Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали №7406. 
1111056)

Дипломный проект

Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали № 7406.1 111 056)

программа наладка подшипник автоматизированный Автоматизация производственных процессов на основе внедрения роботизированных технологических комплексов и гибких производственных модулей, вспомогательного оборудования, транспортно-накопительных и контрольно-измерительных устройств, объединенных в гибкие производственные системы, управляемые от ЭВМ, является одной из стратегий ускорения научно-технического прогресса в машиностроении.

Применение гибких производственных систем и роботизированных технологических комплексов обеспечивает:

— увеличение уровня технической вооруженности производства за счет автоматизации практически всех основных и вспомогательных операций;

— повышение производительности труда;

— решение проблемы сокращения дефицита рабочих, выполняющих как основные, так и вспомогательные операции;

— изменение условий и характера труда за счет увеличения доли умственного и сведения к минимуму физического труда.

При обработке деталей типа тел вращения основным оборудованием в ГПС являются токарные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры. Оснащение этих станков системой автоматического разделения припуска, программами обработки фасок и выточек, а также многоместными инструментальными магазинами, имеющими автономный привод, и устройством торможения шпинделя, превращает их в токарные многоцелевые станки. Оснащение ЧПУ запоминающими устройствами большой емкости позволяет быстро переналаживать станок на другие программы, что снижает подготовительно-заключительное время.

Обеспечение полностью автоматического и автономного цикла работы токарных станков достигается установкой накопителей заготовок, организацией их автоматической загрузки и разгрузки, а также контроля за состоянием инструментов и размерного контроля.

В дипломном проекте необходимо разработать гибкий автоматический участок для выпуска детали типа «корпус», технологический процесс обработки детали, циклограмму и систему управления.

Сегодня задачи управления теми или иными объектами решаются с помощью микропроцессоров (МП). Микропроцессоры применяются в различных областях народного хозяйства, например, в управлении технологическими процессами, информационных и измерительных комплексах, энергетике, медицине и др. На базе микропроцессоров созданы высокопроизводительные устройства ЧПУ.

Необходимость выполнения сложных функций управления привела к созданию микроконтроллеров — управляющих устройств, выполненных на одном или нескольких кристаллах. Микроконтроллеры выполняют функции логического анализа и управления.

В задачу проектирования ГАУ входит разработка микропроцессорной системы для управления его работой, согласно требованиям пользователя. При разработке используется метод нисходящего проектирования. Суть этого метода состоит в последовательной детализации описания объекта, которое первоначально создается на основе требования заказчика.

В качестве ограничений при поиске оптимального варианта выступают требования технического задания, приведенные в разделе требования пользователя. Определяющими факторами являются минимум затрат на создание и эксплуатацию.

В настоящее время для реализации автоматизированной системы управления каким-либо технологическим процессом, в том числе и процессов механической обработки, широкое распространение получили микропроцессорные системы.

Современные микропроцессорные системы управления ТП решают широкий круг задач, среди которых можно выделить следующие:

— достижение заданных качественных показателей технологического процесса;

— безаварийность технологического процесса;

— снижение убытков от аварий и простоев оборудования за счет предупреждения и своевременного информирования персонала о тенденциях к возникновению или о возникновении аварийных ситуаций;

— безопасность обслуживающего персонала: технические средства автоматизации обеспечивают минимально возможное для нормальной работы предприятия присутствие обслуживающего персонала в производственной зоне и его безопасность при работе.

В процессе функционирования таких систем происходит:

1. непрерывное, централизованное управление оборудованием и технологическими процессами; визуализация оперативных параметров технологического процесса на АРМ операторов, диспетчеров, технологов и другого инженерно-технического персонала предприятия в реальном времени;

2. формирование сигналов управления регулируемыми параметрами технологического процесса в автоматическом или ручном режимах; обеспечение открытого интерфейса для разработки и выполнения задач оптимизации технологического процесса;

3. обеспечение гибкого интерфейса для настройки и конфигурирования параметров управления технологическими процессами и системы в целом, включения в систему функциональных задач пользователя;

4. обеспечение единого централизованного хранения и доступа ко всем формам технологической и производственной информации на предприятии; обеспечение разработки и включения в систему новых форм отчетности и программного обеспечения обработки информации силами персонала АСУ предприятия.

Таким образом, современные МПСУ ТП позволяют не только производить непосредственное управление технологическим оборудованием, но и позволяют решать задачи по оптимизации параметров ТП, обеспечения наилучших показателей качества изделий ТП, а также включаться в единую автоматизированную систему управления предприятием.

Разрабатываемая система управления предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом механической обработки детали «корпус переднего подшипника». Проектирование будет производиться методом нисходящего проектирования. Суть этого метода состоит в последовательной детализации описания объекта, которое первоначально создается на основе требования заказчика.

В качестве ограничений при поиске оптимального варианта выступают требования технического задания, приведенные в разделе требования пользователя. Определяющими факторами являются максимальная надежность при минимуме затрат на создание и эксплуатацию. Кроме того, необходимо особое внимание уделить требованиям к точности, производительности, условиям эксплуатации и безопасности.

1. Анализ производственной ситуации

1.1 Исходные данные

Корпус, сталь 45, кол-во: 200 шт.

Заготовка вида вал: D=62мм; h=40мм.

Таблица 1.1 — Маршрут обработки детали

1.2 Анализ существующего техпроцесса и его недостатки

На проектируемом участке обработки вала заготовки на линию подаются в тележке внутрицеховым транспортом. Далее они раскладываются в кассеты, затем обрабатываются на универсальных станках.

В цехе производят различные детали. По типу производства номенклатуре и объемам производства данный участок можно отнести к мелкосерийному или серийному производству.

Для такого типа производства, с целью повышения эффективности возможно применение обрабатывающих центров, встраиваемых в автоматические линии.

