МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОЛЬЯТТИНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА “ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ”
Курсоваяработа по дисциплине “Автоматизация машиностроительного производства ”
на тему
“ Разработкаробототехнического комплекса токарной обработки вставки, пальца и оси сателлита”
Студент БыковР.Н.
Группа М-501
ПреподавательБойченко О.В.
ТОЛЬЯТТИ 2003-2004
Аннотация
Разработкаробототехнического комплекса токарной обработки вставки, пальца и осисателлита. К.р. /Быков Р.Н.– Тольятти.: ТГУ, 2003.
Разработантехнологический процесс изготовления детали с выбором заготовок. Выбранпромышленный робот, транспортер-накопилель и захватное устройство дляобслуживания токарных операций технологического процесса. Произведен расчетзахватного устройства и циклограмм работы оборудования, входящего вробототехнический комплекс. Выполнена компоновка средств автоматизациизагрузки.
Расчетно-пояснительнаязаписка на стр.
Графическая часть –чертежа А1.
Чертеж детали. 0,125
Наладки токарной обработки. 0,5
Сборочный чертежтранспортера-накопителя. 1
Сборочный чертежзахватного устройства.
Общий вид РТК. 1
План
Введение
1. Выбор заготовок
2. Разработка технологического процесса изготовления деталей
3. Разработка теоретических схем базирования, креплениязаготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере накопителе
4. Разработка наладок при обработке заготовок на токарномоборудовании
5. Расчет и проектирование транспортера-накопителя иразработка наладок размещения на нем заготовок
6. Выбор промышленного робота для использования в РТКтокарной операции
7. Расчет захватного устройства и разработка конструкции егоразмещения на руке промышленного робота
8. Компоновка средств автоматизации загрузки и транспортнойсистемы совместно с используемым токарным оборудованием
9. Разработка циклограмм работы оборудования, входящего в РТК
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Машиностроение – одна изважнейших отраслей, дающих человеку блага жизни и обеспечивающих технически другиеотрасли. Для повышения уровня благ главной задачей должно стать всемерноеповышение эффективности производства, но это не может быть осуществимо безкомплексной автоматизации и механизации. Вот поэтому так много вниманияуделяется переходу от создания и внедрения отдельных производственных машин итехнологического оборудования к разработке, производству и массовому применениювысокоэффективных комплексов автоматических машин и оборудования. При этомособую важность приобрели автоматизация и механизация не только основных, но ивспомогательных, транспортных и складских операций с помощью легко переналаживаемыхтехнических средств, к которым относятся промышленные роботы.
Промышленные роботы,обеспечивая автоматизацию отдельных процессов и операций, связывают их всистемы автоматически работающих производственных машин-автоматов, достаточноэффективных как в массовом, так и в мелкосерийном производствах.
Применение промышленныхроботов улучшает использование производственных фондов, повышая рентабельностьи фондоотдачу производства.
Важной особенностьюпромышленных роботов является не только высокая степень универсальностибольшинства из них, но и способность быстро переналаживаться на выполнениеновых операций или иной работы, что особенно важно в условиях современногогибкого производства, для которого характерны большая номенклатура и частаясмена выпускаемых изделий.
Поэтому целью данногокурсового проектирования является овладение навыками выбора и расчета средствавтоматизации и механизации технологических процессов.
1. Выборзаготовок
Выбор заготовок длябудущих деталей является одним из важнейших этапов проектированиятехнологического процесса и всего связанного с этим. От выбора заготовокзависят качество и стоимость операций технологического процесса, выбраннаяоснастка и инструмент, а также средства обслуживания операции.
В нашем случае, учитываясреднесерийный тип производства, среднюю сложность изготовления деталей,незначительность переходов цилиндрических шеек, оптимальным видом заготовок длявсех деталей, участвующих в курсовом проектировании, являются заготовки изпроката обычной точности.
Данные по характеристикампрутков в табл.62[1]
Вставка – пруток Æ60/>.
Палец – пруток Æ60/>.
Ось сателлита – пруток Æ45/>
2.Разработка технологического процесса изготовления деталей
На основе выбранныхзаготовок разработаем для каждой детали технологический процесс.Технологические процессы будем разрабатывать укрупнено.
