Разработка автоматизированного участка для обработки детали типа опора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра АИиТ

Пояснительная записка к курсовому проекту

По дисциплине: «Автоматизация технологических процессов и производств»

На тему: «Разработка автоматизированного участка для обработки детали типа опора»

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Разработка ГПС

2.1 Технологический маршрут обработки детали

2.2 Модель структуры и содержания

2.3 Расчет режимов резания

2.4 Технологическое нормирование операций

2.5 Расчет времени автоматической обработки

2.6 Расчет количества основного оборудования

2.7 Выбор основного оборудования

2.8 Выбор вспомогательного оборудования

2.9 Разработка участка

3. Разработка циклограммы

3.1 Выбор и описание датчиков

3.2 Описание циклограммы

4. Разработка наладки для станка с ЧПУ

4.1 Основные и вспомогательные функции

5. Разработка диаграммы Петри

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Автоматизация производственных процессов на основе внедрения роботизированных технологических комплексов и гибких производственных модулей, вспомогательного оборудования, транспортно-накопительных и контрольно-измерительных устройств, объединенных в гибкие производственные системы, управляемые от ЭВМ, является одной из стратегий ускорения научно-технического прогресса в машиностроении.

Применение гибких производственных систем и роботизированных технологических комплексов обеспечивает:

- увеличение уровня технической вооруженности производства за счет автоматизации практически всех основных и вспомогательных операций;

- повышение производительности труда;

- решение проблемы сокращения дефицита рабочих, выполняющих как основные, так и вспомогательные операции;

- изменение условий и характера труда за счет увеличения доли умственного и сведения к минимуму физического труда.

При обработке деталей типа тел вращения основным оборудованием в ГПС являются токарные станки с ЧПУ. Оснащение этих станков системой автоматического разделения припуска, программами обработки фасок и выточек, а также многоместными инструментальными магазинами, имеющими автономный привод, и устройством торможения шпинделя, превращает их в токарные многоцелевые станки. Оснащение ЧПУ запоминающими устройствами большой емкости позволяет быстро переналаживать станок на другие программы, что снижает подготовительно-заключительное время.

Обеспечение полностью автоматического и автономного цикла работы токарных станков достигается установкой накопителей заготовок, организацией их автоматической загрузки и разгрузки, а также контроля за состоянием инструментов и размерного контроля.

В курсовом проекте необходимо разработать гибкий автоматический участок для выпуска детали «Опора», технологический процесс обработки детали, циклограмму и диаграмму Петри.

1. Исходные данные

Деталь: «Опора».

Материал: Сталь40х.

Размер партии: 20 шт.

Время изготовления: 1 смена.

Вес заготовки, кг: m_з=6,4.

Вес детали, кг: m_д =3,5.

Рис. 1. Эскиз детали

2. Разработка ГПС

2.1 Технологический маршрут обработки детали

Таблица 1. Технологический маршрут

Операция	Установ	Позиция	Обработка	Пояснительный рисунок
Токарная 1.1	1.1.1	1.1.1.1	Растачивание черновое
		1.1.1.2	Подрез торца черновой
	1.1.2	1.1.2.1 1.1.2.2	Подрез торца -черновой -чистовой
		1.1.2.3 1.1.2.4	Обтачивание -черновое -чистовое
		1.1.2.5 1.1.2.6	Обтачивание -черновое -чистовое
	1.1.3	1.1.3.1	Растачивание чистовое
		1.1.3.2	Подрез торца -чистовой -снятие фаски 1х45
		1.1.3.3 1.1.3.4	Растачивание -черновое -чистовое
		1.1.3.5	Сверление отв. D10.5
		1.1.3.6	Сверление отв. D6.2
	1.1.4	1.1.4.1 1.1.4.2	Растачивание -черновое пов.1,2,3 -чистовое пов.1,2,3
		1.1.4.3	Фрезерование паза
Шлифовальная 1.2	1.2.1	1.2.1.1	Круглошлифовальная
		1.2.1.2	Внутришлифовальная

2.2 Модель структуры и содержания

Рис. 2. Модель структуры.

Ниже представлена модель содержания рассматриваемого технологического процесса (по операции 1.1 - установу 1.1.3 - позиции 1.1.3.5 - переходу 1.1.3.5.1):

Транспортировка заготовки на ИРТ180ПМФ4		Транспортировка шлифовальный станок		Транспортировка детали на накопительный стол
	Операция 1.1		Операция 1.2

Операция 1.1

Закрепление заготовки		Смена положения заготовки		Смена положения заготовки		Смена положения заготовки		Разжим заготовки
	Установ 1.1.1		Установ 1.1.2		Установ 1.1.3		Установ 1.1.4

Установ 1.1.3

Подвод резца		Смена резца		Смена резца		Смена резца
	Позиция 1.1.3.1		Позиция 1.1.3.2		Позиция 1.1.3.3

	Смена инструмента		Смена инструмента		Отвод инструмента
Позиция 1.1.3.4		Позиция 1.1.3.5		Позиция 1.1.3.6



Позиция 1.1.3.5

Выход инструмента в точку 1		Отвод инструмента в начальное положение
	Переход 1.1.3.5.1

Переход 1.1.3.5.1

Перемещение инструмента 1-2		Перемещение инструмента 2-3		Отвод инструмента 3-4-5
			Подача СОЖ
	Холостой ход		Рабочий ход

2.3 Расчет режимов резания

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режимов резания:

Глубина резания t: при черновом точении и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жесткости системы СПИД принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск срезается за два прохода и более. На каждом последующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. При параметре шероховатости обработанной поверхности Ra= 3,2 мкм включительно t=0,5-2,0 мм; Ra ?0,8 мкм, t= 0,1-0,4 мм.

