Процесс обработки детали типа поперечина с использованием многоцелевого станка VERTIMASTER RPGTM 32-60

В настоящее время машиностроительное производство, выпускающее станки сталкивается с рядом проблем, связанных с изготовлением высокотехнологичных изделий, деталей и узлов, обеспечивающих высокую конкурентоспособность. Конкурентоспособность также обеспечивает низкая цена изготавливаемых изделий. С первого взгляда перед машиностроением стоит практически невыполнимая задача, т.к. изготовление точных, надежных станков автоматически обозначает их высокую цену. Но решение есть — применение высокотехнологичного многофункционального оборудования. Это особенно эффективно в условиях серийного производства, каковым и является в настоящее время производство станков.

Внедрение многофункциональных с ЧПУ станков в производство требует вложения значительных средств, но при этом значительно экономятся производственные площади, что уменьшает размеры цеха, а следовательно стоимость аренды земли; значительно уменьшается количество рабочих мест, а также понижается требуемая квалификация рабочих; упрощается технологический маршрут изготовления детали что позволяет сэкономить время и деньги на вспомогательных переходах. Несмотря на высокую цену многофункциональных станков с ЧПУ их применение более выгодно с той стороны, что они заменяют большое количество обычных станков, суммарная стоимость которых будет на много выше.

Повышение машинного времени станков путем устранения потери на переналадку зависит от степени автоматизации комплекса и сложности обрабатываемых заготовок. Объединение станков с ЧПУ в комплексы с автоматизированной транспортной системой спутников позволяет поднять использование машинного времени на 10 — 20%, с автоматизированным обеспечением инструментом на 40 — 70%, а комплексная автоматизация всех транспортных работ приводит к двукратному (и более) повышению использования машинного времени станков при обработке деталей малой партии.

Повышение коэффициента сменности при объединении станков с ЧПУ в автоматизированные комплексы достигается путем расширения многостаночного обслуживания, а также выполнения основных подготовительных работ в первую смену и возможности работы в 2−3 смены с небольшим числом операторов.

Уменьшение вложений в оборотные средства при объединении станков в автоматизированные комплексы вследствие сокращения производственного цикла, приводящего к уменьшению не завершенного производства, будет тем значительнее, чем выше эффективность использования оборудования.

Уменьшение числа основных рабочих в производстве является тем источником эффективности, который в настоящее время может служить основным побудителем объединения станков с ЧПУ в автоматизированные комплексы. Комплексная автоматизация всех транспортных работ и управления работой оборудования позволяет перейти к самому широкому многостаночному обслуживанию и в перспективе, по мере роста надежности, к работе «без человека» во второй и третей сменах

1. Анализ существующих технологических решений по повышению изготовления стойки

1.1 Технологические решения

Во время прохождения преддипломной практики было получено задание на дипломный проект для разработки технологического процесса изготовления стойки для многоцелевого станка Vertimaster rpgtm 32−60.

Стойка обрабатывается на 6 станках на разных участках, что требует дополнительных затрат на её транспортировку от станка к станку между операциями.

Базовый технологический процесс ООО «Седин Станко» по изготовлению планшайбы для многоцелевого станка Vertimaster rpgtm 32−60 содержит 6 операций: Продольно-фрезерная, горизонтально-расточная, продольно-строгальная, радиально-сверлильная, продольно-шлифовальная, комплексная на станках с ЧПУ

1.2 Конструкторские решения

По конструктивным решениям мы принимаем контрольное приспособление — автоматического контроля точности отлива заготовки. Производится контроль будит с помощью системы промышленного зрения Prersence PLUS pro.

Собирается металлическая конструкция состоящая из двух опорных систем и двух ферм. Ферма состоит из направляющей, основания, раскосов Выбранное приспособление повышает производительность труда улучшает условия их работы, повышает качество и объективность работы.

Опишем принцип работы, система автоматического контроля точности отлива (САКТО) устанавливается над заготовкой (стойка станка Vertimaster rpgtm 32−60). Запустив САКТО система автоматически сканирует заготовку камерой PresencePLUS Pro с точностью ±1мм² на 10 м², затем контроллер обрабатывает полученную информацию и передает её на компьютер который в свою очередь сравнивает полученные данные с исходными и выдаёт результат пригодности дальнейшего использования заготовки.

1.3 Организационные вопросы

Организаторскими решениями являются принятые меры по повышению квалификации рабочих, то есть, необходимо обучить рабочих пользованию вновь разработанных приспособлений. Провести инструктаж по использованию заново принятого станка и оборудования.

1.4 Постановка задач разработки

Целью настоящей работы является разработка оптимального технологического процесса механической обработки стойки на многоцелевом станке Vertimaster rpgtm 32−60.

Для оптимизации базового технологического процесса изготовления стойки мы используем многоцелевой станок Vertimaster rpgtm 32−60. Этот станок заменяет горизонтально-расточную, продольно-фрезерную и радиально-сверлильную операции.

