Разработка автоматизированного процесса сборки и упаковки банок в коробки

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Описание технологического процесса

2. Анализ методов и средств автоматизации процесса сборки и упаковки в коробки

3. Иллюстратор технологического процесса

4. Компоновка технологического процесса

5. Технологическая часть

6. Разработка системы управления Заключение Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Упаковка стала неотъемлемой частью нашей жизни. Сейчас трудно представить, что еще 10−15 лет назад нам в магазинах предлагали купить товар без фирменной упаковки. В повседневной жизни мы не задумываемся над тем, какие задачи выполняет упаковка. А между тем она играет главную роль в связи между производителями продукции и потребителями.

За последнее десятилетие ситуация резко изменилась. На рынке появились высокотехнологичные и производительные штанцевальные автоматы, автоматические линии многоточечной склейки, инлайн линии. А повышение степени автоматизации производства неизбежно ведет за собой выработку определенных стандартов и требований как к производимой продукции, так и к используемым инструментам и расходным материалам. Не в последнюю очередь это относится и собственно к конструкции упаковки, и в свою очередь приводит к необходимости использования специализированных инструментов для ее разработки. Такие инструменты представлены на западном рынке в достаточном количестве (это пакеты программ Marbacad, Impact, Artios CAD, Score и другие). На нашем рынке эти программы в настоящее время не получили широкого распространения из-за своей высокой стоимости. Поэтому наиболее актуальным является использование для проекирования и изготовления упаковки специализированного программного обеспечения и высокотехнологичной штанцевальной оснастки.

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В данной выпускной работе поставлена задача разработки технологического процесса сборки. Технологический процесс реализует задачу групповой загрузки деталей в картонную тару.

Деталью является жестяная консервная банка.

Банка имеет следующие габариты:

Рисунок 1 — габариты детали

Масса детали 0,455 кг Высота детали h=86,5 мм Диаметр детали 83,5 мм Площадь основания :

Объем банки:

Одновременно вакуумный схват захватывает 8 банок.

Таким образом масса 8 банок составит:

Выберем производительность комплекса 80 банок в минуту.

Расстояние, которое проходит привод линейного перемещения от одной точки позиционирования до другой составляет 1,5 метра.

Соответственно время заполнения 1 коробки составит 12 секунд.

Так как коробка заполняется за два подхода то время 1 перемещения линейного привода составит 6 секунд.

Линейная скорость перемещения 0,5 метра в секунду.

Производительность автоматизированного комплекса составляет 4800 банок в час или 38 400 банок за один восьмичасовой рабочий день.

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СБОРКИ И УПАКОВКИ В КОРОБКИ Упаковочная линия включает:

— Загрузочное оборудование

— Формовочное оборудование.

— Упаковочное оборудование.

— Маркировочное оборудование.

— Обёрточное оборудование.

— Система автоматизтрованной транспортировки.

— Система автоматизированного складирования.

Технологический процесс автоматизированной упаковки в коробки

1. Тара

2. Обёртывание верхней части тары в растягивающуюся плёнку

3. Горизонтальная обвязка тары

4. Поперечная вертикалная обвязка тары

5. Продольная вертикальная обвязка тары

6. Обёртывание поверхности тары в растягивающуюся плёнку Оборудование для обёртывания верхней части тары в растягивающуюся плёнку Оборудование для вертикальной обвязки тары Оборудование для обёртывания поверхности тары в растягивающуюся плёнку Автомат групповой упаковки предназначен для максимальной автоматизации упаковочного процесса и используется в составе автоматический упаковочных линий, в том числе как конечный автомат после автомата картонирования АК-40 или АК-50 и автомата целлофанирования АЦ. Производительность автомата позволяет использовать его совместно с несколькими упаковочными линиями, если они фасуют одинаковую продукцию. Преформа гофрокороба из кассеты поступает в автомат, где автоматически раскрывается и подается на позицию упаковки. Коробочки по транспортеру-накопителю подаются к группирующему устройству, где собираются в ряды по ширине и высоте гофрокороба. Сформированный ряд подается в гофрокороб. Короб опускается на высоту одного ряда, и операция повторяется до полного заполнения короба. Клапаны гофрокороба закрываются и фиксируются липкой лентой с одной стороны или вокруг короба. Укладка гофрокоробов на поддон производится вручную. В соответствии с желанием заказчика автомат может быть дополнительно укомплектован: принтером даты, для нанесения данных о продукте и дате его выпуска системой подводящих, отводящих транспортеров, транспортером накопителем для оптимизации процесса упаковки и для полной автоматизации процесса, при проектировании транспортерной системы учитываются особенности помещения и технологического процесса. Автомат может так же комплектоваться системой управления другими автоматами, стоящими в технологической линии.