Эффективность участка зависит от степени автоматизации. С целью исключения ручных операции транспортировки заготовок необходимо разработать автоматическую транспортно-загрузочную систему, заменить универсальные станки на станки с ЧПУ.

Сложившийся тип производственных структур машиностроительных предприятий характеризует ряд признаков:

— отсутствие ярко выраженной технологической специализации машиностроительных производств;

— распыленность технологических ресурсов;

— во многих случаях избыточность или недостаточность мощностей производственных систем;

— отсутствие гибкости производственных систем при переходе предприятия к выпуску новой продукции.

Предметная специализация по предприятиям лежала в основе отрасли. Переход на выпуск принципиально новой продукции в этих условиях требует коренной перестройки с привлечением дополнительных инвестиций, получение которых затруднено.

На предприятии изготовление корпуса переднего подшипника осуществляется на универсальных станках. До сих пор это было оправдано регулярностью заказов и неизменным объемом партии на запасные части. В связи с переходом предприятия на автоматизированное управление производством в условиях меняющегося рынка ситуация изменилась. Теперь трудно заранее планировать и партию и сроки их производства.

Изготовление деталей в таких условиях без возможности автоматизации стало экономически не целесообразно. В связи с этим появилась необходимость разработать автоматизированный участок производства корпусных деталей.

Одной из таких деталей является корпус переднего подшипника.

1.3 Анализ основного оборудования

Широкое применение в современном производстве находят токарно-фрезерные многоцелевые станки (обрабатывающие центры), они представляют собой комбинацию токарного и фрезерного станков и, как правило, используются для обработки деталей со сложными поверхностями. На таких станках возможно изготовление сложнопрофильных деталей с минимальным количеством перезакреплений.

Рассмотрим некоторые модели представленных станков:

1. Многоцелевой станок Multus B300 производства Okuma (Япония).

Станок имеет 7 управляемых координат. Фрезерная головка перемещается в продольном и поперечном направлениях (оси Z и Y) и поворачивается в одном направлении (ось В). Фрезерный шпиндель способен вращаться с частотой до 6000 об/мин. Токарный шпиндель может вращаться с частотой 5000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось C). Также у станка имеется противошпиндель, который перемещается в продольном направлении (ось W) и имеет возможность контролируемого поворота (ось С1). Магазин инструмента рассчитан на 2…60 позиций.

2. Многоцелевой станок S-191FT производства Bumotec (Швейцария).

Станок предназначен для обработки деталей небольших размеров. Имеет до 7 управляемых координат. Фрезерный шпиндель может вращаться с частотой 30 000 об/мин. Фрезерная головка может перемещаться продольно и поперечно, опускаться и подниматься (оси X, Y и Z), также она может поворачиваться в одном направлении (ось В). Токарный шпиндель станка может вращаться с частотой 6 000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось С). Противошпиндель станка может вращаться с частотой 5 500 об/мин и также может совершать контролируемый поворот (ось А) и перемещаться в продольном направлении (ось W). Магазин сменного инструмента рассчитан на 30…90 позиций.

3. Токарный многоцелевой станок TTC300−42 производства SPINNER (Германия).

Станок имеет две револьверных головки, в каждой из которых 12 позиций для инструмента. Головки перемещаются в продольном и поперечном направлениях (Оси Z, X, U, W) В одну револьверную головку устанавливается приводной инструмент. Шпиндель станка может вращаться с частотой до 6 000 об/мин, также он имеет возможность контролируемого поворота (ось С). Противошпиндель также имеет возможность контролируемого поворота (ось C1).

4. Многоцелевой станок NTX 2000 производства Mori Seki (Япония) Станок имеет 7 управляемых координат. Фрезерная головка может перемещаться в продольном и поперечном направлениях, подниматься и опускаться относительно закрепленной на станке заготовки (оси X, Y, Z, B). Токарный шпиндель может вращаться с частотой до 5 000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось C). Противошпиндель также может вращаться с частотой 5 000 об/мин.

Станок имеет 10-ти позиционную револьверную головку, которая перемещается в продольном и поперечном направлениях (оси V, W). Фрезерный шпиндель может вращаться с частотой 12 000 об/мин (производителем предусмотрена возможность увеличения частоты до 20 000 об/мин). Магазин сменного инструмента рассчитан на 30…76 позиций.

Обрабатывающие центры и многоцелевые станки производства Okuma (Япония) относятся к группе экономсерии. Кроме того в Екатеринбурге налажено их «отверточное» производство.

Из соображений высокой надежности, наименьшей стоимости самих станков и обслуживания предпочтение следует отдать станка фирмы ОКУМА.

1.4 Анализ вспомогательного оборудования

Конвейеры

Конвейером называют машину для непрерывного транспортирования изделий. Отличительной особенностью многих конструкций конвейеров, наряду с выполнением функций по перемещению заготовок, является возможность образования небольших межоперационных заделов, обеспечивающих независимую работу сложных станков в составе автоматических линий. По способу транспортирования конвейеры делят на непрерывного и прерывистого (дискретного) действия.

Конвейеры непрерывного действия

Наиболее распространены ленточные (рисунок 2.3.3.1, а) и цепные (рисунок 2.3.3.1, б) конвейеры. Грузонесущим и тяговым органом для перемещения заготовок 3 в таких конвейерах служит лента 4 (обычно металлическая) или втулочно-роликовая цепь 7, которые натянуты на барабаны 1 или звездочки 6, смонтированные в корпусе 5. Для предотвращения их провисания предусмотрены направляющие планки 2. Такие конвейеры применяют для относительно легких заготовок 3, допускающих изнашивание поверхности из-за проскальзывания ленты (цепи) под заготовками. Кроме того, конвейеры с металлической лентой используют для транспортирования стружки.