За счёт использования многоцелевого станка Vertimaster rpgtm 32−60 и современного режущего инструмента значительно уменьшается длительность технологического процесса изготовления стойки.

2. Технологический раздел

2.1 Служебное назначение изделия

Рисунок 1 Стойка

2.2 Анализ технологичности конструкции

Изделие — стойка (рисунок 1). Стойка — отливка из чугуна хорошего качества коробчатого типа с поперечными стенками и ребрами жесткости. Спереди две направляющие поверхности для поперечины. Деталь изготавливается из серого чугуна СЧ25 литьем, по этому конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. Тем не менее даже при этом формовка должна производится с применением стержней, формирующее внутренние отверстия.

Сзади на стойке устанавливаются 2 пары гидравлических зажимных устройств — по 4 пары на каждой поперечине. Ширина стойки по направляющим призмам поперечины обеспечивает оптимальное распределение нагрузок от масс и усилий резания.

2.3 Разработка технологического процесса механической обработки детали

2.3.1 Назначение, конструкция детали

Изделие — стойка. изготавливается из серого чугуна СЧ25 литьем. Стойка — отливка из чугуна хорошего качества коробчатого типа с поперечными стенками и ребрами жесткости. Спереди две направляющие поверхности для поперечины. Сзади на стойке устанавливаются 2 пары гидравлических зажимных устройств — по 4 пары на каждой поперечине. Ширина стойки по направляющим призмам поперечины обеспечивает оптимальное распределение нагрузок от масс и усилий резания.

2.3.2 Анализ технологичности детали

Стойка обеспечивает обработку во всем установленном для станка диапазоне размеров и воспринимает нагрузки от массы поперечины, суппорта, магазина и от усилий обработки. Стойка обеспечивает перемещение поперечины по гидростатическим направляющим призмам в пределах рабочего хода с возможностью бесступенчатого перемещения в пределах установленного хода.

2.3.3 Выбор заготовки

Метод получения заготовок определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.

Литые заготовки стоек должны обладать высокой износостойкостью и твёрдостью монолитных направляющих, не допустим отбел чугуна в тонких стенах, приводящей к большим напряжениям, короблениям, трещинам. Для получения высококачественных отливок применяют нелегированный чугун оптимизированного состава марок СЧ 20, СЧ 25, СЧ30. Серый Так для единичного производства и требуемой формы детали целесообразнее всего будет применить чугунные заготовки, получаемые литьём.

Данный метод получения заготовок является универсальным и позволяет получить заготовки формой приближённой к форме детали.

2.3.4 Выбор технологических баз

Установка производится на стол станка поверхностью Б1 вниз.

Рисунок 2. Схема базирования на многооперационном станке VERTIMASTER RPGTM 32−60.

В операциях 015, 020, 025, 030, 035, 040, 055, 075, 080, 085, 090 схема базирования аналогична.

Установка производится на стол станка поверхностью В1 вверх.

Рис. 3. Схема базирования на многооперационном станке VERTIMASTER RPGTM 32−60.

2.3.5 Сравнительный анализ технологических маршрутов изготовления детали

В данной курсовом проекте рассматриваются два технологических маршрута изготовления стойки. В первом используются следующие типы станков: продольно-фрезерный, горизонтально-расточной, радиально-сверлильный, продольно-шлифовальный и продольно-строгальный.

Во втором станки следующего типа: многооперационный VERTIMASTER RPGTM 32−60 и продольно-шлифовальный.

Из анализа технологических маршрутов видно, что второй маршрут значительно выгоднее по ряду факторов: экономия времени на установку детали, сокращение общего числа операций, сокращение энергозатрат, уменьшение числа рабочих, сокращение времени обработки за счёт использования современного режущего инструмента и т. д.

2.3.6 Выбор металлорежущих станков

Станок многооперационный VERTIMASTER RPGTM 32−60.

Продольно-фрезерный станок 6475.

Горизонтально-расточной станок 217 600.

Радиально-сверлильный станок 2 690 000.

2.3.7 Определение припусков на механическую обработку

Расчет припусков на механическую обработку произведем расчетно-аналитическим путем. На основании результатов определения припусков расчетно-аналитическим путем для рассчитанной поверхности произведем построение графической схемы расположения общих и межоперационных припусков и допусков. Для удобства расчеты сведем в таблицу, данные которой используем для построения графической схемы и проверки правильности произведенных расчетов.

Технологическая обработка поверхности состоит из четырех переходов:

— строгание черновое

— фрезерование черновое

— фрезерование чистовое

— шлифование предварительное

— шлифование окончательное Произведем расчет припусков и предельных размеров на технологические переходы при обработке поверхности, на остальные обрабатываемые поверхности назначаем припуски и допуски по таблицам ГОСТ 9567–82.

В таблицу записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска. Так как в данном случае обработка ведется в центрах, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю, что имеет значение для рассчитываемого размера. В этом случае эта величина исключается из основной формулы для расчета минимального припуска.

