Проектирование гибкой производственной системы для обработки детали «пальца»

Министерство образования и науки Российской федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Камская Государственная Инженерно-Экономическая Академия»

Кафедра АиИТ Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Автоматизация производственных процессов по теме: Проектирование гибкой производственной системы для обработки детали «пальца»

Выполнил:

студент группы 4342 с г. Набережные Челны

2011 год

Одной из основных целей, стоящих перед любым машиностроительным предприятием в настоящий момент, является повышение конкурентоспособности: как выпускаемой продукции, так и предприятия в целом. Едва ли не самым прогрессивным путем достижения такой цели является автоматизация технологических процессов и производств.

Происходит это потому, что характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий при сравнительно небольших объемах выпуска в сочетании с возрастанием требований к производительности. Противоречия требований мобильности и производительности находят разрешение в создании гибких производственных систем (ГПС) — одного из конечных «продуктов» автоматизации.

ГПС — совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного периода времени.

Всякая ГПС предполагает более высокий коэффициент использования станков; уменьшение доли незаконченного производства; более ясный поток материала; меньшее количество транспортировок и меньшее количество точек управления производством; более ровное качество продукции; более удобные и благоприятные обстановку и условия работы для работающих.

Налицо преимущества от внедрения ГПС. С учетом же господствующих рыночных отношений, когда важным является любое конкурентное преимущество, повсеместная автоматизация, а значит и внедрение ГПС, должны стать нормой недалекого будущего. В этом случае владеющие навыками проектирования ГПС получат свое конкурентное преимущество на рынке труда.

1 Проектирование ГПС

Деталь «Палец» является телом вращения, принадлежит к классу валов (габаритная длина больше габаритного диаметра:). Отсюда (с учетом применения в ГПС станков с ЧПУ) следует, что заготовки для производства «Пальца» должны изготовляться из сортового круглого проката, например, по ГОСТ 2590–88.

Отталкиваясь от предположения, что заготовки из пруткового материала получают с помощью отрезных резцов на токарных станках, можно утверждать, что габаритная длина заготовки выполнена с точностью, соответствующей 13 квалитету.

Чертеж детали «Палец» приводится в качестве приложения.

Планы обработок основных формообразующих поверхностей

Рисунок 1 — Эскиз детали с пронумерованными основными формообразующими поверхностями Таблица 1 — Планы обработок основных формообразующих поверхностей

1. Выбор глубин резания. Определение размеров заготовки. Коррекция глубин резания

1.1 Выбор диаметра заготовки

Заготовка (пруток) должна иметь диаметр мм, поскольку этот диаметральный размер является наибольшим, полученным в результате выбора глубин резания.

Выбор длины заготовки

Заготовка должна иметь длину мм

Таблица 3 — Результаты выбора глубин резания Глубины резания в мм

Инструмент для позиций 1.1.1.1, 1.1.1.3, 1.1.2.1, 1.1.2.3

Выбор осуществляется по ГОСТу 29 132−91.

Для обеспечения возможности выполнения переходов в позициях 1.1.1.1, 1.1.1.3, 1.1.2.1, 1.1.2.3 одним инструментом главный угол в плане при продольном точении должен быть равен — в этом случае при подрезании торцов (уступов) угол в плане составит .

Для получистовой стадии обработки следует применять пластину формы C. Таким образом, выбор падает на L-тип резца.

Для обработки требуется пластина с длиной режущей кромки мм. Согласно ГОСТу 29 132−91, максимально возможная длина пластины резца типа L составляет 19 мм.

Согласно ГОСТу 29 132−91, L-типу резца с длиной режущей кромки 19 мм соответствует радиус при вершине резца мм.

ГОСТом 29 132−91 предполагается крепление многогранных пластин к державке механическим путем. Тогда, способ крепления пластины — двуплечим прихватом.

По ГОСТу 19 059−80 пластина с длиной режущей кромки мм и радиусом при вершине мм должна иметь толщину мм. Пластина может быть изготовлена из твердых сплавов марок ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6, ВП3115, ВП3325. Для получистовой обработки с глубиной резания до 2 мм подходят твердые сплавы марок ТН20, КНТ16, Т14К8, Т5К10, Т5К10+ИП, ТТ7К12, Т5К12, Т15К6. Таким образом, в качестве материала пластины можно выбрать сплав Т14К8.

Согласно ГОСТу 29 132−91, резец типа L с длиной пластины мм может иметь сечение мм², мм², мм², мм². Следует выбрать сечение мм², поскольку в этом случае отношение длины резца к площади сечения наименьшее (0,125 мм^-1), т. е. жесткость системы СПИД выше.

Инструмент для позиций 1.1.1.4,1.1.1.6,1.1.2.4, 1.1.2.5

Выбор осуществляется по ГОСТу 20 872−80.

Для чистовой и отделочной стадий обработки следует применять пластину формы V.

Для обработки требуется пластина с длиной режущей кромки мм. Согласно ГОСТу 20 872−80, максимально возможная длина пластины резца типа 1 составляет 19 мм. Наиболее предпочтительным является величина радиуса при вершине 1 мм.

ГОСТом 20 872−80 предполагается крепление многогранных пластин к державке двуплечим прихватом за выемку.