Для разработкитехнологических процессов изготовления деталей будем руководствоватьсярекомендациями [1], [2], [3]. Данные по разработке технологических процессовзанесем в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Технологические процессыизготовления деталей Схема Технологический переход Обрабатываемые поверхности Вставка
/> 00 – заготовительная (прокат) отрезка 10 – фрезерно-центровальная 8,9 20 – токарная 1,2,3,5,6,7 30 – термообработка 1,2,3,4,5,6,7,8,9 Палец
/> 00 – заготовительная (прокат) отрезка 10 – фрезерно-центровальная 1,8,14,15 20 – токарная 2,3,4,5,7,9,10,11,12 30 – сверлильная 13 40 – резьбонарезная 2 45 – термообработка 2,3,4,5,79,10,11,12, 13 50 – круглошлифовальная 5,7 Ось сателлита
/> 00 – заготовительная (прокат) отрезка 10 – фрезерно-центровальная 1,4,6,7 20 – токарная 2,5,6 25 – термообработка 2,3,5,6 30 — круглошлифовальная 2,6 40 – фрезерная 3
3.Разработка теоретических схем базирования, крепления заготовок на станке, взахватном устройстве и на транспортере-накопителе
Разработаем теоретическиесхемы базирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и натранспортере-накопителе. Будем руководствоваться принципами постоянства иединства технологических и измерительных баз, а также совмещениетехнологических баз с конструкторскими. Для разработки теоретических схембазирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере-накопителебудем пользоваться рекомендациями [4], [5]. Данные по разработке теоретическихсхем базирования, крепления заготовок занесем в таблицу 3.1.
Таблица 3.1
Теоретические схемыбазирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и натранспортере-накопителеДеталь Теоретическая схема базирования Теоретическая схема базирования в захватном устройстве Теоретическая схема базирования на транспортере-накопителе I установ На I установ На станок Вставка
/>
/>
/> II установ На II установ Со станка
/>
/>
/> На транспорт
/> Палец I установ На I установ На станок
/>
/>
/> II установ На II установ Со станка
/>
/>
/> На транспорт
/> I установ На I установ На станок
/>
/>
/> Ось сателлита II установ На II установ Со станка
/>
/>
/> На транспорт
/>
4.Разработка наладок при обработке заготовок на токарном оборудовании
На основе разработанныхтехнологических процессов и теоретических схем базирования заготовок на станкеразработаем наладки при обработке заготовок (см. приложение). При разработкеналадок будем руководствоваться рекомендациями [1], [6].
Учитывая конструктивныепараметры и технические требования обрабатываемых деталей, и теоретическиесхемы базирования, из таблиц [6] выберем тип станка и тип токарноготрехкулачкового механизированного патрона. В нашем случае для токарной операцииподходят полуавтомат токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 1725РФ3 и патронтокарного механизированного типа ПЗКП-315.Ф8.95. Выбранный нами станок обеспечиваеттребуемые режимы резания и точность обработки. Патрон типа ПЗКП-315.Ф8.95обеспечивает центрирование заготовок самоустанавливающимися кулачками и дополнительносамоустановку кулачков по заготовке при обработке ее в центрах. Зажим и разжимзаготовок в патроне производится от гидравлического привода, устанавливаемогона заднем конце шпинделя станка. Также выбранный нами патрон оснащен плавающимицентрами.
На наладке покажем вид вплане и вид сбоку детали в патроне на станке, захватное устройство относительнодетали, а также реализацию теоретической схемы базирования и закрепления натокарном станке с обозначением опорных центров, прижимов патрона и губокзахватного устройства. Проставим основные размеры детали и размеры,определяющие координатное положение губок захватного устройства. Инструмент,резцовые блоки и суппорты на схеме наладки не показываем. Также приведем насхеме наладки циклы координатного перемещения детали при установке и сменедеталей на станке с помощью захватного устройства.