Суммарное значение пространственных отклонений при обтачивании цилиндрических поверхностей заготовки

с = ,

где с_см — отклонение от смещения относительно оси закрепления заготовки, мкм

с_см = 1 мм

с_кор — отклонение от коробления заготовки, мкм

Принимаем

с_кор = ?к * 1 = 640*1= 0.64 мм

Подставляем значения в формулу

с = мм

Величину остаточных пространственных отклонений на последующих операциях с_ост, мкм, определим по формуле

с_остi = К_{уi •} с_i-э ,

где К_уi — коэффициент уточнения для различных методов обработки, принимаем согласно

— черновое строгание К_уч = 0,06

— чистовое строгание К_уч = 0,04

— чистовое фрезерование К_уч = 0,02

— шлифование окончательное К_уч = 0,01

Подставляем значения в формулу

с_{ост стр чер} = 0,06 • 640 = 38

с_{ост стр чис} = 0,04 • 38 = 1.54

с_{ост фрез чис} = 0,02 • 1.54 = 0,03

с_{ост шл пр} = 0,01 • 0,03= 0,0003

Расчет минимальных значений припусков произведем, пользуясь основной формулой

z_min = Rz_і­э + h_і­э + с_і­э+е_i ,

где Rz_і­э — высота микронеровностей на предшествующем переходе, мкм

T_і­э — глубина дефектного слоя на предшествующем переходе, мкм

с_і­э — суммарные значения пространственных отклонений на предшествующем переходе, мкм

е_i - погрешность установки, мкм

при

— черновом строгании = 140

— чистовом строгании = 140

— чистовом фрезеровании = 50

— шлифовании окончательном = 6

Подставляем значения в формулу под черновое строгание

z_min1 = 80 + 260 + 6000+140 = 6340

под чистовое строгание

z_min2 = 50 + 50 + 300+140 = 540

чистовое фрезерование

z_min3 = 30 + 30 + 12+50 =212

окончательное шлифование

z_min3 = 10 + 15+6=31

Определим наименьший предельный размер для каждого технологического перехода путем прибавления допуска к округленному наименьшему предельному размеру, округляя расчетные размеры увеличением их значений

d_min4 = 640,003+0,06 = 60,062 мм

d_min3 = 60,062 + 0,135 = 60,197 мм

d_min2 = 60,197 + 0,386 = 60,583 мм

d_min1 = 60,583 +3,9 = 64,483 мм

Предельные значения припусков z_max определяем как разность наибольших предельных размеров и z_min — как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов

2z_max4 = 646,7 — 640,9 = 5,8 мм = 5800 мкм

2z_max3 = 600,9 — 600,39 = 0,496 мм = 469 мкм

2z_max2 = 600,39 — 600,141 = 0,246 мм = 246 мкм

2z_max1 = 600,141 — 600,021 = 0,12 мм = 120 мкм

2z_min4 = 604,5 — 600,6 = 3,9 мм = 3900 мкм

2z_min3 = 600,6 — 600,2 = 0,386 мм = 386 мкм

2z_min2 = 600,2 — 600,062 = 0,135 мм = 135 мкм

2z_min1 = 600,062 — 600,002 = 0,06 мм = 60 мкм

Определяем общий номинальный припуск zном, мкм,

z_оном = z_omin + В_д/2,

где Н_з — нижнее отклонение заготовки, мкм

Н_д — нижнее отклонение детали, мкм, согласно ГОСТ 9567–82 В_д = 2200 мкм

Подставляем значения в формулу

z_оном = 64 500+2200/2= 65 600

На все остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски принимаем по ГОСТ 9567–82

2.3.8 Определение режимов резания

Черновое точение поверхности.

Глубина резания при черновом точении t = 3 мм;

Подача S = 0,8 мм/об.

Скорость резания при черновом точении рассчитаем по эмпирической формуле:

(1)

где — коэффициент для расчёта скорости резания [3, т. 17];

— поправочный коэффициент;

— период стойкости инструмента;

— глубина резания;

— подача;

— показатель степени [3, т. 17];

— показатель степени [3, т. 17];

— показатель степени [3, т. 17].

Поправочный коэффициент найдём по формуле:

(2)

где — коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки [3, т. 3];

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности [3, т. 5];

— коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента [3, т. 6].

Подставив в формулу (2) численные значения, найдем поправочный коэффициент :

Подставив в формулу (1) численные значения, найдём скорость резания при черновом точении:

.

Определение числа оборотов шпинделя производим по формуле:

(3)

где — скорость резания, мм/мин;

— обрабатываемый диаметр, мм.

Подставив в формулу (3) численные значения, найдём частота вращения шпинделя мин^-1:

Частота вращения шпинделя n принимаем по станочному ряду равное 2400 мин^-1.