При сверлении глубина резания t= 0,5d, при рассверливании, зенкеровании и развертывании t= 0,5(D-d).

Глубина фрезерования t и ширина фрезерования В - понятия, связанные с размерами слоя заготовки, срезаемого при фрезеровании. Во всех видах фрезерования, за исключением торцевого, t определяет продолжительность контакта зуба фрезы с заготовкой.

Глубина шлифования t, мм, - слой металла, снимаемый периферией или торцом круга в результате поперечной подачи на каждый ход или двойной ход при круглом или плоском шлифовании и в результате радиальной подачи s_p при врезном шлифовании.

Подача s: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Максимальные величины подач при точении стали 45, допустимые прочностью пластины из твердого сплава, приведены в таблице (табл. 12, с.268 [1]).

При сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу. При рассверливании отверстий подача, рекомендованная для сверления, может быть увеличена до 2 раз. При наличии ограничивающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соответствующий поправочный коэффициент.

При фрезеровании различают подачу на один зуб , подачу наодин оборот фрезы s и подачу минутную , мм/мин, которые находятся в следующем соотношении:

 (1)

где, n - частота вращения фрезы, об/мин;

z - число зубьев фрезы.

Продольная подача при шлифовании s - перемещение шлифовального круга в направлении его оси в миллиметрах на один оборот заготовки при круглом шлифовании.

Скорость резания v (м/мин): рассчитывают по формуле, установленной для каждого вида обработки, которая имеет общий вид:

(2)

Значения коэффициента и показателей степени, содержащихся в этих формулах, так же и периода стойкости Т инструмента, применяемого для данного вида обработки, приведены в таблицах каждого вида обработки. Вычисления с использованием табличных данных скорость резания учитывает конкретные значения глубины резания t, подачи , стойкостиТ и действительна при определенных табличных значениях ряда других факторов. Поэтому для получения действительного значения скорости резания с учетом конкретных значений упомянутых факторов вводится поправочный коэффициент . Тогда действительная скорость резания , где , - произведение ряда коэффициентов.

Важнейшими из них, общими для различных видов обработки, являются:

- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

- коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;

- коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Число оборотов (об/мин)шпинделя определяется по формуле:

(3)

где: d - наибольший диаметр обрабатываемой детали;

v - скорость резания (м/мин);

Таблица 2. Результаты расчетов режимов резания

Позиция					Р.Х.	Х.Х.
1.1.1.1	2.5	0.8	162.784	617.768	39	172	0.934
1.1.1.2	1.5	0.26	45.187	80.359	45	108	2.177
1.1.2.1	1.5	0.26	45.187	80.359	45	108	2.177
1.1.2.2	0.5	0.26	59.203	105.332	45	109	1.662
1.1.2.3	2	1.2	140.251	249.53	71	217	0.266
1.1.2.4	0.5	0.27	334.276	622.557	35.5	108.5	0.217
1.1.2.5	2	1.2	109.085	204.356	61.42	132.1	0.3
1.1.2.6	2	0.5	221.946	415.785	24	101.28	0.13
1.1.3.1	0.5	0.27	334.276	1196.149	35.5	197.5	0.113
1.1.3.2	0.5	0.26	59.203	110.908	1.4	76	1.405
1.1.3.2	1	0.26	53.356	99.956	40	114	0.074
1.1.3.3	2	0.7	197.289	698.121	56	264	0.1285
1.1.3.4	0.5	0.27	334.275	729.16	28.5	133.5	0.15
1.1.3.5	5.25	0.32	25.159	763.087	6	87	0.039
1.1.3.6	3.1	0.2	20.458	1050.873	5.5	98.5	0.0317
1.1.4.1	2	0.7	197.289	698.121	132.92	380.04	0.296
1.1.4.2	0.5	0.51	220.412	615.746	30.2	166.28	0.105
1.1.4.3	1.9	1.92	608.54	3230	236.65	436.08	0.0735
1.2.1.1	0.035	7	18.092	38.41	0.0196	88	0.238
1.2.1.2	0.12	6	28.932	75.524	0.0196	302	0.158

2.4 Технологическое нормирование операций

Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. В машиностроении норма времени обычно устанавливается на технологическую операцию.

Штучное время обработки детали:

, мин (4)

где Т_о - время автоматической обработки, состоит из времени на совершение инструментом холостых и рабочих ходов:

(5)

Время холостых ходов:

, мин (6)

где- длина i-ого холостого хода, мм

- скорость быстрого перемещения станка, мм/мин.

N- количество холостых ходов.

Время рабочих ходов:

(7)

где - время - ого рабочего хода, мин.

(8)

- длина обрабатываемой поверхности, мм;

- длина врезания, перебега и ускоренного подвода инструмента, мм. Для станков с ЧПУ в большинстве случаев принимается 1-2 мм вследствие высокой жесткости системы СПИД.

