Проектирование гибкого производственного модуля

16

Курсовая работа

На тему: Проектирование гибкого производственного модуля

Содержание

Введение

Описание принципа работы модуля

Анализ производительности модуля

Структура промышленного робота

Продольный разрез захвата робота

Фотоэлектрический преобразователь

Заключение

Список литературы

Введение

Бурное развитие информатики и микропроцессорной техники подняло на принципиально новый уровень решение многих задач управления технологическими и производственными процессами.

Тенденция перехода к автоматизированному производству затронула многие сферы хозяйства, в том числе и машиностроение. В основе автоматизации процессов лежит частичное или полное отстранение человека от непосредственного участия в производственном процессе.

В современных условиях прогрессивным может быть только такое производство, которое способно учитывать изменение спроса заказчиков и может быстро переходить на выпуск новой продукции. В результате удается избежать выпуска не находящей спроса продукции бесполезного расходования ресурсов. Развитие автоматизации на ранних этапах характеризовалось отсутствием мобильности, динамичности - создание жестких автоматических линий, предназначенных для массового производства (срок окупаемости таких линий составляет не менее 8 - 10 лет). Однако единичное и мелкосерийное производство оставались практически неавтоматизированными. Именно поэтому возникла принципиально новая концепция автоматизированного производства - гибкие производственные системы (ГПС).

Начальным этапом формирования направления автоматизации этих типов производств можно считать 60-е годы, когда впервые было сформулировано понятие "гибкое производство". Под гибкостью станочной системы понимают ее способность быстро перестраиваться на обработку новых деталей в пределах, определяемых техническими возможностями оборудования и технологией обработки группы деталей.

Высокая степень гибкости обеспечивает более полное удовлетворение требований заказчика, оперативный переход к выпуску новой продукции, сохранение оправданного характера мелкосерийного производства, автоматизацию технологической подготовке производства на базе вычислительной техники, снижение затрат на незавершенное производство.

Гибкое автоматизированное производство должно обладать следующими признаками:

1. гибкость состояния системы, то есть способность хорошо функционировать при различных внешних (появление нового ассортимента изделий, изменение технологии и др.) и внутренних (сбои в системе управления станками, отклонения во времени и качестве обработки и т.д.) изменениях;

2. гибкость действия, то есть обеспечение возможности легко включать в систему новые станки и инструменты для увеличения ее мощности в связи с увеличением объема производства;

3. гибкость системы группирования, то есть возможность расширения семейства обрабатываемых деталей;

4. гибкость технологии, определяющая способность системы учитывать изменения в составе выполнения технологических операций;

5. гибкость оборудования, которая характеризуется способностью системы справиться с переналадками в станках;

6. гибкость транспортной системы, выражающаяся в бесперебойной и оптимальной загрузке металлорежущего оборудования по определенной, наперед заданной стратегии управления;

7. гибкость системы обеспечения инструментом;

8. гибкость системы управления, обеспечивающая наиболее рациональное построение маршрутов обработки и транспортных потоков с точки зрения различных критериев;

организационная гибкость производства, заключающаяся в возможности простого и незамедлительного перехода на обработку любой из освоенных системой деталей. Основными компонентами ГПС являются: гибкий производственный модуль (ГПМ), автоматические складская и транспортная системы (АСС и АТС) и система автоматизированного управления.

Гибкий производственный модуль должен выполнять в автоматическом режиме следующие функции:

1. переналадку на изготовление другого изделия;

2. установку изделий, подлежащих обработке в технологическом оборудовании, и выгрузку готовых изделий;

3. очистку установок от отходов производства;

4. контроль правильности базирования и установки обрабатываемого изделия;

5. контроль рабочих сред и средств, осуществляющих обработку, а также формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

6. замену средств обработки и рабочих сред;

7. контроль параметров, обрабатываемого изделия и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

8. автоматическое управление технологическим процессом на основе принятых критериев эффективности;

9. связь с верхним уровнем управления с целью обмена информацией и приема управляющих воздействий;

10. диагностику технического состояния и поиск неисправностей.

