Разработка робототехнического комплекса токарной обработки вставки, пальца и оси сателлита

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА “ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ”

Курсовая работа по дисциплине “Автоматизация машиностроительного производства ”

на тему

“ Разработка робототехнического комплекса токарной обработки вставки, пальца и оси сателлита”

Студент Быков Р.Н.

Группа М-501

Преподаватель Бойченко О.В.

ТОЛЬЯТТИ 2003-2004

Аннотация

Разработка робототехнического комплекса токарной обработки вставки, пальца и оси сателлита. К.р. /Быков Р.Н.– Тольятти.: ТГУ, 2003.

Разработан технологический процесс изготовления детали с выбором заготовок. Выбран промышленный робот, транспортер-накопилель и захватное устройство для обслуживания токарных операций технологического процесса. Произведен расчет захватного устройства и циклограмм работы оборудования, входящего в робототехнический комплекс. Выполнена компоновка средств автоматизации загрузки.

Расчетно-пояснительная записка на стр.

Графическая часть – чертежа А1.

Чертеж детали. 0,125

Наладки токарной обработки. 0,5

Сборочный чертеж транспортера-накопителя. 1

Сборочный чертеж захватного устройства.

Общий вид РТК. 1

План

Введение

1. Выбор заготовок

2. Разработка технологического процесса изготовления деталей

3. Разработка теоретических схем базирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере накопителе

4. Разработка наладок при обработке заготовок на токарном оборудовании

5. Расчет и проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на нем заготовок

6. Выбор промышленного робота для использования в РТК токарной операции

7. Расчет захватного устройства и разработка конструкции его размещения на руке промышленного робота

8. Компоновка средств автоматизации загрузки и транспортной системы совместно с используемым токарным оборудованием

9. Разработка циклограмм работы оборудования, входящего в РТК

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Машиностроение – одна из важнейших отраслей, дающих человеку блага жизни и обеспечивающих технически другие отрасли. Для повышения уровня благ главной задачей должно стать всемерное повышение эффективности производства, но это не может быть осуществимо без комплексной автоматизации и механизации. Вот поэтому так много внимания уделяется переходу от создания и внедрения отдельных производственных машин и технологического оборудования к разработке, производству и массовому применению высокоэффективных комплексов автоматических машин и оборудования. При этом особую важность приобрели автоматизация и механизация не только основных, но и вспомогательных, транспортных и складских операций с помощью легко переналаживаемых технических средств, к которым относятся промышленные роботы.

Промышленные роботы, обеспечивая автоматизацию отдельных процессов и операций, связывают их в системы автоматически работающих производственных машин-автоматов, достаточно эффективных как в массовом, так и в мелкосерийном производствах.

Применение промышленных роботов улучшает использование производственных фондов, повышая рентабельность и фондоотдачу производства.

Важной особенностью промышленных роботов является не только высокая степень универсальности большинства из них, но и способность быстро переналаживаться на выполнение новых операций или иной работы, что особенно важно в условиях современного гибкого производства, для которого характерны большая номенклатура и частая смена выпускаемых изделий.

Поэтому целью данного курсового проектирования является овладение навыками выбора и расчета средств автоматизации и механизации технологических процессов.

1. Выбор заготовок

Выбор заготовок для будущих деталей является одним из важнейших этапов проектирования технологического процесса и всего связанного с этим. От выбора заготовок зависят качество и стоимость операций технологического процесса, выбранная оснастка и инструмент, а также средства обслуживания операции.

В нашем случае, учитывая среднесерийный тип производства, среднюю сложность изготовления деталей, незначительность переходов цилиндрических шеек, оптимальным видом заготовок для всех деталей, участвующих в курсовом проектировании, являются заготовки из проката обычной точности.

Данные по характеристикам прутков в табл.62[1]

Вставка – пруток 60.

Палец – пруток 60.

Ось сателлита – пруток 45

2. Разработка технологического процесса изготовления деталей

На основе выбранных заготовок разработаем для каждой детали технологический процесс. Технологические процессы будем разрабатывать укрупнено.

Для разработки технологических процессов изготовления деталей будем руководствоваться рекомендациями [1], [2], [3]. Данные по разработке технологических процессов занесем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Технологические процессы изготовления 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, в захватном устройстве и на транспортере-накопителе

Разработаем теоретические схемы базирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере-накопителе. Будем руководствоваться принципами постоянства и единства технологических и измерительных баз, а также совмещение технологических баз с конструкторскими. Для разработки теоретических схем базирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере-накопителе будем пользоваться рекомендациями [4], [5]. Данные по разработке теоретических схем базирования, крепления заготовок занесем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Теоретические схемы базирования, крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере-накопителе

Деталь	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 разработанных технологических процессов и теоретических схем базирования заготовок на станке разработаем наладки при обработке заготовок (см. приложение). При разработке наладок будем руководствоваться рекомендациями [1], [6].