- число рабочих ходов;

n - частота вращения заготовки или инструмента, об/мин;

- подача на один оборот, мм/об.

2.5 Расчет времени автоматической обработки

Время быстрых перемещений определяем, используя формулу (6) и данные из таблицы 2.

Время рабочих ходов рассчитывается по формуле (8)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Время рабочих ходов

Переход		об/мин	мм/об		мин	мин
1.1.1.1	39	617.768	0.8	1	0.934	3.111
1.1.1.2	45	80.359	0.26	1	2.177
1.1.2.1	45	80.359	0.26	1	2.177	4.752
1.1.2.2	45	105.332	0.26	1	1.662
1.1.2.3	35.5	249.53	1.2	2	0.266
1.1.2.4	35.5	622.557	0.27	1	0.217
1.1.2.5	10.39	204.356	1.2	5	0.3
1.1.2.6	24	415.785	0.5	1	0.13
1.1.3.1	35.5	1196.149	0.27	1	0.113	1.9413
1.1.3.2	40	110.908	0.26	1	1.405
1.1.3.2	1.4	99.956	0.26	1	0.074
1.1.3.3	28	698.121	0.7	2	0.1285
1.1.3.4	28.5	729.16	0.27	1	0.15
1.1.3.5	6	763.087	0.32	1	0.039
1.1.3.6	5.5	1050.873	0.2	1	0.0317
1.1.4.1	12.08	698.121	0.7	11	0.296	0.4649
1.1.4.2	30.2	615.746	0.51	1	0.105
1.1.4.3	23.66	3230	1.92	10	0.0639
1.2.1.1	0.019	38.41	7	3	0.238	0.396
1.2.1.2	0.019	75.524	6	1	0.158

Вспомогательное время:

(9)

Вспомогательное время, включающее . на установку и снятие заготовки и машинно-вспомогательное время, включает комплекс приемов, связанных с позиционированием, ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической смены режущего инструмента путем поворота револьверной головки (резцедержателя) или из инструментального магазина. Эти элементы времени зависят от скоростей перемещений рабочих органов и длины перемещений. При составлении программы управления (ПУ) следует учитывать возможность совмещения приемов и назначать такую последовательность выполнения переходов обработки, чтобы было минимальным. Значения и берутся из справочных таблиц (табл. 12, с.605 [1]).

Таблица 4. Вспомогательное время, связанное с закреплением заготовки .

Наименование	Операция 1	Операция 2
Установить заготовку	0,174	017
Останов/включение шпинделя	0,034	0,03
Задвинуть/отвести щиток станка	0,034	0,03
ИТОГО Тву	0.92	0.23

Таблица 5. Машинно-вспомогательное время .

Наименование	Операция 1	Операция 2
Установочное	0,14	0,1
Поворот головки на одну позицию	0,064	-
ИТОГО Тм.в.	0,64	0,1

Вспомогательное время рассчитывается для каждой операции по формуле (9) и заносится в таблицу 7.

Оперативное время находится по формуле:

(10)

Т_оп - время обслуживания рабочего места, мин. В состав работ по организационному обслуживанию рабочего места выключены: осмотр, нагрев системы СПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы. К техническому обслуживанию рабочего места относятся:

смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.

- время на личные потребности, мин.

Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности, назначается в процентах от оперативного времени.

Штучно-калькуляционное время:

(11)

где N - размер партии деталей, запускаемых в производство; N=20 шт.

- подготовительно-заключительное время на партию, мин.

Подготовительно-заключительное время при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени из затрат , учитывающих дополнительные работы, и времени на пробную обработку детали:

(12)

В затраты Т_п-з1 включено время на получение наряда, чертежа, технологический документации на рабочем месте в начале работы и на сдачу в конце смены. На ознакомление с документами и осмотр заготовки затрачивается 4 мин; на инструктаж мастера - 2 мин; на установку рабочих органов станка или зажимного приспособления по двум координатам в нулевое положение - 4 мин; на установку перфоленты - 2 мин; итого на комплекс приемов - 12 мин.

Для всех станков с ЧПУ принята единая норма Т_п-з1 = 12 мин.

Таблица 6. Время Т_п-з2 на дополнительные приемы

Наименование	ИРТ180ПМФ4	ШУ 321
Ознакомление с чертежом	4	4
Инструктаж мастера	2	2
Получить инструмент	4	2
Разложить инструмент, убрать	2	2
ИТОГО Т п-з2	12	10

Т_п-з3 выбирают в зависимости от числа режущих инструментов и числа измеряемых по диаметру поверхностей.

обработка деталь резание циклограмма

Таблица 7. Подготовительно-заключительное время Т_п-з

Составляющая времени	Операция 1	Операция 2
Тп-з1	12	12
Тп-з2	12	10
Тп-з3	11,2	7
ИТОГО Тп-з	35,2	30

Таблица 8. Нормы времени

Опер.	Установ
1	1	3.111	0.3079	10.2692	0.92	0.64	1.56	12.1371	0.1213	35	12.2584	14.0084
	2	4.752
	3	1.9413
	4	0.4649
2	1	0.396	0.039	0.435	0.23	0,1	0.33	0.765	0.0765	30	0.841	2.341

2.6 Расчет количества основного оборудования

Фонд работы оборудования рассчитывается по формуле:

(13)

гдеN - количество смен;

- количество часов в одной смене.