Применение автоматической складской системой в ГПС необходимо для хранения запаса объектов обработки, инструмента, приспособлений, материалов в связи с тем, что при многономенклатурном производстве невозможно организовать обработку различных партий деталей в едином ритме, подобно автоматическим линиям с жестким циклом. Автоматическая складская система используется в качестве организующего звена, информационная модель которого может применяться для планирования работы ГПС, так как сменно - суточное задание рассчитывается на основании информации о наличии предметов и средств обработки на складе. Она должна иметь достаточную емкость для обеспечения непрерывности многосменного технологического цикла при рациональном использовании площадей и объемов производственных помещений, обеспечить сохранность обрабатывающих устройств и готовых изделий в заданном ориентировочном положении при операциях приема, хранения и выдачи, а также учет комплектности склада и выдачу информации об этом на верхний уровень управления.

Автоматическая транспортная система, входящая в ГПС, обеспечивает получение из АСС и возврат изделий (полуфабрикатов, материалов, комплектующих изделий, инструмента, технологической оснастки и др.), перемещение их в заданном направлении с заданной скоростью, перекладку с одних транспортных средств на другие, установку на приемные устройства с заданной точностью, транспортировку изготовленных изделий на склад готовой продукции и т.д.

Эта система должна удовлетворять требованиям ГПМ, сохранять ориентацию перевезенного груза, осуществлять связь с верхним уровнем управления. В состав АТС входят основное транспортное оборудование, основу которого составляют накопительно-ориентиррующие устройства. В зависимости от условий производства в ГПС применяются транспортные средства трех видов: напольные роботы - электроробокары, подвесные транспортные роботы и конвейерные системы.

Особенности: ГПС являются достаточно сложным, динамическим объектом, который нельзя описать без определенных допущений. Во многом его экономическая эффективность зависит от созданной математической модели производства.

Преимущества:

1. Сокращение объемов незавершенного производства в 2-2,5 раза;

2. Повышение коэффициента загрузки оборудования до 0,8 - 0,9;

3. Повышение мобильности производства (сокращение сроков освоения новой продукции, возможность обеспечения быстрой приспособляемости производства к изменению объекта изготовления, сокращение времени подготовки производства в среднем на 50%, уменьшение наименований и количества необходимого инструмента, сокращение времени установки заготовок на станке и т.д.);

4. Повышение производительности труда (рост производительности труда на всех стадиях производства, сокращение времени цикла обработки каждой детали за счет автоматизации установки и снятия заготовок, обеспечение длительной работы без присутствия человека или при ограниченном количестве операторов, повышение коэффициента сменности);

5. Повышение качества продукции (увеличение надежности управления станками, обеспечение стабильности качества продукции, сокращение времени сборки изделий, снижение брака в 4-5 раз и затрат на его ликвидацию, автоматизация контроля размеров обрабатываемых деталей непосредственно на станке);

6. Снижение затрат на производство (снижение себестоимости продукции за счет роста производительности труда, сокращение сроков технической подготовки и вспомогательных работ, сокращение расходов на содержание производственных и вспомогательных площадей, снижение срока окупаемости).

Проблемы и трудности всегда имеют место при внедрении новой техники, однако для ГПС они могут быть более значительными, так как это новая концепция производства. Рассмотрим их подробнее:

-большие первоначальные капитальные вложения, связанные с приобретением и пуском ГПС.

-сложности при проектировании и внедрении системы управления;

-проблемы подготовки кадров - рабочий перестает быть оператором, знающим одну специальность, он должен владеть рядом профессий;

-сложность проектирования ГПС и выполнения технико-экономического анализа;

имеется мало поставщиков систем, которые могут поставлять сложные системы;

Анализ ГПС позволяет сделать некоторые выводы:

-управление транспортными системами и работой станков осуществляется одной или несколькими ЭВМ;

-число станков в ГПС колеблется от 2 до 50. Однако 80% ГПС составлено из 4-5 станков и 15% из 8 - 10;

-реже встречаются системы из 30-50 станков (2-3%);

-Наибольшее распространение получили в механообработке - до 71%;

-различна и степень гибкости ГПС. Например в США преобладают системы для обработки изделий в пределах 4-10 наименований, в Германии - от 50 до 200;

