Размещено на http://www.allbest.ru/

машиностроение автоматизация робот крестовина

Курсовой проект

Разработка роботизированного технологического комплекса для изготовления детали «Крестовина» (ДШАК.741244.91)

Содержание

• Введение
• 1. Краткие сведения о детали
• 2. Материал детали и его свойства
• 3. Разработка маршрутно-технологического процесса об работки детали «Корпус»
• 4. Описание станка
• 5. Выбор и описание компоновки РТК
• 5.1 Обзор промышленных роботов
• 5.2 Выбор промышленного робота
• 6. Разработка конструкции захватного устройства
• 6.1 Классификация захватных устройств
• 6.2 Конструкция захватного устройства ПР
• 6.3 Расчет захватного устройства
• 6.3.1 Расчет сил, действующих в местах контакта ЗУ
• 6.3.2 Расчет усилий привода
• 6.3.3 Расчет контактных напряжений
• 7. Описание позиции загрузки-выгрузки
• 8. Система управление РТК
• 8.1 СЧПУ станка
• 8.2 СЧПУ промышленного робота
• 8.3 Алгоритм работы промышленного робота
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Современное отечественное машиностроение должно развиваться в направлении автоматизации производства с широким использованием ЭВМ и роботов, внедрения гибких технологий, позволяющих быстро и эффективно перестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий. Автоматизация проектирования технологии и управления производственными процессами - один из основных путей интенсификации производства, повышения его эффективности и качества продукции.

Характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий. Однако требования к производительности в условиях мелко- и среднесерийного производства не только не снизились, но и значительно возросли. Противоречия требований мобильности и производительности находят разрешение в создании гибких производственных систем (ГПС). Высокой эффективности производства достигают рациональным сочетанием оборудования, организации транспортных операций и управления ГПС. Растёт выпуск станков с ЧПУ и роботов.

При роботизации наметился коренной поворот от транспортно-загрузочных роботов к технологическим. В конструктивно-компоновочных решениях роботов большое внимание уделяют созданию подвесных конструкций, поворотных звеньев, электромеханических приводов и т.д.

Эффективность мероприятий по автоматизации производственных процессов высока там, где велика серийность выпускаемых изделий, высока надёжность автоматизированных процессов, минимальна частота и длительность переналадок.

Автоматизация производственных процессов является характерной чертой современного прогресса. Без автоматизации невозможны высокие темпы дальнейшего роста производительности труда. Одной из основных проблем при автоматизации технологического оборудования и, в частности, металлорежущих станков, является автоматизация загрузки заготовок и разгрузки (съема) обработанных деталей, а при создании автоматических линий, кроме того, и автоматизация транспортных перемещений между станками.

Автоматизация загрузки и разгрузки в общем комплексе задач по автоматизации технологических процессов является одной из наиболее сложных, что вызвано разнообразием процессов, а также форм и размеров заготовок (деталей). Иногда конструкция заготовок такова, что автоматизировать загрузку невозможно. Автоматизация загрузки и разгрузки оборудования, находящегося в эксплуатации, позволяет изменить процесс труда, повысить безопасность и коэффициент использования оборудования, а в некоторых случаях интенсифицировать режим его работы; полуавтоматические станки и станки с ручным управлением можно превратить в автоматы, снизив тем самым штучное время обработки, и широко использовать многостаночное обслуживание.[6]

1. Краткие сведения о детали

Крестовина применяется в карданных валах автомобилей и предназначена для гибкого соединения двигателя с ведущим мостом.

Деталь «Крестовина» относится к типу «корпус». У нее имеется центральное отверстие, которое является конструкторской базой. Имеется два отверстия с резьбой М5-7Н, а также два отверстия с резьбой М4-7Н. Также имеется сквозное отверстие диаметром 10 мм со шпоночным пазом шириной 3мм, расположенное перпендикулярно конструкторской базе.

Данная деталь изготовлена из стали 45 ГОСТ 1050-88.

2. Материал детали и его свойства

Деталь Крестовина изготовлена из стали 45 ГОСТ 1050-88.

