Проектирование автоматизированной производственной ячейки (модуля)

Оглавление
Введение 7
1. Анализ технологического процесса 9
1.1. Служебное назначение и конструкция детали 9
1.2. Анализ технологичности конструкции детали 10
1.3. Выбор заготовки и метода ее изготовления 11
1.4. Выбор методов и последовательности обработки 13
1.5. Разработка маршрутного техпроцесса 15
1.6. Нормирование одной операции 17
2. Разработка планировки цеха 24
2.1. Сверлильно-фрезерный станок с ЧПУ W–402 CNC 25
2.2. Настольный плоскошлифовальный станок PROMA PBP-170 27
2.3. Промышленный робот с ЧПУ М2ОП 28
2.4. Рольганг приводной РПР-1 30
3. Разработка блок-схемы СУ ячейки 31
4. Анализ методов контроля износа режущих инструментов 33
4.1. Контроль состояния режущего инструмента в условиях автоматизированного производства 33
4.2. Контроль состояния загрузки, наличия и выгрузки детали 39
5. Разработка подсистемы контроля состояния загрузки, наличия и выгрузки детали 47
5.1. Разработка блок-схемы 47
5.2. Принципиальная схема системы 47
Заключение 50

Показано, что износ инструмента влияет на переменную составляющую ТЭДС.Для измерения ее величины необходимы токосъемник и изолирование режущего инструмента от станка, что в реальных условиях эксплуатации вызывает ряд дополнительных трудностей. Надо отметить и тот факт, что в литературе нет строгих зависимостей между термоэлектрическими явлениями и износом режущего инструмента.Виброакустические измерения. Ряд исследований посвящен определению зависимости между вибрациями станков и износом инструмента. Все работы в этом направлении можно разделить на 2группы:использующие в качестве сигнала волны акустической эмиссии, колебания генерируемые в зоне резания, в диапазоне частот, больших 100 КГц;использующие в качестве сигнала параметры колебаний технологической системы и колебаний, генерируемых в зоне резания в диапазоне от 20 Гц до 60 КГц, включающем звуковой диапазон.При исследовании колебаний технологической системы станка с износом инструмента связывают и соотношение между высокочастотными и низкочастотными колебаниями технологической системы.При исследовании сигналов акустической эмиссии используют спектральный анализ, интегральные характеристики, а также амплитудный анализ сигналов.Вибрационный метод, основан на регистрации характеристик вибрации инструмента в процессе обработки. Предлагается разлагать виброакустический сигнал на низкочастотные и высокочастотные составляющие, по соотношению которых судят об износе инструмента.Судить о достоинствах и недостатках данного метода сложно, так как в разных источниках приводятся самые разные данные по распределению спектра вибраций и, соответственно, предлагается использовать различные его участки для диагностирования состояния режущего инструмента.Силовые измерения. Одним из наиболее известных косвенных способов контроля состояния режущего инструмента является способ, основанный на измерении сил резания и крутящего момента.Сила резания является наиболее информативным параметром, характеризующим непосредственно взаимодействие режущего инструмента и детали. Дело в том, что уже давно было замечено возрастание составляющих сил резания с ростом фаски износа инструмента по задней грани. Если измерять степень затупления резца шириной фаски износа по задней грани, то все составляющие силы резания растут.Поскольку о величине сил резания судят на основании измерения деформаций элементов технологической системы, нагруженных этими силами, то предпринимались попытки измерять деформации элементов, достаточно удаленных от зоны резания. Это делалось для того, чтобы не снижать универсальность станков и упростить конструкцию динамометрической системы. Но в этом случае не удается избежать конструктивных сложностей.С изменением износа режущего инструмента изменяется сила резания, что приводит к изменению крутящего момента в процессе резания. Поэтому регистрация крутящего момента может служить параметром по которому можно оценить износ, поломку или целостность инструмента. В качестве контролируемого, параметра предлагается использовать электрический ток в цепи привода подачи и в электродвигателе главного привода, который пропорционален крутящему моменту. Отмечается запаздывание токового сигнала на 40-80 мс от сигнала датчика в трехкомпонентном резцедержателе при ступенчатых изменениях глубины резания. Поэтому такой сигнал может быть использован для контроля поломок инструмента при черновых операциях.Измерение мощности резания. В результате изменения крутящего момента на валу двигателя вследствие изменения состояния режущего инструмента изменяется его потребляемая мощность. Поэтому регистрация колебания потребляемой из сети мощности приводными электродвигателями может служить параметром, по которому можно оценить износ режущего инструмента. Такой метод измерения является одним из наиболее простых для контроля состояния режущего инструмента в процессе резания. К достоинствам данного способа контроля следует отнести его простоту, невысокую стоимость, доступность информативного параметра, отсутствие существенной модернизации оборудования.