Описание принципа работы модуля

Гибкий производственный модуль, изображенный на чертеже 1, предназначен для токарной обработки заготовок - деталей типа вал, включая нарезание резьбы. Модуль состоит из токарного многоцелевого станка с ЧПУ 1И611ПМФ3 1, промышленного робота 2, пластинчатого тактового восьмипозиционного стола 3, работающего в шаговом или непрерывном цикле. В автоматическом режиме стол управляется от системы ЧПУ робота. На каждую позицию стола можно установить несколько заготовок. Имеется так же система управления 4. При включении станка в работу робот захватывает из гнезда стола-накопителя 3 заготовку и переносит ее в патрон шпинделя станка 1. После зажима заготовки кулачками патрона и отвода захвата робота в позицию ожидания выполняется обработка заготовки по числовой программе. После завершения обработки включается в работу робот 2, его захват вводится в зону обработки, захват берет заготовку, разжимается патрон, заготовка выводится в свободное гнездо стола 3. Захват разжимается, рабочий орган робота отводится в позицию ожидания, а накопитель перемещается на шаг. Затем цикл повторяется.

Анализ производительности ГПМ

Время, в течение которого производится обработка складывается из времени затрачиваемого на рабочие ходы и времени затрачиваемого на вспомогательные ходы.

Т=t_p + t_в;

Автоматизированное оборудование характеризуют два вида производительности: технологическая и цикловая.

Цикловая производительность

Q_ц=1/Т;

Если технологический процесс происходит непрерывно(t_в=0), то цикловая производительность

Q_ц=1/ t_p=К

- технологическая производительность.

Описание работы станка и робота.

Промышленный робот.

Начало цикла.

Выдвиг руки к тактовому столу. Время - 1 с.

Зажим заготовки. Время - 1 с.

Движение руки вверх вместе с заготовкой. Время - 1 с.

Поворот руки от тактового стола к станку . Время - 2 с.

Движение руки вниз к месту обработки. Время - 1 с.

Разжим заготовки. Время - 1 с.

Вдвиг руки. Время - 1с.

Станок.

Зажим заготовки на станке зажимным устройством. Время - 1с.

Обработка детали. Время - 762 с (12,7мин).

Разжим обработанной детали. Время - 1 с.

Промышленный робот.

Выдвиг руки. Время - 1с.

Зажим детали. Время - 1 с.

Движение руки вверх вместе с деталью. Время -1 с.

Поворот руки от станка к тактовому столу на 90.Время - 1с.

Движение руки вниз к тактовому столу. Время - 1 с.

Разжим детали. Время - 1 с.

Вдвиг руки. Время - 1 с.

Тактовый стол.

Поворот тактового стола со скоростью 0.25 м/с на одну позицию. Время - 2 с.

Конец цикла.

Общее время цикла - 781 с (13,016мин).

Цикловая производительность

Q_ц=1/0,2169=4,6 шт/час;

Технологическая производительность

К=1/0,212=4,7 шт/час;

Коэффициент производительности:

з= Q_ц/К=4,6/4,7=0,97;

это значит, что возможности, заложенные в технологическом процессе, использованы на 97%.

Структура промышленного робота

Структура ПР «Циклон-5.02» изображена на чертеже 2. Робот имеет механическую руку 1, с захватом 2. Все основные механизмы приводов расположены в корпусе 3, ПР располагается на основании 4. Механическая рука может перемещаться в радиальном и вертикальном направлениях, а так же поворачиваться вокруг вертикальной оси. Захват может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Все движения на чертеже обозначены стрелками. Робот обладает четырьмя-семью степенями подвижности.

Техническая характеристика:

Грузоподъемность суммарная/ на одну руку, кг 10/5

Число степеней подвижности (без захватного устройства) 6

Число рук/захватных устройств на руку 2/1

Тип привода пневматический

Управление цикловое

Число программируемых координат 3

Способ программирования перемещений по упорам

Вместимость памяти системы (число команд) 30

Погрешность позиционирования, мм 0,1

Наибольший вылет руки, мм 1500

Линейные перемещения, мм:

r (при скорости 0,6 м/с) 600

z (при скорости 0,3 м/с) 100

Угловые перемещения руки, :

(при угловой скорости 160 /с) 180

(при угловой скорости 90 /с) 180

Масса, кг 780

Продольный разрез схвата робота

Продольный разрез захвата робота с реечным механизмом изображен на чертеже 3. По сравнению с рычажным механизмом, реечный имеет меньшие габариты, обеспечивающие большее раскрытие губок, но не дают выигрыша в усилии зажима объекта.

