Разработка робото-технологического комплекса модели РРТК-3Д31 для промышленного робота

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Курсовая работа

Разработка робото-технологического комплекса модели РРТК-3Д31 для промышленного робота

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общие требования к РТК. Выбор объекта роботизации

2. Характеристика РТК как объекта моделирования

3. Проектирование заготовки для обработки на РТК

4. Проектирование роботизированного технологического процесса

5. Требования к оборудованию, входящему в состав РТК, выбор модели станка, его характеристика

6. Управление ПР, входящим в состав РТК. Обоснование выбора ПР для РТК

7. Устройство ПР, принцип действия, его техническая характеристика

8. Траектория движения руки робота

9. Выбор средств оснащения РТК

10. Составление циклограммы работы РТК

11. Выбор, проектирование и расчет захватного устройства

11.1 Конструкция захватного устройства

11.2 Расчет захватного устройства

12. Оценка надежности и эффективность РТК

Список использованных источников

рука промышленный робот захватное устройство

Введение

В современном машиностроении наметилась тенденция автоматизации производственных процессов особенно в серийном, крупносерийном и массовом производствах.

Автоматизация производственных процессов заключается в том, что для получения деталей необходимо оборудование, которое способно работать без участия человека или с его частичным участием.

Основной целью автоматизации механической обработки является исключение ручного труда.

С помощью промышленных роботов на металлорежущих станках логично автоматизировать ряд операций:

- установка заготовок в рабочую зону станка;

- снятие деталей со станка и раскладка их в тару;

- передача деталей от станка к станку;

- контроль размеров деталей;.

Основными условиями для использования промышленного робота являются:

- соответствие массы манипулирования объекта грузоподъемности промышленного робота;

- возможность захвата объекта захватным устройством промышленного робота;

- возможность организации беспрепятственного перемещения между требуемыми позициями.

1. Общие требования к РТК. Выбор объекта роботизации

Робото - технологический комплекс (РТК) - совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. Общие требования к РТК:

1. Его планировка должна обеспечивать свободный, удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала, к основному и вспомогательному оборудованию, а также к органам его управления.

2. Планировка должна исключать пересечение путей следования промышленного робота и оператора в процессе его работы по программе.

3. Он должен быть обеспечен средствами защиты от возможного проникновения в зону действия ПР, причем необходимо применение параллельно двух-трех различных защитных средств, действующих автономно.

4. Размещение средств защиты не должно:

- ограничивать технологические возможности основного оборудования и промышленного робота;

- затруднять удобство их обслуживания;

- препятствовать визуальному наблюдению за ходом технологического процесса.

5. Размещение средств его управления должны обеспечивать свободный и быстрый доступ к органам аварийного отключения робота и безопасное оперирование при управлении роботом в свободном режиме.

6. Его планировка должна обеспечивать беспрепятственное перемещение оператора вне рабочей зоны ПР в течении его работы по программе, а также возможность наблюдения оператором за ходом выполнения технологической операции и состоянием оборудования.

В РТК можно включить оборудование, работающее с полной автоматизацией цикла и требующее мало времени на переналадку. Оборудование должно обеспечивать высокий уровень концентрации и совмещения переходов обработки. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют станки с ЧПУ. Для повышения надежности РТК необходимо обеспечить автоматизацию контроля в процессе обработки, автоматизацию подачи смазочно-охлаждающих сред в зону резания, автоматическую смену инструмента. На станках должна быть предусмотрена надежная система дробления стружки и удаления ее активным (смывом или сдувом) или пассивным (под действием гравитационных сил) способом.

Целесообразность роботизации определяется производственными и социальными требованиями. К производственным требованиям относят: повышение производительности оборудования; повышение качества обработанной детали; улучшение организационно - экономических условий управления технологическими и производственными процессами; уменьшение трудоемкости, себестоимости изготовления деталей и изделия.

Согласно заданию, роботизируем токарные операции обработки заготовки типа короткого тела вращения.

Роботизация удовлетворяет большинству из перечисленных выше требований и является эффективным способом автоматизации механообрабатывающего производства.