Роликовые конвейеры состоят из роликов 2, укрепленных на осях в корпусе 5. Роликам сообщается вращение от привода 1 через замкнутую цепь б и звездочки 4, закрепленные на осях роликов. Перемещение заготовок 3 или приспособлений-спутников происходит под действием сил трения, возникающих между образующей роликов и заготовками, что позволяет подавать их с подпором. Ролики посажены на оси с небольшим натягом через фрикционные втулки, запрессованные в ролики, что позволяет им проскальзывать в момент нахождения под остановленными заготовками.

Винтовые конвейеры используют для перемещения заготовок поперек и вдоль оси. Вибрационные конвейеры используют в тех случаях, когда затруднительно перемещать заготовки 3 другими способами (например, из-за их сцепляемости). Лотковые самотечные конвейеры предназначены для гравитационного перемещения заготовок качением по роликам или скольжением по наклонной (в большей части прямой) поверхности. В конвейерах для перемещения заготовок 4 по свободно, вращающимся роликам 6 последние устанавливают на осях 8, укрепленных в боковых стенках 2, которые между собой жестко соединяют стяжками 7. В качестве ролика используют шарикоподшипник или два шарикоподшипника, запрессованные во втулку.

Конвейеры прерывистого действия

Шаговые конвейеры наиболее распространены и бывают двух типов: с убирающимися собачками или поворачивающимися захватными устройствами. У первого типа конвейеров заготовки 3 (спутники) перемещают по направляющим 2 захваты в виде подпружиненных храповых собачек 4, укрепленных на осях в штанге 7, совершающей возвратно-поступательное движение с помощью гидравлического цилиндра 5. При движении штанги вперед собачки упираются в заготовки и перемещают их на шаг. При обратном ходе собачки утапливаются в штангу и проходят под заготовкой, не передвигая ее. Основным недостатком конвейера является заострение стружкой храповых собачек.

У второго типа конвейеров заготовки 3 перемещают по направляющим 2 захватные устройства в виде флажков 4, укрепленных неподвижно на круглой штанге 1, совершающей последовательно возвратно поступательное и вращательное движения с помощью гидравлических цилиндров 5 и 7 и рычага 6. При движении штанги вперед флажки упираются в заготовки и перемещают их на шаг. Затем штанга поворачивается на угол (при котором флажки не задевают детали) и возвращаются в исходное положение. Далее флажки опускаются, и цикл повторяется. Вероятность засорения стружкой флажков в этом конвейере меньше.

Перекладывающие планочные конвейеры обычно применяют для перемещения заготовок 3, для которых не допускается повреждение обработанной поверхности при скольжении по направляющим 2. Заготовки движутся по направляющим последовательным перекладыванием посредством планки 1, совершающей движение от вращающихся эксцентриков 4 по сложному циклу; подъем, движение вперед, опускание, движение назад.

Пилообразные конвейеры применяют для перемещения заготовок типа вал поперек оси. Конвейер одинарного действия (рисунке 2.3.2.2, г) состоит из двух неподвижных пилообразных реек 2, между которыми размещены две подвижные рейки 1, перемещаемые вверх — вниз от кулачкового (кривошипного) механизма 4. В результате этого движения подвижные рейки перебрасывают заготовки 3 через вершины неподвижных реек. Для увеличения, производительности в конвейерах двойного действия подвижные рейки 1 смещены относительно неподвижных 2 на полшага. Принцип работы конвейера аналогичен предыдущему. Детали скатываются по наклонной части реек под действием силы тяжести.

Гребенчатые конвейеры предназначены для перемещения заготовок с заплечиками, типа шатун, и имеют две направляющие 1, между которыми размещена гребенка 2, совершающая движение вверх — вниз (с амплитудой 8−10 мм) с помощью приводного механизма 4. В процессе перемещения шатун 3 заплечиками большой головки опирается на гладкие направляющие 1, а нижней частью малой головки — на зубцы гребенки при наклоне шатуна на угол 6−10° от вертикальной плоскости по ходу движения. При подъеме гребенки шатун смещается большой головкой по направляющим в сторону наклона, а при опускании гребенки он смещается малой головкой в ту же сторону; в результате шатуны перемещаются вперед.

Шаговый конвейер-накопитель с управляемыми собачками. Рассмотренные выше шаговые конвейеры (см. рисунке 2.3.2.2, а, б) не обеспечивают использование запаса заготовок, поэтому они не могут быть накопителями. Конвейер с управляемыми собачками, помимо перемещения деталей, выполняет функцию их накопления. Он включает две направляющие 3, по которым движутся детали 7 с помощью двойной штанги 1 с собачками 11 (действующими от гидроцилиндра 9), размещаемой между направляющими. На одной из направляющих 3 на осях 14 установлены поворотные рычаги 5 контроля наличия заготовки 7. При отсутствии заготовки короткий конец рычага поднимается, а длинный опускается.

Собачки на штанге закреплены на осях 10. Над одной штангой установлены планки 4, каждая из которых шарнирно, через ось 6, связана с собачкой 11, а также со штангой 1 через звено 13, несущее ролик 8. Такое соединение образует систему параллелограммов, обеспечивающих управление положением собачек. При движении штанги 1 влево крайняя левая планка 4, наталкиваясь на неподвижный упор 2 на направляющей 3, поворачивает все звенья 13 и собачки 11 (по часовой стрелке) в нерабочее положение. При перемещении штанги вправо ролик 8 звена 13 одного из параллелограммов наталкивается на опущенный длинный конец рычага 5 на свободной позиции II. В результате этого при дальнейшем передвижении штанги происходит поворот звена 13 и собачки 11 данного параллелограмма, а также (через планки 4) звеньев и собачек последующих параллелограммов против часовой стрелки. Собачки принимают рабочее положение, опираясь на упоры 12 (см. рис. 5.4, ж, штриховая линия). Штанга, двигаясь вперед, захватывает на позиции I собачками заготовки 7, расположенные до позиции II, и перемещают их на шаг. Если позиция II окажется занятой, то постепенно весь конвейер заполнится заготовками. При освобождении позиции II все заготовки на конвейере передвинутся на шаг.