Контроль состояния загрузки, наличия и выгрузки деталиПри создании высокоавтоматизированных гибких производительных систем необходимо использовать специальные диагностические устройства, осуществляющие надежный автоматический контроль загрузки, наличия и выгрузки детали в станке при металлообработке. Несвоевременное обнаружение отказов на данных операциях может иметь самые различные последствия вплоть до отказа станка.В связи с этим необходимо предусматривать контроль текущего состояния наличия детали в зажимном устройстве, что предусматривается нормативно – технической документацией.Автоматический контроль состояния загрузки, наличия и выгрузки детали позволяет:Все это приводит к необходимости использования автоматических систем диагностики наличия детали при работе станков автоматических производств. Этот вопрос может решаться на разных уровнях:Создание систем, контролирующих только наличие детали перед началом выполнения процесса обработки и отсутствие детали после окончания процесса.Непрерывный контроль наличия детали в процессе обработки.Непрерывный контроль положения детали при обработке.Использование диагностической системы того или иного уровня зависит от требований, предъявляемых к надежности работы станка, точности обработки, экономических показателей и т. д.Таким образом, диагностирование наличия и точности позиционирования детали имеет большое значение для повышения надежности автоматизированного оборудования.Современные приборы активного контроля, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами, имеют примерно одинаковую конструкцию и комплектацию.Во всех ПАК применяют только дифференциальные индуктивные преобразователи с диапазоном измерения ±1 мм высокой линейности и точности. Как правило, используют бесконтактные преобразователи.В качестве механической измерительной оснастки используют малогабаритные одноконтактные индуктивные головки и двухконтактные индуктивные скобы. Одноконтактные головки используют как позиционеры для осевой ориентации валов на торцешлифовальных станках или из двух головок собирают двухконтактную скобу для контроля наружных или внутренних диаметров. Каждая головка может быть снабжена электромагнитным или пневматическим арретиром для отвода измерительного наконечника от обрабатываемой поверхности. Корпус головки выполнен герметичным и может быть заполнен демпфирующей жидкостью для контроля прерывистой поверхности.Малогабаритные двухконтактные скобы применяют для контроля наружных и внутренних поверхностей небольшого диаметра до 125 мм.Для подвода измерительной оснастки в рабочее положение применяют гидравлические подводящие устройства. Однако, в связи с тем, что на шлифовальных станках гидравлические системы все чаще отсутствуют, начинают применять механические подводящие устройства с электроприводом.Все современные ПАК оснащаются микропроцессорными электронными блоками. Блок обеспечивает питание индуктивныхпреобразователей, расположенных в измерительной оснастке, суммирование и преобразование их сигналов, индикацию результатов измерения на световой шкале и цифровом дисплее, светодиодную сигнализацию, выдачу релейных управляющих команд, выходного аналогового сигнала постоянного тока и выходного кодового сигнала в цепи управления станка.Микропроцессорный блок может работать с индуктивными и растровыми фотоэлектрическими преобразователями. Количество подключаемых к блоку преобразователей от 1 до 4.На передней панели блока расположены:-цифровой дисплей, служащий для цифровой индикации контролируемого размера и высвечивающий служебные надписи о режимах настройки и работы прибора;-шкальный индикатор, служащий для отображения результатов измерения. Индикатор имеет две световые линейные шкалы со смещенным нулем. Верхняя точная шкала имеет диапазон показаний отминус 10 до +50 мкм и нижняя грубая шкала - от минус 100 до +500 мкм. Переключение шкал происходит автоматически по мере изменения текущего размера;-функциональные и цифровые кнопки для наладки и настройки прибора;-светодиоды индикации срабатывания управляющих команд; количество команд выбирается в зависимости от назначения блока, от трёх до восьми;-блок снабжен "Реле времени" предназначенным для того, чтобы не выдавать в цепь управления станка управляющие команды до тех пор, пока измерительная оснастка не займет рабочее положение и ее наконечники не установятся на контролируемой поверхности обрабатываемой детали;-блок обеспечивает питание и управлениеэлектромагнитным арретиром, расположенным в измерительной оснастке.Рассмотрим обобщенную функциональную схему СТЗ (рисунок 14).