Согласно ГОСТу 19 062−80, пластина с длиной режущей кромки мм должна иметь толщину мм; пластина с длиной режущей кромки мм и радиусом при вершине мм может быть изготовлена из твердых сплавов марок ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6. Для чистовой и отделочной стадий обработки с глубиной резания до 4 мм из приведенных марок сплавов подходит лишь Т15К6.

По ГОСТу 20 872−80 резец первого типа с длиной пластины мм может иметь сечение мм², мм², мм², мм². Следует выбрать сечение мм², поскольку в этом случае отношение длины резца к площади сечения наименьшее (0,15 625 мм^-1), т. е. жесткость системы СПИД выше.

Инструмент для позиции 1.1.1.2; 1.1.2.2

Выбор резца осуществляется по ГОСТу 29 132−91.

Для черновой стадии обработки следует отдать предпочтение форме C.

A-резцы более жесткие. Поэтому их и следует выбрать для дальнейших расчетов.

Согласно ГОСТу, A-типу резца с пластиной формы C и длиной режущей кромки мм соответствует радиус при вершине мм.

ГОСТом 29 132−91 предполагается крепление многогранных пластин механическим путем. Тогда, способ крепления пластины — клин-прихватом.

Наиболее близкое значение толщины пластины по ГОСТу 19 059−80 (для длины пластины мм) мм.

Для черновой обработки с глубиной резания до 8 мм подходят твердые сплавы марок Т14К8, Т5К10, Т5К10+ИП, ТТ7К12, Т5К12, Т15К6. Согласно ГОСТу 19 059−80, наиболее близкая по размеру режущей кромки пластина может быть изготовлена из сплавов ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6, КНТ16, ТН20, ВП3115, ВП3325, ВП3115. Таким образом, в качестве материала пластины можно выбрать сплав Т14К8.

Согласно ГОСТу 29 132−91, резец типа A с длиной пластины мм может иметь сечение,. Следует выбрать сечение державки, поскольку в этом случае отношение длины резца к площади сечения державки наименьшее (0,7 мм^-1), т. е. жесткость системы СПИД выше.

Инструмент для позиции 1.1.2.6

Выбор резца для позиции 1.1.2.6 можно произвести по ГОСТ 18 885–73. Данным ГОСТом предусмотрено четыре типа резцов. Следует выбрать первый тип, поскольку только он предполагает нарезку наружной метрической резьбы. Получение шага резьбы мм возможно с помощью резцов 2660−0001, 2660−0003, 2660−0005. Следует выбрать резец 2660−0005, поскольку у него отношение площади сечения (мм²) к длине (мм) является наибольшим. Такой резец имеет напаянную пластину 11 210 по ГОСТу 25 398−90 со значением радиуса при вершине (при шаге резьбы 1,5 мм) из отрезка. Такую пластину, согласно ГОСТу 25 398−90, желательно изготавливать из сплавов Т15К6 и ТТ10К8-Б. Для определенности можно взять сплав Т15К6.

Инструмент для позиции 1.1.1.5

В позиции 1.1.1.5 требуется прорезка канавок. Для такой обработки требуетсяканавочный резец дляпрямоугольных канавок геометрия и размер режущей частикоторого совпадает с формой и размером требуемой канавки. Т. е. ширина 1,2 мм длина 0,25 мм. В качестве материала режущей части можно выбрать сплав Т15К6.

Инструмент для позиции 1.1.2.7

Выбор осуществляется на основании ГОСТа 17 025−71. Согласно этому ГОСТу, следует выбрать концевую праворежущую цельную фрезу сцилиндрическим хвостовиком 2220−0015, с нормальным зубом имеющую размеры:

D=14мм

d1=12мм

l=26мм

L=85мм

Инструмента для позиции 1.2.1.1

Группа обрабатываемости материала (стали 40Х) — II а. В качестве шлифовального материала следует выбрать 92А.

Наименьшая достигаемая в позиции 1.2.1.1 шероховатость мкм (на переходе 1.2.1.1.), следовательно, зернистость круга — 25.

твердость шлифовального круга — СТ2, а структура — 7.

Поскольку обработка поверхностей в позиции 1.2.1.1 производится врезанием, то высота шлифовального круга должна быть немного больше, чем 30 мм. Диаметр круга, согласно ГОСТу Р 52 781−2007, предварительно можно принять равным 125 мм.

Коррекция на инструмент глубин резания

2. Выбор основного оборудования

2.1 Выбор оборудования для токарной операции

Необходимо, чтобы станок с ЧПУ позволял выполнять все виды обработок, предусмотренные в токарной операции: точения продольное и контурное; подрезание уступов (торцов); прорезание канавок; нарезание наружной резьбы; фрезерование плоскостей. Таким образом, необходим токарный (токарно-фрезерный) центр.

На токарной операции используется 6 различных инструментов, при этом как минимум 1 из них должен иметь возможность вращения, поскольку он участвует в обработке поверхностей, оси которых (если таковые имеются) не совпадают с осью детали. Следовательно, желательно, чтобы центр был оснащен шестипозиционной револьверной головкой, у которой как минимум 1 позиция должна быть приводной.

Поскольку на токарной операции происходит обработка двух одинаковых плоскостей, оси которых расположены на окружности с центром на оси детали, то желательно, чтобы токарный центр позволял осуществлять поворот (индексацию) шпинделя вокруг своей оси, т. е. желательно наличие оси C. Кроме того, для обработки плоских поверхностей, расположенных на цилиндрической поверхности, требуется возможность управления осью Y.