В данном захватном устройстве поворотные губки 1 свободно сидят на осях 4. На губках закреплены зубчатые секторы 5, входящие в зацепление с рейками 3, которые закреплены на тяге 2.

Фотоэлектрический преобразователь

После того как изготовлена деталь, обычно проводятся их испытание с целью выявления возможных дефектов. Тщательному контролю подвергаются линейные размеры деталей. Все измерительные операции являются частью производственных задач, решаемых на всех предприятиях мира. Роботы способны облегчить их выполнение.

Для этой цели роботы оснащаются миниатюрными фотоэлектрическими преобразователями. Облучая проверяемую поверхность лучом определенной частоты, подобный датчик принимает отраженное от поверхности излучение, имеющее туже частоту. Робот, в соответствии с заложенной в нем программой, перемещает датчик от одной точки контролируемого изделия к другой. по результатам измерения интервала времени между моментом испускания светового импульса и его приема после отражения рассчитывается форма проверяемой поверхности. Все эти действия выполняет компьютер данной автоматизированной системы.

Операции подобного рода позволяют избежать использования таких инструментов, как микрометры и штангенциркули. Для контроля формы и размеров деталей при использовании такой роботизированной системы отпадает необходимость в отправке изделий на специальные пункты контроля качества - соответствующие процедуры можно осуществлять непосредственно на конвейере, не прерывая производственного процесса.

Схемы фотоэлектрических датчиков представлены на чертеже 3. Фотоэлектрические преобразователи используются для бесконтактных и контактных измерений. В данном случае применяется бесконтактный, который может быть как преобразователь прямого действия, так и пневмофотоэлектрические. В преобразователях прямого действия ( чертеж 4,а) контролируемую деталь 6 располагают между осветителем и фотоприемником, для повышения точности измерений ее помещают в фильтре 3. Оптическая система преобразователя состоит из источника света 1,кондесора 2 и объектива 4. При изменении размера детали 6 изменяется интенсивность потока, падающего на фотоприемник 5, что приводит к изменению фототока, фиксируемого исполнительным устройством.

Пневмофотоэлектрические преобразователи (чертеж 4,б) для бесконтактных измерений нашли применение в ряде измерительных автоматизированных приборов. при изменении контролируемого параметра изменятся давление в пневматической сети прибора, что приводит к изменению уровня жидкости, залитой в прозрачную трубку 7. Жидкость подкрашена черным красителем и перекрывает световой поток, идущий тот осветителя 1 через щели диафрагмы 8 на фоторезисторы 5.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана схема гибкого производственного модуля. Данное производство было спланировано с учётом минимального участия человека. Оно строится на использовании современного оборудования, позволяющего менять вид выпускаемой продукции с минимальными затратами.

Использование ГПМ значительно уменьшает время изготовления детали, увеличивает производительность, за счет сокращения основного и вспомогательного времени на обработку.

Применение ГПМ обеспечивает высокое качество продукции, более экономичное использование физического труда, материалов и энергии, сокращение периода времени от возникновения потребности в изделии до получении готовой продукции, возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов, позволяет полностью исключить или существенно снизить отрицательное воздействие производственного процесса на человека, поскольку человек заменяется автоматами различного служебного назначения, которые могут работать в тяжелых, вредных и опасных для здоровья человека условиях.

Список литературы

1. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. Машиностроение,1988.

2. Основы автоматизации и управления технологическими процессами в машиностроении. Учебное пособие для студентов втузов\ Зориктуев В.Ц., Буткин Н.С., Схиртладзе А.Г., Лютов А.Г., Никитин Ю.А.. Под общ.ред. В.Ц.Зориктуева, Н.С.Буткина.- Уфа, УГАТУ, 2000.- 406 с.

3. Промышленные роботы: Справочник. Ю.Г. Козырев -М.: Машиностроение, 1983. - 376 с.

4. Технологические основы гибких производственных систем. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. В.А.Медведев, В.П.Вороненко, В.Н.Брюханов и др. /Под ред.Ю.М. Соломенцева

5. Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учебное пособие для вузов/М.М. Кузнецов, Б.А. Усов.-М.: Машиностроение, 1996.