5. Расчети проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на немзаготовок
На основе конструктивныхпараметров обрабатываемых деталей, техпроцесса их обработки и выбранноготокарного станка с ЧПУ по материалам [1] выберем модель и типоразмер тактовоготранспортера-накопителя. Обрабатываемые детали практически одного типоразмера иих длины лежат в пределах 76…133 мм, а масса не превышает 1,4кг. Поэтомуцелесообразно выбрать пластины с размерами 150×225 с грузоподъемностью 10 кг. Учитывая такт обработки деталей и возможность непрерывной работы транспортера-накопителя безсмены на нем деталей оператором в течение одного часа, выбираем транспортер-накопительс 24 пластинами. На основе этих данных выбираем модель тактовоготранспортера-накопителя – СТ 150. Технические характеристики занесем в таблицу5.1.
Таблица 5.1
Техническиехарактеристики транспортера-накопителяМодель тактового транспортера-накопителя Габаритные размеры транспортера-накопителя Число пластин Грузоподъемность одной пластины, кг Размеры пластины L B H А×Б
l×b СТ 150 2250 650 850 24 10 150×225
150×150
Разработаем базирующие иустановочные регулируемые и нерегулируемые элементы на пластине для размещенияи базирования заготовок и деталей. Учитывая серийность производства ивозможность быстрой переналадки на изготовление других деталей, будемиспользовать в качестве установочного нерегулируемого элемента базовую плиту,по Т-образным пазам которой будут перемещаться базирующие призмы. Привод,перемещающий призмы – механический – винт-гайка. Такое приспособлениеобеспечивает размещение обработанных деталей и их заготовок, а такжевозможность предварительной регулировки и переналадки. Вид транспортеранакопителя и его составляющих представлен на чертежах (см. приложение).
6. Выборпромышленного робота для использования в РТК токарной операции
В данной курсовой работемы принимаем, что автоматизация операции загрузки и смены обрабатываемыхдеталей в условиях серийного производства обеспечивается с применениемпромышленного робота в составе РТК. На основе анализа технологическогопроцесса, конструктивных параметров деталей, разработанных схем наладок выберемпромышленный робот. В нашем случае будет удобным использовать промышленныйробот СМ160Ф2.05.01 [1]. Данный робот обладает всеми нужными для автоматизацииопераций в нашем проектировании параметрами и функциями. Выбранный нами роботобладает пятью степенями свободы, что позволяет осуществлять захват заготовки влюбом месте максимально приближенным к центру тяжести заготовки (см. пункт 7),т.е. является широко применимым, что позволяет использовать его в среднесерийномпроизводстве с нередкой сменой ассортимента выпускаемых деталей. Данный роботимеет возможность обслуживать несколько станков, что приемлемо для серийногопроизводства, где штучное время немалое, и оно будет обеспечивать возможностьмногостаночного обслуживания роботом. Грузоподъемность робота позволяетперемещать детали до 160 кг. Наличие двух рук робота дает возможность сократитьвремя обслуживания практически в два раза. Также робот обладает достаточновысокой точностью позиционирования, большим диапазоном и высокой скоростьюперемещений, как угловых, так и линейных. Технические характеристики роботазанесем в таблицу 6.1
Таблица 6.1
Техническиехарактеристики робота СМ160Ф2.05.01Техническая характеристика Численное значение Грузоподъемность суммарная/ на одну руку, кг 320/160 Число рук/ захватов на руку 2/1 Число степеней подвижности 5 Тип привода Гидравлический Система управления Позиционная Число программируемых координат 3 Способ программирования перемещений Обучение Погрешность позиционирования, мм ±0,5 Наибольший вылет руки, мм 1800
Линейные перемещения/ скорость перемещений
мм, мм/с:
Горизонтальные
Вертикальные
8900/0,8
970/0,3
Угловые перемещения/ скорость перемещений,
…º, º/с 60/15 Масса, кг 6500
7. Расчетзахватного устройства и разработка конструкции его размещения на рукепромышленного робота
Для разработки чертежазахватного устройства необходимо произвести расчет захватного устройства.Вследствие того, что заготовки до и после обработки на станке имеют разныемассу и конфигурацию, расчет необходимо производить для каждого этапаобработки, что является трудоемким и длительным процессом. Поэтому в данномслучае мы произведем расчет для заготовок, которые еще не прошли токарнуюобработку (которые загружают с транспортера накопителя), но все неточности ипогрешности мы учтем при введении коэффициента, учитывающего увеличениенагрузки Кд.
Расчет захватногоустройства произведем в четыре этапа, используя данные [1], [7].
Произведем расчет иреакций в губках.
