проектирование и эксплуатация роботизированных технологических комплексов (РТК) для обработки деталей типа тел вращения.

Введение 3
1. Назначение детали 5
2.Анализ технологичности детали 6
2.1. Качественная оценка технологичности 6
2.2. Количественная анализ технологичности 8
3.Определение типа производства 11
4. Выбор и проектирование заготовки 12
4.1.Анализ способов получения заготовки и выбор оптимального 12
4.2. Экономическое обоснование способа получения заготовок 14
5. Выбор технологических баз 16
6. Установление маршрута обработки 17
7. Выбор оборудования и технологической оснастки 19
7.1. Выбор оборудования 19
7.2 Выбор режущего инструмента 22
7.3. Выбор приспособлений 24
7.4. Выбор контрольно-измерительных средств 24
8.Разработка технологических операций 26
9. Расчет режимов резания 27
12. Расчет требуемого количества основного технологического оборудования 32
13. Выбор промышленного робота 35
14. Выбор тактового стола 37
15. Выбор и расчет захватного устройства ПР 39
16. Разработка компоновочной схемы РТК 42
17.Разработка циклограммы работы РТК и расчет времени цикла 44
18. Определение допустимых скоростей позиционирования 45
19. Определение времени позиционирования 47
20. Расчет номинальных показателей РТК 50
Заключение 52
Список использованной литературы 53

число пластин: 24
размеры пластин: АБ=220252; lb=220220; E=110; D=190±0,2.
15. Выбор и расчет захватного устройства ПР
Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов предназначены для захватывания и удержания в требуемом положении деталей. Эти детали могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разными физическими свойствами, поэтому ЗУ принадлежат к числу сменных элементов ПР.
ПР имеют набором типовых загрузочных устройств, которые можно применять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. 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, обеспечение захватывания близко расположенных деталей, легкость и быстрота замены. В ряде случаев необходимо автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали.
Сборочный чертеж захватного устройства изображен на листе 1 графической части.
Схват имеет одну пару губок , зажим и разжим которых осуществляется за счет осевого движения тяги с жестко связанной с ней зубчатой рейкой3. Рейка находится в зацеплении с зубчатыми секторами, нарезанными на рычагах зажимных губок. К тыльной стороне каждой из губок прикреплены плоские пружины , противоположные концы которых жестко связаны с рычагом5. Под действием пружин рычаги 5 поворачиваются до упора выступающей части в рычаги зажимных губок. При этом упоры нажимают на конечные выключатели. Если губка коснется какого-либо препятствия, то пружина немного прогнется и повернет рычаг так, что его выступ выйдет из соприкосновения с рычагом губки, а упор освободит контакт конечного выключателя7; движение манипулятора при этом блокируется.
Расчет механического ЗУ включает нахождение сил, действующих в местах контакта заготовки и губок; определение усилий привода; проверку отсутствия повреждений поверхности детали при захватывании; расчет на прочность деталей ЗУ.
Сила схватывания [6, стр.508]:
(7.1)
где - реакция на n – ю губку захвата;
- коэффициент трения губки захвата с заготовкой (=0,15).
Для определения угла α1 на рис. 4 изображена схема профилирования губок захватного устройства при захвате заготовки диаметром 200 мм.
По этой схеме определяем угол α1: α1=40º.
Рисунок 7. Схема профилирования губок захватного устройства:
Тогда,
Суммарная сила схватывания:
Для определения силы, которую должен развивать привод захватного устройства, необходимо знать удерживающий момент относительно осей поворота губок.
Н∙м
Зная удерживающий момент относительно осей поворота губок, можно определить силу привода захватного устройства Рз:
Н
где ( – КПД шарниров (( = 0,94);
m – модуль зубчатого сектора;
z – полное число зубьев сектора (колеса);
К – коэффициент запаса (К = 1,6 при эксцентриситете до 2,5 мм).
16. Разработка компоновочной схемы РТК
Структуру РТК разрабатываем на основе результатов комплексного анализа технологических операций и процессов, выбора модели ПР и его функций.