Для перемещения деталей с окончательно обработанной опорной поверхностью применяют также проходной конвейер-накопитель с управляемыми подъемными собачками, в которых детали транспортируются перекладыванием.

1.5 Анализ промышленных роботов

Промышленные роботы по конструктивному исполнению подразделяются на подвесные, устанавливаемые на портале; напольные, устанавливаемые на полу цеха; встраиваемые, устанавливаемые непосредственно на обслуживающем оборудовании (например, на станке).

Подвесные роботы, применяемые для обслуживания металлорежущих станков, как правило, работают в прямоугольной системе координат, т. е. имеют два основных движения — вдоль оси (осей) портала (движение каретки) и в направлении, перпендикулярном оси портала (выдвижение руки по вертикали или под углом к вертикали); в цилиндрической полярной системе координат, т. е. имеют три основных движения — вдоль вертикальной оси портала, поворот руки вокруг горизонтальной оси (качание руки) и выдвижение руки; в цилиндрической угловой системе координат, т. е. имеют три основных движения — вдоль оси портала и качание каждого из звеньев шарнирной руки.

Подвесные промышленные роботы бывают различных исполнений. Кроме основных движений, определяющих систему координат, подвесной робот может выполнять следующие ориентирующие движения: вращение кисти с захватным устройством вокруг оси руки; поворот кисти вокруг оси (одной или двух), перпендикулярной оси руки.

Напольные роботы, применяемые для обслуживания станков, работают, как правило, в цилиндрической системе координат, т. е. имеют три основных движения — подъем руки, поворот руки вокруг вертикальной оси и радиальное выдвижение руки в горизонтальной плоскости. Они выполняют движения, характерные для подвесных роботов, и, кроме того, сдвиг захватного устройства.

Промышленные роботы, встраиваемые в станки, могут иметь компоновку, аналогичную подвесным промышленным роботам, работающим в плоской прямоугольной и полярной цилиндрической системах координат (с тем отличием, что монорельс, по которому движется каретка, крепится непосредственно на станке), а также компоновку, предусматривающую крепление робота спереди к станку и обеспечивающую возможность поворота руки вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Промышленные роботы типа М40П

Роботы выпускаются в двух модификациях: М40.П. 05.02 и М40.П. 05.03.

Промышленный робот с ЧПУ модели М40.П. 05.02 (Рис. 1) предназначен для выполнения операций загрузки-разгрузки металлорежущих станков и другого оборудования. Устройство с ЧПУ позиционного типа позволяет осуществлять различные циклы работы. Промышленный робот может обслуживать группу станков. Наибольшая масса загружаемых деталей 40 кг. Он может быть оснащен двухместными захватными устройствами. Число степеней подвижности пять (без учета движения губок), в том числе три — управляемые от ЧПУ. Имеются устройства для автоматического закрепления и замены рабочего органа в головке робота.

Промышленный робот модели М40.П. 05.03 не имеет механизма привода качания головки. Число степеней подвижности — четыре (без учета движения губок захвата), в том числе три — управляемые от ЧПУ.

Промышленный робот имеет портальную конструкцию. Каретка перемещается по монорельсу и приводится в действие электрогидравлическим шаговым двигателем, который через редуктор и зубчатое колесо соединен с рейкой.

На каретке закреплен корпус ползуна, по которому перемещается на опорах качания ползун. На конце ползуна, на его оси закреплена рука в виде двуплечего рычага. Рука совершает качательные движения вокруг этой оси с помощью линейного электрогидравлического привода, размещенного на кронштейне, закрепленном на корпусе. На конце руки закреплена головка, в которой устанавливается захватное устройство. Внутри головки размещаются привод поворота шпинделя, в котором устанавливается захватное устройство, и привод перемещения его губок.

Опорная система разбита на ряд небольших узлов, что позволяет создавать различные модификации робота, отличающиеся друг от друга общей длиной (одно-, двухи трехпролетные).

Захватные устройства и другие механизмы устанавливаемые в шпинделе, оснащены хвостовиком, опорным фланцем, имеющим клиновое гнездо под ролик фиксатора, а также центрирующим фланцем для базирования устройства в магазине. На опорном фланце может закрепляться кронштейн с элементами пневмои электроразъемов. Через хвостовик проходит тяга, передающая движение захватному устройству.

Промышленные роботы типа М20Ц

Роботы типа М20Ц (рис. 2) построены на агрегатной основе и предназначены для выполнения операций загрузки-разгрузки металлорежущих станков и другого оборудования, в том числе с ЧПУ.

Роботы выпускаются восьми модификаций, отличающихся компоновкой обслуживаемого оборудования, характером (серийность) производства, в котором это оборудование используется, а также числом рук (одна или две), наличием движении наклона руки и кантователя. Все движения исполнительных элементов роботов могут осуществляться в любой последовательности и независимо друг от друга. Очередность их выполнения устанавливается кнопочным набором программы на пульте системы управления промышленного робота. Максимальная масса загружаемой детали 10 кг. Типовые детали: фланцы 40 — 200 мм и высотой до 100 мм; валы 20 — 60 мм и длиной свыше 150 мм.

Для работы с деталями типа фланцев применяют роботы с двумя руками и одноместными захватными устройствами для работы с деталями типа валов — роботы с одной рукой и двухместным захватным устройством. Промышленный робот приспособлен для работы с накопителем при укладке фланцев стопками переменной высоты.