Расчетное количество станков определяется по формуле:

(14)

где- штучное время на i-ой операции;

N - количество выпускаемых деталей;

F - фонд работы оборудования;

По формуле (10) имеем: F = 480 мин.

Принятое число п_прин оборудования получается из расчетного путем округления последнего в большую сторону.

Таблица 9. Расчет количества станков

Операция			пприн	Загрузка, %
1	14	0,58	1	58
2	2.341	0,097	1	9.7

Общее количество основного оборудования: 2, из них 1 токарный обрабатывающий центр, 1 шлифовальный станок с ЧПУ.

2.7 Выбор основного оборудования

Технологическое оборудование определяет технико-экономические характеристики ГПС, а также показатели обрабатываемых изделий. С учетом поставленного технического задания и технологии получения конечного изделия выбираем следующее технологическое оборудование:

С целью концентрации операций на одном рабочем месте (операция 05) используем токарный станок с ЧПУ модели ИРТ180ПМФ4, позволяющий в условиях автоматизированного производства при патронном закреплении обрабатываемой заготовки выполнять операции точения, фрезерования плоскостей, пазов, производить сверление и растачивание отверстий, а также нарезать резьбу.

Таблица 10. Характеристики токарного станка ИРТ180ПМФ4

№	Параметр	Значение
1	Наибольшие размеры обрабатываемой поверхности: Диаметр, мм Длина, мм	200 165
2	Число управляемых координат (в том числе одновременно), шт:	3(2)
3	Число индексируемых позиций револьверной головки, шт:	12
4	Дискретность перемещений: Линейных (X и Z), мм Угловых (С)	0,001 0,001
5	Частота вращения шпинделя, 1/мин:	20…4000
6	Рабочие скорости: По Х, мм/мин По С, 1/мин	1…5000 0,01…16
7	Установочные перемещения: По Х, м/мин По Z, м/мин По С, 1/мин	10 15 16
8	Наибольшее усилие резания по Х и Z, кН:	4; 6
9	Наибольший крутящий момент на шпинделе, Нм:	630
10	Точность позиционирования, мкм: По Х По Z	16 20
11	Мощность привода главного движения, кВт:	18,3…25
12	Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм:	2751 х 2170 х 1650
13	Масса станка (с дополнительным оборудованием), кг:	3000

Для достижения точности и значений шероховатости применим следующее шлифовальное оборудование: универсальный круглошлифовальный станок ШУ-321.

Универсальный круглошлифовальный станок ШУ-321 предназначен для шлифования внешних и внутренних цилиндрических и конусных поверхностей, как и лицевых поверхностей ротационных деталей: валы, оси, втулки, фланцы и т.д.

При внешнем шлифование деталь можно закрепить между центрами или в патроннике, при внутреннем шлифование, только в патроннике.

Основные движения станка:

* продольное движение стола (ручное и автоматическое);

* поперечное движение шлифовального суппорта (ручное, автоматическое, быстрое, подвод-отвод);

* круговое движение шпинделя передней бабки (респ. детали, закрепленный в передней бабки);

* круговое движение шлифовального диска для внешнего шлифования;

* круговое движение шлифовального диска для внутреннего шлифования;

По точности работы, универсальный круглошлифовальный станок ШУ 321 отвечает БДС 2196-83 и БДС 14448-82 «Станки металлорежущие.

Более - важных моментов, характеризирующих точность обрабатываемой поверхности являются:

- Шероховатость обработанных поверхностей Ra < 0,4 mm;

- Отклонение от округлости обработанных цилиндрических поверхностей в поперечном сечения - до 0,0025 мм;

- Постоянство диаметра продольного сечения (отклонение от цилиндричности) - до 0,01 мм.

Таблица 11. Характеристики станка ШУ-321.

Наружный диаметр шлифования, мм	8-320
Длина при наружном шлифовании, мм	710
Внутренний диаметр шлифовании, мм	30 - 250
Длина при внутреннем шлифовании, мм	135
Максимальный угол поворота стола по час/пр.час	3 /11
Угол поворота шлифовального суппорта, град	+ - 90
Угол поворота передней бабки по час/пр.час	30 / 90
Размеры шлифовального круга, мм	400х203х80
Окружная скорость шлифовального круга, м/сек	35
Диапазон поперечной подачи, м/мин	0,0025 - 2
Диапазон продольной подачи, м/мин	0,1 - 8
Мощность главного электродвигателя, кВт	5,5
Габариты, мм	3200х1880х1770
Масса, кг	5000
Система управления CNC	FANUC

2.8 Выбор вспомогательного оборудования

Вспомогательное оборудование необходимо для выполнения работ не связанных с обработкой детали. К таким работам относятся перемещение заготовки от одного станка к другому, к конвейеру, межоперационного накопления заготовок, транспортировка заготовок и готовых деталей.

К вспомогательному оборудованию данного гибкого автоматизированного комплекса относятся:

1. Промышленный робот (1 шт.).

2. Накопительное устройство (2 шт.).

3. Транспортная тележка С4057 (1 шт.).