ПР в составе РТК механической обработки выполняет следующие функции:
загрузку, разгрузку основного оборудования;
ориентацию заготовки в пространстве перед установкой в приспособление;
укладка в приемное устройство.
Операция установки заготовки включает в себя захватывание ее из подающего устройства (тактового стола), ориентацию в пространстве, перемещение к станку и установ в приспособление (патрон). Цикл начинается с опроса станка о готовности повторения цикла и получения обратной команды о готовности приспособления станка (для токарных станков команды о том, что приспособление и патрон ориентированы в данном положении), о нахождении рабочих органов станка в исходном положении. Кроме того, производится опрос и поступает обратная команда о наличии заготовки в подающем устройстве. После установки заготовки на станок проводят опрос о наличии заготовки в приспособлении, затем дается команда на закрепление и проверяется правильность положения ее. Включают привод главного движения. После окончания обработки и получения обратной команды об этом дается команда на раскрепление заготовки в зажимном приспособлении станка. ПР переносит заготовку к приемному устройству.
По результатам анализа выполняем схему размещения РТК. На схеме указываем рабочее пространство робота, предлагаемые способы подачи деталей и расположение вспомогательного оборудования. Это позволяет определить, достаточно ли места отведено для размещения оборудования.
РТК состоит из токарного станка мод. 16К20ФЗ, промышленного робота, тактовый стол для размещения на нем заготовок и деталей, технологического оснащения и общей системы управления. Заготовки доставляются транспортной тележкой и перегружаются автоматически. В рассматриваемом примере заготовка с тактового стола роботом передается для обработки на станок. Затем робот снимает обработанную с одной стороны заготовку, поворачивает ее на 180° и снова устанавливает для обработки с другой стороны. Обработанная со второй стороны заготовка передается роботом на то же место тактового стола. В состав технологического оснащения РТК входят: трехкулачковый патрон, схват промышленного робота, определенный заранее набор инструментального обеспечения. Вместе с технологическом оборудованием они составляют ресурсы, имеющиеся в распоряжении технолога до начала проектирования технологического процесса.
Рабочая планировка РТК изображена на листе 2 графической части. Планировка обеспечивает:
- возможность выполнения ПР манипуляционных действий в соответствии с технологической характеристикой;
- оптимальное расположение основного и вспомогательного оборудования в пределах зоны обслуживания ПР в соответствии с технологическим процессом;
- возможность обслуживания и ремонта ПР, основного технологического и вспомогательного оборудования;
- возможность ведения наблюдения за оборудованием, входящим в состав РТК, не заходя в рабочую зону ПР;
- безопасность обслуживания РТК в соответствии с нормами промышленной гигиены;
- расстояние между оборудованием и колоннами проходов и проездов в соответствии с государственными нормами проектирования машиностроительных заводов.
17.Разработка циклограммы работы РТК и расчет времени цикла
Чтобы обеспечить согласованное функционирование ПР и технологического оборудования, необходимо согласовать циклы их работы. Для этих целей разработаем циклограмму работы РТК, состоящую из типовых переходов. Длительность отдельных переходов определяется исходя из величин перемещений рабочих органов станка и робота и скоростей соответствующих перемещений.
18. Определение допустимых скоростей позиционирования
Для определения скорости линейного позиционирования Vxp в диапазоне перемещений Lх = 0,8...2 м (Lх – вылет консоли руки робота) может быть использована эмпирическая формула [12]:
,
где – погрешность позиционирования, мм;
М – масса объекта манипулирования, кг.
м/с.
Скорость вертикального перемещения руки обычно неодинакова при движении вверх и вниз. Однако при правильном уравновешивании масс это различие меньше и скорость можно рассчитать по формуле:
,
где az – коэффициент, зависящий от конструкции привода (при гидравлическом приводе az = 3);
Lz – длина пути при вертикальном перемещении, м;
М – масса перемещаемого объекта, кг.
Для определения допустимой быстроходности устройств поворота всей руки относительно вертикальной или горизонтальной оси может быть использована формула:
,
где ω – угловая скорость, рад/с;
φ – угол поворота руки, рад;
δ –погрешность углового позиционирования.