Промышленные роботы восьми модификаций имеют портальную конструкцию. Каретка 1 перемещается по монорельсу 2. Привод каретки осуществляется от электродвигателя 4 через зубчатый редуктор 5. Выходной вал редуктора несет реечную шестерню, которая зацепляется с зубчатой рейкой 3. С другим концом вала связан электромагнитный тормоз 6.

На каретке закреплены (в зависимости от исполнения может и отсутствовать) одна или две одинаковые поворотным плиты, к которым крепятся корпуса выдвижных рук (также одинаковых). На основании поворотной плиты шарнирно закреплен пневматический цилиндр, при срабатывании которого плита вместе с рукой отклоняется от вертикали.

Рука перемещается в корпусе на роликах. В нижней части руки установлен шпиндель, в котором закрепляется захватное устройство.

Мостовые и портальные электромеханические агрегатно-модульные промышленные роботы Мостовые и портальные электромеханические агрегатно-модульные роботы предназначены для автоматизации обслуживания, включая элементы переналадки, металлорежущего оборудования, входящего в гибкие производственные модули и роботизированные технологические комплексы, в условиях мелкосерийного и серийного многономенклатурного производства. Они могут применяться и для других технологических операций, например для переналадки штабелирования.

Модификации мостовых и портальных промышленных роботов отличаются друг от друга: количеством рук (однои двурукие); степенями подвижности кисти (1, 2, 3); наличием устройств автоматической смены захватов; длиной ходов переносных степеней подвижности. Модификации промышленных роботов образуются набором унифицированных единиц (модулей и узлов), к которым относятся: эстакада, мост и др.

Модули этих промышленных роботов, в свою очередь, образованы набором унифицированных агрегатных узлов: колонны, балки с направляющими, каретки, руки, кисти, механизм смены захватов и т. д. Мостовой электромеханический агрегатно-модульный промышленный робот представлен на рис. 3. На колоннах 1, закрепленных на полу, установлены два ряда балок 2 с направляющими продольного перемещения, зубчатыми рейками, целью энергоподвода и т. д. По направляющим движутся две каретки, соединенные между собой траверсой 3, на которой установлены направляющий поперечного перемещения со своими зубчатыми рейками, приводом, цепью энергоподвода и т. д.

По направляющим траверсы перемещается каретка 4 с закрепленной на ней рукой 5 с реечным механизмом вертикального перемещения, приводом каретки и цепью энергоподвода. К нижней части руки крепится кисть, приводы которой закреплены на верхнем фланце руки. На выходном фланце кисти смонтирован механизм автоматической смены захватов со всеми коммуникационными розетками.

Промышленные роботы данных моделей сконструированы по агрегатно-модульному принципу, в результате чего возможно создание модификаций роботов с требуемыми функциональными возможностями и оптимальным уровнем автоматизации.

Применение высокоэффективных электроприводов с транзисторными преобразователями в сочетании с позиционно-контурной системой управления обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики промышленных роботов, а также надежность работы при применении их в автоматизированных производственных системах.

Промышленный робот модели М10П.62.01

Промышленный робот с числовым программным управлением модели М10П.62.01 предназначен для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с ЧПУ.

Промышленный робот устанавливается на станок, образуя с ним комплекс (станок — промышленный робот), который может являться базой для создания гибких производственных модулей, предназначенных для продолжительной работы без участия оператора. Управление роботом и станком осуществляется от автономной системы управления.

Координаты перемещений захвата робота приведены на рис. 4. На основании робота установлен электродвигатель постоянного тока со встроенным датчиком обратной связи. Через приводной ремень вращение передается на червячный вал и червячное колесо. Червячный вал установлен в конических роликовых подшипниках, а червячное колесо — в шариковом сдвоенном радиально-упорном подшипнике и шариковом радиальном подшипнике.

Типовые схемы компоновок РТК механообработки

При создании РТК используют станки с ЧПУ или станки-полуавтоматы, у которых машинное время составляет 3−15 мин и более. Как правило, технологический цикл обработки изделий на металлорежущих станках осуществляется группой станков, обеспечивающих выполнение этого цикла. В связи с этим при создании РТК типа «станок — ПР» целесообразно использовать ПР для обслуживания группы однотипных либо разнотипных станков. Число станков, включаемых в РТК, зависит от конструктивного исполнения ПР (размеров его рабочей зоны), а также от машинного времени станков, включаемых в состав РТК. При малом машинном времени (3 мин) обслуживание ПР нескольких станков приводит к простою технологического оборудования, поэтому в данном случае, а также в условиях крупносерийного производства целесообразно использование однопозиционных РТК на базе ПР с цикловым программным управлением, предназначенных для обслуживания одного станка.

Компоновки РТК зависят от конструкции и кинематической схемы ПР, определяющих размеры и форму его рабочей зоны.

На базе одних и тех же моделей станков можно создавать РТК различных компоновок, комплектуемые ПР с различными техническими и технологическими возможностями. В основном используют три вида компоновок РТК: 1) однопозиционный РТК, состоящий из одного станка, обслуживаемого одним ПР (напольным, портальным или встроенным в станок); 2) многопозиционный РТК круговой компоновки, состоящий из двух-трех станков, обслуживаемых ПР напольного типа; 3) многопозиционный РТК линейной и линейно-параллельной компоновок, состоящий из двух и более станков, обслуживаемых портальным ПР.

При одинаковых составе оборудования, производственной программе и номенклатуре обрабатываемых деталей, линейные компоновки по сравнению с круговыми имеют следующие преимущества: требуемая для размещения РТК производственная площадь в 1,4 раза меньше; большие удобство и безопасность обслуживания (переналадка и ремонт оборудования не требуют остановки всего РТК, более благоприятные условия для визуального наблюдения за работой оборудования); увеличивается число обслуживаемых станков (до 5−6 против 2−3 при круговой компоновке); сокращается время передачи заготовки от станка к станку.