2. Характеристика РТК как объекта моделирования

РТК модели РРТК - 3Д31 предназначен для обслуживания станка (1) модели 1П756ДФ3 с использованием ПР (5) модели М40П.05.01, который перемещается по монорельсу 2, рука робота захватывает заготовку 4 со стола - накопителя 3 и переносит в рабочую зону станка. Управление работой РТК осуществляется системой управления 6, питание осуществляется электростанцией 7 (лист 1).

Техническая характеристика РТК

Модели РРТК-3Д31

- диаметр обрабатываемых заготовок, мм 160-500

- ширина заготовок, мм10-150

- наибольшая масса заготовок, кг 40

- наибольший продольный ход суппорта, мм 930

- наибольший поперечный ход суппорта, мм 480

- количество управляемых осей координат 2/2

- ход руки манипулятора вдоль оси центров станка, мм 3600

- точность позиционирования манипулятора, мм3

- масса, кг 12310

3. Проектирование заготовки для обработки на РТК

Основываясь на задании в качестве обрабатываемой заготовки принимаем заготовку типа короткого тела вращения с некоторыми ограничениями габаритных размеров и массы.

В данном случае заготовка - отливка.

Рисунок 1. Эскиз заготовки.

Припуски и допуски на заготовку назначаем по ГОСТ 26645-85 и заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Припуски и допуски.

Размер, мм	Припуск, мм	Допуск, мм
18	2,0	1,2
90	2,3	1,8
130	2,4	2,0
114	2,4	2,0
190	2,6	2,2
60	2,1	1,6

К заготовкам, обрабатываемым на РТК предъявляется ряд требований:

- однородность размеров для захвата ЗУ;

- иметь ярко выраженные базы;

- соответствовать используемому ЗУ по грузоподъемности;

- конструктивно - технические параметры заготовки должны соответствовать допускаемым.

4. Проектирование роботизированного технологического процесса

Спроектируем роботизированный технологический процесс для обработки заготовки (рис.1) на РТК модели РРТК3Д31.

Операция 010 Токарная

1. Установить, закрепить, снять.

2. Подрезать торцы в размеры 62 и 18,5.

3. Начисто подрезать торец на размер 18.

4. Точить фаску 1Ч45⁰.

5. Точить начерно 131 на длину 31.

6. Начисто точить 130js6 на длину 24.

7. Точить 120 на длину 7 (канавка).

Рисунок 2. Эскиз операции 010.

Операция 015 Токарная

1. Установить, закрепить, снять.

2. Точить торец на размер 60.

3. Точить конус.

4. Точить 130js6.

5. Расточить начерно 89 на длину 60.

6. Расточить начисто 90 на длину 60.

7. Точить внутренние канавки 94 на длину 4.

Рисунок 3. Эскиз операции 015.

5. Требования к оборудованию, входящему в состав РТК, выбор модели станка, его характеристика

Основным требованием, предъявляемым к станкам, входящим в состав РТК - машинное время на обработку детали должно составлять 3-15 минут и более.

Главным критерием, определяющим возможность включения станков в состав РТК, является степень их автоматизации, позволяющая без серьезных конструктивных переделок посредством незначительной модернизации перевести их на работу в автоматическом режиме в комплексе с ПР, а также достаточно быстрая переналаживаемость станка. Данным требованиям отвечают станки, имеющие полностью автоматизированный цикл работы, в том числе переключение скоростей и подач, автоматизированный либо механизированный зажим изделия и оснащенные устройствами для автоматической смены инструмента (если в процессе обработки на одной операции требуется использовать несколько инструментов). Необходимо также учитывать степень автоматизации вспомогательных операций (контроль деталей, отвод и подвод заграждений, вывод стружки и пр.).

В состав РТК должны входить станки средней размерной группы по ГОСТ 7599-82, предназначенные для обработки штучных заготовок; цикловые станки-полуавтоматы; станки-автоматы с ЧПУ; агрегатные и специальные станки.