Диаметр заготовки (прутка) мм, длина мм. Это накладывает соответствующие ограничения на максимальный диаметр точения и длину точения. Кроме того, следует учитывать массу заготовки, длины перемещений по осям и другие параметры.

Всем указанным выше требованиям удовлетворяет токарный центр «NL1500Y» производства японской корпорации «MoriSeiki». Основные технические характеристики этого центрасведены в таблицу 9. Внешний вид станка и его эскиз приведены, соответственно, на рисунках 5 и 6.

Таблица 9 — Основные технические характеристики токарного центра «NL1500Y»

2.2 Выбор оборудования для шлифовальной операции

Необходимо, чтобы шлифовальный станок позволял выполнять круглое наружное шлифование врезанием, обработку детали в самоцентрирующем патроне. При этом максимальный диаметр шлифования должен быть не менее 32 мм, максимальная длина детали — не менее 53 мм, максимальный диаметр, устанавливаемый над станиной, — не менее 160 мм.

Всем этим требованиям удовлетворяет круглошлифовальный станок с ЧПУ «KEL-VERARS 1−2» производства швейцарской фирмы «L. KELLENBERGER &Co. AG». Основные технические характеристики, общий вид, эскиз приведены, соответственно, в таблице 10, на рисунках 7 и 8.

Таблица 10 — Основные технические характеристики токарного центра «NL1500Y»

3. Расчет режимов резания

Режим резания на переходе 1.1.1.1.1 — Подрезание торца 12получистовое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт.

Режим резания на переходе 1.1.1.1.2 — Обтачивание пов. 5получистовое

Режим резания такой же, как и на переходе 1.1.1.1.1

Режим резания на переходе 1.1.1.2.1 — Обтачивание пов. 7 черновое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт.

Режим резания на переходе 1.1.1.2.3 — Обтачивание пов. 9 черновое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт.

Режим резания на переходе 1.1.1.3.1 Обтачивание пов. 9 получистовое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт

Режим резания на переходе 1.1.1.3.2 Обработка уступа 8 получистовая

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт

Режим резания на переходе 1.1.1.4.1 — Обтачивание пов. 9 чистовое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Режим резания на переходе 1.1.1.4.2 — Обработка уступа 8 чистовАЯ

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Режим резания на переходе 1.1.1.5.1 — прорезание канавки 10

мм/об.

Режим резания на переходе 1.1.1.6.1 — снятие фаски 11

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Режим резания на переходе 1.1.2.1.1 — подрезание торца 1 получистовое

Режим резания такой же, как и на переходе 1.1.1.1.1

Режим резания на переходе 1.1.2.2.1 — Обтачивание пов. 3 черновое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт.

Режим резания на переходе 1.1.2.3.1 — Обтачивание пов. 3 получистовое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт

Режим резания на переходе 1.1.2.4.1 — Обтачивание пов. 3 чистовое

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Режим резания на переходе 1.1.2.5.1 — снятие фаски 2

мм/об.

м/мин.

об/мин.

Режим резания на переходе 1.1.2.6.1 — нарезание резьбы 3

Подача (на оборот) численно равна шагу резьбы, т. е. мм/об.

м/мин.

об/мин.

Вт.

Режим резания на переходе 1.1.2.7.1 — фрезерование пов 13

мм/z.

м/мин.

об/мин

Режим резания на переходе 1.1.2.7.2 — фрезерование пов 14

Режим резания такой же, как и на переходе 1.1.2.7.1

Режим резания на переходе 1.2.1.1.1 — шлифование пов 9 черновое

об/мин.

мм/мин.

Режим резания на переходе 1.2.1.1.2 — шлифование пов 9 чистовое

об/мин.

мм/мин.

4. Техническое нормирование операций технологического процесса. Расчет количества основного оборудования

С учетом того, что производство детали происходит в ГПС, штучно-калькуляционное время (18)

где — время цикла автоматической работы станка по программе;

— вспомогательное время на установку и снятие детали/заготовки;

— время на техническое обслуживание;

— время на организационное обслуживание;

— подготовительно-заключительное время (суть время, затрачиваемое на переналадку технологической оснастки при смене партии заготовок);

— количество заготовок в партии.

Время цикла автоматической работы, где — время, затрачиваемое на рабочие ходы;

— время, затрачиваемое на холостые ходы;

— время на смену инструмента;

— время на подвод/отвод пиноли задней бабки;

— время на паузы;

Время (в минутах), затрачиваемое на рабочие ходы, следует определять по формуле ,

где — длина пути, проходимого инструментом или деталью в направлении подачи при обработкего технологического участка, мм;

— минутная подача нам участке, мм/мин;

— длинаго обрабатываемого участка, мм;

— длина подвода нам обрабатываемом участке, мм;

— длина врезания нам обрабатываемом участке, мм;

— длина перебега нам обрабатываемом участке, мм;

— число технологических участков обработки.

Время (выраженное в минутах) следует определять по формуле, где — длинаго холостого хода, мм;

— минутная подача ускоренного хода, мм/мин;

— число холостых ходов.

Время на смену инструмента (в минутах) на станках, имеющих револьверную головку, в случае равенства нулю времени фиксации револьверной головки определяется по формуле,

где — количество позиций, на которое необходимо повернуть револьверную головку для установки требуемого инструмента;

— время поворота (индексации) револьверной головки на одну позицию, мин.