Обслуживать ее может один оператор и один подсобный рабочий (грузчик). В целом внедрение комплексной автоматической линии заменяет до 12 человек упаковщиц (в одну смену) и подсобных рабочих (занятых на вспомогательных операциях, таких как предварительная сборка гофрокороба, нанесение вручную информации на пачку и гофрокороб, перетаскивание полуфабрикатов на различные технологические участки).

Скорость робота — до 90 циклов/минуту.

Групповая упаковка.

Автомат предназначен для комплектации ряда продукции (бутылок, контейнеров, коробок, банок, ампул, флаконов, мешков) в групповую упаковку.

3. ИЛЛЮСТРАТОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В ходе данного технологического процесса будет реализована групповая загрузка консервных банок в тару. Загрузка осуществляется перемещением банки из вибрационного накопителя в тару, находящуюся на шаговом конвейере. Всего в тару можно загрузить 16 банок. Упаковка осуществляется в два этапа по 8 банок за один раз.

Данный технологический процесс состоит из следующих этапов:

1. Перемещение деталей в зону первичного ориентирования

2. Ориентирование деталей в накопителе

3. Перемещение пустой тары

4. Захват первой партии деталей вакуумным захватным устройством

5. Перемещение деталей из накопителя в тару

6. Упаковка первой партии деталей в тару

7. Захват второй партии деталей

8. Упаковка второй партии деталей в тару

9. Перемещение заполненной тары на 1 шаг

10. Повторение цикла Иллюстратор технологического процесса представлен на рисунке:

Рисунок 4- Иллюстратор технологического процесса Иллюстратор технологического процесса предназначен для наглядного и доступного отображения операций, совершаемых установкой в процессе выполнения заданного действия, преобразования, циклически повторяющейся функции. Для упрощения описания технологического процесса введены условные обозначения, манипулируя и комбинируя которые можно качественно воспроизвести картину осуществляемого технологического процесса, без ознакомления с его техническими характеристиками, и имея лишь приблизительные сведения о техническом оснащении установки.

4. КОМПОНОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Рисунок 5 — общий вид линии

1 — бесштоковый линейный привод

2 — подъемные салазки

3 — поворотный привод

4 — специальная транспортерная лента

5 — боковая направляющая

6 — банка

7 — прямолинейный вибрационный желоб

8 — тара для упаковки

9 — стойка

10 — поводок

11 — вакуумный захват

Показанная на рисунке установка предназначена для групповой упаковки жестяных банок, при этом одновременно перемещаются 8 банок. Это позволяет применять линейные модули, которые имеют только два конечных положения. Тара для упаковки перемещается шагами. Для этого используется храповой механизм с остановками цепи конвейера. Схема храпового механизма представлена на рисунке 9.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Выбор соответствующего оборудования для реализации технологического процесса. Вакуумный захват перемещает одновременно 8 банок с общей массой 3,64 кг. Для захвата банок используются вакуумные захваты (присоски) с соединительной резьбой:

Рисунок 6- вакуумный захват

— VAS: Присоски, диаметр 1…125 мм изготовлены из полиуретана Особенности схватов:

— удержание заготовок и гладкой непрерывной поверхностью

— могут быть приспособлены для работы с неровными, скругленными и ребристыми поверхностями при помощи сильфонных присосок Принадлежности:

— компенсатор длины для устранения расхождений по высоте;

— адаптер для вакуум-генераторов для крепления на штоке цилиндра.

Расчет вакуумного схвата:

Общие сведения о расчете вакуумных захватных устройств.