Техническая характеристика станка модели 1П756ДФ3

- наибольшие размеры обрабатываемой заготовки, мм:

устанавливаемой над станиной630

устанавливаемой над суппортом500

длина320

- наибольшее перемещение суппорта, мм:

продольное или вертикальное720

поперечное или горизонтальное480

Частота вращения шпинделя, об/мин 8 - 1600

Рабочая подача суппорта, мм/мин

копировального 1 - 2000

поперечного 1 - 2000

Скорость быстрого перемещения

суппорта, м/мин:

копировального 10

поперечного 10

Дискретность задания размеров, мм:

продольных 0,002

поперечных 0,002

Число позиций поворотной револьверной головки4, 6

Мощность электродвигателя главного привода, кВт 30

Габаритные размеры, мм:

длина 3200

ширина 2000

высота 2600

Масса, кг 8000

6. Управление ПР, входящим в состав РТК. Обоснование выбора ПР для РТК

Для обслуживания токарного многорезцового полуавтомата модели 1П756ДФ3 при весе заготовки 2,5 кг выбираем ПР модели М 40П.05.01.

ПР в РТК выполняют загрузку станка заготовками из магазина - накопителя, выгрузку обработанных деталей и установку их в тот же магазин после обработки.

Техническая характеристика ПР модели М 40П.05.01

Грузоподъемность, кг40

Число степеней подвижности 5

Наибольшее перемещение, мм:

каретки по монорельсу 10800

руки в вертикальном направлении 420

поворот руки, град 100

поворот руки относительно продольной оси 90, 180

поворот кисти, град90

Наибольшие скорости перемещений:

каретки по монорельсу, м/с0,8

руки в вертикальном направлении, м/с0,8

поворота руки и кисти, град/с 9

Точность позиционирования, мм1

Масса, кг 3000

7. Устройство ПР, принцип действия, его техническая характеристика

Специализированный ПР модели М40П.05.01, общий вид которого приведен на листе 2, предназначен для обслуживания различного технологического оборудования, в том числе, металлорежущих станков с ЧПУ в составе гибких автоматизированных станочных систем. ПР оснащается устройством ЧПУ позиционного типа (УП 14-331), позволяющим осуществлять заданные программой перемещения по трем координатам и выполнять большое число команд управления циклом работы как самого ПР, так и обслуживающего оборудования.

ПР оснащается устройством для автоматической смены схватов, в т.ч. двухзахватных, обеспечивающих одновременное манипулирование с заготовкой и обрабатываемой деталью.

Конструкция ПР предусматривает возможность установки на нем дополнительных механизмов и устройств.

Манипулятор ПР выполнен передвижным и имеет нормальную компоновку, позволяющую осуществлять групповое обслуживание металлорежущих станков с горизонтальной осью вращения шпинделя.

На портале 1 смонтирована передвижная каретка 2, несущая механизм вертикального выдвижения руки. Каретка перемещается по монорельсу 7, закрепленному на портале.

Рука 4 манипулятора выполнена в виде двухплечевого рычага, шарнирно закрепленного в ползуне 3 и может совершать качательное движение в вертикальной плоскости.

На нижнем конце руки 4 шарнирно крепится кисть 5 со схватом 6. Кисть может поворачиваться относительно горизонтальной оси, проходящей через шарнир крепления ее к руке 4, а также вращаться вокруг своей оси на определенный угол. Устройство управления состоит из шкафа ЧПУ 9 и электроавтоматики 8. Привод звеньев манипулятора - гидравлический.

8. Траектория движения руки робота

Рука ПР перемещается к магазину-накопителю, где происходит захват заготовки, затем рука отводится и перемещается по монорельсу. Рука с заготовкой перемещается в рабочую зону станка и, после этого устанавливаем заготовку в патроне. После завершения обработки все манипуляции руки производятся в обратном порядке от станка к магазину-накопителю. Кроме того, так как деталь обрабатывается с двух сторон, то рука, захватив деталь разворачивается на 180⁰ и устанавливает ее в патрон.

Схема траектории движения руки ПР модели М40П.05.01

Рисунок 4. Схема траектории движения руки робота. 1 - заготовка; 2 - магазин-накопитель; 3 - станок.