Для упрощения процесса расчета времени следует принять, что вне зависимости от количества позиций индексации револьверной головки, необходимых для смены инструмента. Кроме того, для упрощения расчетов максимальная скорость перемещения вдоль осей X и Z принимается равной 30 000 мм/мин (см. таблицы 9 и 10). В качестве нулевой точки токарного станка, где происходит смена инструмента, можно принять точку с координатами мм, мм, а круглошлифовального — с координатами мм, (т.е. в качестве нулевых выбраны точки с «максимально возможными» координатами). Для упрощения предполагается, что при смене инструмента вновь выбранный инструмент имеет же координаты, что и предыдущий.

В целях обеспечения точного позиционирования инструмента холостые ходы при подводе инструмента к поверхности разделены (в большинстве своем) точкой подвода на отрезки: отрезок, на котором осуществляется подвод инструмента с максимально возможной скоростью; отрезок, на котором осуществляется точное позиционирование инструмента (в точке врезания). Предполагается, что точное позиционирование инструмента на холостых ходах, индексация шпинделя, подвод и отвод пиноли задней бабки осуществляются со скоростями, составляющими 20% от соответствующих предельно возможных скоростей.

Время паузы принимается равным 1 секунде.

Результаты расчета цикла автоматической работы программы, произведенные в соответствии с вышеуказанными формулами и принятыми допущениями, сведены в таблицу 11. В таблице 11 под координатами понимаются либо координаты инструмента, либо величина индексации шпинделя (в зависимости от того, какой орган станка осуществляет перемещение). деталь токарный резание заготовка В таблице 11 приняты следующие сокращения:

— п/у — установка заготовки, либо снятие заготовки/детали, либо переустанов заготовки;

— бхх — быстрый холостой ход (на максимальной скорости);

— мхх — медленный холостой ход (холостой ход, необходимый для точного позиционирования);

— мххрп — медленный холостой ход на рабочей подаче (необходим, например, для полного удаления стружки при выводе сверла из отверстия; предполагается, что шпиндель вращается с той же скоростью, что и во время рабочего хода);

— рх — рабочий ход;

— оинт — отвод инструмента в нулевую точку;

— си — смена инструмента;

— иш — индексация шпинделя;

— пп (оп) — подвод/отвод пиноли задней бабки.

Поскольку расчет цикла автоматической работы осуществлялся с применением ЭВМ, то для его удобства и наглядности порядка выполнения действий на операциях в цикл автоматической работы было включено время (на установку/снятие заготовки).

Принимая размер партии деталей и полагая, что оперативное время есть время, штучно-калькуляционное время, согласно формуле (18), на операции 1.1 мин.

Принимая размер партии деталей и полагая, что оперативное время есть время, штучно-калькуляционное время (по формуле (18)) на операции 1.3 мин.

Расчетное количество основного оборудования для каждой операции необходимо определять по формуле,

где — такт выпуска.

Наиболее вероятно, что является дробной величиной. В этом случае количество станков на операции определяется с помощью величины — принятого количества оборудования. есть округленная до ближайшего большего значения величина.

Коэффициент загрузки оборудования позволяет судить о том, на сколько полно используется оборудование и возможно ли создание «заделов» на данной операции.

Такт выпуска определяется по техническому заданию на курсовое проектирование: мин. Следовательно, на операции 1.1 расчетное количество оборудования, а на операции 1.3 —. Таким образом, требуется токарных центр и шлифовальный станок. Коэффициенты загрузки оборудования для операций 1.1 и 1.3 соответственно равны и .

5. Выбор вспомогательного оборудования. Разработка планировки

Поскольку объемы выпуска невелики, и в производстве задействовано более одной единицы основного оборудования, то организационно проектируемая ГПС должна иметь форму ГАУ. Так как деталь является цилиндрической, то логична организация многостаночного обслуживания основного оборудования промышленным роботам в сочетании с оборудованием АТНС. Ясно, что робот при этом должен обслуживать два станка.

Возможно множество типовых компоновок ГАУ. Мы выбираем, компоновку, предполагающую применение портальных промышленных роботов в сочетании с конвейерами и тележками (можно не использовать тележки, но при этом гибкость ГАУ очень сильно снижается, и этот вариант целесообразен при больших объемах выпуска). Заготовки/детали при этом перемещаются в прямоугольных поддонах (с применением призм). В связи с этим возникает необходимость применения разных призм для заготовок и деталей, если деталь по форме сильно отличается от заготовки.

Промышленный робот обслуживает токарный центр и шлифовальный станок.

Как отмечалось, необходимо применение разных призм для поддонов. Используем разные «типы» поддонов (со своими наборами призм) для заготовок и деталей

Выбранная модель поддона — ««. Грузоподъемность поддона составляет 0,25 т, масса — около 15 кг. Внешний вид и размеры поддона приведены на рисунке 9.

Рисунок 9 — Поддон «» мм, мм, мм, мм, мм.

Таблица 13 — Основные технические характеристики тележки «С4234»

Выбранная модель тележки — «С4234». Виды сбоку и сверху тележки приведены на рисунке 10, а ее технические характеристики — в таблице 13. Тележка перемещается по уложенному в полу швеллеру, который выполняет функцию направляющей движения.

Тележка «С4234» оснащена тормозной системой, исполнительным «механизмом» которой служат колодки. Зажим и разжим колодок осуществляется с помощью гидроцилиндра (или педали в случае ручного управления). При этом сами колодки воздействуют на шкив редуктора главного привода, который является электрическим.