Тележка типа С4057 предназначена для автоматизации транспортных и погрузочно-разгрузочных операций в ГПС для механообработки. Тележка состоит из: рамы с колесами; рельсового колодочного тормоза; привода перемещения подъемного стола с приводом; выдвижного телескопического устройства с платформой и приводом; блока управления и механизма аварийного останова с бамперами; кожуха.

Подъемный стол обеспечивает вертикальное перемещение телескопической выдвижной платформы и крепится сверху на сварной раме. Привод подъема включает в себя: электродвигатель; предохранительную муфту с тормозом; червячный редуктор; открытую зубчатую передачу с ведущим колесом и зубчатым сектором; два вала с кривошипами, соединенные между собой тягами. При включении электродвигателя кривошипы поворачиваются на определенный угол, приподнимая или опуская раму, которая соединена с ними при помощи шарниров. Контроль верхнего и нижнего положений стола осуществляют конечные выключатели.

Выбор промышленного робота (ПР) производится по количеству степеней подвижности, размеру зоны обслуживания, грузоподъемности, типу привода, быстродействию.

С целью обеспечения точной установки заготовки в патроне основного оборудования и удобства автоматической загрузки-выгрузки заготовок применим промышленный робот «М20П.40-01». Данный робот выбираем с учетом грузоподъемности и возможности точного позиционирования схвата руки робота.

Таблица 12. Техническая характеристика ПР

Параметр	Значение
Грузоподъемность, кг	20
Число степеней подвижности	5
Наибольшая величина перемещения:
Вокруг вертикальной оси, град	300
Вдоль вертикальной оси, мм	500
Вдоль горизонтальной оси, мм	1100
Точность позиционирования
Масса (вместе с устройством управления)	570

Робот располагается между станками.

Столы-накопители необходимы для межоперационного временного накопления деталей, чтобы не было простоя оборудования. Столы расположены между токарным и шлифовальным станками. Они представляют собой рольранги с приводами, на которых находится датчики о наличии детали. Столы также оснащены переналаживаемой технологической оснасткой для укладки в ориентированном виде (для захвата манипулятором или промышленным роботом) изделий типа «опора».

2.9 Разработка участка

Роботизированные комплексы для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач.

Наибольшее применение в машиностроении получили РТК, состоящие из автоматизированных станков (токарных, круглошлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие РТК предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Комплексы могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешним ПР напольного или портального типа.

В нашем случае для обслуживания двух металлорежущих станков и вспомогательного оборудования используем напольный робот с цилиндрической системой координат.

Выбор автоматизированного металлорежущего оборудования определяется конструктивно-технологическими особенностями обрабатываемых изделий в соответствии с принятой их классификацией. На нашем участке планируется выпускать детали типа «опора».

Участок состоит из двух станков, которые обслуживаются роботом. Заготовки в паллете привозятся на транспортной тележке и подаются на накопительные устройства. Оттуда робот может брать их и устанавливать на технологическое оборудование. Столы-накопители используется для промежуточного накопления заготовок между технологическими операциями для того.

Устройства числового программного управления (УЧПУ) станками и робота, силовое оборудование вынесены за технологическое оборудование.

При разработке участка учитывались следующие требования:

компактность расстановки оборудования;

выполнение техпроцесса;

оптимальное количество вспомогательного оборудования;

габариты участка;

связь с транспортными системами.

3. Разработка циклограммы

3.1 Выбор и описание датчиков

Для управления ходом технологического процесса необходимо получать информацию о происходящих на данный момент «событиях». Технические средства для контроля объектов на нижнем (исполнительском) уровне АСУ ГАУ определяются их назначением, конструкцией и условиями работы. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме. Промышленные роботы обычно оснащаются датчиками позиционирования и касания (для контроля захвата изделия), а транспортно-накопительные устройства - датчиками типа путевых выключателей.

В качестве датчиков включения/выключения приводов тележки (главного движения и привод механизма загрузки/выгрузки паллеты), приводов столов, определения вкл/выкл шпинделя станков используем датчик слежения за вращением двигателя SG780. Датчик предназначен для определения частоты, скорости вращения и угла поворота оси двигателя. Принцип действия - бесконтактный. На торец оси вращения устанавливается магнитный элемент. При вращении оси происходит вращение вектора намагниченности, которое улавливается магниточувствительными элементами, установленными на некотором удалении от магнитного элемента. Встроенная электроника усиливает выходные сигналы и с помощью микроконтроллера определяет угол поворота оси, частоту и скорость вращения.

Таблица 13. Технические характеристики

Разрешение датчика, импульсов/оборот	64,128, 256
Выходной сигнал	импульсный или цифровой
Выходные интерфейсы	RS232, RS 485
Напряжение питания, В	5
Диапазон рабочих температур, градус С	-30…110

Для отслеживания поворота робота, вытягивания и втягивания его руки, поворота кисти руки, а также для отслеживание положения по вертикали используем инкрементный энкодер модели DRS60 от фирмы SICK.

Инкрементальные энкодеры генерируют информацию относительно положения и угла объекта в виде электрических импульсов, соответствующих положению вала. Если вал неподвижен, передача импульсов прекращается. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов на оборот. Текущее положение объекта определяется посредством подсчета данных импульсов в точке измерений. При первом подключении питания необходимо произвести установку вала для определения абсолютного положения.