Комплексы типа РТК — 1 создаются на базе ПР, работающих в плоской прямоугольной системе координат, из одного или двух однотипных станков с применением линейной компоновки. Комплексы должны комплектоваться вспомогательным оборудованием для автоматической подачи ориентированной заготовки на загрузочную позицию (тактовыми столами, шаговыми транспортерами, приводными магазинами — накопителями), расположенными в плоскости работы ПР.

Комплексы типа РТК- 2 создаются на базе портальных ПР, работающих в ангулярной цилиндрической системе координат, из однотипных и разнотипных станков в количестве от двух до шести единиц технологического оборудования с использованием линейной и линейно-параллельной компоновки. Комплексы оснащаются входными, выходными и промежуточными (между станками) накопителями. Поскольку ПР могут брать заготовки из разных точек и укладывать изделия в тару, возможно использование вспомогательного оборудования, не имеющего приводных механизмов.

Комплексы типа РТК- 3 формируются на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат, из одного станка с горизонтальной осью шпинделя и ПР. В качестве вспомогательного устройства используется сменная тара, обеспечивающая хранение деталей в ориентированном виде с заданным шагом расположения.

Комплексы типов РТК-4 и РТК- 5 строятся на основе ПР, работающих в цилиндрической и сферической системах координат. Комплексы имеют преимущественно круговую либо линейно — параллельную двухрядную компоновку и могут состоять из одной — трех единиц технологического оборудования.

1.6 Анализ аппаратной части системы управления

Анализ датчиков

В зависимости от конструкции и принципа действия датчики положения имеют различный диапазон срабатывания, различную точность и рассчитаны на обнаружение объектов из различных материалов.

Наибольшее расстояние обнаружения и динамический диапазон имеют фотоэлектрические датчики, и они же имеют наилучшую точность. При выборе соответствующего типа, они могут решать практически все задачи обнаружения, за исключением случаев работы через непрозрачную преграду или работы при большом уровне паразитной засветки. Фотоэлектрические датчики представляют собой достаточно сложное устройство, изготовленное с применением прецизионных технологических процессов, поэтому из всех датчиков положения они имеют наибольшую стоимость. Номенклатура фотоэлектрических датчиков чрезвычайно обширна, что объясняется оптимизацией конструкции на решение какой-то конкретной задачи и невозможностью создать универсальное решение. К настоящему времени выпускающаяся номенклатура фотоэлектрики практически полностью перекрывает задачи, стоящие в промышленной автоматике и системах безопасности.

Индуктивные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 1 до 60 мм при точности порядка 10−20% и представляют собой, в общем случае, катушку индуктивности и схему обработки сигнала, заключенные в цилиндрический или прямоугольный корпус. Они предназначены для обнаружения ферромагнитных объектов. Датчики этого типа имеют давнюю историю, и их конструкция хорошо отработана. В их составе нет дорогих компонентов, и они хорошо освоены многими производителями, как в Европе, так и в Азии и России. Датчики этого типа являются наиболее дешевыми и массовыми представителями устройств обнаружения присутствия объекта и наиболее широко применяются в промышленной автоматике. Параметры датчиков, выпускаемых разными производителями, очень близки и при выборе поставщика одним из критериев выбора может выступать надежность и долговременная стабильность параметров датчика. По совокупности этих признаков датчики SICK имеют наилучший рейтинг.

Емкостные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 2 до 25 мм при точности порядка 20%. Их срабатывание происходит при изменении емкости пространства перед датчиком при внесении в это пространство объекта, структура которого отличается от структуры воздуха. При этом этот объект не обязательно должен быть твердым телом. При определенной настройке возможно определение уровня заполнения неметаллической емкости через ее стенку. Датчики этого типа незаменимы при работе с сыпучими и жидкими средами.

Ультразвуковые датчики положения имеют диапазон срабатывания от 30 мм до 8 м при точности порядка 2%. Их срабатывание происходит при обнаружении отраженного ультразвукового импульса от внесенного объекта. При этом природа объекта роли не играет. Необходимо только, что бы уровень отраженного сигнала превышал порог срабатывания датчика. Лучше всего обнаруживаются деревянные и металлические гладкие поверхности, несколько хуже картон. Сложности возникают при наличии на поверхности объекта поглощающего слоя — ворсовой ткани, меха и, на предельных дальностях, рассеивающей структуры поверхности, неровностей и канавок.

Оптические датчики позволяют решать задачи определения положения, скорости и направления вращения объектов из неферромагнитных материалов (в этом заключается их главное отличие от магнитных датчиков Холла). Примерами таких объектов могут быть денежные купюры, монеты или жетоны, опускаемые в щель автомата, пластмассовые диски, метки, карточки и т. д.

Анализ контроллеров

Siemens Simatic S7 200

Контроллер класса Siemens Simatic S7 200 — относительно простое логическое устройство с возможностью программирования, применяемое в системах автоматизации невысокой сложности.

Эта категория контроллеров, которые можно программировать, отлично подходит для тех ситуаций, в которых требуется обновить релейную схему устаревшей конструкции. Новый модуль намного экономичнее в плане энергии и ресурсов, к тому же он легко настраивается.

Конструкция устройства включает полный набор периферийных элементов, в т. ч. подключение блоков питания, центральных процессоров, модулей коммуникации и позиционирования, модулей ввода-вывода.

Отличительные черты и особенности, которыми обладает контроллер Simatic S7200:

высокие показатели быстродействия модулей;

возможность эффективно программировать (используемые языки — LAD, FBD, STL);

трехуровневая парольная защита пользовательских программ;

страничная адресация данных;

обработка рецептурных данных;

карта памяти, позволяющая сохранять документацию и регистрировать данные системы;

возможность редактировать программы без остановки центрального процессора, «на лету»;

возможность использования распределенной системы ввода-вывода AS-Interface для свободного наращивания модулей входов и выходов.