Определение силы резания. Силу резания, принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную P_z, радиальную Р_y и осевую Р_x). При точении эти составляющие определяются по формуле:

(4)

где — постоянная для расчёта силы резания [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

Поправочный коэффициент найдём по формуле:

(5)

где — поправочный коэффициент [3, т. 9];

— коэффициент, учитывающий угол в плане ц [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий передний угол г [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий угол наклона главного лезвия л [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий радиус при вершине r [3, т. 23].

Подставив в формулу (5) численные значения, найдем поправочный коэффициент :

Подставив в формулу (4) численные значения, найдем тангенциальную P_z, радиальную Р_y и осевую Р_x составляющие силы резания:

Мощность резания рассчитываем по формуле:

(6)

где — тангенциальная составляющая силы резания, Н;

— скорость резания, мм/мин Подставив в формулу (6) численные значения, найдем мощность резания:

Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

Чистовое точение поверхности.

Глубина резания при чистовом точении t = 1 мм;

Подача S = 0,6 мм/об.

Определение скорости резания при чистовом точении:

.

Определение числа оборотов шпинделя при чистовом точении:

Частота вращения шпинделя n принимаем по станочному рду равное 450 мин^-1.

Определение составляющих силы резания при чистовом точении:

Определение мощности резания:

Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

Фрезерование поверхности

Допустимое значение параметров фрезерной обработки подачи и числу оборотов лежат в допустимых пределах [3]

. (3)

1. Выбираем подачу из диапазона S=0,28, мм/об Подача на 1 зуб фрезы Вычислим скорость резания и частота вращения [3]

(4)

Таблица 1. Данные для расчета

Подставив численные значения в формулу [3], вычислим скорость резания, м/мин Частота вращения фрезы вычислим по формуле, об/мин

3. n=420 мин^-1

По формуле находим вертикальную составляющую P_z силы резания

Таблица 2. Коэффициенты

Подставив численные значения в формулу, вычислим P_z, H

Проверим выполнение ограничения 1

Находим мощность резания N по формуле [3]

(5)

Подставив численные значения в формулу, вычислим N, кВт Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

7. Вычисляем наименьшее время обработки при соответствующих режимах резания

(6)

где D — диаметр фрезы,

L — длина обрабатываемой поверхности,

S — подача,

V — скорость резания.

Подставив численные значения в формулу, вычислим t₀, мин

Черновое точение поверхности.

Глубина резания при черновом точении t = 3 мм;

Подача S = 0,8 мм/об.

Скорость резания при черновом точении рассчитаем по эмпирической формуле:

(1)

где — коэффициент для расчёта скорости резания [3, т. 17];

— поправочный коэффициент;

— период стойкости инструмента;

— глубина резания;

— подача;

— показатель степени [3, т. 17];

— показатель степени [3, т. 17];

— показатель степени [3, т. 17].

Поправочный коэффициент найдём по формуле:

(2)

где — коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки [3, т. 3];

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности [3, т. 5];

— коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента [3, т. 6].

Подставив в формулу (2) численные значения, найдем поправочный коэффициент :

Подставив в формулу (1) численные значения, найдём скорость резания при черновом точении:

.

Определение числа оборотов шпинделя производим по формуле:

(3)

где — скорость резания, мм/мин;

— обрабатываемый диаметр, мм.

Подставив в формулу (3) численные значения, найдём частота вращения шпинделя мин^-1:

Частота вращения шпинделя n принимаем по станочному ряду равное 2400 мин^-1.

Определение силы резания. Силу резания, принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную P_z, радиальную Р_y и осевую Р_x). При точении эти составляющие определяются по формуле:

(4)

где — постоянная для расчёта силы резания [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

— показатель степени [3, т. 22];

— поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент найдём по формуле:

(5)

где — поправочный коэффициент [3, т. 9];

— коэффициент, учитывающий угол в плане ц [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий передний угол г [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий угол наклона главного лезвия л [3, т. 23];

— коэффициент, учитывающий радиус при вершине r [3, т. 23].

Подставив в формулу (5) численные значения, найдем поправочный коэффициент :

Подставив в формулу (4) численные значения, найдем тангенциальную P_z, радиальную Р_y и осевую Р_x составляющие силы резания:

Мощность резания рассчитываем по формуле:

(6)

где — тангенциальная составляющая силы резания, Н;

— скорость резания, мм/мин Подставив в формулу (6) численные значения, найдем мощность резания:

Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

Чистовое точение поверхности.

Глубина резания при чистовом точении t = 1 мм;

Подача S = 0,6 мм/об.

Определение скорости резания при чистовом точении:

.

Определение числа оборотов шпинделя при чистовом точении:

Частота вращения шпинделя n принимаем по станочному рду равное 450 мин^-1.