На тележке установлен стол, конструктивно выполненный в виде неприводного роликового конвейера, смонтированного на сварной раме. С боковых сторон тележки со столом шарнирно связаны две откидные аппарели — секции роликового конвейера стола. Привод каждой из аппарелей гидравлический.

Перегрузка тары или стола-спутника с тележки (и на тележку) производится специальным механизмом перемещения, который конструктивно выполнен в виде системы телескопических платформ, приводимых в действие от гидромотора.

Рисунок 10 — Вид сверху и сбоку тележки «С4234»

В качестве конвейера была выбрана «связка» конвейера-накопителя «С4161» с подъемным столом «С9262».

Конвейер-накопитель «С4161», вид сбоку которого приведен на рисунке 11, представляет собой два роликовых конвейера, расположенные в два яруса на общей раме. Каждый ярус конвейера имеет независимый привод от электродвигателей.

Рисунок 11 — Вид сбоку конвейера-накопителя «С4161»

Рисунок 12 — Вид сбоку (в разрезе) стола подъемного «С9262»

Одним концом каждый ярус конвейера-накопителя через электромагнитные муфты соединен с цепными конвейерами на верхней и нижней платформах стола. Другим концом конвейер-накопитель соединен через зубчатые колеса с роликовой платформой подъемно-опускного стола «С9262». При опускании платформы стола разрывается кинематическая связь ее с верхним ярусом конвейера-накопителя, а при достижении платформы нижнего положения осуществляется зацепление между зубчатыми колесами на нижнем ярусе конвейера-накопителя и зубчатым колесом роликовой опоры стола.

Конструкция подъемного стола «С9262» показана на рисунке 12 (вид сбоку). Стол представляет собой платформу с роликами, перемещающуюся вертикально относительно рамы. Перемещение платформы осуществляется при помощи индивидуального электропривода.

Применение конвейера-накопителя «С4161» в сочетании с подъемным столом «С9262» с одной стороны вызвано тем, что положение относительно пола перевозимых на тележке «С4234» поддонов не совпадает с их положением относительно пола на конвейере-накопителе, а с другой — тем, что подобная компоновка обеспечивает меньшее количество внутрицеховых перемещений тележки (тележка, находясь напротив конвейера-накопителя/стола может осуществить за один раз и погрузку, и выгрузку поддона, поскольку один ярус конвейера-накопителя пуст).

Промышленный робот должен иметь рабочую зону, в которой должны находиться рабочие зоны соответствующих станков, а также оборудование АТНС. Грузоподъемность робота должна быть не меньше массы заготовки (0,334 кг).

Всем заявленным требованиям удовлетворяет промышленный робот «МА160П.51.01». Этот робот имеет агрегатную конструкцию и предназначен для обслуживания металлорежущих станков и гибких автоматических комплексов, состоящих из группы (до четырех единиц) станков для обработки тел вращения. Он позволяет выполнять все необходимые для обслуживания станков операции. При этом заготовки и детали должны располагаться в накопителях в ориентированном виде.

Опорная система робота представляет собой портал, установленный на колоннах. По направляющему рельсу портала перемещается каретка, имеющая индивидуальный электрогидравлический шаговый привод.

На боковой поверхности каретки установлен ползун, перемещаемый в вертикальном направлении относительно его корпуса при помощи линейного электрогидравлического шагового привода.

На ползуне установлен механизм руки, имеющий конструкцию поворотного типа с линейным электрогидравлическим шаговым приводом. Кисть установлена в нижней части руки и имеет шпиндель, который поворачивается вокруг вертикальной оси на или при помощи гидроцилиндра. Благодаря специальному «механизму качания» кисть вместе с захватным устройством всегда находится в вертикальном положении.

Захватное устройство следует установить в шпиндель головки руки. При этом зажим/разжим губок схвата будет осуществлять гидропривод, предусмотренный роботом.

Промышленный робот «МА160П.51.01» обладает техническими характеристиками, приведенными в таблице 14, и имеет вид, изображенный на рисунке 13.

В таблицу 15 сведены сведения о типах приводов механизмов в применяемом вспомогательном оборудовании.

Таблица 14 — Основные технические характеристики промышленного робота «МА160П.51.01»

Рисунок 13 — Вид слева промышленного робота «МА160П.51.01»

Рисунок 15 — Схематичное изображение планировки ГАУ; 1.1 — автоматическая тележка; 2.1, 2.2 — подъемные столы; 3.1, 3.2 — конвейеры-накопители; 4.1 — промышленный робот; 5.1 — токарный центр; 6.1 — шлифовальный станок

Таблица 15 — Типы приводов механизмов в применяемом вспомогательном оборудовании

6. Разработка циклограммы работы ГАУ

Выбор датчиков

Для обеспечения работоспособности проектируемого ГАУ необходимо оснастить его различными датчиками, которые должны выполнять функцию обратной связи для системы управления. Это датчики, контролирующие параметры основного и вспомогательного оборудования, его механизмов. Они приведенные в таблице 16 (см. также таблицу 15). Таблица 16 содержит также сведения о выбранных моделях датчиков.