Логические программируемые контроллеры линейки Siemens Simatic S7 200 способны одновременно обрабатывать команды и осуществлять различные операции (математические, логические); при этом имеется поддержка алгоритмов ПИД позиционирования и регулировки.

Варианты интерфейсов контроллера для передачи данных: MPI, PPI, PROFIBUS AS-Interface, подключение модемной связи.

Семейство контроллеров S7−200 включает 5 вариантов центральных процессоров, каждый из которых представлен двумя модификациями:

напряжение питания 24 В, дискретные выходы на базе транзисторных ключей (24В/0,75А);

напряжение питания 115/230 В, дискретные релейные выходы.

Simatic S7300

Программируемый логический контроллер Simatic S7300 состоит из набора отдельных модулей, каждый из которых имеет свою специализацию и функцию. Он широко используется для решения различных задач по автоматизации; с помощью ПЛК Siemens этого типа можно создать систему управления как отдельного цеха, так и всего предприятия.

Как и многие другие ПЛК Siemens, модель S7300 создана на модульной архитектуре; такая система обеспечивает широкие возможности по конфигурации оборудования, позволяя решать широкий спектр задач. Модули охлаждаются естественным путем, что значительно снижает общий износ и энергозатраты.

Такое техническое исполнение позволяет эффективно организовывать построение автоматизации низкого и среднего уровня сложности, одновременно обеспечивая максимальную адаптацию к конкретной выполняемой задаче. При необходимости возможно наращивание и расширение функционала за счет модернизации управляющей системы.

Контроллер Siemens Simatic s7300 отличается рядом особенностей, делающих его достаточно привлекательным решением. В их числе — удобство и легкость эксплуатации, обилие коммуникационных возможностей и функций, простая сетевая конфигурация, интеграция структуры ввода-вывода (локального и распределенного), доступная цена.

Стоит дополнительно отметить несколько достоинств контроллера Siemens:

— возможность выбора центрального процессора с необходимой производительностью (доступно более 20 классов CPU);

— широкий ассортимент модулей ввода-вывода;

— свыше 20 различных модулей функционального типа;

— коммуникационные процессоры Siemens, поддерживающие PtP, PROFIBUS, AS-Interface, Industrial Ethernet, Modbus.

Все это в сочетании с разумной ценой делает линейку Siemens Simatic s7300 весьма привлекательным решением.

Основное применение ПЛК S7300 — автоматизация специализированной техники, текстильных и упаковочных машин, судовых установок, машиностроительного и электротехнического оборудования, технических средств управления производством и т. д.

Эффективность использования продуктов Siemens Simatic s7300 в этой сфере обеспечивается следующими факторами:

— обеспечение электропитания от сетей как постоянного, так и переменного тока;

— гибкая конструкция, удобная в обслуживании и эксплуатации;

— все модули линейки монтируются на профильную шину S7−300, фиксация в рабочем положении осуществляется при помощи болтов;

— возможность объединения элементов контроллера в целостную систему, в которой узлы произвольно соединены шинными соединителями;

— упрощенная процедура подключения внешних цепей и оперативной смены элементов благодаря фронтальным заменителям;

— исключение вероятности возникновения ошибок при замене узлов благодаря механическому кодированию фронтальных соединителей.

В семейство Siemens Simatic s7300 входят CPU (центральные процессоры), программное обеспечение STEP 7, а также ряд модулей: IM (интерфейсные), SM (сигнальные ввода / вывода), CP (коммуникационные), FM (функциональные), PS (блоки питания). Кроме того, используются следующие компоненты: соединители (фронтальные, шинные), профильная шина DIN, ММС (микрокарты памяти), комплекты терминальных кабелей и блоков.

Mitsubishi FX1S

Промышленный контроллер Mitsubishi FX1S это самый компактный контроллер в линейке FX. Они специально были спроектированы компанией Mitsubishi Electric для работы по принципу «Fit & Forget» (Поставил и забыл). По этой причине они имеют прочную, лишенную излишеств надежную конструкцию с впечатляющими возможностями. Применяются в небольших системах автоматики, где количество входов / выходов не превышает 34 и отдается предпочтение таким характеристикам как: простота эксплуатации, компактность и надёжность.

К достоинствам контроллера можно отнести:

— наличие энергонезависимой памяти EEPROM, вмещающей 2000 шагов программы,

— встроенные часы реального времени,

— возможность установки одного заменяемого модуля расширения, который устанавливается в базовый модуль контроллера и имеет маркировку FX1N-XXX-BD (опция),

— наличие высокоскоростных счетчиков,

— возможность подключения текстового ЖК дисплея FX1N-5DM (опция),

— светодиодная индикация входов и выходов,

— модели с напряжением питания ~220 В и =24 В,

— крепление контроллера на DIN рейку.

Анализ исполнительных устройств.

Устройства плавного пуска электродвигателей SIRIUS 3RW

Электронные пускатели для плавного запуска из модульной системы SIRIUS — это недорогие, небольшие и очень легко комбинируемые с контакторами, силовыми выключателями и реле защиты от перегрузки SIRIUS.

Аппараты плавного пуска обеспечивают щадящий режим, уменьшая пусковой момент подключенных к ним двигателей. Блок питания защищается от опасных пиков путем уменьшения потребления тока во время запуска. Аппараты плавного пуска применяются везде, где до настоящего времени применялись пускатели с переключением со звезды на треугольник, например, на ленточных транспортерах, компрессорах, шлифовальных станках, пилах и т. д.

Устройства плавного пуска Siemens серии SIRIUS 3RW предназначены для управления асинхронными электродвигателями без регулировки частоты вращения. Софт-стартеры используют методику изменения напряжения (нарастание / спад) для плавного пуска и остановки трехфазных силовых агрегатов; кроме того, обеспечивается повышенная защита двигателя.