Определение составляющих силы резания при чистовом точении:

Определение мощности резания:

Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

Фрезерование поверхности

Допустимое значение параметров фрезерной обработки подачи и числу оборотов лежат в допустимых пределах [3]

. (3)

2. Выбираем подачу из диапазона S=0,28, мм/об Подача на 1 зуб фрезы

Вычислим скорость резания и частота вращения [3]

(4)

Таблица 1. Данные для расчета

Подставив численные значения в формулу [3], вычислим скорость резания, м/мин Частота вращения фрезы вычислим по формуле, об/мин

3. n=420 мин^-1

4. По формуле находим вертикальную составляющую P_z силы резания

Таблица 2. Коэффициенты

Подставив численные значения в формулу, вычислим P_z, H

5. Проверим выполнение ограничения 1

6. Находим мощность резания N по формуле [3]

(5)

Подставив численные значения в формулу, вычислим N, кВт Данная операция выполнима т.к. мощность резания менее мощности привода станка.

7. Вычисляем наименьшее время обработки при соответствующих режимах резания

(6)

где D — диаметр фрезы,

L — длина обрабатываемой поверхности,

S — подача,

V — скорость резания.

Подставив численные значения в формулу, вычислим t₀, мин

2.3.9 Нормирование технологического процесса

Норма времени — это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации (ГОСТ 3.1109−82).

Объектом нормирования в данной курсовой работе является технологическая операция точения поверхности на горизонтально-расточном станке в условиях мелкосерийного производства.

Для данного типа производства технически обоснованная норма времени Т_ш-к определяется как

Т_ш-к=(Т_ш +Т_п-з)/n

где Т_ш-к — норма штучно-калькуляционного времени (норма времени);

Т_п-з — норма подготовительно-заключительного времени на партию заготовок;

n — число заготовок в обрабатываемой партии;

Т_ш — норма штучного времени

Т_ш=Т_о+Т_в+Т_обс+Т_отд

где Т_оп — норма основного (технологического) времени;

Т_отд — время на личные надобности и дополнительный отдых.

Сумма норм основного времени и неперекрываемого им вспомогательного времени составляет норму оперативного времени Т_оп

Т_оп=Т_о+Т_в

Определение основного времени.

Основное (машинное) время определяется по формуле:

мин

Определим вспомогательное время.

Вспомогательное время определяется как сумма

где — норматив вспомогательного времени на установку и снятие детали;

— норматив вспомогательного времени, связанного с переходом;

— норматив вспомогательного времени на контрольные измерения обработанной поверхности.

мин

мин

Норматив Т_из используется только для определения времени на контрольные измерения после окончания обработки поверхности. Он предусматривает время на выполнение следующих видов работ:

— взятие инструмента;

— установка размера измерения;

— очистка измеряемой поверхности.

мин

Подставим численные значения:

мин

Определение времени на обслуживание рабочего места. Норматив Т_обс предусматривает выполнение следующих работ:

— техническое обслуживание рабочего места — смена инструмента вследствие затопления, регулировка и подналадка станка в процессе работы, сметание и периодическая уборка стружки в процессе работы;

— организационное обслуживание рабочего места — осмотр и опробование оборудования, раскладка инструмента в начале и уборка его в конце смены, смазка и чистка станка в течении смены, уборка рабочего места в конце смены.

Определим :

мин

Норматив Т_обс определяется в процентах от Т_оп.

мин

Определение времени на отдых и личные надобности. Норматив Т_отд определяется по таблице.

мин

Определение подготовительно-заключительного времени. Норматив Т_п-з предусматривает выполнение следующих работ:

— получение на рабочем месте наряда, технической документации и необходимого инструктажа;

— ознакомление с работой и чертежом;

— подготовка рабочего места, наладка оборудования, инструмента, приспособлений;

— пробная обработка детали на станках, работающих при выполнении однопроходных операций инструментом, установленным на размер;

— снятие инструмента и приспособлений после окончания обработки партии деталей.

Норма Т_п-з определяется по таблице.

Определим Т_ш и Т_ш-к:

мин

мин.

Время на организационное обслуживание рабочего места принимаем 2,4% от оперативного времени.

Подставим численные значения:

мин

Определим техническое время:

Подставим численные значения:

мин.

Полученные нормы времени занесем в таблицу.

Нормирование времени операции

3. Конструкторский раздел

3.1 Анализ существующих систем автоматического контроля

В процессе разработки систем автоматического контроля и управления одной из важнейших является проблема распознавания образов. Для полностью автоматического управления требуется максимально адекватное распознавание объектов окружающей среды.

С развитием технологии производства компонентов электронно-вычислительной техники и алгоритмов обработки изображений расширяется спектр возможных решений данной проблемы. За последние десятилетия были предложены разнообразные способы распознавания изображений от громоздких и дорогостоящих устройств основанных на телевизионных системах, до современных, с видеодатчиками на приборах с зарядовой связью и обработкой изображения средствами электронно-вычислительной техники.

Один из вариантов решения этой проблемы состоит в преобразовании картинки полученной с выхода видеодатчика устройства управления, каковым может являться матрица или линейка приборов с зарядовой связью, в последовательный, а затем и параллельный цифровой сигнал. Полученный таким образом сигнал можно обрабатывать с помощью любых алгоритмов, время работы которых не вступает в конфликт с требуемыми временными параметрами технологической цепочки в которой работает транспорт-фильтрации однозначных помех, т. е. последовательностей явно не соответствующих текущей картине на входе видеодатчика. Реализация данного этапа обработки может быть произведена различными способами от самых простых, типа компаратора, до сложных фильтров использующих как аппаратные, так и программные средства фильтрации.