Определим точку центратяжести для каждой заготовки по формуле:
/>, (7.1)
где сi – точка центра тяжести простойфигуры,
mi – масса простой фигуры,
n – количество простых фигур, накоторые разбита заготовка.
Данные занесем в таблицу7.1.
Определим точки приложениясил и реакции в губках для каждой детали (Рис.7.1): точки приложения сил иреакции в губках
/>
Рис.7.1
Рассчитаем нагрузки иреакции в губках по формулам:
/>, (7.2)
где l= – ширина губок,
с – расстояние от центратяжести заготовки до ближайшей реакции,
Q – вес заготовки (mg).
Данные занесем в таблицу7.1.
Рассчитаем силывоздействия губок на деталь.
Составим схему сил,действующих на деталь (Рис.7.2)
Схема действующих надеталь сил
/>
Рис.7.2
Рассчитаем силывоздействия губок на деталь по формуле:
/> , (7.3)
где φi – угол между проекцией на плоскостьи силой Ni,
kтр=0,14 – коэффициент трения междугубками и заготовкой.
Данные занесем в таблицу7.1.
Рассчитаем усилияпривода.
Определим моменты и силыпривода захватного устройства (Рис.7.3).
Схема захватногоустройства
/>
Рис.7.3
/>, (7.4)
где η=0,95 – КПД,
β=8º – уголклина,
ρ=1º10' –приведенный угол трения на подшипниках качения,
k – количество губок захватногоустройства,
Мk – момент сил на губке,
/>, (7.5)
где ai=, ci=, – конструктивные параметрызахватного устройства.
Для исключения потерижесткости крепления детали в захватном устройстве от влияния динамическихнагрузок усилие на приводе увеличим, умножая на коэффициент Кд=4.Данные занесем в таблицу 7.1.
Определим конструктивныепараметры привода и захватного устройства в целом. В зависимости от сил зажимадетали губками и силы привода, полученных в результате расчетов, назначаемконструктивные параметры захватного устройства с приводом. Определим диаметрпоршня и диаметр штока. Данные занесем в таблицу 7.1.
Крепление захватногоустройства к руке робота будет происходить посредством резьбового соединенияМ24.
Таблица 7.1
Параметры захватногоустройства
Вставка
Палец
Ось сателлита
Точка центра тяжести 38,25 58 66,5
Вес заготовки 1,3 1,06 2,0
Реакции в губках 6,5 5,8 10
Сила воздействия губок 5,2 4,6 8,0
Момент сил на губке 825 708 1269
Сила привода 60 72 92
Диаметр поршня 40 40 40
Диаметр штока 20 20 20
8. Компоновкасредств автоматизации загрузки и транспортной системы совместно с используемымтокарным оборудованием
На основе полученныхрезультатов проделанной работы, используя [6], [7], подготавливаем общий видробототехнического комплекса.
На чертеже общего видапокажем вид в плане РТК, а также дополнительно виды и сечения для пояснениячертежа (см. приложение). Также на чертеже общего вида показываем циклограммупоследовательности выполнения перемещений захватного устройства в процессезагрузки, разгрузки и транспортирования заготовок.
Транспортер-накопительразмещаем перед станком слева так, чтоб ось заготовки, находившейся натранспортере-накопителе и ожидавшей обработки, была параллельна осиобрабатываемой заготовки. Промышленный робот размещаем перпендикулярно осиобрабатываемой заготовки. Это дает нам следующие преимущества. Благодаря такойкомпоновке, занимаемая площадь оборудованием уменьшается (компактноерасположение), а также увеличивается количество технологического оборудования,которое может обслужить промышленный робот, если оно будет компоноватьсяаналогично. Вследствие параллельности осей обрабатываемой и ожидающей обработкизаготовок, исключаются лишние движения, которые необходимо совершить роботу,чтоб придать вновь обрабатываемой заготовки требуемое положение в пространстве.А это упрощает программу робота и ее изготовление. Также при такой компоновкеобеспечиваются условия соблюдения техники безопасности, удобства обслуживания иэксплуатации оборудования, т.е. доступность оператора и наладчика узлов станкаи средств автоматизации загрузки в период наладки и обслуживания оборудования.Данное компоновочное исполнение средств автоматизации загрузки в РТКудовлетворяет требованиям выполнения операций, каждой установки и каждоготехнологического перехода в отдельности в соответствии с технологическимпроцессом обработки детали.