Учитывая конструктивные параметры и технические требования обрабатываемых деталей, и теоретические схемы базирования, из таблиц [6] выберем тип станка и тип токарного трехкулачкового механизированного патрона. В нашем случае для токарной операции подходят полуавтомат токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 1725РФ3 и патрон токарного механизированного типа ПЗКП-315.Ф8.95. Выбранный нами станок обеспечивает требуемые режимы резания и точность обработки. Патрон типа ПЗКП-315.Ф8.95 обеспечивает центрирование заготовок самоустанавливающимися кулачками и дополнительно самоустановку кулачков по заготовке при обработке ее в центрах. Зажим и разжим заготовок в патроне производится от гидравлического привода, устанавливаемого на заднем конце шпинделя станка. Также выбранный нами патрон оснащен плавающими центрами.

На наладке покажем вид в плане и вид сбоку детали в патроне на станке, захватное устройство относительно детали, а также реализацию теоретической схемы базирования и закрепления на токарном станке с обозначением опорных центров, прижимов патрона и губок захватного 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 на схеме наладки циклы координатного перемещения детали при установке и смене деталей на станке с помощью захватного устройства.

5. Расчет и проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на нем заготовок

На основе конструктивных параметров обрабатываемых деталей, техпроцесса их обработки и выбранного токарного станка с ЧПУ по материалам [1] выберем модель и типоразмер тактового транспортера-накопителя. Обрабатываемые детали практически одного типоразмера и их длины лежат в пределах 76…133 мм, а масса не превышает 1,4кг. Поэтому целесообразно выбрать пластины с размерами 150×225 с грузоподъемностью 10 кг. Учитывая такт обработки деталей и возможность непрерывной работы транспортера-накопителя без смены на нем деталей оператором в течение одного часа, выбираем транспортер-накопитель с 24 пластинами. На основе этих данных выбираем модель тактового транспортера-накопителя – СТ 150. Технические характеристики занесем в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Технические характеристики транспортера-накопителя

Модель 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 и установочные регулируемые и нерегулируемые элементы на пластине для размещения и базирования заготовок и деталей. Учитывая серийность производства и возможность быстрой переналадки на изготовление других деталей, будем использовать в качестве установочного нерегулируемого элемента базовую плиту, по Т-образным пазам которой будут перемещаться базирующие призмы. Привод, перемещающий призмы – механический – винт-гайка. Такое приспособление обеспечивает размещение обработанных деталей и их заготовок, а также возможность предварительной регулировки и переналадки. Вид транспортера накопителя и его составляющих представлен на чертежах (см. приложение).

6. Выбор промышленного робота для использования в РТК токарной операции

В данной курсовой работе мы принимаем, что автоматизация операции загрузки и смены обрабатываемых деталей в условиях серийного производства обеспечивается с применением промышленного робота в составе РТК. На основе анализа технологического процесса, конструктивных параметров деталей, разработанных схем наладок выберем промышленный робот. В нашем случае будет удобным использовать промышленный робот СМ160Ф2.05.01 [1]. Данный робот обладает всеми нужными для автоматизации операций в нашем проектировании параметрами и функциями. Выбранный нами робот обладает пятью степенями свободы, что позволяет осуществлять захват заготовки в любом месте максимально приближенным к центру тяжести заготовки (см. пункт 7), т.е. является широко применимым, что позволяет использовать его в среднесерийном производстве с нередкой сменой ассортимента выпускаемых деталей. Данный робот имеет возможность обслуживать несколько станков, что приемлемо для серийного производства, где штучное время немалое, и оно будет обеспечивать возможность многостаночного обслуживания роботом. Грузоподъемность робота позволяет перемещать детали до 160 кг. Наличие двух рук робота дает возможность сократить время обслуживания практически в два раза. Также робот обладает достаточно высокой точностью позиционирования, большим диапазоном и высокой скоростью перемещений, как угловых, так и линейных. Технические характеристики робота занесем в таблицу 6.1

Таблица 6.1

Технические характеристики робота СМ160Ф2.05.01

Техническая 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. Расчет захватного устройства и разработка конструкции его размещения на руке промышленного робота

Для разработки чертежа захватного устройства необходимо произвести расчет захватного устройства. Вследствие того, что заготовки до и после обработки на станке имеют разные массу и конфигурацию, расчет необходимо производить для каждого этапа обработки, что является трудоемким и длительным процессом. Поэтому в данном случае мы произведем расчет для заготовок, которые еще не прошли токарную обработку (которые загружают с транспортера накопителя), но все неточности и погрешности мы учтем при введении коэффициента, учитывающего увеличение нагрузки Кд.

Расчет захватного устройства произведем в четыре этапа, используя данные [1], [7].

Произведем расчет и реакций в губках.

Определим точку центра тяжести для каждой заготовки по формуле:

, (7.1)

где с_>i> – точка центра тяжести простой фигуры,

m_>i> – масса простой фигуры,

n – количество простых фигур, на которые разбита заготовка.

Данные занесем в таблицу 7.1.

Определим точки приложения сил и реакции в губках для каждой детали (Рис.7.1): точки приложения сил и реакции в губках

Рис.7.1

Рассчитаем нагрузки и реакции в губках по формулам:

, (7.2)

где l= – ширина губок,

с – расстояние от центра тяжести заготовки до ближайшей реакции,

Q – вес заготовки (mg).