Сталь 45 применяется: для изготовления вал-шестерней, коленчатых и распределительных валов, шестерен, шпинделей, бандажей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностнй термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность; валов, надставок валов и дисков подпятников для гидрогенераторов; деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска; бесшовных труб для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении; колец цельнокатаных различного назначения; проволоки, применяемой для изготовления спиц мотоциклов и велосипедов; ремизной термообработанной луженой проволоки, предназначенной для изготовления галев к ремизным приборам ткацких станков.[9]

Таблица 1 Химический состав в % стали 45

Таблица 2 Механические свойства при Т=20oС стали 45

Промышленным роботом (ПР) называют автоматические быстропереналаживаемые универсальные манипуляторы с программным управлением, способные с помощью механических рук производить захват, ориентацию и транспортирование обрабатываемых деталей или выполнять разнообразные операции, относящиеся к деятельности человека. Промышленные роботы применяют как для выполнения основных технологических операций (окраски, резки, точечной сварки и т.д.), так и для выполнения вспомогательных операций (обслуживания оборудования, выполнения погрузочно-разгрузочных работ при обслуживании металлорежущего, сборочного, кузнечно-прессового, литейного и другого оборудования, и т. д.).

Роботы I типа (роботы с обучением) - обладающие способностью запоминать программу по выполнению разнообразных операций, относящихся к сфере деятельности человека; обладающие автономными свойствами и имеющие очень ограниченные возможности по восприятию рабочей среды. Движения осуществляются по жесткой программе.

Роботы II типа (адаптивные роботы) - имеют датчики обратной связи, воспринимающие информацию от окружающей среды. Такие роботы имеют основную программу и подпрограммы, которые выбираются в зависимости от информации, полученной от внешней среды. Следовательно, такие роботы, имеющие ЭВМ или обслуживаемые ЭВМ, обладают «зрением» и «осязанием» и способны «ориентироваться» в окружающей обстановке.

Роботы III типа («интеллектуальные» роботы) - наделены искусственным интеллектом. Для их работы достаточно задать конечную цель работы, т.е. алгоритм поиска. Такие роботы могут воспринимать и логически оценивать окружающую обстановку и определять движения, необходимые для достижения заданной цели работы. Для управления интеллектуальными роботами требуются средства вычислительной техники.

Роботы I типа с цикловыми, контурными и позиционными системами программного управления успешно применяют для автоматизации загрузки-выгрузки обрабатываемых деталей, а также для выполнения транспортных и вспомогательных операций на металлорежущих станках. Применение этих роботов особенно эффективно на автоматизированных участках и в автоматических линиях из станков с ЧПУ при групповой обработке. Роботы I типа относительно просты, недороги и надежны.[6]

По степени универсальности промышленные роботы делят на три группы:

1) универсальные, предназначенные для выполнения комплекса как основных, так и вспомогательных операций независимо от типа производства с автоматической сменой захватного устройства и обладающие наибольшим числом степеней свободы;

2) специализированные, предназначенные для работы с деталями определенного класса, ограничиваемые видом производства (кузнечное, литейное, механосборочное и т.д.) с автоматической сменой захватного устройства и обладающие ограниченным числом степеней свободы;

3) специальные, предназначенные для выполнения работы только с определенными деталями по строго зафиксированной программе и обладающие одной-тремя степенями свободы.

По грузоподъемности их делят на роботы малой (до 50 Н), средней (50- 400 Н), большой (более 400 Н) грузоподъемности. Роботы могут иметь гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный силовые приводы рабочих органов. По степени конструктивной связи со станком роботы могут быть стационарными, передвижными, подвесными. Они могут работать в декартовой, цилиндрической, сферической и смешанной системах координат.[5]

5.2 Выбор промышленного робота

Технические характеристики промышленного робота согласно ГОСТ 25685-83 включают номинальную грузоподъемность, зону обслуживания роботом, рабочую зону ПР, число степеней подвижности, скорость перемещения по степени подвижности, погрешность позиционирования рабочего органа, погрешность отработки траектории рабочего органа.

Грузоподъемность - наибольшая масса захватываемого ПР объекта производства, при которой гарантируется захватывание, удерживание и обеспечение установленных значений эксплуатационных характеристик ПР.

Число степеней подвижности ПР - это сумма возможных координатных движений захваченной детали относительно неподвижного звена: стойки, основания и т. д. (движение зажима детали захватным устройством здесь не учитывается).

Зона обслуживания ПР - это пространство, котором рабочий орган выполняет свои функции в соответствии с назначением робота и установленными значениями его характеристик.