Модели Siemens этой категории отличаются небольшими габаритами, а также наличием встроенного шунтирующего контакта.

Устройства серии Siemens SIRIUS 3RW электротехнического типа позволяют контролировать параметры двигателя (в частности — напряжение, силу тока) в процессе запуска и фиксировать их в безопасном диапазоне. Скорость нарастания стартового тока ограничивается, достижение номинального значения происходит в заданный промежуток времени. Это позволяет избегать перегрева и рывков в работе механических узлов, повышая срок службы как устройства, так и электродвигателя.

Преимущества устройств плавного пуска Siemens:

— Обеспечение плавного пуска и остановки для электродвигателей асинхронного типа;

— Бесступенчатый принцип запуска системы;

— Снижение уровня пиковых значений напряжения и провалов сетевого напряжения во время пуска;

— Исключение влияния скачков напряжения в сети на работу агрегата Siemens;

— Разгрузка сети электропитания благодаря регулируемому ограничению тока и снижению пиков тока;

— Уменьшение нагрузок механического типа на привод;

— Надежная коммутация, не требующая дополнительного обслуживания устройства;

— Значительная экономия места и монтажных соединений за счет компактности конструкции, а также встроенной защиты от перегрузки двигателя и собственной защиты аппарата, напр., в 3RW40;

— Полная стыковка со всеми компонентами модульной системы SIRIUS;

— Простая эксплуатация, как и большинства продукции Siemens;

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 для одноили трехфазных асинхронных электродвигателей мощностью от 4 до 1200 кВт — это тиристорное переключающее устройство (регулятор напряжения), обеспечивающее плавный пуск и останов трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью от 4 до 1200 кВт.

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 применяется: в компрессорах, насосах, вентиляторах, конвейерах, автоматических дверях, моечных машинах, прочих системах децентрализированной архитектуры. Schneider Electric Altistart 48 объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и двигателей, а также связи с системами автоматизации. Эти функции чаще всего необходимы в строительной, пищевой и химической отраслях — для центробежных механизмов, насосов, вентиляторов, компрессоров и конвейеров. Характеристики алгоритма управления устройств плавного пуска Altistart 48 от Schneider Electric обеспечивают высокую надежность, безопасность и простоту ввода в эксплуатацию. Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 позволяет:

— уменьшить стоимость эксплуатации механизмов путем снижения механических воздействий и улучшения эксплуатационной готовности оборудования;

— уменьшить влияние пуска двигателей на электрическую сеть за счет ограничения бросков тока и провалов напряжения в сети.

Семейство устройств Schneider Electric Altistart 48 включает в себя две гаммы изделий для трехфазной сети напряжением 230 — 415 В, 50/60 Гц и 208 — 690 В, 50/60 Гц.

Обе гаммы пусковых устройств Schneider Electric Altistart 48 подразделяются на типоразмеры в зависимости от режима работы — нормального или тяжелого.

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 имеют следующие преимущества:

специальный алгоритм управления моментом, реализованный в устройствах плавного пуска Altistart 48 (патент Schneider Electric);

— поддержание момента, развиваемого двигателем во время ускорения и замедления (значительное уменьшение ударных нагрузок);

— простота настройки ускорения при разгоне и пускового момента;

— возможность закоротки устройства с помощью обходного контактора по окончании пуска с поддержанием электронных защит (функция «байпасс»);

— большой допустимый диапазон изменения частоты при питании от электроагрегатов;

— возможность подключения пускового устройства к двигателю с соединением обмоток треугольником, последовательно с каждой обмоткой.

Контакторы (магнитные пускатели)

Контакторы (магнитные пускатели) SIRIUS — это аппараты для безопасной и надежной коммутации нагрузок, преимущественно электродвигателей, мощностью до 450 кВт. Они устойчивы к климатическим воздействиям и безопасны для прикосновения. Контакторы SIRIUS поставляются с винтовыми или пружинными зажимами Cage-Clamp.

Компактные пускатели SIRIUS 3RM1 предназначены для коммутации электродвигателей на токи до 7А / 3 кВт при напряжении АС400 В или активной нагрузки на токи до 10А и напряжения до АС500 В и обладают шириной корпуса 22,5 мм. В одном устройстве интегрированы релейные коммутационные элементы, силовые полупроводники и электронное реле перегрузки. Предлагаются стандартные пускатели прямого, реверсивного пуска и исполнения для систем безопасности. В пускателях 3RM1 применена гибридная технология, сочетающая преимущества запуска / отключения силовыми полупроводниками и использование релейных контактов при установившемся режиме работы двигателя: пуск и отключение двигателя производится посредством полупроводников, а установившийся рабочий ток протекает через релейные контакты — обеспечивается защита релейных контактов от преждевременного износа при пуске, релейные контакты подвергаются незначительному действию дуги при отключении и происходят меньшие тепловые потери релейных контактов по сравнению с полупроводниками в рабочем режиме двигателя. Тем самым значительно возрастает срок службы пускателя. Компактность пускателей 3RM1 обеспечивает экономию пространства в шкафу от 20 до 80% по сравнению со стандартными пусковыми сборками. Их применение позволяет сэкономить время на монтаж проводников, минимизирует ошибки, возможные при подключении отдельных аппаратов стандартной сборки, а также необходимость тестирования сборок после их монтажа. Комбинирование нескольких функций в одном устройстве позволяет избежать подготовки дополнительных проводных соединений и использования специальных принадлежностей для сборки пускателей — комплекты для реверсирования, блокировки и т. д. Широкий диапазон уставок тока встроенного в пускатель электронного реле перегрузки (1:5) позволяет размещать на складе меньшее количество аппаратов и упрощает выбор устройства, например, когда не известен точный номинальный рабочий ток двигателя.