Таблица 16 — Датчики, выбранные для контроля параметров ГПС

Датчик «HOA0901−012» представляет собой оптический энкодер линейных (при оснащении полоской с перфорациями) и угловых (при оснащении диском с перфорациями) перемещений, позволяющим определять скорость и направление механического движения. Некоторые технические характеристики датчика «HOA0101−012»:

— инфракрасный излучающий диод;

— двухканальный детектор — интегральная микросхема;

— разрешение 0,229 мм;

— время включения 100 нс;

— время выключения 100 нс;

— временная задержка 5 мкс;

— напряжение питания В (при силе тока менее 0,7 мА);

— выходное напряжение высокого уровня не менее 4,5 В;

— выходное напряжение низкого уровня не более 0,4 В.

Внешний вид датчика (измерительной системы) «AMS 200/40−11-(H)» производства фирмы «Leuzeelectronic» приведен на рисунке 19, а."AMS 200/40−11-(H)" представляет собой триангуляционный оптический датчик. Для работы датчика объект, положение которого контролируется, должен быть оснащен отражателем

Технические характеристики датчика «AMS 200/40−11-(H)»:

— передатчик — лазерный диод с длиной излучаемого света 660 нм;

— диапазон измерений от 0,2 до 40 метров;

— точность мм;

— повторяемость 0,3 мм;

— напряжение питания от 18 до 30 В. [30, с. 3]

Датчик «BESM18ME1-NSC20F-S04G» производства фирмы «Balluff» изображен на рисунке 21. Они являются индуктивными, их технические характеристики сведены в таблицу 17. Датчиками типа «BESM18ME1-NSC20F-S04G» следует оснастить схват.

Таблица 17 — Характеристики датчика «BESM18ME1-NSC20F-S04G»

На рисунке 24, а изображен вид датчиков «BTL5-S105-M1100-P-S 32», «BTL5-S105-M0450-P-S 32», «BTL5-S105-M0600-P-S 32» (профильное исполнение); на рисунке 24, б — датчиков «BTL5-S105-M0710-H-S 32», «BTL5-S105-M0500-H-S 32», «BTL5- S105-M0250-H-S 32» (стержневое исполнение). Датчики производятся фирмой «Balluff».

Работа датчиков серии «BTL5» основана на магнитострикционном эффекте Некоторые технически характеристики рассматриваемых датчиков:

— разрешение 40 мкм;

— стандартная частота опроса 2 кГц;

— напряжение питания 24 В;

— потребляемый ток менее 80 мА. [23, с. 2]

Внешний вид датчика «TPH-200KMA» производства фирмы «KYOWA» приведен на рисунке 26. «TPH-200KMA» представляет собой тензометрический датчик крутящего момента/тахометр. Технические характеристики датчика «TPH-200KMA»:

— номинальный диапазон ;

— максимальная частота вращения 10 000 об/мин;

— масса 15,9 кг;

— номинальное выходное напряжение В при сопротивлении нагрузки более 10 кОм;

— номинальный выходной ток мА при сопротивлении нагрузки менее 500 Ом (4 мА для отрицательного момента, 12 — для нулевого, 20 — для положительного номинального момента).

Датчики «VT25−775-M8» и «VR25−775/HP-M8» (VARIO™) производства фирмы «Leuzeelectronic» изображены на рисунке 30. Пара датчиков представляет собой световую завесу. Датчик «VT25−775-M8» является передатчиком, а «VR25−775/HP-M8» — приемником.

Некоторые технические характеристики датчиков «VT25−775-M8» и «VR25−775/HP-M8»:

— дальность действия до 6 м;

— время срабатывания не более 200 мс;

— напряжение питания 24 В;

— выходные сигналы в ТТ-логике;

— расстояние между лучами 25 мм;

— рабочая зона 775 мм;

— длина профиля (датчика) 960 мм. [27, с.с. 17, 18]

Внешний вид датчика «BKT 6K-001-N-02» производства фирмы «Balluff» приведен на рисунке 32. «BKT 6K-001-N-02» является датчиком контрастности. Некоторые технические характеристики датчика:

— дальность действия от 40 до 150 мм;

— частота опроса 1 кГц;

— напряжение питания от 10 до 30 В;

— выходные сигналы в ТТ-логике;

— диаметр светового пятна в фокусе 0,7 мм;

— время срабатывания 0,5 мс;

— длина волны 650 нм (красный цвет);

— источник света — лазер.

Внешний вид датчика «BCL 34 SF 100» производства фирмы «Leuzeelectronic» приведен на рисунке 35. Датчик представляет собой сканер штрихового кода. Некоторые технические характеристики датчика:

— дальность действия от 50 до 450 мм;

— разрешение от 0,3 до 0,8 мм;

— частота сканирования 800 Гц;

— сканирование стандартных (ISO) линейных штрих-кодов.

— источник света — лазерный диод (длина волны 650 нм);

— напряжение питания от 10 до 30 В;

— потребляемая мощность 5 Вт. [22, с.с. 14, 18, 20]

Описание циклограммы

На чертеже изображена часть циклограммы, соответствующая начальному этапу работы ГАУ. При построении циклограммы предполагались следующие начальные условия:

— автоматическая тележка находится у склада заготовок/деталей; аппарели подняты; тормозные колодки разжаты; телескопические платформы находятся в исходном состоянии; толкатели находятся в состоянии захвата поддона; поддон нужного типа находится на столе тележки, на нем есть заготовки;

— платформы всех подъемных столов находятся в верхнем положении, на платформах отсутствуют поддоны;

— на конвейерах-накопителях нет поддонов;

— робот свободен; его ползуны и руки находятся в верхних положениях; активны схваты, предназначенные для захвата предметов с большими диаметрами; пальцы разжаты; каретка робота 4.1 находится над конвейером-накопителем 3.1;

— станки свободны; кулачки патронов находятся в «разжатом» состоянии;

— приводы единиц основного и вспомогательного оборудования выключены.