Рабочая зона ПР - это пространство, в котором может находиться рабочий орган при его функционировании. Рабочая зона может иметь объем от 0,01м3 (при особо точных операциях) и свыше 10м3 (для передвижных роботов).

Погрешность позиционирования - отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей программой. Большинство современных ПР имеет погрешность ± 0,1 ... 2,5 - мм (для грубых работ от ±1> до ±5 мм, для точных работ от ±0,1 до ±1 мм, для высокоточных работ до ±0,1 мм).[6]

Исходя из выше сказанного выбираем ПР модели «М20П.40.01», который обеспечивает необходимую грузоподъемность, рабочая зона достаточна для загрузки , разгрузки детали на станок.

6. Разработка конструкции захватного устройства

Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР. Как правило, ПР и M комплектуют набором типовых (для данной модели) ЗУ, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. Иногда на типовой захват устанавливают сменные рабочие элементы (губки, присоски и т. п.). К ЗУ предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на надежность крепления ЗУ к руке ПР. При обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственно возможным решением, если одновременно обрабатываются детали различных конфигурации и массы. Поэтому к ЗУ для ПР, работающих в условиях серийного производства, предъявляются дополнительные требования: широкодиапазонность (возможность захватывания и базирования деталей в широком диапазоне массы, размеров и формы), обеспечение захватывания близко расположенных деталей, легкость и быстрота замены (вплоть до автоматической смены ЗУ). В ряде случаев необходимо автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали. В последнее время ведутся разработки конструкций ЗУ, способных захватывать и базировать не ориентировано расположенные объекты.[5]

6.1 Классификация захватных устройств

Классифицируют ЗУ по признакам, которые в большинстве случаев являются равноправными. В таблице 2 приведены примеры конструкций ЗУ, распределенные в соответствии с отдельными классификационными признаками.

Схватывающие ЗУ удерживают объект благодаря кинематическому воздействию рабочих элементов (губок, пальцев, клещей и т. п.) с помощью сил трения или комбинации сил трения и запирающих усилий. Все схватывающие ЗУ активного типа подразделяются на две группы: механические (клещи, тиски, шарнирные пальцы) и с эластичными рабочими камерами, деформирующимися под действием нагнетаемого внутрь воздуха или жидкости[5]

Различают захватные устройства по принципу действия.

В поддерживающих ЗУ для удержания объекта используют нижнюю поверхность, выступающие части объекта или имеющиеся в его корпусе отверстия. К этим ЗУ относят крюки, петли, вилки, лопатки и захваты питателей, не зажимающие заготовку.

Удерживающие ЗУ обеспечивают силовое воздействие на объект благодаря использованию различных физических эффектов. Наиболее распространены вакуумные и магнитные ЗУ. Встречаются ЗУ, использующие эффект электростатического притяжения, адгезии, ЗУ с липкими накладками и т.п.

По характеру базирования захватные устройства делят на пять групп:

1) способные к перебазированию объекта ЗУ, изменяют положение удерживаемой детали благодаря управляемым действиям рабочих элементов. Этим свойством обладают антропоморфные ЗУ с управляемым и шарнирными пальцами.

2) Центрирующие ЗУ определяют положения оси или плоскости симметрии захватываемого объекта. К ним прежде всего относят механические ЗУ, оснащенные кинематически связанными рабочими элементами, имеющие губки в виде призм и др. Иногда это могут быть ЗУ с эластичными камерами.

3) Базирующие ЗУ определяют положение базовой поверхности (или поверхностей). Такой принцип базирования характерен для поддерживающих ЗУ. Однако он часто применяется и в схватывающих ЗУ.

4) Фиксирующие ЗУ сохраняют положение объекта, которое тот имел в момент захватывания.

5) Не обеспечивающие базирования или фиксации объекта ЗУ почти не применяют для оснащения ПР.

В зависимости от назначения (например, для сборочных ПР) ЗУ могут оснащаться дополнительными приспособлениями для выполнения ориентирующих перемещений, а также приспособлениями для выполнения некоторых технологических операций (например, гайковертом, запрессовщиком или ножницами).

По числу рабочих позиций ЗУ можно разделить на: однопозиционные и многопозиционные.