Таблица 14. Техническая характеристика датчика DRS60

Параметр	Значение
Количество импульсов на оборот	Любое количество импульсов
Диаметр корпуса, мм	60
Интерфейс	TTL/RS 422, HTL/push pull
Напряжение питания, В	4,5…5,5 пост.тока
Стандарты соответствия	CE, UL, ГОСТ-Р

Так как зажим/разжим захватного устройства робота и зажим/разжим заготовки в патроне осуществляется механизмом пневмоцилиндра, в качестве датчиков зажима/разжима используем магнитный датчик MPS фирмы SICK.

Магнитные датчики для пневмоцилиндров реагируют непосредственно на изменение положения магнитной метки. Они наиболее удобны для контроля положения поршня пневмоцилиндра.

Датчики монтируются непосредственно на цилиндр и измеряют магнитное поле поршня. Отличаются высокой чувствительностью и точностью срабатывания.

Датчики работают с цилиндрами из алюминия, меди и нержавеющей стали.

Для определения наличия детали в патронах станков, захватном устройстве робота используем индуктивный датчик, но с большим диапазоном срабатывания модели IM 30.

Таблица 15. Технические характеристики датчика IM 30

Параметр	Значение
Напряжение, В	10…30
Ток потребления, мА	<400
Тип выходного сигнала	PNP/NPN
Первый диапазон срабатывания, мм	15
Второй диапазон срабатывания, мм	20
Третий диапазон срабатывания, мм	40
Частота срабатывания, Гц	500

Для определения наличия паллеты на накопителях и транспортной тележке применяем емкостный датчик CM30DCфирмы SICK.

Емкостные датчики предназначены для решения задач промышленной автоматизации, требующих бесконтактного определения присутствия объектов, выполненных из различных материалов, как металлических, так и неметаллических (например, сыпучие материалы, жидкие, зернистые вещества) на расстоянии до 25 мм. Емкостные датчики положения в значительной мере облегчают и сокращают труд людей.

Датчики определяют приближение и присутствие объектов, поэтому идеальны для мониторинга уровня заполнения объемов с жидкостью или сыпучими материалами, а также для контроля содержания упаковки. Датчики имеют широкий диапазон рабочих температур и большое расстояние срабатывания. Датчики емкостные устойчивы к воздействию электромагнитных полей и соответствуют классу защиты IP 67 для работы в тяжелых условиях эксплуатации.

Таблица 16. Технические характеристики датчика CM30DC

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	20…265 пост.тока
Непрерывный ток, mA	<200
Тип выходного сигнала	PNP/NPN
Диапазон измерений, мм	16…25

Чтобы определить положение тележки используем фотоэлектрические датчики с отражателем WL150 фирмы SICK.

Фотоэлектрические датчики с отражателем объединяют передатчик и приемник в одном корпусе. Срабатывание датчика происходит в результате отражения поданного красного луча от спецустройства - отражателя. Для устранения бликов от других объектов предусмотрены поляризационные фильтры. Чувствительность датчика может быть отрегулирована в режиме конфигурирования teach-in.

Таблица 17. Технические характеристики датчика WL150:

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	10…30 пост.тока
Диапазон рабочих температур,	-22…55
Диапазон сканирования/отражатель, м	0,01…2.0 м
Источник излучения	красный светодиод

3.2 Описание циклограммы

Циклограмма - это графическое отображение взаимодействия технологического, вспомогательного и транспортного оборудования в пределах ГАУ. Циклограмма также позволяет определить состояние всех элементов ГАУ в определенный момент времени.

Построение циклограммы необходимо для определения всех промежуточных позиций, взаимодействий в пределах гибкого автоматизированного участка.

Приведем описание циклограммы на примере изготовления одной партии деталей.

На складе на тележку производится загрузка паллеты с заготовками и срабатывает датчик S2. Проверяется опущена ли платформа S3 и втянута ли она S4. После этого можно начинать движение S1. После срабатывания датчика положения тележки у накопителя №1 S5, тележка должна остановиться S1. Затем платформа поднимается S3 и проверяется отсутствие паллет на столе S7, S9. Затем платформа выдвигается для перемещения паллеты на стол S4. После срабатывания датчика наличия паллеты на столе S7 включается привод роликов стола S8. Как только паллета доедет до конца стола, сработает датчик S9 и привод роликов остановится S8. Если в схвате робота нет заготовки S12 и рука втянута S11, то робот повернется к столу №1 S10. Далее робот выходит на уровень стола №1 S15 и вытягивает руку S11. Срабатывает датчик наличия заготовки в схвате S12 , происходит ее зажим S13, втягивание руки S11 и последующий поворот к токарному центру S10, а также выход на уровень станка S15. Если в патроне нет заготовки S17, то кисть робота поворачивается на 90 градусов против часовой стрелки и рука робота вытягивается S11. Если сработает датчик наличия заготовки в патроне S17, то произойдет ее зажим S18. Схват робота разожмется S14 и рука втянется S11. Затем станок включается S20 и начинается обработка. После останова станка S20 рука робота вытягивается S11, срабатывает датчик наличия в схвате S12 и происходит разжим заготовки в патроне S19. Далее рука робота втягивается S11 и кисть поворачивается на 180 градусов по часовой стрелке S16. Затем происходит процедура вставления заготовки в патрон и ее последующая обработка (4 установа). После конечной обработки в момент, когда заготовка в схвате робота и рука втянута S11 происходит поворот кисти на 90 градусов по часовой стрелке S16 и поворот робота к столу №1 S10. Затем выход на уровень стола S15 и вытягивание руки S11. Далее происходит разжим детали S14 и втягивание руки робота S11. Проверяется присутствие тележки у стола №1 S5. У тележки должна быть поднята S3 платформа, на ней не должно быть паллеты S2 и платформа должна быть выдвинута S4. Включается привод стола №1 S8 и после поочередного срабатывания датчиков наличия паллеты на столе S7, наличия на платформе S2, отсутствия на столе S7 он должен выключиться S8. Затем платформа втягивается S4, включается привод движения тележки S1,и после срабатывания датчика нахождения тележки у стола №2 S6 привод выключится S1.