Расчет ВЗУ предполагает определение:

1) равнодействующей всех внешних сил, отрывающих деталь от ВЗУ;

2) минимально допустимой силы притяжения ВЗУ;

3) требуемой площади и размеров присосов.

Расчет равнодействующей:

В процессе захвата, подъема и перемещения груза грузоподъемность ВЗУ не остается постоянной Ї она зависит от соотношения сил P, N и Т, удерживающих груз, стремящихся оторвать его и сдвинуть соответственно.

Рисунок 11 — Взаимодействие сил при подъеме и транспортировании груза Рисунок 12 — Расчетная схема ВЗУ для определения снижения его грузоподъемности

Равнодействующую Ro всех внешних сил (статических от массы груза G, динамических Рд, ветровых Pв и др.), отрывающих груз от ЗУ, можно разложить на составляющие: нормальную N и касательную Т.

Подъем в вертикальном направлении, когда сила тяжести по направлению совпадает с силой прижатия к ЗУ:

N = Q + PД + PВ; T = 0 .

Расчет удерживающего усилия:

Для надежного удержания груза ВЗУ необходимо, чтобы составляющие удерживающих сил были больше соответствующих сил отрыва, т. е. P > N или P = KN*N; Т’т > Т и Т" т > Т или Т’т = КтТ; Т" т > КтТ,

где KN и Кт Ї соответственно коэффициенты запаса по силам отрыва и сдвига груза.

Для нормальной работы ВЗУ необходимо, чтобы разница между силой Р (прижатия груза) и N (нормальной составляющей силы отрыва) была достаточной для создания давления q в контакте уплотнения присоски и поверхности груза, обеспечивающего герметизацию камеры:

Р-N = q*Sy,

где Sy Ї контактная площадь уплотнения.

Необходимое давление на герметизирующей кромке присоски при ее контакте с грузом зависит как от материала уплотнения, так и от шероховатости груза. Предельное значение силы N, при которой сохраняется достаточное для герметизации давление qmin в контакте уплотнения присоски и поверхности груза при известной силе вакуумного притяжения, можно определить из условия:

N = P = qmin*Sy. Значения qmin выбраны из справочника МПа.

Для получения надежной герметизации поверхности груза по плоскости уплотнения последнее должно подвергаться деформации сжатия на определенную величину, которая зависит в основном от материала уплотнения и шероховатости поверхности груза.

Расчет размеров присосок

Площадь присосок и разрежение в них определяют из уравнений:

где: Ра, Pb Ї соответственно атмосферное и остаточное давление

внутри камеры, Па; n Ї количество присосок в ЗУ; So Ї площадь присоски, м².

Расчет конкретного узла.

Для того, чтобы расчитать сборочный узел необходимо знать следующие

данные:

P_а=0,1 013 МПа — атмосферное давление;

к_Т= 1,5 и значение коэффициента запаса по сдвигу

к_n =1,2 значение коэффициента по отрыву,

Р₁ = 0,1 кПа

Значение нормальной составляющей отрывающих сил:

Значение нормальной составляющей силы реакции захвата:

Отсюда следует, что

Н;

Значение результирующей всех отрывающих сил:

Н;

Значение касательной составляющей сил реакции захвата:

H;

Значение диаметра присоса получим из следующих формул:

Так как диаметр ободка обычно составляет 0,06—0,12d._схвата, то получим:

Из стандартного ряда размеров вакуумных схватов выберем, округлив в большую сторону:

Диаметр схвата равен 65 миллиметров.

Действительное подъемное усилие N₁, развиваемое вакуум захватом, определяется выражением

N1>N2 условие выполняется.

Следовательно, подъемная сила захватного устройства достаточна для подъема и перемещения груза.

Бесштоковый пневмопривод.

DGPL-80−1000-PPV-A-KF-B

Бесштоковые линейные приводы DGP и DGPL характеризуются минимальным занимаемым пространством, превосходными динамическими свойствами и выдающимся сопротивлением поперечным нагрузкам и моментам (особенно DGPL). Они подходит для операций перемещения, а также для случаев с высокими нагрузками и ограниченными габаритами.