Далее отфильтрованный сигнал поступает на следующий блок, задача которого адекватно распознать полученную последовательность и передать команду далее, на блок формирования управляющих сигналов.

В зависимости от условий работы, технологических требований и круга решаемых задач, возможны различные реализации блока распознавания.

Которого будет движение в специально подготовленной среде, строго по заданному маршруту с минимизацией внешних помех на этапе мелкой логике, которая дает ощутимый выигрыш во времени работы всего устройства управления. Однако в данной ситуации нельзя говорить о простой перенастраивоемости системы для работы в других условиях, т.к. это ведет практически к полной замене блока отвечающего за распознавание и формирование управляющих сигналов. Таким образом применение подобных систем имеет смысл только в условиях стационарной, специальным образом подготовленной искусственной среды.

Другим способом реализации блока распознавания будет являться система построенная на основе современных элементов жен широкий спектр решений данной задачи. Приведем некоторые из них. Давно и успешно используется для решения задач среднего уровня сложности при распознавании объектов окружающей среды. Данный подход имеет существенное преимущество по сравнению с предыдущим, т.к. смена внешних условий не ведет к полной замене основных управляющих блоков, распознавания, предназначенного для обработки изображений и выработки управляющих сигналов. Еще один способ решения данной проложенного не на самом транспортном роботе. При данном подходе нет жестких ограничений по размерам блока, вследствие чего можно использовать вычислительные системы любой мощности, однако встает проблема обеспечения постоянной связи между устройством управления на транспортном роботе и удаленном контроллере.

Два предложенных выше метода решения проблем распознавания имеют один существенный недостаток. По сравнению с системами, работающими на мелкой логике гораздо большее время обработки изображения.

Удешевление технологии производства программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) позволило совместить преимущества мелкой логики и программной перенастраиваемости систем. В случае использования ПЛИС в системе распознавания мы получаем время обработки, сравнимое со временем обрасти системы, путем замены кода ПЛИС.

3.2 Разработка конструкции

В данном курсовом проекте разрабатывается система автоматического контроля точности отлива заготовки. Производится контроль будит с помощью системы промышленного зрения Prersence PLUS pro.

Собирается металлическая конструкция состоящая из двух опорных систем и двух ферм. Ферма состоит из направляющей, основания, раскосов и имеет вид показанный на рис. 1

рис. 1 — Ферма.

По бокам к основанию фермы приварены пластины с отверстиями под крепежные болты рис.2

рис. 2 — Крепление фермы.

Собрав ферму на нее одевается каретка с системой промышленного зрения. Далее свариваются боковые стойки (из труб ?100мм и металлических пластин толщенной 10мм) и монтируются колеса рис. 3. Затем вся металлоконструкция собирается воедино и ставится на рельсы с упорами.

рис. 3 — Стойка в сборе

Данная конструкция позволяет быстро и без особых затруднений установить заготовку на плиту, и при этом очень проста в сборке и эксплуатации.

3.3 Система технического зрения

Система технического зрения состоит из лазера LG10A65PU осуществляющего позиционирование всей системы, и камеры PresencePLUS Pro осуществляющей контроль.

Камера PresencePLUS Pro осуществляет автоматический контроль качества. Функционально, камера РР Pro обладает всеми теми специальными программными средствами для анализа контролируемого объекта, которыми оснащены камеры PresencePLUS P4. каждая в отдельности. В процессе работы камера фиксирует изображение и анализирует его с применением тех программных опций, которые выбраны оператором. Камеры РР Pro применяются там. где необходим комплексный анализ объекта, где применения камеры РР Р4 недостаточно.

Непосредственно сама камера РР Pro весит всего 90 грамм и имеет габаритные размеры 32×30×78 mm. В качестве чувствительного элемента применена CCD-матрица (charge-coupled device — прибор с зарядовой связью. ПЗС-матрица). которая способна захватывать 30 изображений в секунду при разрешении — 640×480 пикселей и 256 оттенков камера РР Pro может быть снабжена любой C-mounl линзой от любого производителя. Светофильтры устанавливаются внутри камеры. Среди функциональных возможностей РР Pro — Ethernet последовательный порт, программируемые каналы ввода/вывода, настраиваемые на ввод или вывод, требуемую полярность (PNP или NPN): функциональность (НО или НЗ). Это позволяет передавать данные, измерения, и информацию для систем управления процессом, а также программировать камеру РР Pro. Контроллер позволяет выбрать одну из 12 файлов — инспектирующих программ, хранящихся в памяти контроллера.

Отдельный видеовыход стандарта NTSC, наличие которого опционально и оговаривается отдельно, позволяет подключить монитор и наблюдать процесс в режиме реального времени.