9. Разработкациклограмм работы оборудования, входящего в РТК
Разработаем циклограммуработы оборудования, входящего в РТК, принимая последовательность выполненияосновных и вспомогательных операций в цикле обработки деталей (см. таблицу9.1). Для определения времени протекания этапа цикла будем использоватьследующую формулу:
t=S/V, (9.1)
где S – путь, который проходитопределенный элемент,
V – скорость прохождения данного пути.
Перед началом обработкидеталей в автоматическом цикле на станке токарь вручную устанавливает заготовкув патрон и включает его систему ЧПУ, обработанную деталь забирает захватом II, вторую заготовку в захват I токарь устанавливает вручную.
Таблица 9.1.
Циклограмма работыоборудованияВид движения Время, с Транспортирование заготовки в захвате II в зону обработки 1,62 Опускание захвата I робота 2,33 Зажатие обработанной заготовки губками захвата I и ее раскрепление 3,07 Поднятие захвата I робота 2,33 Поворот захвата I робота с обработанной заготовкой на 180º 2,0 Опускание захвата I робота 2,33 Установка и закрепление заготовки на станке 3,67 Разжатие губок захватного устройства I 1,15 Обработка детали t Опускание захвата I робота 2,33 Зажатие обработанной заготовки губками захвата I и ее раскрепление 3,07 Поднятие захвата I робота 2,33 Горизонтальное перемещение руки для совмещения оси необработанной заготовки в захвате II с осью патрона 2,0 Опускание захвата II робота 2,33 Установка и закрепление заготовки на станке 3,67 Поднятие захвата II робота 2,33 Обработка детали t Опускание захвата II робота 2,33 Зажатие обработанной заготовки губками захвата II и ее раскрепление 3,07 Поднятие захвата II робота 2,33 Поворот захвата II робота с обработанной заготовкой на 180º 2,0 Опускание захвата II робота 2,33 Установка и закрепление заготовки на станке 3,67 Разжатие губок захватного устройства II 1,15 Обработка детали. Одновременно с этим происходит перемещение робота к транспортеру-накопителю, установка обработанной заготовки на транспортер-накопитель, перемещение тактового стола на шаг и захват роботом очередной заготовки. t Общее время цикла 53,44+2tшт
При последующем движенииробота по порталу от стола к станку после его остановки и автоматический цикл вописанной последовательности повторяется
Данная циклограммасоответствует токарной обработке любой детали, участвующей в курсовомпроектировании.
Заключение
Мы в нашем курсовомпроектировании разработали технологический маршрут обработки деталей вставка,палец и ось сателлита. Подобрали станок и оснастку для осуществления токарныхопераций данного маршрута, а также осуществили выбор и расчет средствавтоматизации данных операций: выбрали промышленный робот, тактовыйтранспортер-накопитель, рассчитали захват и разработали циклограмму работыоборудования, входящего в состав РТК, для обеспечения его автоматическойработы. Цели, поставленные в начале курсового проектирования, считаем достигнутыми.
Литература
1. Косилова А.Г. идр. Справочник технолога-машиностроителя, том 1. – М. Машиностроение, 1985 –656 с.
2. Михайлов А.В.План изготовления детали: Методические указания к выполнению курсовых идипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 22с.
3. Автоматизированныекомплексы механической обработки валов с использованием промышленныхроботов./Методические рекомендации НПО ЭНИМС. – М.: НИИНМАШ, 1983. 64 с.
4. Михайлов А.В.Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовыхи дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.
5. Локтев С.Е.Станки с программным управлением и промышленные роботы. – М.: Машиностроение,1986. 320 с.
6. Средстваавтоматизации загрузки и разгрузки деталей робототехнического комплекса длятокарной обработки: Метод. указания/ Сост. Царев А.М. – Тольятти: ТолПИ, 1991.
7. Проектирование иразработка промышленных роботов/ С.С. Аншин, А.В. Бабич, А.Г. Баранов и др.;Под общ. ред. Я.А. Шифрина, П.Н. Белянина. – М.: Машиностроение, 1989. – 272с.:ил.