При повороте руки на угол 90º:
рад/с = 7.5 º/с;
при загрузке станка:
рад/с = 1.8 º/с;
19. Определение времени позиционирования
В большинстве ПР используется закон изменения скорости движения близкий к трапецеидальному. При трапецеидальном законе изменения скорости время Тi отдельного движения может быть определена по формуле:
,
где L – длина перемещения по i-й координате;
ak – ускорение при торможении или разгоне, м/с2;
К – коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении;
Vo – скорость позиционирования по i-й координате.
Наиболее часто встречается случай, когда разгон и торможение осуществляются с одинаковым по модулю ускорением, при этом К = 1. Опыт использования ПР показал [12], что оптимальные скорости перемещения исполнительных устройств достигаются при ускорении ak = 4...5 м/c.
Для вращательного движения время перемещения можно определить по следующей формуле:
,
где L – длина дуги (траектории перемещения заготовки),
ω – угловая скорость, º/с;
R – радиус поворота, м;
α – угол поворота, º.
При расчете времени необходимого для загрузки/разгрузки оборудования, учтем, что напольный робот обладает всего пятью степенями подвижности. Ограниченные возможности манипулятора создают определенные трудности при загрузке в патрон станка цилиндрических деталей с большим отношением длины к диаметру. Эти трудности связаны с тем, что при малом зазоре между патроном и заготовкой и большой требуемой глубиной загрузки необходимы сложные спланированные движения одновременно по нескольким осям. При этом значительно увеличивается число точек позиционирования, усложняется процесс программирования и отладки.
Процесс загрузки смоделируем на ЭВМ с помощью программы MODEL. Ниже представлены исходные данные и результаты моделирования для загрузки детали в патрон диаметром 95 мм (первый установ), а затем – диаметром 85 мм (второй установ) (табл. 6-9).
Таблица 6
Разбивка процесса разгрузки/загрузки на итерации
Исходные данные Диаметр патрона, мм 100
Диаметр заготовки, мм 85
Глубина загрузки, мм 100
Длина заготовки, мм 160
Расстояние между осями робота и патрона, мм 1100
Угловая скорость поворота руки, град/с 1,8
Скорость втягивания (выдвижения) руки, мм/с 760
Таблица 7
Результаты моделирования
№ Вылет
манипулятора Угол поворота
руки робота, град. Координаты X1 X2 1 1092,5 90 8,248146Е-0,5 1092,5 2 1092,5 89,8 3,813561 1092,5 Разгрузка производится за 0,1209795 с.
Таблица 8
Разбивка процесса разгрузки/загрузки на итерации
Исходные данные Диаметр патрона, мм 100
Диаметр заготовки, мм 95
Глубина загрузки, мм 20
Длина заготовки, мм 160
Расстояние между осями робота и патрона, мм 1100
Угловая скорость поворота руки, град/с 1,8
Скорость втягивания (выдвижения) руки, мм/с 760
Таблица 9
Результаты моделирования
№ Вылет
манипулятора Угол поворота
руки робота, град. Координаты X1 X2 1 1092,5 90 8,248146Е-0,5 1092,5 2 1092,5 89,8 3,813561 1092,5 Разгрузка производится за 0,1209795 с.
Используя формулы и результаты расчетов на ЭВМ, выполним расчет времени каждого движения, совершаемого ПР за цикл работы. Результаты расчетов представлены в таблице 10.