Данные занесем в таблицу 7.1.

Рассчитаем силы воздействия губок на деталь.

Составим схему сил, действующих на деталь (Рис.7.2)

Схема действующих на деталь сил

Рис.7.2

Рассчитаем силы воздействия губок на деталь по формуле:

, (7.3)

где φ_>i> – угол между проекцией на плоскость и силой N_>i>,

k_>тр>=0,14 – коэффициент трения между губками и заготовкой.

Данные занесем в таблицу 7.1.

Рассчитаем усилия привода.

Определим моменты и силы привода захватного устройства (Рис.7.3).

Схема захватного устройства

Рис.7.3

, (7.4)

где η=0,95 – КПД,

β=8º – угол клина,

ρ=1º10' – приведенный угол трения на подшипниках качения,

k – количество губок захватного устройства,

М_>k> – момент сил на губке,

, (7.5)

где a_>i>=, c_>i>=, – конструктивные параметры захватного устройства.

Для исключения потери жесткости крепления детали в захватном устройстве от влияния динамических нагрузок усилие на приводе увеличим, умножая на коэффициент К_>д>=4. Данные занесем в таблицу 7.1.

Определим конструктивные параметры привода и захватного устройства в целом. В зависимости от сил зажима детали губками и силы привода, полученных в результате расчетов, назначаем конструктивные параметры захватного устройства с приводом. Определим диаметр поршня и диаметр штока. Данные занесем в таблицу 7.1.

Крепление захватного устройства к руке робота будет происходить посредством резьбового соединения М24.

Таблица 7.1

Параметры захватного устройства

	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

На основе полученных результатов проделанной работы, используя [6], [7], подготавливаем общий вид робототехнического комплекса.

На чертеже общего вида покажем вид в плане РТК, а также дополнительно виды и сечения для пояснения чертежа (см. приложение). Также на чертеже общего вида показываем циклограмму последовательности выполнения перемещений захватного устройства в процессе загрузки, разгрузки и транспортирования заготовок.

Транспортер-накопитель размещаем перед станком слева так, чтоб ось заготовки, находившейся на транспортере-накопителе и ожидавшей обработки, была параллельна оси обрабатываемой заготовки. Промышленный робот размещаем перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки. Это дает нам следующие преимущества. Благодаря такой компоновке, занимаемая площадь оборудованием уменьшается (компактное расположение), а также увеличивается количество технологического оборудования, которое может обслужить промышленный робот, если оно будет компоноваться аналогично. Вследствие параллельности осей обрабатываемой и ожидающей обработки заготовок, 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 компоновке обеспечиваются условия соблюдения техники безопасности, удобства обслуживания и эксплуатации оборудования, т.е. доступность оператора и наладчика узлов станка и средств автоматизации загрузки в период наладки и обслуживания оборудования. Данное компоновочное исполнение средств автоматизации загрузки в РТК удовлетворяет требованиям выполнения операций, каждой установки и каждого технологического перехода в отдельности в соответствии с технологическим процессом обработки детали.

9. Разработка циклограмм работы оборудования, входящего в РТК

Разработаем циклограмму работы оборудования, входящего в РТК, принимая последовательность выполнения основных и вспомогательных операций в цикле обработки деталей (см. таблицу 9.1). Для определения времени протекания этапа цикла будем использовать следующую формулу:

t=S/V, (9.1)

где S – путь, который проходит определенный элемент,

V – скорость прохождения данного пути.

Перед началом обработки деталей в автоматическом цикле на станке токарь вручную устанавливает заготовку в патрон и включает его систему ЧПУ, обработанную деталь забирает захватом II, вторую заготовку в захват I токарь устанавливает вручную.

Таблица 9.1.

Циклограмма работы оборудования

Вид 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 движении робота по порталу от стола к станку после его остановки и автоматический цикл в описанной последовательности повторяется

Данная циклограмма соответствует токарной обработке любой детали, участвующей в курсовом проектировании.

Заключение

Мы в нашем курсовом проектировании разработали технологический маршрут обработки деталей вставка, палец и ось сателлита. Подобрали станок и оснастку для осуществления токарных операций данного маршрута, а также осуществили выбор и расчет средств автоматизации данных операций: выбрали промышленный робот, тактовый транспортер-накопитель, рассчитали захват и разработали циклограмму работы оборудования, входящего в состав РТК, для обеспечения его автоматической работы. Цели, поставленные в начале курсового проектирования, считаем достигнутыми.

Литература

Косилова А.Г. и др. Справочник технолога-машиностроителя, том 1. – М. Машиностроение, 1985 – 656 с.

Михайлов А.В. План изготовления детали: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 22с.

Автоматизированные комплексы механической обработки валов с использованием промышленных роботов./Методические рекомендации НПО ЭНИМС. – М.: НИИНМАШ, 1983. 64 с.

Михайлов А.В. Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.

Локтев С.Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы. – М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

Средства автоматизации загрузки и разгрузки деталей робототехнического комплекса для токарной обработки: Метод. указания/ Сост. Царев А.М. – Тольятти: ТолПИ, 1991.

Проектирование и разработка 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.