Имеется 3 варианта направляющих:

— Базовый цилиндр DGP со встроенной направляющей для минимальных нагрузок;

— Плоская направляющая DGPL-GF для средних нагрузок и небольших моментов;

— Шариковая направляющая DGPL-KF для высоких моментов и нагрузок при высокой точности перемещения.

Эжектор VAD-M5

С помощью вакуумных захватов, работающих от эжектора VAD и VAK можно захватывать и удерживать предметы с гладкой и плотной наружной поверхностью. Присос предмета возможен в любом положении. Эжектор генерирует вакуум с помощью протекающей струи сжатого воздуха. При снятии давления процесс засасывания прекращается.

Варианты

— VAD: без импульса сброса

— VAK: импульс сброса генерируется и при отключении сжатого воздуха с помощью дополнительно присоединенного резервуара

Особенности:

— простая, компактная и надежная конструкция;

— быстрый и надежный сброс предметов с помощью импульса сброса из предварительно наполненного резервуара;

— отсутствие износа деталей.

Вакуумный всасывающий клапан

ISV-M5

Клапан вакуумный всасывающий ISV монтируется между вакуумным захватом и эжектором. Если захват неплотно прилегает к захватываемой детали, в то время как генерируется вакуум, клапан ISV автоматически останавливает приток всасываемого воздуха. Если захват плотно сидит на захватываемой детали, вакуум подключается вновь.

Отделение объекта от вакуумного захвата приводит к немедленному запиранию вакуумного клапана.

Особенности:

— надежный вакуум;

— вакуум не снижается при параллельной работе нескольких захватов, когда один или несколько захватов неплотно прилегают к деталям;

— манипулирование с запыленными деталями в мешках;

— снижается нежелательный разброс захватываемых предметов;

— возможность захвата беспорядочно расположенных предметов;

— экономия воздуха и энергии.

Датчик положения цилиндра SME-8-K-LED-24

Датчики положения фирмы Festo специально адаптированы и оптимизированы под приводы Festo. Эта датчики можно ставить на цилиндры непосредственно или с помощью монтажных наборов.

Датчик включается, когда к нему приближается постоянный магнит, установленный на поршне привода. Датчики механически регулируются на цилиндре и фиксируются в нужном положении. Как только поршень цилиндра окажется у датчика, он включится и даст сигнал.

Шланг PU-6SW

Максимальное давление допустимо при максимальной температуре.

Пневмошланги из полиуретана отличаются повышенной сопротивляемостью к истиранию, давлению, износу, прекрасно переносят изгиб, растяжение, не склонны к распространению трещин, имеют хорошие характеристики демпфирования и не теряют гибкость при охлаждении. Они также имеют высокую сопротивляемость против масел, жира, кислорода и озона. При длительной нагрузке они подвержены незначительной деформации. Каждый тип полиуретана имеет свои характеристики.

Для транспортировки тары используется цепной конвейер.

Цепные (пластинчатые) конвейеры в различных вариантах исполнения: одноручьевые или многоручьевые, прямые, наклонные и поворотные; материал изготовления пластин — пластмассы или нержавеющая сталь. Конвейеры цепные (пластинчатые) предназначены для транспортирования штучных предметов (бутылок, банок, жесткой тары и т. п.). В качестве грузонесущего элемента используется металлический или пластмассовый носитель, состоящий из отдельных пластин, прикрепленных к одной или двум тяговым втулочно-роликовым цепям.

Риунок 7 — Пластинчатый конвейер

Для транспортировки консервных банок используется вибрационный транспортный желоб с накопителем.

Рисунок 8 — Вибрационный конвейер Для обеспечения связи между виброконвейером и цепным конвейером и перемещением банок из накопителя в тару используется универсальный портальный модуль.

Этот модуль предназначен для работы с накопителями заготовок и деталей, уложенных в приспособлении спутнике в ориентированном виде. Типовые детали — тела вращения диаметром от 40 до 160 миллиметров и высотой до 100 миллиметров.

Рисунок 9 — Механизм остановки конвейера На ведущий вал 7, вращающийся вокруг неподвижной оси A, жестко насажена втулка 1, к которой в точке В шарнирно присоединена собачка 2.