Таблица 10
Результаты расчетов времени позиционирования
№ Действие ПР Перемещение Затрачиваемое время, с 1 2 3 4 1 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 2 Зажим схватом заготовки 0,5 3 Поднятие руки r = 409 мм 0,6 4 Поворот руки против ч/с φ = 90º 4,2 5 Поворот руки вокруг своей оси против ч/с α = 90º 0,15 6 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 7 Загрузка станка 2,9 8 Зажим патрона 0,5 9 Разжим схватом заготовки 0,5 10 Втягивание руки r = 350 мм 0,65 11 Простой в связи с обработкой 88 12 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 13 Зажим схватом заготовки 0,5 14 Разжим патрона 0,5 15 Разгрузка станка 0,12 16 Поворот руки вокруг своей оси по ч/с α = 180º 0,3 17 Втягивание руки r = 350 мм 0,65 18 Поворот руки по ч/с на угол φ = 90º 4,2 19 Опускание руки r = 409 мм 0,6 20 Разжим схватом заготовки 0,5 21 Поднятие руки r = 409 мм 0,6 22 Поворот тактового стола 2
tц = ∑ti = 109,9 с.
По результатам расчетов строим циклограмму работы РТК (Лист 3 графической части).
20. Расчет номинальных показателей РТК
Проверка полученных результатов по проектированию РТК производится при помощи программы ROBOT. Программа ROBOT предназначена для расчета номинальных показателей роботизированной ячейки с радиальным роботом [11], а именно, номинальной производительности, длительности транспортного и общего цикла обслуживания (в градусах). При этом учитывается динамика движения ПР.
В качестве исходных данных используются:
- параметры зоны обслуживания;
- угловые и радиальные координаты рабочих позиций и их число, включая загрузку-разгрузку;
- скоростные параметры робота (ускорение разгона, ускорение торможения, скорость поворота, скорость выдвижения руки);
- маршрут обслуживания рабочих позиций (последовательность посещаемых номеров позиций).
Робот обслуживает рабочие и вспомогательные позиции последовательно в соответствии с заданным маршрутом. Длительность цикла обслуживания всех позиций ячейки определяется суммированием времен транспортирования из позицию в позицию, разгрузки или загрузки-разгрузки позиции, времени выполнения операции в данной позиции, если ПР ожидает окончания этой операции.
Результаты расчета номинальных показателей РТК на программе ROBOT представлены ниже
.
Заключение
Разработанный РТК предназначен для изготовления указанных в задании деталей в условиях серийного производства. В состав РТК входит ТОЦ SBL600-310-2S-2T, промышленный робот Fanuc M-10iA(Япония) и тактовый стол. Технологическая оснастка: трехкулачковый патрон, схват промышленного робота, инструментальная наладка.
Номинальная производительность РТК – 12 деталей в час, что удовлетворяет необходимому годовому выпуску 30000 деталей. При необходимости увеличения партии выпуска возможна переналадка РТК путем добавления в его состав еще одного станка. Кроме того, после быстрой переналадки, возможно использование разработанного РТК для выпуска других деталей типа валов подобных указанной в задании и имеющих размеры, лежащие в некотором диапазоне.

Список использованной литературы
1.Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1988. - 292 с.
2.Промышленные роботы: Каталог/Под ред. Ю.Г. Козырева. - М.: НИИМАШ, 1982. - 101 с.
3.Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учебное пособие /Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А., Павлов и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. - М.: Машиностроение, 1986. - 140 с.
4.Справочник по промышленной робототехнике. В 2-х кн. Кн.1: Пер. с англ./Под ред. Ш. Нофа.- М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.
5.Справочник по промышленной робототехнике. В 2-х кн. Кн.2: Пер. с англ./Под ред. Ш. Нофа.- М.: Машиностроение, 1990. - 480 с.
6.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1986. - 656 с.
7.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.
8.Фролов Н.Н. Технология обработки деталей на станках с ЧПУ: Учебное пособие. - Тула, 1991. - 130 с.
9.Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н., Оснастка для станков с ЧПУ. Справочник.- 2-е издание перераб. и доп.-М.: Машиностроение,1990-512 с.
10.Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ.ред. И.А.Ординарцева.-Л.:Машиностроение.Ленингр.отдел.,1987.-846 с.
11.Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка комплексной САПР станочных систем и технологических процессов для обработки тел вращения". Тула, 1988.
12.Кузнецов М.М. и др. Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузов/М. М. Кузнецов, Б.А. Усов, В.С. Стародубов.- М.: Машиностроение, 1987.- 288 с.
3