Проверяется отсутствие паллет на столе №2 S25, S27. Затем платформа выдвигается для перемещения паллеты на стол S4. После срабатывания датчика наличия паллеты на столе S25 включается привод роликов стола S26. Как только паллета доедет до конца стола, сработает датчик S27 и привод роликов остановится S26. Если в схвате робота нет заготовки S12 и рука втянута S11, то робот повернется к столу №2 S10. Далее робот выходит на уровень стола №2 S15 и вытягивает руку S11. Срабатывает датчик наличия заготовки в схвате S12, происходит ее зажим S13, втягивание руки S11 и последующий поворот к шлифовальному станку S10, а также выход на уровень станка S15. Если в патроне нет заготовки S21, то кисть робота поворачивается на 90 градусов против часовой стрелки и рука робота вытягивается S11. Если сработает датчик наличия заготовки в патроне S21, то произойдет ее зажим S22. Схват робота разожмется S14 и рука втянется S11. Затем станок включается S24 и начинается обработка. После останова станка S24 рука робота вытягивается S11, срабатывает датчик наличия в схвате S12 и происходит разжим заготовки в патроне S23. Далее рука робота втягивается S11 и кисть поворачивается на 90 градусов по часовой стрелке S16, поворот робота к столу №2 S10. Затем выход на уровень стола S15 и вытягивание руки S11. Далее происходит разжим детали S14 и втягивание руки робота S11. Проверяется присутствие тележки у стола №2 S6. У тележки должна быть поднята S3 платформа, на ней не должно быть паллеты S2 и платформа должна быть выдвинута S4. Включается привод стола №1 S8 и после поочередного срабатывания датчиков наличия паллеты на столе S25, наличия на платформе S2, отсутствия на столе S25 он должен выключиться S8. Затем платформа втягивается S4, включается привод движения тележки S1 и она уезжает на склад.

4. Разработка наладки для станка с ЧПУ

4.1 Основные и вспомогательные функции

Для обработки конкретной поверхности детали необходимо определить, каким образом будет перемещаться инструмент. Для этого определяется траектория его движения, включающая рабочие ходы, сопровождающиеся снятием слоя металла, и холостые ходы.

Рабочие ходы движения инструмента определяют контур детали, геометрическую точность получаемой поверхности (размер, шероховатость). Холостые ходы характеризуются быстрым перемещением инструмента с точным позиционированием в заданной точке.

Траектория движения инструмента в станках с ЧПУ задается с помощью специальных кодов(функций), записываемых в управляющую программу в определенной последовательности.

Также в программе задается система координат, в которой описывается перемещение инструмента. С помощью специальных кодов можно управлять также и вспомогательными операциями (подача СОЖ, смена инструмента).

При написании программы для станка с ЧПУ необходимо иметь перед собой эскиз того участка детали, где происходит обработка с указанием систем координат станка, приспособления, инструмента, холостых и рабочих ходов инструмента. При проектировании наладки необходимо выбирать рабочие и холостые ходы таким образом, чтобы время на их совершение было минимальным, и происходила обработка с заданной точностью и шероховатостью.

Выбор систем координат детали и инструмента осуществляют из удобства программирования.

Начало системы координат токарного станка находится в точке пересечения оси шпинделя с плоскостью, проходящей через правый торец шпинделя. Системы координат детали выбираются по той поверхности, относительно которой задается большое количество размеров, т.к. пересчеты дают дополнительные погрешности. При переустановке детали начало системы координат детали относительно детали не меняется. При написании программы для токарного станка работа идет в системе координат ХОZ. Все размеры задаются по оси Х в диаметрах. Применение различных инструментов учитывается с помощью коррекции.

Для станков с ЧПУ существует большое количество функций. Последовательность записи в кадре:

1. номер кадра(Nxx)

2. подготовительная функция (Gxx)

3. размерные перемещения (Xnn,Ynn,Znn)

4. подача, скорость (Fnn, Snn)

5. вспомогательная функция (Mxx)

Таблица 21. Наиболее часто используемые функции при программировании

Функция	Назначение
G00	Быстрое перемещение в нач. точку
G01	Линейная интерполяция
G02/G03	Круговая интерполяция по часовой стрелке/против ч.с.
G33	Нарезание резьбы с пост.шагом
G40	Отмена коррекции
G59	Переход в нулевую точку плавающей системы координат
G43/G44	Коррекция инструмента полож./отриц.
G60	Точное позиционирование
G65	Обработка пазов
G72	Многопроходная черновая обр-ка в поперечном напр.
G81/G82	Сверление без задержки/с задержкой вконце
G76	Нарезание резьбы резцом
G90/G91	Абсолютная/относительная сист. коорд. детали
G92	Переход из сист. коорд. станка в сист. коорд. детали
G94/G95	Подача в (мм/мин)/(мм/об)
G96/G97	Скорость в (м/мин)/(об/мин)
G84	Нарезание резьбы метчиком

Большая часть вспомогательных функций различна для разных стоек ЧПУ.

