обработку сверлильный станок. В девятнадцатом такте сверлильный станок выключается, и рука манипулятора перемещается в положение l3. В двадцатом такте схват робота осуществляет зажим детали. В двадцать первом такте рука манипулятора перемещается в положение l1. В двадцать втором такте происходит поворот робота в положение 𝜑4. В двадцать третьем такте осуществляется подъем руки в положение а1. В двадцать четвертом такте схват робота разжимает деталь. В двадцать пятом такте рука манипулятора производит подъем в исходное положение, параллельно с этим происходит втягивание руки манипулятора в исходное положение и осуществляется поворот робота в исходное положение. Далее цикл повторяется. Циклограмма работы РТК, включающая такты вышеописанных перемещений робота и рабочие такты основного оборудования представлена на рисунке. Рис. – Циклограмма работы РТК 8 Разработка управляющей программы промышленного робота // Переменные и константы /* Lift – подъем, Descent – опускание; опорные значения сигналов обратной связи: а0 – манипулятор поднят, а1 – опущен до а1, а2 – опущен до а2, а3 – опущен до а3 */ /* Extension – выдвижение, Retraction – втягивание; опорные значения сиг- налов обратной связи: l0 – рука втянута, l1 – выдвинута до l1, l2 – выдвину- та до l2, l3 – выдвинута до l3 */ /* Forward – перемещение вперѐд по направляющей, Backward – перемещение назад по направляющей; опорные значения сигналов обратной связи: L0 – робот в начальном положении, L1 – перемещѐн на L1, L2 – перемещѐн на L2, L3 – перемещѐн на L3, L4 – перемещѐн на L1 */ /* Rotate – поворот схвата; опорные значения сигналов обратной связи: r1 – схват в исходном положении, r2 – схват повѐрнут на 1800 */ /* Take – схват; опорные значения сигналов обратной связи: t1 – схват отпущен, t2 – схват зажат */ // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize serial communication at 9600 bits per second: Serial.begin(9600); // make the pushbutton's pin an input: // настраиваем выводы на вход или выход // входы pinMode(Lift, INPUT); pinMode(Descent, INPUT); pinMode(Extension, INPUT); pinMode(Retraction, INPUT); pinMode(Forward, INPUT); pinMode(Backward, INPUT); pinMode(Take, INPUT); pinMode(Rotate, INPUT); pinMode(avtomat, INPUT); // выходы pinMode(RLift, OUTPUT); pinMode(RDescent, OUTPUT); pinMode(RExtension, OUTPUT); pinMode(RRetraction, OUTPUT); pinMode(RForward, OUTPUT); pinMode(RBackward, OUTPUT); pinMode(RTake, OUTPUT); pinMode(RRotate, INPUT); // Установка в исходное положение do {digitalWrite(RForward, HIGH); digitalWrite(RBackward, LOW);} while (analogRead(Forward) != L0); do {digitalWrite(RLift, HIGH); digitalWrite(RDescent, LOW);} while (analogRead(Lift) != a0); do {digitalWrite(RExtension, HIGH); digitalWrite(RRetraction, LOW);} while (analogRead(Extension) != l0); do {digitalWrite(RRotate, HIGH);} while (analogRead(Rotate) != r1); do {digitalWrite(RTake, HIGH);} while (analogRead(Take) != t1); } void loop() { // Проверяем, все ли звенья в исходном положении, и начинаем цикл if ((analogRead(Forward) == L0) and (analogRead(Lift) == a0) and (analogRead(Extension) == l0) and (analogRead(Rotate) == r1) and (analogRead(Take) == t1)) { // Проверяем, включен ли автоматический режим if (analogRead(avtomat) = 1) { // Начало цикла // Такт 1 do // Перемещение манипулятора до L1 {digitalWrite(RForward, LOW); digitalWrite(RBackward, HIGH);} while (analogRead(Forward) != L1 || analogRead(Backward) != L1); do // Опускание манипулятора до a1 {digitalWrite(RDescent, LOW); digitalWrite(RLift, HIGH);} while (analogRead(Descent) != a1 || analogRead(Lift) != a1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 2 do // Выдвижение руки до l1 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l1 || analogRead(Extension) != l1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 3 do // Зажим схвата → захват заготовки с первого стола {digitalWrite(RTake, LOW);} while (analogRead(Take) != t2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 4 do // Втягивание руки до l0 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l0 || analogRead(Retraction) != l0); do // Перемещение манипулятора до L2 {digitalWrite(RForward, LOW); digitalWrite(RBackward, HIGH);} while (analogRead(Forward) != L2 || analogRead(Backward) != L2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 5 do // Опускание манипулятора до a2 {digitalWrite(RDescent, LOW); digitalWrite(RLift, HIGH);} while (analogRead(Descent) != a2 || analogRead(Lift) != a2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 6 do // Выдвижение руки до l2 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l2 || analogRead(Extension) != l2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 7 do // Разжатие схвата → установка заготовки {digitalWrite(RTake, HIGH);} while (analogRead(Take) != t1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 8 do // Втягивание руки до l1 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l1 || analogRead(Retraction) != l1); delay (93760); // Межтактовая задержка; токарные операции // Такт 9 do // Выдвижение руки до l2 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l2 || analogRead(Extension) != l2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 10 do // Зажим схвата → захват заготовки {digitalWrite(RTake, LOW);} while (analogRead(Take) != t2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 11 do // Переворот кисти с захваченной заготовкой {digitalWrite(RRotate, LOW);} while (analogRead(Rotate) != r2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 12 do // Разжатие схвата → переустановка заготовки {digitalWrite(RTake, HIGH);} while (analogRead(Take) != t1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 13 do // Втягивание руки до l1 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l1 || analogRead(Retraction) != l1); do // Переворот кисти в исходное положение {digitalWrite(RRotate, HIGH);} while (analogRead(Rotate) != r1); delay (27960); // Межтактовая задержка; токарные операции // Такт 14 do // Выдвижение руки до l2 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l2 || analogRead(Extension) != l2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 15 do // Зажим схвата → захват заготовки {digitalWrite(RTake, LOW);} while (analogRead(Take) != t2); do // Втягивание руки до l1 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l1 || analogRead(Retraction) != l1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 16 do // Перемещение манипулятора до L3 {digitalWrite(RForward, LOW); digitalWrite(RBackward, HIGH);} while (analogRead(Forward) != L3 || analogRead(Backward) != L3); do // Опускание манипулятора до a3 {digitalWrite(RDescent, LOW); digitalWrite(RLift, HIGH);} while (analogRead(Descent) != a3 || analogRead(Lift) != a3); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 17 do // Выдвижение руки до l3 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l3 || analogRead(Extension) != l3); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 18 do // Разжатие схвата → установка заготовки {digitalWrite(RTake, HIGH);} while (analogRead(Take) != t1); do // Втягивание руки до l1 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l1 || analogRead(Retraction) != l1); delay (159520); // Межтактовая задержка; сверлильные операции // Такт 19 do // Выдвижение руки до l3 {digitalWrite(RExtension, LOW); digitalWrite(RRetraction, HIGH);} while (analogRead(Retraction) != l3 || analogRead(Extension) != l3); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 20 do // Зажим схвата → захват заготовки {digitalWrite(RTake, LOW);} while (analogRead(Take) != t2); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 21 do // Втягивание руки до l1 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l1 || analogRead(Retraction) != l1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 22 do // Перемещение манипулятора до L4 {digitalWrite(RForward, LOW); digitalWrite(RBackward, HIGH);} while (analogRead(Forward) != L4 || analogRead(Backward) != L4); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 23 do // Поднятие манипулятора до a1 {digitalWrite(RLift, LOW); digitalWrite(RDescent, HIGH);} while (analogRead(Descent) != a1 || analogRead(Lift) != a1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 24 do // Разжатие схвата → установка заготовки на второй стол {digitalWrite(RTake, HIGH);} while (analogRead(Take) != t1); delay (500); // Межтактовая задержка // Такт 25 – возвращение звеньев в исходное положение do // Перемещение манипулятора назад до L0 {digitalWrite(RBackward, LOW); digitalWrite(RForward, HIGH);} while (analogRead(Forward) != L0 || analogRead(Backward) != L0); do // Поднятие манипулятора до a0 {digitalWrite(RLift, LOW); digitalWrite(RDescent, HIGH);} while (analogRead(Descent) != a0 || analogRead(Lift) != a0); do // Втягивание руки до l0 {digitalWrite(RRetraction, LOW); digitalWrite(RExtension, HIGH);} while (analogRead(Extension) != l0 || analogRead(Retraction) != l0); } // Конец цикла } } 7. Список использованных источников 1. ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. 2. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. Взамен ГОСТ 1050-88;введ. 01.01.2015. – Москва: Стандартинформ,2014. (Межгосударственный стандарт). 3. Основы технологии машиностроения: Нормирование технологических процессов [Электронный ресурс].-2020.-Режим доступа: http://osntm.ru /normir_tpr. html. 4. Металлообрабатывающее оборудование, токарные станки, фрезерные станки [Электронный ресурс].-2020. Режим доступа: http://novator-grp.ru/rus/catalog/13. 5. Длительно-поворотные столы серии RT/TT [Электронный ресурс].- 2020. Режим доступа:http://www.rudetrans.ru/catalog/avtomatizatsiya proizvodstva /deli telno-povorotnye-stoly-serii-r-tt. 6. Fanuc: Промышленные роботы FANUC для интеллектуальной автоматизации производства [Электронный ресурс].-2020. Режим доступа:https://www.fanuc.eu/ru/ru/%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE% D1%82%D1 |