На контролируемый объект падает свет от модуля подсветки, оптическая головка, состоящая из цифровой видеокамеры и объектива, фиксирует изображение контролируемого объекта и оцифрованный сигнал поступает в ЭВМ для последующей обработки. Предварительно обработанная в блоке адаптации информация о положении детали в системе координат автоматизированнойячейки поступает с линейных энкодеров. Далее данные поступают на ПК,где происходит их обработка и формирование управляющих сигналов, посылаемых на блоки управления двигателями сервоприводов.Рисунок 14. Функциональная схема системы контроля позиционирования деталиПреобразователи линейных перемещений (растровые) осуществляют синхронное преобразование аналоговой величины измеряемого линейного перемещения в координатно-периодическую последовательность значений ортогональных электрических сигналов, временной масштаб которых пропорционален текущей скорости измеряемого перемещения, а количество колебаний кратно числу штрихов измерительного растра или дробной части их периода, содержащихся в измеряемом перемещении. Таким образом, число колебаний ортогональных электрических сигналов, характер их взаимного изменения и значение текущей частоты позволяют судить соответственно о величине, направлении и текущей скорости измеряемых перемещений. Устройства обработки измерительной информации приводят сигналы преобразователя к одному из унифицированных видов, которые могут быть использованы для дальнейшей обработки в системах ЧПУ, цифровой индикации или компьютерах.Принцип действия растровых преобразователей перемещения представлен на рисунке 15.Рисунок 15. Линейный растровый фотоэлектрический преобразователь - ЛИРПри взаимном перемещении короткой (индикаторная пластина— 2) и длинной (шкала растровая— 1) линеек происходит модуляция светового потока светодиодов (инфракрасные излучатели— 3), который воспринимается фотоприемниками (кремниевые фотодиоды— 4).При относительном перемещении растровой шкалы и индикаторной пластины ее поля считывания реализуют два идентичных канала приема излучения. В состав каждого канала входят два поля считывания, растры которых имеют пространственный сдвиг относительно друг друга, равный 0,5 шага растра и соответственно по два осветителя 5 и фотоприемника 6. Построенный таким образом канал считывания формирует два ортогональных периодических сигнала, взаимный характер изменения которых дает возможность определить направление перемещения, а число их периодов при данном перемещении— его величину. Специальные методы обработки сигналов позволяют значительно повысить точность измерений, обеспечив при этом контроль перемещения с дискретностью, много меньшей периода измерительного растра.Выбираем для контроля перемещения позиционирующей каретки ЛИР-9М:инкрементный линейный фотоэлектрический преобразователь перемещений (рисунок 16).Рисунок 16. Внешний вид инкрементного линейного фотоэлектрического преобразователя перемещений ЛИР-9МТехнические характеристики:Длина перемещения, мм520Напряжение питания, В+5Выходной сигналСТ (~11мкА)СН (~1 В)ПИ (TTL)Период регулярного растра измерительной шкалы (только для выходных сигналов типов СТ, СН) , мкм.40Дискретность (только для выходных сигналов типа ПИ) , мкм.1Класс точности3 кл ∆д(мкм) = 2+4,5×Lизм(м)Вариант исполнения1 - Начало отсчета слева, кабель вправоМаксимально допустимая скорость измерительного перемещения, м/мин120Максимальное ускорение измерительного перемещения, м/с²30Рисунок 17. Установочный чертёж преобразователяРазработка подсистемы контроля состояния загрузки, наличия и выгрузки деталиРазработка блок-схемыБлок-схема устройства контроля состояния загрузки, наличия и выгрузки детали (рисунок 8) состоит из датчика, усилителя, фильтра, преобразователя аналогового сигнала в цифровой и СЧПУ. Состав этой блок-схемы представлен на рисунке 18.Рисунок 18. Блок - схема устройства контроля состояния детали.Принципиальная схема системыДля разработки возьмём блок контроля перемещения каретки позиционирования детали.Принципиальная схема системы контроля перемещения приведена на рисунке 19.Рисунок 19.Принципиальная схема мостового усилителя низкой частоты.Печатная плата блокаПечатная плата для блока контроля перемещения (рисунок 20) является достаточно компактной по размерам.Рисунок 20.Печатная плата.ЗаключениеВ данном курсовом проекте выполнено следующее:Разработана технология и планировка ячейки для детали;Разработана блок-схема системы управления ячейки;Проведен анализ методов контроля износа режущего инструмента;Разработана блок-схема, принципиальная схема и печатная плата устройства для контроля состояния загрузки, наличия и выгрузки детали.Список источниковhttp://www.texnologia.ru/documentation/cutting_of_metals/7.html;http://delta-grup.ru/bibliot/34/7.htm;http://knowledge.allbest.ru/manufacture/2c0b65635b2ad79b5c43b89421306c27_0.html;http://h4e.ru/obshchie-svedeniya/121-robot-manipulyator-m10-p;http://radiostorage.net/?area=news/775;Программный продукт КОМПАС-3DV15;Программный продукт EAGLE5.0.