9. Выбор средств оснащения РТК

В состав РТК входят станки с числовым программным управлением или станки-полуавтоматы. Число станков, используемых в РТК зависит от конструкции ПР, а также от машинного времени работы станков. В зависимости от конструкции, кинематической схемы ПР, определяющих размеры и форму его рабочей зоны, а также модели станков можно создать РТК разной компоновки. В том числе:

1) однопозиционный РТК;

2) многопозиционный РТК круговой компоновки;

3) многопозиционный РТК линейной компоновки.

Кроме того, в состав РТК входит вспомогательное оборудование - транспортно-накопительное устройство.

В данном случае в состав РТК - 3Д31входят:

- ПР модели М40П.05.01;

- токарный многоинструментальный полуавтомат модели 1П756ДФ3;

- магазинно-загрузочное устройство лоткового типа.

Рисунок 5. Схема планировки РТК модели РРТК 3Д31.

1-ПР модели М40П.05.01; 2-станок модели 1П756ДФ3; 3-магазин-накопитель лоткового типа; 4-устройство управления ПР; 5- устройство управления станком; 6-ограждение.

10. Составление циклограммы работы РТК

Для составление циклограммы работы РТК весь цикл работы разбиваем на элементарные движения и определяем время для каждого цикла, а затем определяем весь цикл работы.

1) Ввод руки робота:

t = S / V, с(1)

где: S - перемещение руки в вертикальном направлении; S=0,42 м.

V - скорость перемещения руки в вертикальном направлении;

V=0,8 м/с

t = 0,42 / 0,8 = 0,6 с

2) Захват заготовки:

;(2)

где: ц₁ и ц₂ - поворот руки и кисти, 100⁰ и 90⁰ соответственно;

S_ц1 и S_ц2 - скорость порота руки и кисти, 9 град/с.

3) Отвод руки t=0,6 с.

4) Перемещение по монорельсу:

t = S / V, с

t = 10,8 / 0,8 = 13,5 с

Ввод руки в рабочую зону 0,6 с.

5) Установка заготовки 21 с.

6) Отвод руки 0,6 с.

7) Ввод руки в рабочую зону 0,6 с.

8) Захват детали 21 с.

9) Отвод руки 0,6 с.

10) Перемещение по монорельсу 13,5 с.

11) Ввод руки в рабочую зону 0,6 с.

12) Установка детали 21 с.

13) Отвод руки 0,6 с.

Циклограмма работы РТК представлена на листе 3 графической части.

Общая длительность цикла работы комплекса составит:

Т_ц =

Т_ц = 0,6 + 21 + 0,6 + 13,5 + 0,6 + 21 + 0,6 + 0,6 + 21 + 0,6 + 13,5 +

+ 0,6 + 21 + 0,6 = 115,8 с.

11. Выбор, проектирование и расчет захватного устройства

11.1 Конструкция захватного устройства

Захватное устройство ПР предназначено для базирования и удержания заготовки при манипулировании.

При выборе ЗУ для ПР необходимо в качестве исходных данных учитывать:

- тип и конструкцию станка и магазина-накопителя;

- характеристики объекта манипулирования;

- особенности технологического процесса, выполняемого в комплексе.

В данном случае: станок токарный, многорезцовый автомат модели 1П756ДФ3, оснащен трехкулачковым патроном, заготовка базируется на цилиндрической поверхности и торцу.

В магазине-накопителе заготовка устанавливается на цилиндрическую поверхность.

Так как РТК предназначено для первой операции, где производится обработка цилиндрической поверхности заготовки, то ЗУ должно брать заготовку за цилиндрическую часть.

11.2 Расчет захватного устройства

Схема ЗУ приведена на рисунке 6.

Усилие захвата:

(3)

где: F - усилие, которое требуется для удержания заготовки при манипулировании, Н;

m - масса заготовки, кг;

а - максимальное ускорение центра масс заготовки, м/с²; а=17,9 м/с²;

K₁ - коэффициент, зависящий от положения заготовки по отношению к губкам схвата и направления действия силы тяжести; K₁=1/2; =1,13

K₂ - коэффициент запаса; K₂=1,3.

F=2,5 (9,8 + 17,9) Ѕ 1,13 = 400 Н

Усилие привода схвата определяем из условия равенства элементарных работ, совершаемых приводом и губками схвата:

S = (D₁ - d₂ ) / 2 + ;(4)

где:D₁ и d₂ - максимальный (минимальный) диаметры заготовки;

- дополнительный ход; = 25 мм

S = (190 - 130 ) / 2 + 25 = 55 мм.