Применение данных опций способно решить широкое число задач, встречаемых как на современных предприятиях, высокопроизводительных технологических линиях, конвейерах, так и на производствах с различными, в т. ч. начальными уровнями автоматизации.

PfresencePLUS Pro, настройка камеры: простой и доступный инструментарий

Настройка инструментальных опций ведется с использованием программного пакета PresencePLUS PC Software, который поставляется в комплекте камерой РР Pro и свободно доступен на сайте www.bannerengJneerJng.com. РР PC Software имеет интуитивно-понятный пользовательский интерфейс, опции которого позволяют настроить инспектирующую программу наиболее качественно. В процессе настройки оператор выбирает любые функции, которыми обладает РР Pro.

3.3.1 Инструментарий

Инструментарий — специальные программные функции для анализа контролируемого объекта. Все программы разбиты на 3 группы: LOCATION TOOLS, VISION TOOLS, ANALYSIS TOOLS

VISION TOOLS (инструментальные средства для анализа сформированного камерой изображения):

1. BLOB (Binary Large Object) — разложение изображения объекта на пиксели, черные и белые. Задачи данной опции — счет и измерение площади. Определяет наличие, связность и расположение выделенных деталей. Находит группы связанных светлых или темных пикселей в исследуемой зоне и обозначает их как BLOBs. После того как BLOBs найдены, они могут

2. AVERAGE GRAY SCALE — уровень серого цвета. Опция предназначена для определения присутствия, отсутствия предмета и интенсивность цвета. Определяет среднее число значения шкалы серого цвета по площади анализируемого объекта. Градация [0−255]

3. EDGE — определяет наличие, количество, классификацию и расположение краев и граней исследуемых предметов.

общее число переходов, а значиткраев, а также определено местоположение каждого края.

4. OBJECT— определяет наличие, количество, классификацию, размер и расположение объектов. Определяет края темных и светлых объектов и расположение их центров, считает темные и светлые объекты и измеряет ширину каждого темного

5. PATTERN COUNT — определяет наличие, количество и расположение предварительно обозначенных пятен определенной формы, рисунков в изображении исследуемого объекта.

LOCATION TOOLS (инструментальные средства для определения и компенсации поступательного и вращательного движения):

1. LOCATE — определяет движение и вращение путем определения относительного движения краев и граней.

2. PATTERN FIND — определяет движение и вращение путем определения относительного движения выделенных пятен определенной формы, рисунков.

ANALYSIS TOOLS (инструментальные средства для измерения, оценивания результатов, полученных с использованием VISION TOOLS):

1. MEASURE — измерение дистанции между двумя выделенными точками. Этими точками могут быть края, центроиды (точка, равноудаленная от краев пятна неправильной геометрической формы): центры выделенных рисунков.

2. TEST — оценивание результатов, полученных при использовании любых вышеперечисленных опций и принятие решения о положительном или отрицательном результате или исходе. Также выполняет логическую операцию и активирует соответствующие выходы.

COMMUNICATION TOOL — инструментарий, позволяющий настроить передачу результатов любых перечисленных инструментальных опций через Ethernet или RS232 порт.

Наличие обширного инструментария позволяет настроить конкретную инспектирующую программу наиболее качественно, сохранить ее в виде файла, загрузить ее в камеру, пользуясь Elhernel или RS-232. Эту программу можно выбрать среди 12 различных программ в качестве основной рабочей, подав управляющий сигнал на соответствующие терминалы 16−20.

3.3.2 Характеристики оборудования

Характеристики контроллера

Материал корпуса: сталь

Размеры: 1 58×1 27×30.9 ММ (Значения измерений не включают длин линз, разъемов и кабелей/

Вес: около 0.55 кг

Пылевлагозащита: IP20

Рабочая температура: 0'. .+50' С

Максимальная влажность: 90% (без конденсата)

Дисплей, опции: персональный компьютер, видео NTSC

Дискретные входы/выходы:

1 IN — триггер, вход для подключения стробирующего датчика

1 IN — разрешение выбора программы

1 OUTпитание подсветки, строб (TTL)

6 IN/OUT — программируемые сигнальные входы/ выходы

4 INномер выбираемой программы

Уровень входных сигналов: NPN — ON: < 3 V; OFF >10 V; PNPON: (+V-2)V; OFF<3V

Опции выходных сигналов: дискретные PNP или NPN (по умолчанию), НО (по умолчанию) и Н3: задержка выхода: 0 (по умолчанию) — 10.000 ms, длительность выходного сигнала: постоянно активен (по умолчанию) — импульсы длительностью

1 — 1Q: QQQms. Все опции настраиваются программно.

Коммуникация:

RJ-45- 10 Elhernel

HS232 — DB-9 разъем на лицевой поверхности контроллера

RS232 — на терминальном разъеме

Питание: напряжение — 10−30VDC, ток-650 тА (при 24 dc).