В таблице приведены некоторые вспомогательные функции.

Таблица 22. Вспомогательные функции

Код функции	Наименование
М00	Останов шпинделя
М02	Конец программы
М03	Вращение шпинделя по часовой стрелке
М04	Вращение шпинделя против часовой стрелки
М06	Смена инструмента
М08	Включить охлаждение
М09	Выключить охлаждение
М10	Зажим приспособления
М11	Разжим приспособления
М12	Вращение инструмента
M17	Конец подпрограммы
М60	Смена заготовки

5. Разработка диаграммы Петри

Сети Петри - инструмент исследования систем. В настоящее время сети Петри применяются в основном в моделировании. Во многих областях исследований явление изучается не непосредственно, а косвенно, через модель. Модель - это представление, как правило, в математических терминах того, что считается наиболее характерным в изучаемом объекте или системе. Манипулируя моделью системы, можно получить новые знания о ней, избегая опасности, дороговизну или неудобства анализа самой реальной системы. Обычно модели имеют математическую основу.

Моделирование в сетях Петри осуществляется на событийном уровне. Определяются, какие действия происходят в системе, какие состояние предшествовали этим действиям и какие состояния примет система после выполнения действия. Выполнения событийной модели в сетях Петри описывает поведение системы. Анализ результатов выполнения может сказать о том, в каких состояниях пребывала или не пребывала система, какие состояния в принципе не достижимы. Однако, такой анализ не дает числовых характеристик, определяющих состояние системы. Развитие теории сетей Петри привело к появлению, так называемых, “цветных” сетей Петри.

Сеть Петри представляет собой двудольный ориентированный граф, состоящий из вершин двух типов -- позиций и переходов, соединённых между собой дугами, вершины одного типа не могут быть соединены непосредственно. В позициях могут размещаться метки (маркеры), способные перемещаться по сети.

Событием называют срабатывание перехода, при котором метки из входных позиций этого перехода перемещаются в выходные позиции. События происходят мгновенно, разновременно при выполнении некоторых условий.

Для моделирования процесса обработки детали типа «опора» в курсовой работе были реализованы цветные сети Петри. В итоге получилось восемь позиций и двадцать переходов.

Заготовки со склада Р1 транспортируются Т1 на тележку Р2, которая переносит их на стол №1 Р3. Со стола №1 промышленный робот Р4 берет заготовку Т3 и устанавливает ее в патрон Т4 токарного центра Р5. После обработки на первом установе Т5 робот Р4 переустанавливает заготовку Т6 в патроне станка Р5. После обработки на втором установе Т7 робот Р4 переустанавливает заготовку Т8 в патроне станка Р5. После обработки Т9 на третьем установе Т8 робот Р4 переустанавливает заготовку Т10 в патроне станка Р5. После обработки на последнем четвертом установе Т11 робот Р4 переносит деталь Т12 на стол №1 Р3. Со стола деталь перемещается Т13 на тележку Р2, которая затем переносит ее Т14 на стол №2 Р6. Со стола №2 промышленный робот Р4 берет деталь Т15 и устанавливает ее в патрон Т16 шлифовального станка Р7. После обработки на шлифовальном станке Т17 робот Р4 переносит деталь Т18 на стол №2 Р6. Со стола деталь перемещается Т19 на тележку Р2, которая затем переносит ее Т20 на склад готовых деталей Р8.

Заключение

В результате проведенной работы был разработан ГАУ по механообработке детали «ось». Этот участок состоит из двух станков. Все оборудование расположено с учетом удобства протекания всего технологического процесса. На участке имеются элементы АТСС - это транспортная тележка, два накопителя, один промежуточный стол-накопитель. На участке также предусмотрен робот, который обеспечивает автоматическую загрузку станков заготовками. Таким образом, эта система представляет собой роботизированный технологический участок по обработке деталей типа «ось» при их патронном закреплении.

На технологическом и вспомогательном оборудовании установлены датчики, позволяющие определить состояние системы в определенный момент времени. Выбор датчиков произведен в соответствии с видом установленного оборудования, типом приводов механизмов рабочих органов и в соответствии требованиями эксплуатации оборудования.

Список используемой литературы

Промышленные роботы в машиностроениии. Альбом схем и чертежей. Под ред. Соломенцева Ю.М., М.: «Машиностроение» 1987.

РТК и ГПС в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под ред. Соломенцева Ю.М., М.: «Машиностроение» 1989.

Станочное оборудование автоматизированного производства. Бушуев В.В. В двух томах. М.: «Станкин» 1993.

Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. Анурьева В.И.: В трех томах. М.: «Машиностроение» 1992.

Справочник технолога машиностроителя в двух томах. Под ред. Косилова А.Г., Мещерекова. М.: «Машиностроение» 1981.

Размещено на Allbest.ru