По характеру работы многопозиционные ЗУ можно разделить на три группы: последовательного, параллельного и комбинированного действия. К ЗУ последовательного действия относят двухпозиционные устройства, имеющие загрузочную и разгрузочную позиции. Рабочие элементы на каждой позиции действуют независимо. Многопозиционные ЗУ параллельного действия имеют ряд позиций для одновременного захватывания или высвобождения группы деталей. ЗУ комбинированного действия оснащены группами параллельно работающих позиций, причем группы эти приводятся в действие независимо одна от другой.

По виду управления ЗУ подразделяют на четыре группы:

1) Неуправляемые ЗУ -- пружинные механические устройства с постоянными магнитами или с вакуумными присосками без принудительного разрежения. Для снятия объекта с таких ЗУ требуется усилие большее, чем усилие его удержания.

2) Командные ЗУ управляются только командами на захватывание или отпускание объекта. К этой группе относят ЗУ с пружинным приводом, оснащаемые стопорными устройствами и срабатывающие через такт. Разжимаются и зажимаются губки пружинных ЗУ благодаря взаимодействию их с объектом манипулирования или элементами внешнего оборудования (аналогично механизмам, используемым в некоторых конструкциях шариковых авторучек).

3) Жестко программируемые (управляются СУПР). Величина перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима в таких ЗУ могут меняться в зависимости от заданной программы, которая может управлять и действием вспомогательных технологических приспособлении.

4)Адаптивные ЗУ -- программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (определения формы поверхности и массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов ЗУ).

По характеру крепления к руке ПР все ЗУ можно разделить на четыре группы:

1) Несменяемые ЗУ -- устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции робота, замена которых не предусматривается.

2) Сменные ЗУ -- устройства, представляющие собой самостоятельные узлы с базовыми поверхностями для крепления к роботу. При этом их крепление не предусматривает быстрой замены (например, установка на фланце с помощью нескольких винтов).

3) Быстросменные ЗУ -- сменные ЗУ, у которых конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к роботу обеспечивает их быструю смену

4) Пригодные для автоматической смены ЗУ -- устройства, у которых конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке робота.[5]

6.2 Конструкция захватного устройства ПР

При конструировании необходимо учитывать возможность обеспечения требований взаимозаменяемости, жесткости и точности соединения захвата с рукой робота.

Рука используется для перемещения кисти с захватом. Она представляет собой консоль и может осуществлять различные пространственные перемещения. Конструкции рук могут быть шарнирными, подобно руке человека, и без сочленений, использующие для перемещений механизм реечной передачи, поршневой цилиндр и т. д. Поворот может быть осуществлен с помощью червячной пары или лопастного гидроцилиндра. В простых моделях роботов рука перемещается с помощью поршневых цилиндров.

На рис. 7 показана конструкция специального быстросменного схвата с поворотными зажимными губками для плоских деталей. Данный схват позволяет изменять положение детали при установке ее, например, из накопителя на стол станка.

Хвостовик 1 схвата унифицированного типа крепится в шпинделе 2 кисти руки при помощи байонетного замка и фиксатора, который под действием пружины входит в паз на фланце 3. В расточке корпуса 1 установлен поршень 4, который перемещается под действием тяги 5, связанной с головкой 6 механизма привода. К поршню 4 с помощью пальцев крепятся рычаги 7 и 8 шарнирного параллелограмма, на длинном плече 9 которого на подшипниках установлен вал 10 с фланцем. К фланцу винтами крепятся сменные губки 11. В верхней части одного из рычагов 9 шарнирно установлен пневмоцилиндр 12, шток которого также шарнирно связан с валом 10. При выдвижении штока пневмоцилиндра вал 10 вместе с губкой 11 поворачивается на угол, определяемый ходом поршня. Установленное положение губок фиксируется.[5]

Рис. Общий вид захватн ого устройства (схвата). Захватное устройство состоит из следующих основных частей: 1 - хвостовик; 2 - шпиндель; 3 - фланец; 4 - поршень; 5 - тяга; 6 - головка; 7 - рычаг; 8 - рычаг шарнирного параллелограмма; 9 - плечо; 10 - вал; 11 - сменные губки; 12 - пневмоцилиндр.

6.3 Расчет захватного устройства

6.3.1 Расчёт сил, действующих в местах контакта ЗУ

Расчет механических захватных устройств включает нахождение сил, действующих в местах контакта заготовки и губок; расчет на прочность деталей захватного устройства.[7]