Из изложенного следует, что циклограмма «начинается» с момента включения привода главного движения тележки 1.1 (ЭД). Тележка должна двигаться к подъемному столу 2.1, это означает, что ЭД должен вращаться по ходу часовой стрелки (ч.с.). Контроль включения/выключения привода и направление вращения выходного вала осуществляется с помощью энкодераS1.

ЭД привода главного движения тележки вращается включен до тех пор, пока с триангуляционного датчика S2 не придут данные о том, что тележка находится в положении напротив подъемного стола 2.1. Как только такой сигнал поступил, зажимаются тормозные колодки (S3), и проверяется состояние привода главного движения тележки (S1) — он должен быть выключен.

Для осуществления погрузочно-разгрузочных работ, необходимо убедиться, что на платформе подъемного стола 2.1 нет поддона (S15). После такой проверки включается привод платформы (ЭД), который должен вращаться против хода ч.с. (S13). Вращение происходит до тех пор, пока с датчика S14 не поступят данные, сигнализирующие о достижении требуемой высоты платформы (на уровне стола тележки).

Как только с датчика S14 поступает информация о том, что привод платформы подъемного стола выключен, опускается левая аппарель тележки (S4). Происходит проверка того, что поддон «захвачен» поворотными толкателями тележки (S10), после чего включается привод телескопических платформ и толкателей (ЭД), который должен вращаться по ходу ч.с. (S6) до тех пор, пока с датчиков S7, S8, S9 не придут сигналы, свидетельствующие о достижении платформами тележки крайних левых друг относительно друга положений. Подобная информация говорит о том, что произведена перегрузка поддона с тележки на подъемный стол.

Необходимо убедиться, что на платформе подъемного стола находится требуемый поддон (S15) с заготовками (S16). Если это так, проверяется состояние поворотных толкателей тележки, которые должны находиться в положении «освобождения поддона» (S10). Затем включается привод телескопических платформ, который вращается против хода ч.с. (S6) до тех пор, пока с датчиков S7, S8, S9 не поступят данные о «средних» друг относительно друга их [платформ] положениях.

После выключения привода платформ (S6) должна быть поднята левая аппарель тележки (S4). После поднятия левой аппарели происходит разжим тормозных колодок тележки (S3), а затем — включение привода главного движения тележки, при этом вращение должно происходить против хода ч.с. (S1). Тележка направляется на склад, где производится погрузка на нее поддона.

Параллельно с разжимом тормозных колодок тележки, находящейся у подъемного стола 2.1, включается привод его платформы, выходной вал которого должен вращаться по ходу ч.с. (S13) до тех пор, пока с датчика S14 не придет информация о том, что платформа подъемного стола находится на уровне верхнего рольганга (яруса) конвейера-накопителя 3.1.

Как только такая информация получена, включается привод верхнего рольганга (ЭД), выходной вал которого начинает вращаться по ходу ч.с. (S33), что означает перемещение поддона от подъемного стола. Перемещение поддона (работ ЭД) происходит до тех пор, пока призма поддона не окажется в зоне обслуживания промышленным роботом 4.1, о чем должен «сообщить» датчик S34.

Примечание — датчик контрастности S34 должен срабатывать на светлые метки, расположенные на темном поддоне под призмами.

Срабатывая, датчик S34 инициирует выключение привода верхнего рольганга конвейера-накопителя 3.1. Контроль выключения привода осуществляется посредством датчика S33.

После этого включается привод руки робота 4.1 (ЛЭГШ). При этом движение поршня должно соответствовать опусканию руки. Контроль за состоянием привода руки осуществляет датчик S57. При получении с датчика S58 данных об опущенном положении руки, ее привод выключается (S57).

Затем включается привод ползуна промышленного робота 4.1 (ЛЭГШ), при этом шток должен вытягиваться (S55) до того момента, когда датчик S56 «сообщит» о положении ползуна в позиции забора заготовки с конвейера-накопителя 3.1. Выключение привода ползуна (S55) инициирует опрос датчика наличия заготовки в зоне схватаS63. Если заготовка находится в зоне схвата, происходит втягивание штока ГЦ, отвечающего за зажим/разжим заготовки; положение поршня (соответственно и штока) контролируется датчиком S62.

После захвата заготовки благодаря включению ЛЭГШ привода и втягиванию его штока (S55) происходит перемещение ползуна промышленного робота вверх. Привод находится во включенном состоянии до момента прихода с датчика S56 сигнала о нахождении ползуна в крайнем верхнем положении, и привод выключается (S55).

Выключение привода ползуна является необходимым условием включения ЛЭГШ (S57) привода руки робота, причем поршень привода должен подниматься вверх (S57). Выключается привод руки (S57) после того, как с датчика S58 придут данные о крайнем верхнем угловом положении руки.

Затем включается привод каретки робота 4.1 (ЭГШ). Необходимо, чтобы выходной вал ЭГШ привода вращался по ходу ч.с. За состоянием этого привода «следит» датчик S53. Выключение ЭГШ привода (S53) каретки происходит при получении с датчика S54 информации о нахождении каретки над станком 5.1.