Защита: от перепутывания полюсов и от скачка электрического напряжения

Индикация: 6 светодиодов — триггер, готовность, питание, ошибка, неудачный анализ, подключение Ethernet, передача данных Ethernet

Характеристики камеры

Материал корпуса: сталь

Размеры: 32×30×78.2мм (Значения измерений не включают длин линз, разъемов и кабелей)

Вес: около 0,09 кг

Пылевлагозащита: ЕС IP20

Рабочая температура: 0'. .+50' С

Максимальная влажность: 90% (без конденсата]

Производительность: не более 48 кадров в секунду

Размер матрицы сканирования: 4.8хЗ:6 мм: диагональ- 6 мм (1/3″ CCD)

Размер изображения: 307.200 (640×480] пикселей

Размер пикселя: 7.4×7.4 мкм

Время экспозиции: от 0,1 до 3600 мкс

Градация шкалы серого цвета: 256 уровней

Максимальная длина кабеля для подключения к контроллеру: 17 м.

3.4 Расчёт фермы

Рисунок 3.1 Типы сопряжений трубчатых стержней в узлах ферм а — бесфасоночные с фигурной резкой концов труб; 6 — то же, со сплющенными концами труб; в — на фасовках; г — через заводскую деталь (например, шар, сферу и т. п.); д — стыковые соединения с подкладными кольцами и накладкой; е — фланцевое соединение на высокопрочных болтах; / — накладка; 2 — вставка; 3 — подкладное кольцо; 4 — накладки; 5 — заглушка 6=4., 6

Определяем расчетные изгибающие моменты при L=6 м от равномерно распределенной нагрузки

М_тах в пролете при однопролетной схеме

М_тоаж = ql²/8 = 1988;6²/8=-2236 Н-м,

где q=388+1600=1988 Н/м — собственный вес покрытия и снеговая нагрузка;

М_тах в пролете при однопролетной схеме

Расчетные схемы

М_тах = 0,7ql² + 0,096рl² = 0,07−388-З² + 0,096−1600- З² = 1626 Н-м;

момент М_тах над средней опорой М_тах— 1988;3²/8 = 2236 Н-м;

от равномерно распределенной нагрузки (q= 1988 Н/м) и сосредоточенного груза F =1000 Н в пролете:

в пролете при однопролетной схеме

М_тах = 0,07 2 + 0,096р/² + 0,203л = 0,07- 388- З² + + 0,096−1600−3? + 0,203−1000−3 = 2236 Н-м;

в пролете при однопролетной схеме при такой же нагрузке будет (см. рис. 8.15,6)

М_тах = ql²/8 + FIH = 1988;3V8 -j- 1000−¾ = 2985 Н-м.

Более легкий настил получается при расчете по однопролетной схеме, поэтому при расстоянии между прогонами 3 м может служить доборным элементом. стойка деталь конструкция механический

Требуемый момент сопротивления при М_тах = ==2985 Н-м = 298,5 кН-см будет

W_d = у_п. M_max/R_y Vc = 298/22 = 13,6 см³,

Согласно ГОСТ 14 918–80* назначаем настил типа Н-60−845−0,7; W_min= 14,6 см³; J_x = 62,1 см⁴; масса 1 м² g=8,8 кг.

Предельная нагрузка по условиям жесткости при f/i?1/150

q_n=384.2,06.10^.62.1(100)=2400

150−5-300³

что больше нормативной расчетной нагрузки q_n,max — = 1540 Н/м.

Расчет трубчатой стропильной фермы. Расчетные узловые нагрузки составляют:

от собственного веса покрытия и фермы

G = gb_pl_l = 603−3-6= 10 854 Н= 10,9 кН;

3.4.1Вычисляем относительный прогиб

f/i = (5/384) (q_n l^s/EJ_x) = 5−0,0425−6003/384−2,06−10*-1006 = 1/166 > 1/200,

где q_n= (415+1000)3 = 4245 Н/м = 0,0425 кН/см; ?=2,06−10⁴ кН/см², т е условие не удовлетворяется, поэтому назначаем швеллер 200X80X6, f,= 1374 см⁴, Г*= 137,4 см', g = = 17,6 кг/м: а = M/W_X = 2800/1374 = 20,4 кН/см² (204 МПа) <�К_УЧ_С = 290 МПа.

Проверяем по прогибу f/i = 5−0,0425−600³/384.2,06−10⁴-1374= 1/236< 1/200, условие удовлетворяется.

Расчет трубчатой стропильной фермы. Расчетные узловые нагрузки составляют:

от собственного веса фермы

G — gbp l-i = 603−3-6= 10 854 Н = 10,9 кН;

Р=-р6_р/₁= 1600−3-6= 28 800 Н = 28,8 кН.

Для крайних элементов при 0,5 Ь_р узловые нагрузки соответственно равны:

gi = 0,50 = 10,9−0,5 = 5,45 кН; Р₁ = 0,5Р = 0,5.28,8= 14,4 кН.

Таблица 3.1 Усилие в элементах фермы