Входя под действием пружины 6 в зацепление с храповым колесом 3, собачка 2 поворачивает жестко скреп ленную с храповым колесом цепную звездочку 4, приводящую в движение роликовую цепь 5. Приходя в соприкосновение с неподвижным пальцем b, собачка 2 разъединяется с храповым колесом 3 и цепная звездочка 4, а следовательно, и цепь 5 остаются неподвижными все время, пока палец b скользит по стороне, а — а собачки 2. Механизм применяется в конвейерах. Периодические остановки цепи необходимы для загрузки конвейера.

Для ориентировани деталей после их прохожденя по вибролотку используется веерообразная накопительная система. Распределение и ориентирование банок осуществялется с помощью отклоняющих заслонок.

Схема делительной системы и накопителя представлена на рисунке 9

Рисунок 10 — Веерообразная делительная система

1- подводящий лоток

2- отводные каналы

3- отклоняющаяся заслонка

I-VI — распределенные потоки деталей.

Управление отклоняющии заслонками осуществляется с помощью логических элементов и оптических датчиков.

Выбор пневмоцилиндра

Расчетные данные бесштокового пневмоцилиндра, осуществляющего перемещение жестяных банок на конвейер:

6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Для автоматизированного управления данным процессом необходимо использовать следующие датчики:

Робот-укладчик

Для работы системы управления необходимо задействовать 11 цифровых входов.

— Датчик наличия банок в бункере

— Датчик положения веерного механизма 1 бункера

— Датчик положения веерного механизма 2 бункера

— Датчик положения веерного механизма 3 бункера

— Датчик состояния захвата

— Датчик положения захвата в 0?

— Датчик положения захвата в 90?

— Датчик верхнего положения руки робота

— Датчик нижнего положения руки робота

— Датчик положения захвата робота у бункера

— Датчик положения захвата робота у транспортера

Кроме того, необходимо 2 аналоговых входа для осуществления слежения за давлением в вакуумном захвате и за скоростью перемещения транспортера.

Всего для работы устройства понадобится 14 цифровых выходов.

— Включить/выключить вакуумный захват

— Повернуть захват ПР в положение 0?

— Повернуть захват ПР в положение 90?

— Поднять руку робота

— Опустить руку робота

— Переместить руку робота к бункеру

— Переместить руку робота к транспортеру

— Принять левое положение веерного механизма 1 бункера

— Принять правое положение веерного механизма 1 бункера

— Принять левое положение веерного механизма 2 бункера

— Принять правое положение веерного механизма 2 бункера

— Принять левое положение веерного механизма 3 бункера

— Принять правое положение веерного механизма 3 бункера

— Включить/выключить транспортер

Рассмотрев технологический процесс можно сделать выводы о составе БИС микроконтроллера:

— микропроцессор для осуществления управления;

— параллельный интерфейс (ППИ) для вывода сигналов;

— ППИ для получения сигналов от датчиков;

— аналогоцифровой преобразователь для получения сигналов от аналоговых датчиков;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной курсовой работы был разработан технологический процесс групповой упаковки консервных банок в картонную тару.

В ходе работы над заданием был разработан иллюстратор технологического процесса, составлена общая компоновка линии и изображен ее полный внешний вид. Кроме того, был выполнен расчет сборочного узла и изображена его конструкция. В процессе выполнения КП были использованы теоретические знания, полученные при изучении всех разделов программы курса, а также ГОСТы, ЕСКД, справочная литература и др.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

упаковка автоматизация загрузка

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 920с. — с.: ил.

2. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 2. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 912с. — с.: ил.

3. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 3. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 864с. — с.: ил.

4. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. — 7-е изд. испр. — М.: Высш. шк., 2001. 447 с.: ил.

5. Хвощ А. В. Микропроцессоры и микроЭВМ в автоматических системах управления. — М.: Энергоатомиздат, 1990

6. Электронный каталог Festo.

7. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник/ С. Т. Хвощ, Н. Н. Варлинский, Е. А. Попов; Под общ. ред. С. Т. Хвоща.-Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. — 640 с.: ил.