После этого включается (S57) привод руки робота, при этом поршень движется вниз (S57). Как только рука оказалась опущена (S58), привод выключается (S57). Включается (S55) ЛЭГШ привод ползуна, его шток вытягивается (S55) до момента получения с датчика S56 информации о нахождении ползуна в положении, позволяющем осуществлять установку заготовок/деталей в патрон станка 5.1.

После выключения (S55) привода ползуна, включается (S53) привод каретки, выходной вал которого должен вращаться против хода ч.с. (S53), пока с датчика S54 не будет получена информация о нахождении каретки в позиции установки заготовки в патрон станка 5.1.

Выключившись (S53), привод каретки тем самым инициирует включение (S78) привода (ЭД) кулачков патрона станка 5.1. Выходной вал привода кулачков патрона должен вращаться по ходу ч.с. (S53). Датчик S79, измеряя крутящий момент выходного вала привода кулачков, косвенно указывает на усилие зажима. Усилие зажима 1 свидетельствует о наличии заготовки в патроне, а усилие зажима 2 (которое больше усилия зажима 1) — на зажим заготовки. Информация с датчика S79 о произведении зажима заготовки патроном инициирует перемещение поршня (S62) в приводе пальцев схвата промышленного робота 4.1 для освобождения заготовки.

Затем включается (S55) привод ползуна робота 4.1, поршень привода должен двигаться вверх (S55) до «сообщения» датчиком S56 информации о достижении ползуном верхнего положения. За выключением (S55) ЛЭГШ привода ползуна следует включение (S57) привода руки. Поршень привода руки поднимается вверх (S57), благодаря чему рука оказывается в верхнем положении (S58), после чего привод руки выключается (S57).

Робот более не мешает начать обработку заготовки — включается (S77) привод главного движения (ЭД) станка 5.1, и происходит обработка заготовки на первом установе, заканчивающаяся выключением (S77) привода главного движения. Робот дожидается его окончания в той же позиции, ничего не делая.

С приходом с датчика S77 сигнала о прекращении обработки на первом установе включается (S57) привод руки робота 4.1, поршень при этом опускается (S57)до того момента времени, когда с датчика S58 поступит сигнал о достижении рукой нижнего положения. За выключением (S57) привода руки следует включение (S55) привода ползуна, поршень движется вниз (S55). Выключение (S55) привода ползуна происходит при достижении ползуном положения осуществления установки заготовки/детали (S56).

Производится проверка наличия заготовки в схвате (S63), а затем — зажим заготовки (S62). По завершении зажима заготовки схватом происходит выключение (S78) привода кулачков патрона станка 5.1, происходит смена полярности фаз привода кулачков, с последующим включением привода (S78), причем вращение ЭД осуществляется против хода ч.с. (S78) до тех пор, пока с датчика S79 не придет сигнал о «достаточном» отрицательном усилии зажима, что свидетельствует о разжатом состоянии кулачков; привод кулачков патрона выключается (S78).

Выключившись, привод кулачков патрона вызывает включение (S53) привода каретки робота 4.1, вращение выходного вала привода происходит по ходу ч.с. (S53) до получения датчика S54 информации о нахождении каретки над станком 5.1. Выключение (S53) привода каретки служит сигналом для изменения положения (S59) поршня привода головки руки (ГЦ), в результате чего осуществляется переворачивание заготовки.

Окончание переворачивания заготовки вызывает включение (S53) привода каретки робота 4.1, вращение выходного вала привода происходит против хода ч.с. (S53) до получения датчика S54 информации о нахождении каретки в позиции установки заготовки в патрон станка 5.1.

Выключившись (S53), привод каретки тем самым инициирует включение (S78) привода (ЭД) кулачков патрона станка 5.1. Выходной вал привода кулачков патрона должен вращаться по ходу ч.с. (S53). Датчик S79, измеряя крутящий момент выходного вала привода кулачков, косвенно указывает на усилие зажима. Усилие зажима 1 свидетельствует о наличии заготовки в патроне, а усилие зажима 2 (которое больше усилия зажима 1) — на зажим заготовки. Информация с датчика S79 о произведении зажима заготовки патроном инициирует перемещение поршня (S62) в приводе пальцев схвата промышленного робота 4.1 для освобождения заготовки.

Затем включается (S55) привод ползуна робота 4.1, поршень привода должен двигаться вверх (S55) до «сообщения» датчиком S56 информации о достижении ползуном верхнего положения. За выключением (S55) ЛЭГШ привода ползуна следует включение (S57) привода руки. Поршень привода руки поднимается вверх (S57), благодаря чему рука оказывается в верхнем положении (S58), после чего привод руки выключается (S57).

Робот более не мешает начать обработку заготовки — включается (S77) привод главного движения (ЭД) станка 5.1, и происходит обработка заготовки на втором установе, заканчивающаяся выключением (S77) привода главного движения. Робот дожидается его окончания в той же позиции, ничего не делая.

С приходом с датчика S77 сигнала о прекращении обработки на второмустанове включается (S57) привод руки робота 4.1, поршень при этом опускается (S57) до того момента времени, когда с датчика S58 поступит сигнал о достижении рукой нижнего положения. За выключением (S57) привода руки следует включение (S55) привода ползуна, поршень движется вниз (S55). Выключение (S55) привода ползуна происходит при достижении ползуном положения осуществления установки заготовки/детали (S56).