Радиус зубчатых секторов определяем из расчета зубчатой передачи на изгиб:

(5)

где:Y_F - коэффициент формы зуба; Y_F = 4,26;

K_Fв - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца; K_Fв = 1,08;

Z - минимальное число зубьев; Z=15;

Ш_bd - коэффициент ширины венца; Ш_bd = 0,6;

[у_F] - допустимое напряжение; [у_F] = 320 МПа.

Диаметр поршня гидроцилиндра определяем из соотношения:

(6)

где: Fn - усилие привода схвата; Н;

з_п - КПД привода; з_п = 0,95;

з_с - КПД схвата; з_с = 0,95;

р - давление энергоносистемы; р = 6 МПа;

Принимаем d = 10 мм.

Ширину губок определяем :

(7)

где: Е - модуль упругости материала; Е = 2 · 10⁵ МПа;

d - диаметр заготовки; d = 60 мм;

[у_н] - допускаемое напряжение; [у_н] = 650 МПа;

Принимаем b = 30 мм.

Определяем опасное сечение:

;(8)

где:[у_п] = 250 МПа;

Принимаем толщину рычага схвата h = 10 мм.

Из конструктивных соображений принимаем расстояние между шарнирами C равным 100 мм.

Тогда усилие, действующее на шарниры:

(9)

Диаметр шарниров определяем исходя из расчета на срез:

(10)

где:[ф_ср] - допускаемое напряжение среза; [ф_ср] = 120 МПа;

Принимаем d_ш = 5 мм.

Проверяем шарниры на смятие:

(11)

где:l_ш - длина рабочей части шарнира; l_ш = 35 мм;

Допускаемое напряжение смятия для стали 45:

[у_см] = 80 МПа.

Для заданных параметров схвата при проектировании используем следующие размеры:

- диаметр шарниров - 5мм;

- размеры рычагов - 10010 мм;

- диаметр гидроцилиндра - 10 мм.

Рисунок 6. Схема ЗУ.

12. Оценка надежности и эффективность РТК

Надежность функционирования РТК оценивается путем нахождения комплексного показателя надежности - коэффициента технического использования РТК, определяемого с учетом собственных простоев входящего в состав РТК основного и вспомогательного оборудования. Для РТК механической обработки К_тн=0,8…0,85.

При оценке эффективности ПР необходимо учитывать, что он не всегда способен полностью заменить рабочего, обслуживающего технологическое оборудование, а может лишь освободить его от монотонного физического труда, изменить характер и содержание труда, приближая его к труду наладчика.

Основным источником экономической эффективности применения ПР и РТК являются:

- производительность оборудования или повышение производительности труда в результате замены ручного труда;

- транспортирование деталей и выполнение основных технологических операций (сварки, сборки и т. д.);

- повышение ритмичности производства;

- повышение коэффициента сменности оборудования без увеличения численности рабочих;

- снижение процента брака;

- повышение стабильности качества;

- уменьшение размеров оборотных средств в незавершенном производстве;

- уменьшение времени на установку и снятие детали;

- увеличение норм обслуживания станков одним рабочим.

Список использованных источников

1.Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах., том 1/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 656 с.

2.Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей. Учебное пособие для технических ВУЗов./ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; Под общей ред. Ю.М. Соломенцева.- М.: Машиностроение, 1986. - 140 с.

3.Роботизированные технологические комплексы и гибеик производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей. Учебное пособие для технических ВТУЗов./ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; Под общей ред. Ю.М. Соломенцева.- М.: Машиностроение, 1989. - 192 с.

4.Обработка металлов резанием. Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин и др.; Под общей ред. А.А. Панова. - М.: Машиностроение, 1988. - 736 с.

5.Гибкие производственные комплексы / Под ред. Б.П. Белянина и В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

6.Роботизированные производственные комплексы / Ю.Г. Козырев, А.А. Кудинов, В.Э. Булатов и др.; Под общей ред. Ю.Г. Козырева и А.А. Кудинова. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru